时间距离地图超制图学研究——以福州、上海间铁路客运为例

朱 昱,游建胜,李 晓＊

(1.福建师范大学地理科学学院,福建福州350007;2.福建省科技厅,福建福州 350003）

时间距离地图超制图学研究
——以福州、上海间铁路客运为例

朱 昱1,游建胜2,李 晓1＊

(1.福建师范大学地理科学学院,福建福州350007;2.福建省科技厅,福建福州 350003）

基于超制图学的基本思想,建立模型将时间距离换算成km为单位的空间距离.在此基础上,通过GIS的地图投影空间变换方法,用换算出的距离重新定义两地间距离,变形原地图上,形成时间距离地图.结果发现:福州、上海间的铁路客运可分为联系偶然型阶段、联系起步型阶段、联系经常型阶段、联系密切型阶段、联系紧密型阶段.其中,温福铁路的开通极大地压缩了福州、上海间的时间距离;铁路客运不断提速,铁路客运的及时性得到加强,影响城市、城市及其周边区域、区际分工和联系、人的活动空间和产业发展;随着信息化和工业化进程的推进和基础设施的完善,两地间进一步压缩时间距离仍有很大余地.

时间距离地图;铁路客运;福州;上海

人类进入信息时代后[1],以高速公路、高速铁路、航空运输、城市轨道交通、计算机和通信网络等为代表的交通通信方式逐步取代了工业化时期的交通通信方式,高速运转的交通通信网络将人类紧密地联系在一起;经济全球化对生产和交流的时间提出了更高的要求.处于多重转型期的中国,工业化阶段和信息化阶段的交通通信方式同时存在并不断发展,同时作用于人们的社会经济活动.因此,有必要对我国目前多重转型期条件下的交通地理现象展开研究.

Tobler的地理学第一定律(First Law of Geography）将距离作为地理学中的第一变量[2-3].地理学家将地理空间中的距离区分成直线距离、运输距离、经济距离、时间距离等[4].人类始终不遗余力从事交通运输以克服空间距离,完善和提高在空间位移方面的本领[5],克服相同自然阻力付出的时间代价越来越小,导致两地间的时间距离趋短.这种变化过程也是地理学关注的一大焦点.

对于时间距离的研究包括城市时间距离和区域时间距离两个方面.随着近年来城市交通问题日益严重,城市内时间距离的研究受到重视.如李文翎等[6]、赵东平[7]对广州城市交通时间距离的研究.而随着地区交通的网络化,不少学者也在透过时间成本关注不同地区交通可达性的空间格局.如曹小曙等[8]、吴威等[9]利用各种数理和 GIS方法分析单一交通方式、多种交通方式以及综合交通运输的区域交通可达性情况;朱杰[10]的研究则将交通时间成本和传统势能模型相结合,勾画了区域城市经济区影响区的范围.

以上研究成果或者将视角停留在单个城市的内部交通,或者仅仅将时间作为研究交通通达度的一个计算指标,对时间距离本身的意义缺乏深入研究,对区域间交通条件改善缺乏及时研究,在时间距离的可视化表达方面手段单一.笔者力求在前人研究的基础上,对福州和上海两城市铁路客运交通时间距离进行空间上的换算,并在地图上可视化表达,以研究信息化和工业化共同作用下的交通时间距离的变化及其影响.

1 福州、上海两地间铁路客运交通发展概况

福州和上海间现有7对客运列车,两地目前的铁路客运交通发展状况恰恰反映了在工业化和信息化同步发展的中国两个时代的交通运输方式同时并存的现状(表1）.

表1 福州、上海间客运列车及其经由线路等级＊Table 1 The grade of passenger trains and railways between Fuzhou and Shanghai

2 数据来源和研究方法

2.1 数据来源

文中有关旅客列车的始发、终到、经停站点、时间和运行里程均以铁道部2009年9月28日调整后的铁路客运列车运行时刻表为依据.

2.2 时间距离的空间变换

由于相对开行的旅客列车、同一等级的客运列车(如2001次和2002次、K163次和 K164次、Z115次和Z116次列车、福州和上海南站间各动车组列车）在相同的运输区间内的运行时间并不相同,文中仅选取这一对列车或同一等级的列车中在福州和上海运行较快的列车为研究对象(表2）.

表2 选取为研究对象的福州、上海间客运列车基本信息Table 2 The basic information about passenger trains studied between Fuzhou and Shanghai

为使时间距离和空间实际距离有所比较,在此将时间距离换算成km为单位的空间距离.其运算方法是:式中DTij为某次列车运行形成的时间距离的空间换算结果;DSij为i、j两地间此次列车所走路径的交通里程;Tij为此次列车i地和j地间的运行时间;T0为这些列车中最长或者最短的运行时间;为两地间所有的客运班次的时间距离.为了更加直观地表现福州和上海间的时间距离不断缩小的趋势,并对时间距离和空间距离作出合理的比较,在此将 T0定义为2002次列车的17h09min.

根据公式计算出各次列车形成的福州与上海两地间的时间距离(表3）.

表3 各次列车时间距离的空间变换Table 3 Spatial conversion of temporal distance

2.3 时间距离地图制图

1953年,瑞典隆德大学地理系的哈格斯特兰(Hagerstrand）首先提出超制图学(Metacart ography）这一名词.上世纪60年代,Bunye在前人研究的基础上,总结和完善了超制图学理论[11].地理学大师 Tobler指出交通工具具有通过复杂方式改变距离的效果,因此可以通过地图投影空间变换的方法将大量人类行为地理和经济模型的几何意义描绘在平面上,并系统论述了这种空间变换的理论依据和数学方法[12].

以i地和j地两地为例,其两地的地理坐标位置分别为(xi,yi）和(xj,yj）,某种交通方式形成的时间距离是 Tij,时间距离空间变换的结果为DTij,则进行可视化表达的数学过程如下:

则以i地为起点,eij为方向向量,向量的模为 DTij,可以确定 j地相对于i地实际位置的时间距离位置j′(x′j,y′j）,地图上 i到 j′的线段就是两地间的时间距离.

通过上一步骤形成了 j和j′两点一一对应的关系,此时可以利用ArcGIS软件中的Rubbersheet方法以 j为起点,j′为终点对地图图层作拉伸,重复以上操作,即可形成时间距离地图(见图1,图中自左向右分别是2002、K164、Z115、D3107次列车的时间距离地图）.

图1 各次列车时间距离可视化表达Fig.1 Visualization of temporal distance of passenger trains

3 时间距离地图制图的地理学解读

3.1 时间距离的空间变换结果分析

各次列车的实际运行里程分别比两地间地球球面距离长406.4,376.4和298.4 km,也就是说目前福州和上海间的铁路交通线都不是最优路径.导致这一现象的主要原因是地形的阻隔和铁路运输网络的不完善:2002、K164、Z115次列车先向西北进入江西,至上饶约有430 km,进入浙江境内杭州向东北行进约390 km,绕行虽然避开了一些高耸的山峰,却比走沿海线增加运行里程近百千米;温福铁路和甬台温铁路通车后,动车组列车循沿海一线到达,虽比此前的3次列车节省路程,但在到达宁波后,受到杭州湾的阻隔,仍须绕行至杭州,才能到达上海,此间运行距离也达350 km左右.

3.2 时间距离地图分析

由于在拉伸变形中,保持福州的位置不变,则上海偏离实际位置的距离就是时间距离空间变换距离相对于实际距离的差值.可以看到2002、K163、Z115次列车都使上海的位置不断接近其实际位置,D3107更是将时间距离缩小到小于实际距离的程度,其拉伸地图的程度虽次于2002和 K164次列车,但是其负值拉伸的效果十分明显.分析可视化表达结果,可见2002次列车形成的时间距离最大,行政区划界线严重变形;K164次列车形成的时间距离其次;Z115次列车形成的时间距离再次,行政区划面积变形程度小;D3107次列车形成的时间距离最小(见表4、图1、图2）.

表4 可视化表达结果统计表＊Table 4 Statistics of the visualization

从时间距离由长到短的变化趋势以及各次列车代表的不同时代来看,在地图上就意味着上海的位置发生了3次跃迁,在此基础上可将福州和上海间的铁路客运交通划分为5个阶段:1）联系偶然型阶段.福州、上海间尚未有任何铁路客运交通现象出现,两地间的时间距离极大,几乎无法产生人员和信息的经常性交流;2）联系起步型阶段.福州、上海间有普通列车通行,两地间产生了人员和信息的交流,但克服空间距离需花费较大的时间代价;3）联系经常型阶段.福州、上海间有普通快速列车通行,两地间人员往来和信息交流日益活跃,但克服空间距离所花时间代价仍然很大;4）联系密切型阶段.福州、上海间有直达快速列车通行,克服空间距离所花的时间代价接近实际,两地间社会、经济联系逐步密切;5）联系紧密型阶段.福州、上海间有动车组列车通行,两地时间距离缩短并小于实际距离,两地间社会经济联系更加紧密,并将引发两城市社会经济进一步互动,影响相关活动的空间组织.

3.3 时间距离变化的空间影响

铁路运输的特点是运量大,成本低,适合中长途运输.铁路客运不断提速,使铁路客运的及时性得到加强,进而影响人类社会经济的空间组织.上海、福州间时间距离缩短的空间影响有如下表现:

1）从城市尺度看.由于铁路客运的等级提高,城市对外交流的程度加快加深,铁路交通枢纽及其周边必将成为城市发展的重要节点.扩建后的福州站周边的商贸物流业将得以进一步发展;在建的福州南站及其周边未来将成为城市扩张的重要方向,形成城市发展新的地域空间;福州城市土地利用格局将因此发生变化,新的商业核心、居住空间、产业集聚区的形成和发展将影响到整个城市的土地利用的空间布局、开发强度、经济效益等.

图2 上海偏移距离空间统计Fig.2 Spatial statistics of offset distance of Shanghai

2）从城市及其周边区域看.由于快速铁路干线的建成,沿沿海铁路干线、福州周边200 km内的城市都在福州一小时到达范围内.福州的城市功能完善和规模扩张,其城市辐射范围和水平得到提高,在闽东北沿海地区形成城镇集中发展的轴线,改变这一地区的城镇体系结构和区域空间结构,宁德、连江、罗源、霞浦、福鼎等地与福州的关系紧密,可能成为福州的卫星城市.远期,沿海铁路干线全部贯通后将连接东南沿海的长江三角洲南部、海峡西岸经济区和珠江三角洲,有利于福建沿海城市带的形成和发展.

3）从区域间经济分工和联系看.便捷的铁路交通,不仅有利于人员和信息的交流,也会促进其资源和空间得到充分利用,对社会而言则可以将各地的资源和空间更大程度地吸引到全社会的经济循环中去.在这种条件下,各区域充分利用自身的资源和要素优势,开展经济分工和合作,形成错位发展、协调合作之势,有利于区域经济协调发展.时间距离的不断缩短,将会促进沿海各地优势互补和福建省在全国经济发展中取得有利的分工地位.

4）从人的活动空间和产业发展看.时间距离的缩短,使相同时间内人们活动的空间范围增大,区域间活动的频率增大,地区间交流更加活跃,福州地区的“一日生活圈”开始形成,由此将造成人们生活方式的变化.旅游休闲、会议会展、房地产、金融等高附加值产业将因此加速发展.

4 结 论

文章通过探究时间距离地图的制图方法,得到如下结论:

1）信息化和工业化快速发展的中国,代表两个时代的交通工具同时存在.从普通快速列车、快速列车到直达快速列车、动车组列车,福州和上海间的时间距离不断缩小.福州、上海间的铁路客运可分为5大阶段,其中温福铁路动车组列车的开通极大地压缩了福州、上海间时间距离,与普通客运列车相比相当于使两地间距离拉近了682.0 km,相当于将上海从实际位置拉近了276.5 km.

2）铁路运输的特点是运量大,成本低,适合中长途运输.信息化和工业化同时发展条件下,铁路客运不断提速,使铁路客运的及时性得到加强,进而影响城市、城市及其周边区域、区际分工和联系、人的活动空间和产业发展.

3）目前福州和上海间的铁路交通线由于地形阻隔都不是最优路径.随着信息化和工业化进程的推进和基础设施的完善,两地间进一步压缩时间距离仍有很大余地.

[1]甄峰.信息时代的区域空间结构[M].北京:商务印书馆,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]杨万钟.经济地理学导论[M].上海:华东师范大学出版社,1999:38-39.

[5]徐庆斌,荣朝和,马运,等.运输经济学导论[M].北京:中国铁道出版社,2005:7-25.

[6]李文翎,李尚智,黎雅雯,等.基于 GIS的广州城市时间地图研究[J].热带地理,2008,28(3）:218-222.

[7]赵东平.广州市时间距离研究的初步实践[D].广州:华南师范大学,2003.

[8]曹小曙,薛德升,阎小培.中国干线公路网络联结的城市通达性[J].地理学报,2005,60(6）:903-910.

[9]吴威,曹有挥,曹卫东,等.开放条件下长江三角洲区域的综合交通可达性空间格局[J].地理研究,2007,26(2）:391-402.

[10]朱杰,管卫华,蒋志欣,等.江苏省城市经济影响区格局变化[J].地理学报,2007,62(10）:1023-1033.

[11]威廉·邦奇.理论地理学[M].石高玉,石高俊,译.北京:商务印书馆,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,江苏东台人,人文地理学硕士研究生,主要从事交通地理与区域发展、经济地理与区域规划方面研究.＊

李 晓(1970—）,男,福建福州人,副研究员,主要从事人文地理学与 GIS应用方面研究.E-mail:lxiog@163.com