時(shí)間距離地圖超制圖學(xué)研究
——以福州、上海間鐵路客運(yùn)為例

朱 昱,游建勝,李 曉＊

(1.福建師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院,福建福州350007;2.福建省科技廳,福建福州 350003）

時(shí)間距離地圖超制圖學(xué)研究
——以福州、上海間鐵路客運(yùn)為例

朱 昱1,游建勝2,李 曉1＊

(1.福建師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院,福建福州350007;2.福建省科技廳,福建福州 350003）

基于超制圖學(xué)的基本思想,建立模型將時(shí)間距離換算成km為單位的空間距離.在此基礎(chǔ)上,通過(guò)GIS的地圖投影空間變換方法,用換算出的距離重新定義兩地間距離,變形原地圖上,形成時(shí)間距離地圖.結(jié)果發(fā)現(xiàn):福州、上海間的鐵路客運(yùn)可分為聯(lián)系偶然型階段、聯(lián)系起步型階段、聯(lián)系經(jīng)常型階段、聯(lián)系密切型階段、聯(lián)系緊密型階段.其中,溫福鐵路的開通極大地壓縮了福州、上海間的時(shí)間距離;鐵路客運(yùn)不斷提速,鐵路客運(yùn)的及時(shí)性得到加強(qiáng),影響城市、城市及其周邊區(qū)域、區(qū)際分工和聯(lián)系、人的活動(dòng)空間和產(chǎn)業(yè)發(fā)展;隨著信息化和工業(yè)化進(jìn)程的推進(jìn)和基礎(chǔ)設(shè)施的完善,兩地間進(jìn)一步壓縮時(shí)間距離仍有很大余地.

時(shí)間距離地圖;鐵路客運(yùn);福州;上海

人類進(jìn)入信息時(shí)代后[1],以高速公路、高速鐵路、航空運(yùn)輸、城市軌道交通、計(jì)算機(jī)和通信網(wǎng)絡(luò)等為代表的交通通信方式逐步取代了工業(yè)化時(shí)期的交通通信方式,高速運(yùn)轉(zhuǎn)的交通通信網(wǎng)絡(luò)將人類緊密地聯(lián)系在一起;經(jīng)濟(jì)全球化對(duì)生產(chǎn)和交流的時(shí)間提出了更高的要求.處于多重轉(zhuǎn)型期的中國(guó),工業(yè)化階段和信息化階段的交通通信方式同時(shí)存在并不斷發(fā)展,同時(shí)作用于人們的社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng).因此,有必要對(duì)我國(guó)目前多重轉(zhuǎn)型期條件下的交通地理現(xiàn)象展開研究.

Tobler的地理學(xué)第一定律(First Law of Geography）將距離作為地理學(xué)中的第一變量[2-3].地理學(xué)家將地理空間中的距離區(qū)分成直線距離、運(yùn)輸距離、經(jīng)濟(jì)距離、時(shí)間距離等[4].人類始終不遺余力從事交通運(yùn)輸以克服空間距離,完善和提高在空間位移方面的本領(lǐng)[5],克服相同自然阻力付出的時(shí)間代價(jià)越來(lái)越小,導(dǎo)致兩地間的時(shí)間距離趨短.這種變化過(guò)程也是地理學(xué)關(guān)注的一大焦點(diǎn).

對(duì)于時(shí)間距離的研究包括城市時(shí)間距離和區(qū)域時(shí)間距離兩個(gè)方面.隨著近年來(lái)城市交通問(wèn)題日益嚴(yán)重,城市內(nèi)時(shí)間距離的研究受到重視.如李文翎等[6]、趙東平[7]對(duì)廣州城市交通時(shí)間距離的研究.而隨著地區(qū)交通的網(wǎng)絡(luò)化,不少學(xué)者也在透過(guò)時(shí)間成本關(guān)注不同地區(qū)交通可達(dá)性的空間格局.如曹小曙等[8]、吳威等[9]利用各種數(shù)理和 GIS方法分析單一交通方式、多種交通方式以及綜合交通運(yùn)輸?shù)膮^(qū)域交通可達(dá)性情況;朱杰[10]的研究則將交通時(shí)間成本和傳統(tǒng)勢(shì)能模型相結(jié)合,勾畫了區(qū)域城市經(jīng)濟(jì)區(qū)影響區(qū)的范圍.

以上研究成果或者將視角停留在單個(gè)城市的內(nèi)部交通,或者僅僅將時(shí)間作為研究交通通達(dá)度的一個(gè)計(jì)算指標(biāo),對(duì)時(shí)間距離本身的意義缺乏深入研究,對(duì)區(qū)域間交通條件改善缺乏及時(shí)研究,在時(shí)間距離的可視化表達(dá)方面手段單一.筆者力求在前人研究的基礎(chǔ)上,對(duì)福州和上海兩城市鐵路客運(yùn)交通時(shí)間距離進(jìn)行空間上的換算,并在地圖上可視化表達(dá),以研究信息化和工業(yè)化共同作用下的交通時(shí)間距離的變化及其影響.

1 福州、上海兩地間鐵路客運(yùn)交通發(fā)展概況

福州和上海間現(xiàn)有7對(duì)客運(yùn)列車,兩地目前的鐵路客運(yùn)交通發(fā)展?fàn)顩r恰恰反映了在工業(yè)化和信息化同步發(fā)展的中國(guó)兩個(gè)時(shí)代的交通運(yùn)輸方式同時(shí)并存的現(xiàn)狀(表1）.

表1 福州、上海間客運(yùn)列車及其經(jīng)由線路等級(jí)＊Table 1 The grade of passenger trains and railways between Fuzhou and Shanghai

2 數(shù)據(jù)來(lái)源和研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

文中有關(guān)旅客列車的始發(fā)、終到、經(jīng)停站點(diǎn)、時(shí)間和運(yùn)行里程均以鐵道部2009年9月28日調(diào)整后的鐵路客運(yùn)列車運(yùn)行時(shí)刻表為依據(jù).

2.2 時(shí)間距離的空間變換

由于相對(duì)開行的旅客列車、同一等級(jí)的客運(yùn)列車(如2001次和2002次、K163次和 K164次、Z115次和Z116次列車、福州和上海南站間各動(dòng)車組列車）在相同的運(yùn)輸區(qū)間內(nèi)的運(yùn)行時(shí)間并不相同,文中僅選取這一對(duì)列車或同一等級(jí)的列車中在福州和上海運(yùn)行較快的列車為研究對(duì)象(表2）.

表2 選取為研究對(duì)象的福州、上海間客運(yùn)列車基本信息Table 2 The basic information about passenger trains studied between Fuzhou and Shanghai

為使時(shí)間距離和空間實(shí)際距離有所比較,在此將時(shí)間距離換算成km為單位的空間距離.其運(yùn)算方法是:式中DTij為某次列車運(yùn)行形成的時(shí)間距離的空間換算結(jié)果;DSij為i、j兩地間此次列車所走路徑的交通里程;Tij為此次列車i地和j地間的運(yùn)行時(shí)間;T0為這些列車中最長(zhǎng)或者最短的運(yùn)行時(shí)間;為兩地間所有的客運(yùn)班次的時(shí)間距離.為了更加直觀地表現(xiàn)福州和上海間的時(shí)間距離不斷縮小的趨勢(shì),并對(duì)時(shí)間距離和空間距離作出合理的比較,在此將 T0定義為2002次列車的17h09min.

根據(jù)公式計(jì)算出各次列車形成的福州與上海兩地間的時(shí)間距離(表3）.

表3 各次列車時(shí)間距離的空間變換Table 3 Spatial conversion of temporal distance

2.3 時(shí)間距離地圖制圖

1953年,瑞典隆德大學(xué)地理系的哈格斯特蘭(Hagerstrand）首先提出超制圖學(xué)(Metacart ography）這一名詞.上世紀(jì)60年代,Bunye在前人研究的基礎(chǔ)上,總結(jié)和完善了超制圖學(xué)理論[11].地理學(xué)大師 Tobler指出交通工具具有通過(guò)復(fù)雜方式改變距離的效果,因此可以通過(guò)地圖投影空間變換的方法將大量人類行為地理和經(jīng)濟(jì)模型的幾何意義描繪在平面上,并系統(tǒng)論述了這種空間變換的理論依據(jù)和數(shù)學(xué)方法[12].

以i地和j地兩地為例,其兩地的地理坐標(biāo)位置分別為(xi,yi）和(xj,yj）,某種交通方式形成的時(shí)間距離是 Tij,時(shí)間距離空間變換的結(jié)果為DTij,則進(jìn)行可視化表達(dá)的數(shù)學(xué)過(guò)程如下:

則以i地為起點(diǎn),eij為方向向量,向量的模為 DTij,可以確定 j地相對(duì)于i地實(shí)際位置的時(shí)間距離位置j′(x′j,y′j）,地圖上 i到 j′的線段就是兩地間的時(shí)間距離.

通過(guò)上一步驟形成了 j和j′兩點(diǎn)一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系,此時(shí)可以利用ArcGIS軟件中的Rubbersheet方法以 j為起點(diǎn),j′為終點(diǎn)對(duì)地圖圖層作拉伸,重復(fù)以上操作,即可形成時(shí)間距離地圖(見圖1,圖中自左向右分別是2002、K164、Z115、D3107次列車的時(shí)間距離地圖）.

圖1 各次列車時(shí)間距離可視化表達(dá)Fig.1 Visualization of temporal distance of passenger trains

3 時(shí)間距離地圖制圖的地理學(xué)解讀

3.1 時(shí)間距離的空間變換結(jié)果分析

各次列車的實(shí)際運(yùn)行里程分別比兩地間地球球面距離長(zhǎng)406.4,376.4和298.4 km,也就是說(shuō)目前福州和上海間的鐵路交通線都不是最優(yōu)路徑.導(dǎo)致這一現(xiàn)象的主要原因是地形的阻隔和鐵路運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)的不完善:2002、K164、Z115次列車先向西北進(jìn)入江西,至上饒約有430 km,進(jìn)入浙江境內(nèi)杭州向東北行進(jìn)約390 km,繞行雖然避開了一些高聳的山峰,卻比走沿海線增加運(yùn)行里程近百千米;溫福鐵路和甬臺(tái)溫鐵路通車后,動(dòng)車組列車循沿海一線到達(dá),雖比此前的3次列車節(jié)省路程,但在到達(dá)寧波后,受到杭州灣的阻隔,仍須繞行至杭州,才能到達(dá)上海,此間運(yùn)行距離也達(dá)350 km左右.

3.2 時(shí)間距離地圖分析

由于在拉伸變形中,保持福州的位置不變,則上海偏離實(shí)際位置的距離就是時(shí)間距離空間變換距離相對(duì)于實(shí)際距離的差值.可以看到2002、K163、Z115次列車都使上海的位置不斷接近其實(shí)際位置,D3107更是將時(shí)間距離縮小到小于實(shí)際距離的程度,其拉伸地圖的程度雖次于2002和 K164次列車,但是其負(fù)值拉伸的效果十分明顯.分析可視化表達(dá)結(jié)果,可見2002次列車形成的時(shí)間距離最大,行政區(qū)劃界線嚴(yán)重變形;K164次列車形成的時(shí)間距離其次;Z115次列車形成的時(shí)間距離再次,行政區(qū)劃面積變形程度小;D3107次列車形成的時(shí)間距離最小(見表4、圖1、圖2）.

表4 可視化表達(dá)結(jié)果統(tǒng)計(jì)表＊Table 4 Statistics of the visualization

從時(shí)間距離由長(zhǎng)到短的變化趨勢(shì)以及各次列車代表的不同時(shí)代來(lái)看,在地圖上就意味著上海的位置發(fā)生了3次躍遷,在此基礎(chǔ)上可將福州和上海間的鐵路客運(yùn)交通劃分為5個(gè)階段:1）聯(lián)系偶然型階段.福州、上海間尚未有任何鐵路客運(yùn)交通現(xiàn)象出現(xiàn),兩地間的時(shí)間距離極大,幾乎無(wú)法產(chǎn)生人員和信息的經(jīng)常性交流;2）聯(lián)系起步型階段.福州、上海間有普通列車通行,兩地間產(chǎn)生了人員和信息的交流,但克服空間距離需花費(fèi)較大的時(shí)間代價(jià);3）聯(lián)系經(jīng)常型階段.福州、上海間有普通快速列車通行,兩地間人員往來(lái)和信息交流日益活躍,但克服空間距離所花時(shí)間代價(jià)仍然很大;4）聯(lián)系密切型階段.福州、上海間有直達(dá)快速列車通行,克服空間距離所花的時(shí)間代價(jià)接近實(shí)際,兩地間社會(huì)、經(jīng)濟(jì)聯(lián)系逐步密切;5）聯(lián)系緊密型階段.福州、上海間有動(dòng)車組列車通行,兩地時(shí)間距離縮短并小于實(shí)際距離,兩地間社會(huì)經(jīng)濟(jì)聯(lián)系更加緊密,并將引發(fā)兩城市社會(huì)經(jīng)濟(jì)進(jìn)一步互動(dòng),影響相關(guān)活動(dòng)的空間組織.

3.3 時(shí)間距離變化的空間影響

鐵路運(yùn)輸?shù)奶攸c(diǎn)是運(yùn)量大,成本低,適合中長(zhǎng)途運(yùn)輸.鐵路客運(yùn)不斷提速,使鐵路客運(yùn)的及時(shí)性得到加強(qiáng),進(jìn)而影響人類社會(huì)經(jīng)濟(jì)的空間組織.上海、福州間時(shí)間距離縮短的空間影響有如下表現(xiàn):

1）從城市尺度看.由于鐵路客運(yùn)的等級(jí)提高,城市對(duì)外交流的程度加快加深,鐵路交通樞紐及其周邊必將成為城市發(fā)展的重要節(jié)點(diǎn).擴(kuò)建后的福州站周邊的商貿(mào)物流業(yè)將得以進(jìn)一步發(fā)展;在建的福州南站及其周邊未來(lái)將成為城市擴(kuò)張的重要方向,形成城市發(fā)展新的地域空間;福州城市土地利用格局將因此發(fā)生變化,新的商業(yè)核心、居住空間、產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)的形成和發(fā)展將影響到整個(gè)城市的土地利用的空間布局、開發(fā)強(qiáng)度、經(jīng)濟(jì)效益等.

圖2 上海偏移距離空間統(tǒng)計(jì)Fig.2 Spatial statistics of offset distance of Shanghai

2）從城市及其周邊區(qū)域看.由于快速鐵路干線的建成,沿沿海鐵路干線、福州周邊200 km內(nèi)的城市都在福州一小時(shí)到達(dá)范圍內(nèi).福州的城市功能完善和規(guī)模擴(kuò)張,其城市輻射范圍和水平得到提高,在閩東北沿海地區(qū)形成城鎮(zhèn)集中發(fā)展的軸線,改變這一地區(qū)的城鎮(zhèn)體系結(jié)構(gòu)和區(qū)域空間結(jié)構(gòu),寧德、連江、羅源、霞浦、福鼎等地與福州的關(guān)系緊密,可能成為福州的衛(wèi)星城市.遠(yuǎn)期,沿海鐵路干線全部貫通后將連接?xùn)|南沿海的長(zhǎng)江三角洲南部、海峽西岸經(jīng)濟(jì)區(qū)和珠江三角洲,有利于福建沿海城市帶的形成和發(fā)展.

3）從區(qū)域間經(jīng)濟(jì)分工和聯(lián)系看.便捷的鐵路交通,不僅有利于人員和信息的交流,也會(huì)促進(jìn)其資源和空間得到充分利用,對(duì)社會(huì)而言則可以將各地的資源和空間更大程度地吸引到全社會(huì)的經(jīng)濟(jì)循環(huán)中去.在這種條件下,各區(qū)域充分利用自身的資源和要素優(yōu)勢(shì),開展經(jīng)濟(jì)分工和合作,形成錯(cuò)位發(fā)展、協(xié)調(diào)合作之勢(shì),有利于區(qū)域經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展.時(shí)間距離的不斷縮短,將會(huì)促進(jìn)沿海各地優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)和福建省在全國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中取得有利的分工地位.

4）從人的活動(dòng)空間和產(chǎn)業(yè)發(fā)展看.時(shí)間距離的縮短,使相同時(shí)間內(nèi)人們活動(dòng)的空間范圍增大,區(qū)域間活動(dòng)的頻率增大,地區(qū)間交流更加活躍,福州地區(qū)的“一日生活圈”開始形成,由此將造成人們生活方式的變化.旅游休閑、會(huì)議會(huì)展、房地產(chǎn)、金融等高附加值產(chǎn)業(yè)將因此加速發(fā)展.

4 結(jié) 論

文章通過(guò)探究時(shí)間距離地圖的制圖方法,得到如下結(jié)論:

1）信息化和工業(yè)化快速發(fā)展的中國(guó),代表兩個(gè)時(shí)代的交通工具同時(shí)存在.從普通快速列車、快速列車到直達(dá)快速列車、動(dòng)車組列車,福州和上海間的時(shí)間距離不斷縮小.福州、上海間的鐵路客運(yùn)可分為5大階段,其中溫福鐵路動(dòng)車組列車的開通極大地壓縮了福州、上海間時(shí)間距離,與普通客運(yùn)列車相比相當(dāng)于使兩地間距離拉近了682.0 km,相當(dāng)于將上海從實(shí)際位置拉近了276.5 km.

2）鐵路運(yùn)輸?shù)奶攸c(diǎn)是運(yùn)量大,成本低,適合中長(zhǎng)途運(yùn)輸.信息化和工業(yè)化同時(shí)發(fā)展條件下,鐵路客運(yùn)不斷提速,使鐵路客運(yùn)的及時(shí)性得到加強(qiáng),進(jìn)而影響城市、城市及其周邊區(qū)域、區(qū)際分工和聯(lián)系、人的活動(dòng)空間和產(chǎn)業(yè)發(fā)展.

3）目前福州和上海間的鐵路交通線由于地形阻隔都不是最優(yōu)路徑.隨著信息化和工業(yè)化進(jìn)程的推進(jìn)和基礎(chǔ)設(shè)施的完善,兩地間進(jìn)一步壓縮時(shí)間距離仍有很大余地.

[1]甄峰.信息時(shí)代的區(qū)域空間結(jié)構(gòu)[M].北京:商務(wù)印書館,2004:7.

[2]Tobler W.On the first law of geography:A reply[J].Annals of the Association of American Geographers,2004,94(2）:304-310.

[3]Harvey J,Miller.Tobler's first law and spatial analysis[J].Annals of the Association of American Geographers,2004,94(2）:284-289.

[4]楊萬(wàn)鐘.經(jīng)濟(jì)地理學(xué)導(dǎo)論[M].上海:華東師范大學(xué)出版社,1999:38-39.

[5]徐慶斌,榮朝和,馬運(yùn),等.運(yùn)輸經(jīng)濟(jì)學(xué)導(dǎo)論[M].北京:中國(guó)鐵道出版社,2005:7-25.

[6]李文翎,李尚智,黎雅雯,等.基于 GIS的廣州城市時(shí)間地圖研究[J].熱帶地理,2008,28(3）:218-222.

[7]趙東平.廣州市時(shí)間距離研究的初步實(shí)踐[D].廣州:華南師范大學(xué),2003.

[8]曹小曙,薛德升,閻小培.中國(guó)干線公路網(wǎng)絡(luò)聯(lián)結(jié)的城市通達(dá)性[J].地理學(xué)報(bào),2005,60(6）:903-910.

[9]吳威,曹有揮,曹衛(wèi)東,等.開放條件下長(zhǎng)江三角洲區(qū)域的綜合交通可達(dá)性空間格局[J].地理研究,2007,26(2）:391-402.

[10]朱杰,管衛(wèi)華,蔣志欣,等.江蘇省城市經(jīng)濟(jì)影響區(qū)格局變化[J].地理學(xué)報(bào),2007,62(10）:1023-1033.

[11]威廉·邦奇.理論地理學(xué)[M].石高玉,石高俊,譯.北京:商務(wù)印書館,1991:51-66.

[12]Tobler W R.Map transformations of geographic space[D].Washington:University of Washington,1961.

Abstract:Temporal distance of passenger trains between Fuzhou and Shanghai is converted in spatial by establishing mathematical model.Defined the new instance as the distance between two locations,the original map is deformed by GIS,then the temporal distance map is obtained.It is found that the development of the railway passenger transport between Fuzhou and Shanghai can be divided into five major stages.The application of the railway between Wenzhou and Fuzhou greatly reduces the temporal distance between Fuzhou and Shanghai,rail passenger transport has been strengthened timeliness,which will influence of the division of labor,human space and industrial development of cities,and its surrounding areas.As the process of informatization and industrialization promoting and the infrastructure improving,the temporal distance between the two places still can be compressed.

Key words:temporal distance map;passenger trains;Fuzhou;Shanghai

Research on Temporal Distance Map Based on Metacartography——A Case Study on Passenger Trains between Fuzhou and Shanghai

ZHU Yu1,YOU Jian-sheng2,LI Xiao1

(1.College of Geographical Science,Fujian Normal University,Fuzhou 350007,China;
2.Science and Technology Department of Fujian Province,Fuzhou 350007,China）

F512.99

A

1674-232X(2010）03-0231-06

10.3969/j.issn.1674-232X.2010.03.014

2009-12-03

朱 昱(1986—）,男,江蘇東臺(tái)人,人文地理學(xué)碩士研究生,主要從事交通地理與區(qū)域發(fā)展、經(jīng)濟(jì)地理與區(qū)域規(guī)劃方面研究.＊

李 曉(1970—）,男,福建福州人,副研究員,主要從事人文地理學(xué)與 GIS應(yīng)用方面研究.E-mail:lxiog@163.com