國(guó)內(nèi)外城市時(shí)空間結(jié)構(gòu)研究的淵源及述評(píng)

古杰 齊蘭蘭 周素紅 閆小培

摘 要：本文在梳理城市地理學(xué)與時(shí)間地理學(xué)相關(guān)概念的基礎(chǔ)上總結(jié)給出了城市時(shí)空間結(jié)構(gòu)的概念內(nèi)涵。城市時(shí)空間結(jié)構(gòu)的內(nèi)涵是以時(shí)間地理學(xué)對(duì)人地關(guān)系地域系統(tǒng)的研究作為基本方法，在城市地域內(nèi)，以居民日常活動(dòng)的一個(gè)基本周期作為時(shí)間尺度，該時(shí)空范圍內(nèi)所有人時(shí)空活動(dòng)的關(guān)系及其組合狀態(tài)。具體研究?jī)?nèi)容包括四個(gè)方面：其一，回顧了城市時(shí)空間結(jié)構(gòu)的淵源，并對(duì)城市實(shí)體空間、城市社會(huì)空間、城市認(rèn)知空間以及城市時(shí)空間概念進(jìn)行了對(duì)比分析。其二，對(duì)國(guó)內(nèi)外城市時(shí)空間及其相關(guān)研究進(jìn)行了簡(jiǎn)要的歸納和梳理。其三，對(duì)國(guó)內(nèi)城市時(shí)空結(jié)構(gòu)的相關(guān)研究進(jìn)行了回顧。其四，對(duì)城市時(shí)空間結(jié)構(gòu)研究的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行了述評(píng)。認(rèn)為隨著地理信息技術(shù)的發(fā)展和多元數(shù)據(jù)的出現(xiàn)，城市時(shí)空間結(jié)構(gòu)有如下特點(diǎn)：在研究?jī)?nèi)容方面，城市時(shí)空間結(jié)構(gòu)研究的內(nèi)容和切入點(diǎn)不斷增多；在研究方法方面不斷成熟，時(shí)空路徑模擬、時(shí)空展示和對(duì)大數(shù)據(jù)處理技術(shù)方面不斷成熟；在研究數(shù)據(jù)方面，逐步從傳統(tǒng)的以出行日志為主的數(shù)據(jù)源走向以GPS數(shù)據(jù)和手機(jī)數(shù)據(jù)及其他數(shù)據(jù)相結(jié)合的多元數(shù)據(jù)融合。

關(guān)鍵詞：城市時(shí)空間結(jié)構(gòu)；時(shí)間地理學(xué)；時(shí)空路徑；時(shí)空行為

中圖分類號(hào)：K928.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

城市時(shí)空間是城市地域范圍內(nèi)的二維平面空間加上時(shí)間軸之后的城市三維空間。它包含幾個(gè)基本的要素：二維空間平面、居民行為、影響居民行為的各種要素和時(shí)間。二維平面是城市地域范圍內(nèi)部的城市三維空間，但在通常的研究中由于忽略城市的高程要素實(shí)際上抽象為一個(gè)二維平面空間。居民行為是城市地域范圍內(nèi)人的日常活動(dòng)，在這里工作、娛樂和購(gòu)物等活動(dòng)成為行為，不從事任何活動(dòng)的短暫和較長(zhǎng)時(shí)間的停留也被稱為行為，行為可以通過時(shí)空路徑曲線來表達(dá)，它的起點(diǎn)是出生，終點(diǎn)是死亡，曲線的起點(diǎn)和終點(diǎn)在時(shí)間和空間上都是連續(xù)的。影響居民行為的各種要素包括城市地理空間、城市空間結(jié)構(gòu)、交通條件、社會(huì)空間、居民對(duì)客觀環(huán)境的認(rèn)知等不同的方面。時(shí)間是城市時(shí)空間不同于傳統(tǒng)城市空間的最重要因素，在研究中通常以小時(shí)和日作為單位，以日和周作為一個(gè)完整周期。

本文對(duì)城市時(shí)空間結(jié)構(gòu)的定義是：以時(shí)間地理學(xué)對(duì)人地關(guān)系地域系統(tǒng)的研究作為基本方法，在城市地域內(nèi)，以居民日?；顒?dòng)的一個(gè)基本周期作為時(shí)間尺度，由該時(shí)空范圍內(nèi)所有居民時(shí)空活動(dòng)的關(guān)系及狀態(tài)所構(gòu)成的動(dòng)態(tài)空間。城市時(shí)空間結(jié)構(gòu)是城市時(shí)空間范圍內(nèi)居民行為所展示的城市時(shí)空間結(jié)構(gòu)特征。在本文的研究過程中，包括兩個(gè)基本方面：首先它是以居民的時(shí)空行為作為城市時(shí)空間結(jié)構(gòu)的基本內(nèi)涵；其次它不是指行為的空間方面或時(shí)間方面，也不是兩者簡(jiǎn)單疊加，而是把時(shí)間和空間結(jié)合在一起的三維結(jié)構(gòu)。城市時(shí)空間結(jié)構(gòu)的研究是在城市空間結(jié)構(gòu)研究的基礎(chǔ)上延伸出來的，其以人的出行作為研究對(duì)象，它的興起主要基于以下研究淵源。

1 城市時(shí)空間結(jié)構(gòu)研究的理論背景

1.1 經(jīng)典理論及城市實(shí)體空間

20世紀(jì)初期的歐洲和北美，是地理學(xué)許多經(jīng)典學(xué)術(shù)思想的發(fā)軔之時(shí)，也是許多學(xué)術(shù)理論和流派的濫觴之地。在德國(guó)，地理學(xué)家克里斯塔勒和經(jīng)濟(jì)學(xué)家廖什分別于1933年和1940年提出中心地理論，由于著作原文是德語，中心地理論在提出之后并沒有在英語世界引起廣泛關(guān)注。20世紀(jì)50年代，中心地理論開始流行于英語國(guó)家，并逐步向外擴(kuò)散，成為現(xiàn)代城市地理學(xué)的理論基石[1]。

在北美，芝加哥學(xué)派的社會(huì)學(xué)界運(yùn)用生態(tài)學(xué)的視角對(duì)城市進(jìn)行研究，創(chuàng)立了人類生態(tài)學(xué)的理論流派。當(dāng)時(shí)的社會(huì)背景是，芝加哥從19世紀(jì)初期一個(gè)人跡罕至之處，經(jīng)歷了100年的發(fā)展，成為人口超過百萬的大都市。尤其是在1890年到1910年期間，大量的新移民迅猛增長(zhǎng)，產(chǎn)生了較多的社會(huì)問題。1916年帕克發(fā)表了《城市：在城市環(huán)境中研究人類行為的建議》，制定了影響芝加哥學(xué)派20余年的城市研究計(jì)劃。1925年，帕克、伯吉斯與他們的學(xué)生麥肯齊合著了論文集《城市》，伯吉斯在1923年創(chuàng)立的同心環(huán)模式的論文就收錄在其中[2]。

伯吉斯的同心環(huán)模式是人類生態(tài)學(xué)的重要研究成果。在同心環(huán)模式中，伯吉斯從人類生態(tài)學(xué)的角度得出城市中心為中心商業(yè)區(qū)，外圍為過渡性地帶，再外圍是工人階級(jí)住宅區(qū)，然后是中產(chǎn)階級(jí)住宅區(qū)，最外圍是高級(jí)或通勤人士住宅區(qū)。在同心環(huán)模式的基礎(chǔ)上，霍伊特于1939考慮到交通線路的影響提出了扇形模式。哈里斯和厄爾曼考慮到重工業(yè)對(duì)城市空間結(jié)構(gòu)的影響，在1945年，提出了多核心模式。至此，城市空間結(jié)構(gòu)的三個(gè)經(jīng)典模式形成，成為城市內(nèi)部空間結(jié)構(gòu)研究的重要基礎(chǔ)。

20世紀(jì)60年代，土地地租理論在結(jié)合古典區(qū)位論和古典人類生態(tài)學(xué)的基礎(chǔ)上逐步形成，而這一理論的集大成者是威廉·阿朗索。阿朗索是世界著名的區(qū)域?qū)W家，《區(qū)位和土地利用》是他的代表作。伯吉斯從人類生態(tài)學(xué)的角度得出同心環(huán)模式，杜能從孤立國(guó)農(nóng)業(yè)土地利用的形態(tài)演繹出中心地模型。阿朗索沿用了同心環(huán)模式的基本形態(tài)，但是賦予土地經(jīng)濟(jì)學(xué)的解釋。同時(shí)，在對(duì)城市地價(jià)的演繹過程中延續(xù)了杜能關(guān)于中心地模型的部分假設(shè)：居住和就業(yè)，在各方向上同性的均質(zhì)平原上，城市的中心是就業(yè)和市場(chǎng)中心，越接近城市中心所支付的成本距離越少，阿朗索旨在探討從城市中心向外，城市活動(dòng)和地租如何變化[3]。

1.2 社會(huì)區(qū)分析及城市社會(huì)空間

20世紀(jì)中期，人類生態(tài)學(xué)在經(jīng)歷了短暫的低迷發(fā)展之后重新受到關(guān)注。這一時(shí)期，北美的城市特征發(fā)生了新的變化，而新的城市形態(tài)又促使人類生態(tài)學(xué)的研究發(fā)生了變化。首先是在理論上人類生態(tài)學(xué)在原有理論基礎(chǔ)上分化為社會(huì)文化生態(tài)學(xué)和新正統(tǒng)生態(tài)學(xué)，在方法上通過對(duì)城市區(qū)域和人口進(jìn)行詳細(xì)的、經(jīng)驗(yàn)的研究，產(chǎn)生了社會(huì)區(qū)域分析和因素生態(tài)學(xué)方法。社會(huì)文化生態(tài)學(xué)強(qiáng)調(diào)文化和價(jià)值對(duì)于解釋城市中各種群體和機(jī)構(gòu)位置的重要性。新正統(tǒng)生態(tài)學(xué)則積極強(qiáng)調(diào)芝加哥古典生態(tài)學(xué)理論正統(tǒng)地位，并進(jìn)行積極地完善與補(bǔ)充。人類生態(tài)學(xué)的經(jīng)驗(yàn)研究也形成了新的方法，社會(huì)區(qū)域分析方法認(rèn)為某個(gè)居住區(qū)存在某些關(guān)鍵變量，因此具有與其他區(qū)域不同的特征，所以應(yīng)通過容易測(cè)量的部分因素反映社會(huì)生活的特征。然而，到了20世紀(jì)60年代，計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展使可供測(cè)量和識(shí)別的社會(huì)區(qū)域變量增加，由此在識(shí)別主要因素的基礎(chǔ)上形成了因素生態(tài)學(xué)的方法[2]。

社會(huì)空間指的是社會(huì)定位、宗教和種族等方面的社會(huì)分化，它的最小空間單元是家庭，較大空間單元為鄰里、社會(huì)，最大的空間單元是城市或國(guó)家。社會(huì)學(xué)家認(rèn)為，隨著工業(yè)化社會(huì)規(guī)模不斷擴(kuò)大和工業(yè)化的深入，在社會(huì)經(jīng)濟(jì)關(guān)系方面表現(xiàn)為勞動(dòng)分工和技術(shù)分工的變化；在社會(huì)功能方面表現(xiàn)為經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變，進(jìn)而使人們的社會(huì)地位、經(jīng)濟(jì)收入和消費(fèi)方式產(chǎn)生分化，大家庭逐步被核心家庭所代替；在社會(huì)組織方面，表現(xiàn)為人口流動(dòng)加快，同種族或同鄉(xiāng)的移民聚居在一起對(duì)異鄉(xiāng)人有排斥傾向。社會(huì)經(jīng)濟(jì)空間的扇形結(jié)構(gòu)、家庭空間的同心環(huán)結(jié)構(gòu)以及種族空間的群組結(jié)構(gòu)最終形成了社會(huì)空間結(jié)構(gòu)的差異性和異質(zhì)性。

1.3 認(rèn)知地圖及城市認(rèn)知空間

20世紀(jì)60年代前后，在傳統(tǒng)的城市實(shí)體空間和社會(huì)空間的研究逐漸成熟的同時(shí)，關(guān)于意向空間的認(rèn)知地圖的研究方興未艾。而這一研究的標(biāo)志性人物是美國(guó)建筑師林奇。20世紀(jì)初期，在心理學(xué)的領(lǐng)域意識(shí)學(xué)派、行為學(xué)派和格式塔心理學(xué)派在相互否定、批判、吸收和融合的過程中，認(rèn)知心理學(xué)逐步形成，為后來城市認(rèn)知地圖的研究奠定了理論基礎(chǔ)。到了20世紀(jì)50～60年代，西方國(guó)家經(jīng)歷了戰(zhàn)后幾十年的建設(shè)，城市環(huán)境嚴(yán)重惡化，對(duì)居民的身心和行為產(chǎn)生了各種消極的影響，因此環(huán)境與行為的關(guān)系引起了來自社會(huì)學(xué)、心理學(xué)、地理學(xué)、建筑學(xué)、城市規(guī)劃等學(xué)科學(xué)者的普遍關(guān)注，形成了一個(gè)全新的交叉學(xué)科——環(huán)境心理學(xué)，認(rèn)知地圖是其研究的重要內(nèi)容。托爾曼在1948年首次提出認(rèn)知地圖的概念。然而托爾曼的研究并沒有引起廣泛的關(guān)注，保羅·貝爾曾經(jīng)這樣說過：“起初，有很少一部分人對(duì)認(rèn)知地圖感興趣，說得更夸張些，托爾曼的研究甚至已經(jīng)被人遺忘。直到城市設(shè)計(jì)師凱文·林奇在1960年出版了《城市意象》一書后，人們才對(duì)認(rèn)知地圖的結(jié)構(gòu)和功能給予了廣泛的關(guān)注”[4，5]。

1.4 時(shí)間地理學(xué)及城市時(shí)空間

20世界60年代后期，瑞典地理學(xué)家哈格斯特朗及其領(lǐng)導(dǎo)的隆德學(xué)派創(chuàng)立了時(shí)間地理學(xué)[6]。時(shí)間地理學(xué)的誕生有著復(fù)雜的理論與現(xiàn)實(shí)背景[7]。然而，時(shí)間地理學(xué)在其誕生后較長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)，并不直接研究城市的時(shí)空間結(jié)構(gòu)，而是研究處在這種結(jié)構(gòu)中的人的時(shí)空行為。隨著對(duì)人時(shí)空行為研究的逐漸成熟，時(shí)間地理學(xué)者試圖通過人的時(shí)空行為來表征和研究城市的時(shí)空間結(jié)構(gòu)，正如城市空間分析學(xué)派通過城市土地利用來表征城市空間結(jié)構(gòu)一樣。

20世紀(jì)中后期的西方世界，經(jīng)歷了戰(zhàn)后較長(zhǎng)一段時(shí)期的高速發(fā)展，城市在發(fā)展和建設(shè)的過程中出現(xiàn)了一系列的問題，人文地理學(xué)在這種背景下取得了長(zhǎng)足的發(fā)展，關(guān)于城市的研究成為人文地理學(xué)中的重要分支[8]。無論是早期的區(qū)位論模型還是稍后的城市土地地租理論，學(xué)者們都是通過研究城市居民活動(dòng)的外部環(huán)境來認(rèn)識(shí)城市。人類生態(tài)學(xué)以城市地域社會(huì)為研究對(duì)象，把空間看成不同人類活動(dòng)相互競(jìng)爭(zhēng)的結(jié)果，行為主義的方法引用心理學(xué)和行為學(xué)的理論和方法，說明人類行為的意識(shí)決定過程，產(chǎn)生了認(rèn)知地圖的相關(guān)研究。城市時(shí)空間結(jié)構(gòu)的研究誕生于相同的時(shí)代，它更注重分析人類各種活動(dòng)的制約條件，并且在時(shí)空軸上動(dòng)態(tài)地描述和解釋人類的活動(dòng)與城市空間結(jié)構(gòu)。一方面它架起了聯(lián)系空間分析學(xué)派、人類生態(tài)學(xué)派和行為地理學(xué)派的橋梁，另一方面它在傳統(tǒng)的空間研究話題中加入了時(shí)間因素，推動(dòng)城市地理學(xué)的研究從靜態(tài)走向動(dòng)態(tài)。

1.5 小結(jié)

對(duì)城市空間結(jié)構(gòu)的研究可以分為四種基本視角，第一種視角以城市實(shí)體空間作為切入點(diǎn)，研究的是以土地及其利用方式為基礎(chǔ)的物質(zhì)空間結(jié)構(gòu)；第二種視角以社會(huì)學(xué)的基本理論作為切入點(diǎn)，代表性研究是社會(huì)區(qū)分析和因子生態(tài)分析；城市意象空間以認(rèn)知心理學(xué)的相關(guān)理論為基礎(chǔ)，研究的是物質(zhì)空間在居民頭腦中的意象；而城市的時(shí)空間則是以居民日常出行的行為作為切入點(diǎn)，更加關(guān)注空間本身的聯(lián)系和時(shí)空特征（圖1和表1）。

2 國(guó)外城市時(shí)空間結(jié)構(gòu)的研究

2.1 城市時(shí)空間結(jié)構(gòu)的理論與概念研究

城市的時(shí)空結(jié)構(gòu)是在時(shí)間地理學(xué)的研究框架下進(jìn)行的，然而國(guó)外學(xué)者較少使用“城市時(shí)空間結(jié)構(gòu)”的概念，使用較多的概念是“時(shí)空行為”，在本文的語境中，居民的時(shí)空行為被視作表征城市時(shí)空間結(jié)構(gòu)的要素和變量，正如同單一地塊土地利用方式對(duì)于城市功能分區(qū)。因此，本文對(duì)時(shí)空間結(jié)構(gòu)的梳理主要從國(guó)外學(xué)者對(duì)時(shí)空行為的相關(guān)實(shí)證研究出發(fā)。

哈格斯特朗創(chuàng)立時(shí)間地理學(xué)的基本目的是在人類生態(tài)學(xué)的基礎(chǔ)上創(chuàng)造一種理解人與環(huán)境綜合作用關(guān)系的方法，從而為地理學(xué)家在其他人文地理學(xué)流派中所面臨的不足提供一種可供選擇的方法[9]。在時(shí)空話題的框架內(nèi)，人的行為發(fā)生在工作地、學(xué)校和居住地等駐點(diǎn)，城市時(shí)空間結(jié)構(gòu)被視作隨著這些人口移動(dòng)所形成的路徑鏈接而成的網(wǎng)絡(luò)。在20世紀(jì)70～80年代，時(shí)間地理學(xué)的多數(shù)研究成果為理論和方法的研究，實(shí)證性的研究比較少。20世紀(jì)90年代之后，由于理論和方法的逐漸完善，大量的實(shí)證性研究開始出現(xiàn)。

2.2 以出行日志為基礎(chǔ)的實(shí)證研究

對(duì)居民日常出行時(shí)空特征的研究是西方城市時(shí)空間結(jié)構(gòu)研究的重要內(nèi)容。較早的時(shí)間地理學(xué)出行調(diào)查是烏普薩拉家庭出行調(diào)查，時(shí)間在1971年，調(diào)查的地點(diǎn)是瑞典西南部城市烏普薩拉，調(diào)查的時(shí)間是5周[10]。成年居民每一次離開居住地的活動(dòng)被視為一次出行，問卷共調(diào)查了97戶家庭的149位居民。這次調(diào)查的相關(guān)分析文章在此后若干年中被不斷地總結(jié)和分析[11，12]。之后，為了分析居民日常出行的時(shí)空關(guān)系及日?；顒?dòng)的規(guī)律性，早期的研究在方法上以問卷調(diào)查為主。由于要分析居民更長(zhǎng)時(shí)間尺度的規(guī)律性，調(diào)查的時(shí)間一般超過一個(gè)工作日。受調(diào)查者精力的限制，問卷的數(shù)量一般較少，在100～200份之間。比如Axhausen等學(xué)者對(duì)Halle和Karlsruhe兩座城市的研究中，問卷總數(shù)只有159份[13]。2000年之后，有些調(diào)查的規(guī)模開始變大，比如SCAG（Southern California Association of Governments）的入戶調(diào)查，共有16939個(gè)家庭的40376個(gè)居民，而這些調(diào)查的規(guī)模已經(jīng)開始由政府或一些非政府機(jī)構(gòu)實(shí)施，調(diào)查還包括其他的目的，與早期的出行調(diào)查有所不同[14]。由于這些研究涉及較長(zhǎng)時(shí)段的居民出行，因此受到了流行病學(xué)等方面的關(guān)注，在交通方面也有較多的運(yùn)用[15]。

2.3 時(shí)空行為的影響因素分析

對(duì)居民日常出行時(shí)空特征的影響因素分析是城市時(shí)空間結(jié)構(gòu)另一個(gè)非常重要的話題。Tim Schwanen等認(rèn)為性別對(duì)居民日常出行活動(dòng)的時(shí)間、地點(diǎn)、目的以及與誰一起出行都起著非常重要的作用，是影響居民出行活動(dòng)時(shí)空約束的重要原因之一[16]。同時(shí)，他還認(rèn)為街區(qū)居民的一致性與否會(huì)影響到居民的出行方式，并最終影響到居民的日常出行[17]。土地利用和交通系統(tǒng)不應(yīng)僅僅被視作影響居民出行的外生變量，而是存在相互影響關(guān)系。Jae Y L等認(rèn)為社會(huì)隔離和社會(huì)網(wǎng)絡(luò)是影響居民日常出行相互作用的原因之一，并利用三維可視化技術(shù)對(duì)居民日常出行的時(shí)空路徑進(jìn)行展示[18]。一些學(xué)者還分析汽油價(jià)格的變化和居民日常出行的時(shí)空關(guān)系以探究汽油價(jià)格對(duì)交通事故的影響，結(jié)果表明汽油價(jià)格的變動(dòng)會(huì)影響交通事故的發(fā)生，尤其是對(duì)于年輕人和婦女群體[19]。還有學(xué)者探討不同性別和職業(yè)的居民出行模式的差異，從而分析他們對(duì)居民出行行為的影響[20]。與此同時(shí)，受到地理學(xué)中女性主義思潮的影響，把性別作為重要變量的研究也成為一個(gè)重要的方面[21]。

2.4 新的數(shù)據(jù)與方法在城市時(shí)空間結(jié)構(gòu)研究中的應(yīng)用

隨著現(xiàn)代信息通信技術(shù)的發(fā)展，討論現(xiàn)代信息通信技術(shù)對(duì)居民日常出行活動(dòng)的影響或利用現(xiàn)代信息通信技術(shù)所提供的數(shù)據(jù)進(jìn)行研究是一個(gè)比較新的話題[22，23]。德國(guó)學(xué)者M(jìn)arta C. González等人通過對(duì)手機(jī)用戶的日?；顒?dòng)的距離研究表明，多數(shù)個(gè)體出行的距離較短，僅有較少頻次的出行距離會(huì)超過數(shù)百公里[24]。一些學(xué)者通過手機(jī)數(shù)據(jù)研究城市中居民出行的網(wǎng)絡(luò)關(guān)系[25]。還有很多學(xué)者探討了現(xiàn)代信息通信技術(shù)對(duì)人們?nèi)粘３鲂械挠绊懀⒎治鎏接懢W(wǎng)絡(luò)行為和手機(jī)使用狀況對(duì)人們出行行為的影響[26-28]。同時(shí)由于電子商務(wù)的迅速發(fā)展，不少學(xué)者對(duì)網(wǎng)絡(luò)購(gòu)物與居民出行活動(dòng)的相互關(guān)系進(jìn)行了分析，比如Sendy Farag認(rèn)為網(wǎng)絡(luò)購(gòu)物受到經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、地理和人口特征等方面的影響，在作者所選擇的荷蘭和美國(guó)的案例中，并沒有呈現(xiàn)出較大的差異性，隨著網(wǎng)絡(luò)購(gòu)物的增加，日常性的購(gòu)物會(huì)相應(yīng)地有所減少[29]。

大數(shù)據(jù)在城市時(shí)空間結(jié)構(gòu)研究過程中也受到廣泛關(guān)注。城市時(shí)空間結(jié)構(gòu)研究以居民的出行數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，傳統(tǒng)出行日志由于難以獲取大規(guī)模的出行信息在數(shù)據(jù)代表性方面廣受詬病。大數(shù)據(jù)在樣本量方面具有更強(qiáng)的說服力，同時(shí)大數(shù)據(jù)中普遍包含時(shí)間和空間數(shù)據(jù)，因此隨著大數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)源的廣泛出現(xiàn)和數(shù)據(jù)處理方法的不斷成熟，其在城市時(shí)空間結(jié)構(gòu)研究中被廣泛應(yīng)用。比如，通過手機(jī)的GPS定位數(shù)據(jù)研究城市內(nèi)部的交通特征和交通熱點(diǎn)分布狀況[30]；通過出租車出行狀況的GPS數(shù)據(jù)研究城市中交通流量的時(shí)空特征，城市在不同日期出租車活躍度的周期性特征、交通特征和居民的出行特征等[31，32]。

此外，在居民時(shí)空行為的研究過程中，Kwan認(rèn)為隨著手機(jī)在家庭和社會(huì)生活中的廣泛運(yùn)用，全新的時(shí)空協(xié)調(diào)的方式改變了時(shí)間的運(yùn)用和移動(dòng)性，模糊了家庭和工作的邊界，提高了社會(huì)網(wǎng)絡(luò)和社會(huì)資本的重要性，這會(huì)造成對(duì)居民出行顯著的影響。因此，她認(rèn)為對(duì)城市交通的研究需要新的概念和技術(shù)框架。傳統(tǒng)的研究普遍認(rèn)為城市各功能區(qū)具有一定的社會(huì)經(jīng)濟(jì)特征，然而一些研究表明就業(yè)機(jī)會(huì)的空間分布及其聚類狀況對(duì)個(gè)體可達(dá)性的影響并不是恒定的。Kwan認(rèn)為，主要的原因在于現(xiàn)代信息通信技術(shù)的影響使居民受到時(shí)空的約束變小，許多活動(dòng)比如網(wǎng)絡(luò)購(gòu)物和電子銀行可以在周末和晚上來完成[33]。

在居民時(shí)空行為的研究方法方面，現(xiàn)代GIS方法和技術(shù)為城市時(shí)空間結(jié)構(gòu)研究提供了良好的技術(shù)平臺(tái)，相關(guān)方面的文獻(xiàn)成為城市時(shí)空間結(jié)構(gòu)研究的重要內(nèi)容。研究居民出行的時(shí)空活動(dòng)是時(shí)間地理學(xué)的核心命題之一，然而在傳統(tǒng)的研究中，一般采用統(tǒng)計(jì)的方法[34]。雖然這些統(tǒng)計(jì)的方法在分析居民時(shí)空活動(dòng)的特征時(shí)是非常有用和必要的，但是在居民出行活動(dòng)時(shí)空模式的研究中，對(duì)活動(dòng)進(jìn)行模擬也非常重要。為了分析居民活動(dòng)的時(shí)空特征，一些學(xué)者在GIS空間分析和三維展示方面進(jìn)行了嘗試[35，36]。在許多學(xué)者的努力下，時(shí)間地理學(xué)的一些概念框架逐步被嵌入到GIS平臺(tái)中[37]。隨著大量的出行日志調(diào)查的進(jìn)行，這些數(shù)據(jù)與GIS技術(shù)結(jié)合為學(xué)者們研究居民時(shí)空活動(dòng)的規(guī)律提供了極大的方便[38]。

傳統(tǒng)時(shí)間地理學(xué)的諸多概念與GIS不斷融合取得了較大的發(fā)展，成為時(shí)間地理學(xué)發(fā)展過程中的重大技術(shù)突破，這種突破借助GIS的三維展示平臺(tái)把居民活動(dòng)的二維空間平面和一維的時(shí)間軸融入其中[39]。然而傳統(tǒng)的時(shí)間地理學(xué)對(duì)居民出行模式的研究隨著現(xiàn)代信息通信技術(shù)的發(fā)展也遇到了一些挑戰(zhàn)，一些學(xué)者認(rèn)為雖然虛擬空間與物理空間在本質(zhì)上不盡一致，然而兩種空間之間絕對(duì)不是完全獨(dú)立的關(guān)系[40]。一些研究指出遠(yuǎn)程通信和電子商務(wù)等活動(dòng)會(huì)導(dǎo)致人流和物流模式發(fā)生變化，還有部分研究認(rèn)為現(xiàn)代信息通信技術(shù)會(huì)導(dǎo)致居民出行活動(dòng)的破碎化及其在時(shí)空框架內(nèi)的重構(gòu)[41]。Mokhtarian指出物質(zhì)空間和虛擬空間的四種基本關(guān)系：替代關(guān)系、互補(bǔ)關(guān)系、改變關(guān)系和中立關(guān)系[28]。因此，物質(zhì)空間和虛擬空間相互作用的實(shí)證研究和方法探討成為20世紀(jì)以來城市時(shí)空間結(jié)構(gòu)研究的重要內(nèi)容。

2.5 小結(jié)

國(guó)外時(shí)空間結(jié)構(gòu)研究可以劃分四個(gè)研究方向（圖2）：第一是概念與理論研究，主要出現(xiàn)在時(shí)間地理學(xué)的初創(chuàng)階段。第二是以出行日志為基礎(chǔ)的實(shí)證研究，研究的時(shí)間跨度較長(zhǎng)。第三是時(shí)空行為的影響因素分析，在20世紀(jì)90年代之后。第四是新的數(shù)據(jù)與方法與時(shí)間地理學(xué)相結(jié)合對(duì)城市時(shí)空間結(jié)構(gòu)的研究。其中，新的數(shù)據(jù)與方法與時(shí)間地理學(xué)相結(jié)合是城市時(shí)空間結(jié)構(gòu)研究最主要的發(fā)展趨勢(shì)，主要的研究?jī)?nèi)容包括GIS技術(shù)方法與城市時(shí)空間相結(jié)合的研究、現(xiàn)代信息通信技術(shù)對(duì)居民時(shí)空行為影響的研究、大數(shù)據(jù)與城市空間結(jié)構(gòu)相結(jié)合的研究、物質(zhì)空間與虛擬空間的相互作用研究。

3 國(guó)內(nèi)城市時(shí)空間結(jié)構(gòu)的研究

3.1 城市時(shí)空間結(jié)構(gòu)研究的引入

國(guó)內(nèi)城市時(shí)空間結(jié)構(gòu)研究萌芽于20世紀(jì)90年代。城市時(shí)空間結(jié)構(gòu)研究是在時(shí)間地理學(xué)的研究框架下進(jìn)行的，由于時(shí)間地理學(xué)在20世紀(jì)末期才逐漸擴(kuò)散到中國(guó)，因此國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)城市空間結(jié)構(gòu)的研究開始的時(shí)間并不長(zhǎng)。早期的研究主要是概念引進(jìn)和介紹性質(zhì)的文章，尚未涉及城市空間結(jié)構(gòu)的研究。出現(xiàn)了實(shí)證性的研究論文，柴彥威對(duì)蘭州市城市內(nèi)部生活空間結(jié)構(gòu)的研究已經(jīng)開始把居民活動(dòng)的路徑概念運(yùn)用到城市內(nèi)部空間結(jié)構(gòu)的研究中來，但是尚未明確提出城市時(shí)空間結(jié)構(gòu)的概念，從而標(biāo)志著國(guó)內(nèi)時(shí)空間結(jié)構(gòu)研究的萌芽[42]。

3.2 城市時(shí)空間結(jié)構(gòu)研究的興起

21世紀(jì)初期是國(guó)內(nèi)時(shí)空間結(jié)構(gòu)研究開始的時(shí)間。2002年柴彥威團(tuán)隊(duì)出版了研究專著《中國(guó)城市時(shí)空間結(jié)構(gòu)》，書中首次明確使用了“城市時(shí)空間結(jié)構(gòu)”這一概念，標(biāo)志著國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)城市時(shí)空間結(jié)構(gòu)研究的開始。該書以大連、天津和深圳為案例進(jìn)行了大量的問卷調(diào)查，通過對(duì)時(shí)間地理學(xué)中經(jīng)典研究方法的運(yùn)用對(duì)城市時(shí)空間結(jié)構(gòu)開展研究[8]。與此同時(shí)，由項(xiàng)目所衍生出來的一批論文也先后在一些地理學(xué)的主流期刊上發(fā)表[43，44]。另外，其他一些學(xué)者也開始跟進(jìn)，劉玉亭等對(duì)南京市貧困群體的日?；顒?dòng)的時(shí)空間結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析[45]。馮健等對(duì)北京市城中村流動(dòng)人口生活活動(dòng)的時(shí)空間進(jìn)行了研究[46，47]。蔡曉梅等研究了廣州市居民的飲食消費(fèi)行為的時(shí)空間特征[48]。宋金平等人對(duì)蕪湖市居民購(gòu)物行為的時(shí)空間特征進(jìn)行了研究[49]。周素紅等人從居民日常通勤的視角研究了廣州市城市時(shí)空間結(jié)構(gòu)[50]。張燕等研究了城市居民的休閑空間[51]。曹小曙等通過問卷調(diào)查數(shù)據(jù)研究居民出行的行為，并認(rèn)為居民的屬性決定出行目的，而出行目的又會(huì)影響居民的出行[52]。劉云剛等人則研究了在廣州市生活的日本移民的生活空間，并認(rèn)為日本移民的生活空間具有主動(dòng)集聚和被動(dòng)隔離的特征[53]。薛德升等通過深度訪談對(duì)城中村農(nóng)民工的醫(yī)療行為進(jìn)行了研究和分析[54]?？梢钥吹剑瑢W(xué)者們已經(jīng)開始使用時(shí)間地理學(xué)的研究方法對(duì)城市的時(shí)空間結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究。然而從具體的研究?jī)?nèi)容來看，一般是從特定的人群或者對(duì)特定出行目的進(jìn)行的。

4 城市時(shí)空間結(jié)構(gòu)研究的述評(píng)

從1970年代哈格斯特朗的研究算起，城市時(shí)空間結(jié)構(gòu)研究至今經(jīng)歷了40余年的發(fā)展歷程，在它興起之后的前10年，時(shí)間地理學(xué)處于理論模型和概念框架的探討過程；1980年到1995年前后，時(shí)間地理學(xué)經(jīng)歷了一個(gè)漫長(zhǎng)的低迷而非停滯的階段，其不斷地完善自己的概念框架和理論基礎(chǔ)；20世紀(jì)末以來，GIS的發(fā)展為時(shí)間地理學(xué)提供了良好的技術(shù)平臺(tái)，使得時(shí)間地理學(xué)的發(fā)展不斷突破技術(shù)瓶頸。然而這個(gè)過程非常緩慢，許多問題的解決即便是從今天來看依然富有挑戰(zhàn)性和藝術(shù)性。時(shí)間地理學(xué)在中國(guó)擴(kuò)散的時(shí)間并不太長(zhǎng)，從專門介紹時(shí)間地理學(xué)的文獻(xiàn)到今天大約只有15年，在這短短的15年中，時(shí)間地理學(xué)的研究方法、研究視角、方法論上的每一次補(bǔ)充與完善無不影響著一大批學(xué)者，涌現(xiàn)了不少有意義的研究。時(shí)間地理學(xué)的研究逐漸演變成人文地理學(xué)中一股重要的研究思潮。

從目前國(guó)內(nèi)外已有的研究來看，城市時(shí)空間結(jié)構(gòu)研究取得了一定的成果。比如對(duì)可達(dá)性、居住空間、購(gòu)物空間和休閑空間的研究等。一方面這些只是城市時(shí)空間研究的一個(gè)方面，探討城市的時(shí)空間研究需要把居住、就業(yè)、休閑等不同的方面結(jié)合起來，而這些方面的結(jié)合顯然又無法通過簡(jiǎn)單的幾何疊加來完成。另一方面，多數(shù)研究在對(duì)時(shí)空研究的過程中實(shí)際上空間和時(shí)間是分離的，原因自然可以歸結(jié)為數(shù)據(jù)來源和技術(shù)手段。然而現(xiàn)實(shí)的城市時(shí)空間研究不是空間和時(shí)間的相加，更深層的機(jī)制和結(jié)構(gòu)性問題尚需繼續(xù)深入的討論。另一個(gè)重要的話題就是網(wǎng)絡(luò)空間和虛擬空間的相互影響，網(wǎng)絡(luò)、手機(jī)、電話等現(xiàn)代信息會(huì)對(duì)人的行為模式產(chǎn)生影響，然而具體影響的機(jī)理尚需進(jìn)一步的討論。

城市時(shí)空間結(jié)構(gòu)的研究在國(guó)內(nèi)外存在較大的差異。如果把城市空間結(jié)構(gòu)的研究劃分為城市內(nèi)部空間和城市外部空間，那么城市時(shí)空間結(jié)構(gòu)的研究從屬于城市內(nèi)部空間結(jié)構(gòu)。國(guó)外學(xué)者對(duì)城市時(shí)空間結(jié)構(gòu)的研究起步較早，研究的內(nèi)容較多。相比之下，國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)城市時(shí)空間結(jié)構(gòu)的研究起步較晚，研究成果相對(duì)較少，但是中、微觀尺度的研究嘗試正在逐步增多[55]。從研究?jī)?nèi)容來看，國(guó)外學(xué)者更加注重對(duì)居民完整出行鏈及其規(guī)律進(jìn)行分析，而國(guó)內(nèi)學(xué)者更傾向于把出行劃分為不同的目的，具體分析每一種目的下的居民出行特征。此外，國(guó)外學(xué)者的研究還包括大量的理論方法的研究文獻(xiàn)，而國(guó)內(nèi)學(xué)者的研究以實(shí)證性的研究居多，更多地考慮到不同城市和不同區(qū)域的特殊性。由于時(shí)間地理學(xué)起源于西方，其相關(guān)的研究較為成熟，其研究的對(duì)象是城市居民的出行活動(dòng)，城市時(shí)空間結(jié)構(gòu)只是居民時(shí)空活動(dòng)的反映。時(shí)間地理學(xué)傳入中國(guó)之后，直接通過居民的出行行為研究城市的時(shí)空間結(jié)構(gòu)，并且非常明確地使用“城市時(shí)空間結(jié)構(gòu)”這一術(shù)語。然而，從具體的研究?jī)?nèi)容來看，國(guó)內(nèi)的相關(guān)研究與國(guó)外學(xué)者的研究有研究視角上的相似之處，盡管國(guó)外學(xué)者鮮有使用城市時(shí)空間結(jié)構(gòu)的概念。

從發(fā)展趨勢(shì)來看，國(guó)內(nèi)外城市時(shí)空間結(jié)構(gòu)研究呈現(xiàn)出一些特征。第一，研究?jī)?nèi)容不斷增多和成熟。在初期，時(shí)間地理學(xué)停留在概念建立和理論修補(bǔ)階段，經(jīng)歷了較長(zhǎng)時(shí)間的積累，時(shí)間地理學(xué)在城市時(shí)空間結(jié)構(gòu)方面才有了較為明顯的進(jìn)步，并且呈現(xiàn)出進(jìn)一步發(fā)展的趨勢(shì)。第二，從研究的方法來看，城市時(shí)空間結(jié)構(gòu)的研究方法不斷成熟。時(shí)間地理早期的研究思路在較長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)由于缺乏現(xiàn)代地理信息平臺(tái)，受到較多的限制。直到20世紀(jì)90年代之后，隨著地理信息技術(shù)的發(fā)展和各種空間分析軟件的成熟，大量的數(shù)據(jù)運(yùn)算和處理成為可能。時(shí)間地理學(xué)的研究成果才能運(yùn)用于城市時(shí)空間結(jié)構(gòu)的研究中來。早期的研究方法以數(shù)理統(tǒng)計(jì)為主，21世紀(jì)之后，可視化與時(shí)空模擬的研究論文開始較多地出現(xiàn)。第三，從數(shù)據(jù)源來看，城市時(shí)空間結(jié)構(gòu)研究的數(shù)據(jù)源更加廣泛。早期的研究以出行日志調(diào)查和記錄為主，其他的數(shù)據(jù)源基本沒有?，F(xiàn)在，盡管出行日志的調(diào)查依然十分必要，但是手機(jī)數(shù)據(jù)和GPS數(shù)據(jù)以及官方相關(guān)單位的調(diào)查數(shù)據(jù)都成為城市時(shí)空間結(jié)構(gòu)研究的數(shù)據(jù)源。

城市居民的行為模式既受到城市空間結(jié)構(gòu)的影響也是塑造城市空間結(jié)構(gòu)的重要?jiǎng)恿?。在已有的研究中，不少學(xué)者從居民出行的時(shí)間表、出行目的地、持續(xù)的時(shí)間、交通方式和時(shí)間序列等角度來研究行為或者表征城市時(shí)空間結(jié)構(gòu)。然而這些研究的重點(diǎn)在于描述行為本身而非更深層次的解釋。因此在時(shí)間地理學(xué)的框架內(nèi)研究城市時(shí)空間結(jié)構(gòu)的形成機(jī)理一方面需要對(duì)行為現(xiàn)象和過程進(jìn)行清晰的表征和描述，另一方面需要對(duì)行為過程本身進(jìn)行更加深入的解釋，只有這樣才能通過居民的行為來解釋城市時(shí)空間結(jié)構(gòu)的形成機(jī)理。

城市時(shí)空間結(jié)構(gòu)研究和中國(guó)時(shí)間地理學(xué)蓬勃發(fā)展的背后有一雙有力的推手，就是城市發(fā)展的強(qiáng)大需求。改革開放30余年，中國(guó)城市在發(fā)展過程中產(chǎn)生并積累了一些問題，比如交通擁堵、城市過度通勤、職住不匹配、社會(huì)隔離、城中村等，同時(shí)城市居民對(duì)城市的期望與日俱增，期待更方便的交通、更寬敞的住宅、更公平的就業(yè)機(jī)會(huì)、更寬松的個(gè)人行為時(shí)間、更自由的個(gè)人休閑、更多的靈活時(shí)間和更舒適的生活等。如何解決這些問題顯然已經(jīng)無法繼續(xù)通過單純的城市空間的蔓延來實(shí)現(xiàn)。在這種背景下，從規(guī)劃界到地理界，學(xué)者們期望通過更多的對(duì)居民行為的研究來探討智慧城市的發(fā)展之路。而城市發(fā)展所產(chǎn)生的這些科研需求正是時(shí)間地理學(xué)所關(guān)注的核心話題，比如，居民的日常出行、時(shí)空路徑、時(shí)空集聚和時(shí)空約束等等。

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