朱 昱,游建勝,李 曉＊

(1.福建師范大學地理科學學院,福建福州350007;2.福建省科技廳,福建福州 350003）

時間距離地圖超制圖學研究
——以福州、上海間鐵路客運為例

朱 昱1,游建勝2,李 曉1＊

(1.福建師范大學地理科學學院,福建福州350007;2.福建省科技廳,福建福州 350003）

基于超制圖學的基本思想,建立模型將時間距離換算成km為單位的空間距離.在此基礎上,通過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,形成時間距離地圖.結果發(fā)現(xiàn):福州、上海間的鐵路客運可分為聯(lián)系偶然型階段、聯(lián)系起步型階段、聯(lián)系經常型階段、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、上海間的時間距離;鐵路客運不斷提速,鐵路客運的及時性得到加強,影響城市、城市及其周邊區(qū)域、區(qū)際分工和聯(lián)系、人的活動空間和產業(yè)發(fā)展;隨著信息化和工業(yè)化進程的推進和基礎設施的完善,兩地間進一步壓縮時間距離仍有很大余地.

時間距離地圖;鐵路客運;福州;上海

人類進入信息時代后[1],以高速公路、高速鐵路、航空運輸、城市軌道交通、計算機和通信網絡等為代表的交通通信方式逐步取代了工業(yè)化時期的交通通信方式,高速運轉的交通通信網絡將人類緊密地聯(lián)系在一起;經濟全球化對生產和交流的時間提出了更高的要求.處于多重轉型期的中國,工業(yè)化階段和信息化階段的交通通信方式同時存在并不斷發(fā)展,同時作用于人們的社會經濟活動.因此,有必要對我國目前多重轉型期條件下的交通地理現(xiàn)象展開研究.

Tobler的地理學第一定律(First Law of Geography）將距離作為地理學中的第一變量[2-3].地理學家將地理空間中的距離區(qū)分成直線距離、運輸距離、經濟距離、時間距離等[4].人類始終不遺余力從事交通運輸以克服空間距離,完善和提高在空間位移方面的本領[5],克服相同自然阻力付出的時間代價越來越小,導致兩地間的時間距離趨短.這種變化過程也是地理學關注的一大焦點.

對于時間距離的研究包括城市時間距離和區(qū)域時間距離兩個方面.隨著近年來城市交通問題日益嚴重,城市內時間距離的研究受到重視.如李文翎等[6]、趙東平[7]對廣州城市交通時間距離的研究.而隨著地區(qū)交通的網絡化,不少學者也在透過時間成本關注不同地區(qū)交通可達性的空間格局.如曹小曙等[8]、吳威等[9]利用各種數理和 GIS方法分析單一交通方式、多種交通方式以及綜合交通運輸的區(qū)域交通可達性情況;朱杰[10]的研究則將交通時間成本和傳統(tǒng)勢能模型相結合,勾畫了區(qū)域城市經濟區(qū)影響區(qū)的范圍.

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

1 福州、上海兩地間鐵路客運交通發(fā)展概況

福州和上海間現(xiàn)有7對客運列車,兩地目前的鐵路客運交通發(fā)展狀況恰恰反映了在工業(yè)化和信息化同步發(fā)展的中國兩個時代的交通運輸方式同時并存的現(xiàn)狀(表1）.

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

2 數據來源和研究方法

2.1 數據來源

文中有關旅客列車的始發(fā)、終到、經停站點、時間和運行里程均以鐵道部2009年9月28日調整后的鐵路客運列車運行時刻表為依據.

2.2 時間距離的空間變換

由于相對開行的旅客列車、同一等級的客運列車(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車組列車）在相同的運輸區(qū)間內的運行時間并不相同,文中僅選取這一對列車或同一等級的列車中在福州和上海運行較快的列車為研究對象(表2）.

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

為使時間距離和空間實際距離有所比較,在此將時間距離換算成km為單位的空間距離.其運算方法是:式中DTij為某次列車運行形成的時間距離的空間換算結果;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地間的運行時間;T0為這些列車中最長或者最短的運行時間;為兩地間所有的客運班次的時間距離.為了更加直觀地表現(xiàn)福州和上海間的時間距離不斷縮小的趨勢,并對時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.

根據公式計算出各次列車形成的福州與上海兩地間的時間距離(表3）.

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

2.3 時間距離地圖制圖

1953年,瑞典隆德大學地理系的哈格斯特蘭(Hagerstrand）首先提出超制圖學(Metacart ography）這一名詞.上世紀60年代,Bunye在前人研究的基礎上,總結和完善了超制圖學理論[11].地理學大師 Tobler指出交通工具具有通過復雜方式改變距離的效果,因此可以通過地圖投影空間變換的方法將大量人類行為地理和經濟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和數學方法[12].

以i地和j地兩地為例,其兩地的地理坐標位置分別為(xi,yi）和(xj,yj）,某種交通方式形成的時間距離是 Tij,時間距離空間變換的結果為DTij,則進行可視化表達的數學過程如下:

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

通過上一步驟形成了 j和j′兩點一一對應的關系,此時可以利用ArcGIS軟件中的Rubbersheet方法以 j為起點,j′為終點對地圖圖層作拉伸,重復以上操作,即可形成時間距離地圖(見圖1,圖中自左向右分別是2002、K164、Z115、D3107次列車的時間距離地圖）.

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

3 時間距離地圖制圖的地理學解讀

3.1 時間距離的空間變換結果分析

各次列車的實際運行里程分別比兩地間地球球面距離長406.4,376.4和298.4 km,也就是說目前福州和上海間的鐵路交通線都不是最優(yōu)路徑.導致這一現(xiàn)象的主要原因是地形的阻隔和鐵路運輸網絡的不完善:2002、K164、Z115次列車先向西北進入江西,至上饒約有430 km,進入浙江境內杭州向東北行進約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行里程近百千米;溫福鐵路和甬臺溫鐵路通車后,動車組列車循沿海一線到達,雖比此前的3次列車節(jié)省路程,但在到達寧波后,受到杭州灣的阻隔,仍須繞行至杭州,才能到達上海,此間運行距離也達350 km左右.

3.2 時間距離地圖分析

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

表4 可視化表達結果統(tǒng)計表＊Table 4 Statistics of the visualization

從時間距離由長到短的變化趨勢以及各次列車代表的不同時代來看,在地圖上就意味著上海的位置發(fā)生了3次躍遷,在此基礎上可將福州和上海間的鐵路客運交通劃分為5個階段:1）聯(lián)系偶然型階段.福州、上海間尚未有任何鐵路客運交通現(xiàn)象出現(xiàn),兩地間的時間距離極大,幾乎無法產生人員和信息的經常性交流;2）聯(lián)系起步型階段.福州、上海間有普通列車通行,兩地間產生了人員和信息的交流,但克服空間距離需花費較大的時間代價;3）聯(lián)系經常型階段.福州、上海間有普通快速列車通行,兩地間人員往來和信息交流日益活躍,但克服空間距離所花時間代價仍然很大;4）聯(lián)系密切型階段.福州、上海間有直達快速列車通行,克服空間距離所花的時間代價接近實際,兩地間社會、經濟聯(lián)系逐步密切;5）聯(lián)系緊密型階段.福州、上海間有動車組列車通行,兩地時間距離縮短并小于實際距離,兩地間社會經濟聯(lián)系更加緊密,并將引發(fā)兩城市社會經濟進一步互動,影響相關活動的空間組織.

3.3 時間距離變化的空間影響

鐵路運輸的特點是運量大,成本低,適合中長途運輸.鐵路客運不斷提速,使鐵路客運的及時性得到加強,進而影響人類社會經濟的空間組織.上海、福州間時間距離縮短的空間影響有如下表現(xiàn):

1）從城市尺度看.由于鐵路客運的等級提高,城市對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.擴建后的福州站周邊的商貿物流業(yè)將得以進一步發(fā)展;在建的福州南站及其周邊未來將成為城市擴張的重要方向,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、產業(yè)集聚區(qū)的形成和發(fā)展將影響到整個城市的土地利用的空間布局、開發(fā)強度、經濟效益等.

圖2 上海偏移距離空間統(tǒng)計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內的城市都在福州一小時到達范圍內.福州的城市功能完善和規(guī)模擴張,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)體系結構和區(qū)域空間結構,寧德、連江、羅源、霞浦、福鼎等地與福州的關系緊密,可能成為福州的衛(wèi)星城市.遠期,沿海鐵路干線全部貫通后將連接東南沿海的長江三角洲南部、海峽西岸經濟區(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)域間經濟分工和聯(lián)系看.便捷的鐵路交通,不僅有利于人員和信息的交流,也會促進其資源和空間得到充分利用,對社會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的經濟循環(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,開展經濟分工和合作,形成錯位發(fā)展、協(xié)調合作之勢,有利于區(qū)域經濟協(xié)調發(fā)展.時間距離的不斷縮短,將會促進沿海各地優(yōu)勢互補和福建省在全國經濟發(fā)展中取得有利的分工地位.

4）從人的活動空間和產業(yè)發(fā)展看.時間距離的縮短,使相同時間內人們活動的空間范圍增大,區(qū)域間活動的頻率增大,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、會議會展、房地產、金融等高附加值產業(yè)將因此加速發(fā)展.

4 結 論

文章通過探究時間距離地圖的制圖方法,得到如下結論:

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

2）鐵路運輸的特點是運量大,成本低,適合中長途運輸.信息化和工業(yè)化同時發(fā)展條件下,鐵路客運不斷提速,使鐵路客運的及時性得到加強,進而影響城市、城市及其周邊區(qū)域、區(qū)際分工和聯(lián)系、人的活動空間和產業(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)化進程的推進和基礎設施的完善,兩地間進一步壓縮時間距離仍有很大余地.

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[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,江蘇東臺人,人文地理學碩士研究生,主要從事交通地理與區(qū)域發(fā)展、經濟地理與區(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與 GIS應用方面研究.E-mail:lxiog@163.com