段莉瓊，劉少俊，劉澤華，曹 群

(1. 首都師范大學(xué)資源環(huán)境與旅游學(xué)院，北京 100048； 2. 文化和旅游部信息中心，北京 100740；3. 南京師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院，江蘇 南京 210023； 4. 江蘇省地理信息資源開發(fā)與利用協(xié)同創(chuàng)新中心，江蘇 南京 210023； 5. 南京財經(jīng)大學(xué)工商管理學(xué)院，江蘇 南京 210023； 6. 首都師范大學(xué)地球空間信息科學(xué)與技術(shù)國際示范學(xué)院，北京 100048)

城市是人類旅行活動的重要集散地，在功能轉(zhuǎn)型和快速發(fā)展中，突顯出內(nèi)部旅游供需不平衡、外部客源市場激烈競爭等“雙重矛盾”，嚴重制約和影響了城市旅游的可持續(xù)發(fā)展。近年來，信息技術(shù)的飛速發(fā)展，產(chǎn)生了海量的通信大數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡(luò)搜索和社交媒體數(shù)據(jù)、視頻監(jiān)控數(shù)據(jù)等，為研究城市旅游流時空移動規(guī)律和模式提供了支持，學(xué)者們從不同的角度對其開展了研究[1-4]。當前，相關(guān)分析理論和方法主要集中在以下方面：一是利用社會網(wǎng)絡(luò)理論和方法對旅游流的空間分布[5-7]、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模式和特征[8-10]等方面進行研究，雖然能較好地描述旅游流的流量與流向等特征，卻難以描述旅游流的時空動態(tài)變化過程。二是利用時空地理學(xué)的時空路徑模型分析旅游者的時空行為模式[11-12]等，但時空路徑模型是個體時空行為活動過程建模與可視化表達分析的有效工具[13]，難以描述旅游流的集聚特征。因此，本文提出可以同時兼顧集聚與時空特征的城市旅游流時空網(wǎng)絡(luò)模型，并依托通信大數(shù)據(jù)，對其進行了實證分析。

1 概念和理論基礎(chǔ)

1.1 旅游軌跡

旅游者以城市目的地為區(qū)域進行時空移動，形成了旅游軌跡。旅游軌跡包括一系列軌跡點[14]，可表示為

Tra={p1,p2,p3,…,pi,…,pn}，pi=(xi,yi,ti)

(1)

式中，Tra為旅游軌跡；Pi為軌跡點；ti為軌跡點Pi的時間信息；(xi,yi)為軌跡點Pi的空間位置信息。

1.2 城市旅游行程鏈

城市旅游行程鏈是以旅游節(jié)點為基本單元，各節(jié)點之間通過道路鏈連接，構(gòu)成按照時間順序線性排列的旅游節(jié)點的有序集合[15]，如圖1所示。

圖1 城市旅游行程鏈示意圖[15]

1.3 城市旅游流

城市旅游流是指在某一時刻或時段，以城市目的地為區(qū)域，由于旅游需求的近似性形成的N個旅游者的城市旅游行程鏈的集合。本文中旅游行程鏈是以旅游景區(qū)為節(jié)點的，具有以下特征：城市旅游流系統(tǒng)是一個由旅游流節(jié)點、通道和節(jié)構(gòu)成的有向復(fù)雜空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；城市旅游流分布呈現(xiàn)明顯的空間層次性，其層次性由構(gòu)成旅游流的旅游節(jié)點的空間層次決定。城市旅游流具有多尺度時空結(jié)構(gòu)，具體表現(xiàn)在不同時刻(或時段)旅游流的時空分布，時空模式呈規(guī)律性變化。

1.4 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模型

網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模型常用于表達與分析多個要素之間相互影響的關(guān)系，廣泛應(yīng)用于各種流數(shù)據(jù)的分析中，如交通流、旅游流、水流等。在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模型中，要素或現(xiàn)象通常被抽象成節(jié)點、鏈對象。對于旅游流來說，其流動方向很關(guān)鍵，因此，采用頂點加權(quán)有向圖來表達，如圖2所示。有向圖G由二元組(V，E)組成，其中V={V1，V2，…，Vn}，表示頂點集合，E={E1，E2，…，Em}，表示邊的集合，每一條邊Ei則由〈Vis,Vie〉組成，表示邊的起點和終點。

圖2 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模型(有向圖)示意圖

1.5 時空路徑模型

在時間地理學(xué)[16]中，將時間作為數(shù)據(jù)描述的一個維度來表達個體活動，通過將原來的三維空間壓縮成二維平面，將時間維作為空間坐標系的第三維，從而構(gòu)成一個新的時空三維坐標系O-XYT來表達事物隨時間的變化過程[17]，這種變化過程稱為時空路徑。如圖3所示，一個旅游者8:30到達A景區(qū)，10:40離開了A景區(qū)；12:00到達B景區(qū)，15:30離開了B景區(qū)；16:00到達C景區(qū)，18:00離開了C景區(qū)。當旅游者在景區(qū)(點)內(nèi)部移動時，其軌跡表示為一條垂直的直線。當旅游者在景區(qū)之間移動時，其軌跡是一條斜線，斜率的大小表示移動速度的大??；當旅游者停止時，其軌跡是一條垂直的直線。

圖3 時空路徑模型示意圖[17]

2 城市旅游流時空網(wǎng)絡(luò)模型

雖然，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模型能較好地描述旅游流的流量與流向等特征，卻難以描述其時空動態(tài)變化特征；而時空路徑模型能較好地描述單個旅游者的旅游行程鏈，但是難以描述其整體的旅游流流量與流向特征；因此，本文在時空路徑模型和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模型的基礎(chǔ)上，提出了一種面向?qū)ο蟮臅r空網(wǎng)絡(luò)模型。

2.1 時空網(wǎng)絡(luò)概念模型

定義1 城市旅游流節(jié)點是旅游者出行、游覽的主要興趣點、停留點，其流量信息隨時間而動態(tài)變化，可表示為v=(pos,m(t))，其中，pos為節(jié)點的空間位置；m(t)為該節(jié)點的流量隨時間變化的函數(shù)。

定義2 城市旅游流流向邊是城市旅游流兩個節(jié)點之間的有向流動關(guān)系所產(chǎn)生的有向邊。節(jié)點i流向節(jié)點j(i≠j)的流動邊可表示為e=(vi,vj,m(t))，其中，vi、vj為旅游流節(jié)點的子集；m(t)是指流向邊的屬性(權(quán)重)信息隨時間t變化的函數(shù)。

定義3 城市旅游流路徑。對于有序訪問鏈r=(vi,vi+1,…,vi+m)，如果滿足從i到i+m(m≥0)節(jié)點在拓撲結(jié)構(gòu)上形成連續(xù)的路徑，則稱之為城市旅游流路徑。城市旅游流路徑可以為單個、兩個及兩個以上節(jié)點的組合，如圖4所示，r1表示一條從v3出發(fā)，經(jīng)過v2到達v4的旅游流路徑。

定義4 城市旅游流時空網(wǎng)絡(luò)G=〈V,E,R〉是由旅游流節(jié)點、流向邊與路徑所構(gòu)成的關(guān)于時間t的連續(xù)圖集。V為由旅游流節(jié)點v構(gòu)成的城市旅游流時空網(wǎng)絡(luò)頂點集；E為由旅游流流向邊e構(gòu)成的城市旅游流網(wǎng)絡(luò)邊集；R為由旅游流路徑r構(gòu)成時空網(wǎng)絡(luò)路徑的集合，可基于時間t的取值，確定一個唯一的城市旅游流網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。圖4所示為t時刻下某城市旅游流時空網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)拓撲關(guān)系圖，該網(wǎng)絡(luò)包含了5個旅游流節(jié)點，分別為v1、v2、…、v5；各節(jié)點之間有9條流向邊，分別為e1,2、e1,3、…、e5,4，由于v2-v5之間沒有連通關(guān)系，因此，t時刻下城市旅游流時空網(wǎng)絡(luò)為非連通圖。

圖4 t時刻城市旅游流時空網(wǎng)絡(luò)模型示意圖

2.2 時空網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)模型

根據(jù)城市旅游行程鏈的定義，旅游者的活動包含在單景區(qū)的停留信息和多景區(qū)的運動轉(zhuǎn)移信息，從而構(gòu)成了城市空間內(nèi)以景區(qū)為活動節(jié)點的旅游流時空動態(tài)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。結(jié)合城市旅游流時空網(wǎng)絡(luò)概念模型與面向?qū)ο蟮臅r空數(shù)據(jù)建模思想，城市旅游流時空網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)模型是由城市旅游流節(jié)點V、流向邊E及路徑R這3類時空對象構(gòu)成的旅游者在各空間節(jié)點內(nèi)及節(jié)點間的時空流動關(guān)系集合。

城市旅游流節(jié)點V的構(gòu)成要素包括：對象的唯一標識、空間對象和時態(tài)對象這3個部分，即

(2)

式中,ID為節(jié)點對象的唯一標識；SO為空間對象，它由地理空間信息geo和屬性信息attr構(gòu)成，地理空間信息一般表示節(jié)點的空間位置，即geo=(x,y)，屬性信息是包括節(jié)點的名稱、類型、級別等信息的集合，即attr=(name,type,level,…)；TO為時態(tài)對象，包含了節(jié)點對象的在園客流量隨時間的變化函數(shù)p(t)與已接待的客流總量隨時間變化的函數(shù)a(t)兩個部分。

城市旅游流流向邊E的構(gòu)成要素也包括對象的唯一標識、空間對象和時態(tài)對象三個部分，即

(3)

式中，ID為流向邊對象的唯一標識；SO為空間對象，包含了起始節(jié)點的空間對象信息(vs.so)和終止節(jié)點的空間對象信息(ve.so)；vs和ve為節(jié)點V的子集；TO為時態(tài)對象，包括該流向邊上的客流量隨時間變化的信息p(t)和該流向邊上總游客訪問量隨時間變化的信息a(t)兩部分。

城市旅游流路徑R的構(gòu)成要素包括對象的唯一標識、空間對象和時態(tài)對象三部分，即

(4)

式中，ID為路徑對象的唯一標識；SO為空間對象，包含了由路徑開始到結(jié)束途經(jīng)的一個或多個節(jié)點對象的空間對象信息(vi.so)所構(gòu)成，vi為節(jié)點V的子集；而TO為時態(tài)對象，保存了該游玩路徑的開始和結(jié)束日期及其客流量。

3 實證分析

本文選擇天津市為案例地，2016年國慶節(jié)為研究時段，共獲得天津市聯(lián)通運營商的6 987 611條旅游者脫敏通信記錄，涉及天津市30個重點旅游景區(qū)，經(jīng)過數(shù)據(jù)預(yù)處理，包括噪聲剔除、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)修正和數(shù)據(jù)驗證，獲得軌跡數(shù)據(jù)320 819條?；诔鞘新糜瘟鲿r空網(wǎng)絡(luò)模型，對天津市旅游流時空網(wǎng)絡(luò)進行動態(tài)構(gòu)建，其思路如下：

首先，提取旅游流的節(jié)點、流向邊和路徑，然后，構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)。根據(jù)所選取的時間不同，可將動態(tài)時空網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建分為兩類：指定時刻的瞬時時空網(wǎng)絡(luò)和指定時間范圍的時段時空網(wǎng)絡(luò)。

在旅游流時空網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫中，指定任意時刻，查詢節(jié)點、流向邊的時態(tài)表中該時間點或小于且最臨近該時間點的記錄，并與空間信息進行關(guān)聯(lián)構(gòu)成時空網(wǎng)絡(luò)中的所有節(jié)點和流向邊數(shù)據(jù)。而對于路徑的構(gòu)建，需從路徑時態(tài)信息表中獲取路徑結(jié)束日期與小于指定日期的記錄，并按路徑空間模式進行統(tǒng)計，再與空間數(shù)據(jù)表進行關(guān)聯(lián)。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)流向邊、路徑與節(jié)點的空間拓撲關(guān)系對前面查詢的各時空要素結(jié)果進行網(wǎng)絡(luò)拓撲構(gòu)建，完成指定時間點的瞬時旅游流時空網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建。任意時段旅游流時空網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建與構(gòu)建瞬時時空網(wǎng)絡(luò)過程相似，不同之處是時態(tài)數(shù)據(jù)的取值部分。取時態(tài)信息表中與指定查詢時段結(jié)束時間點匹配的時間點(若無相應(yīng)的時間點則取結(jié)束時間點的前一時間點)的游覽人數(shù)，并將它與查詢時段起始時間點匹配的時間點(若無相應(yīng)的時間點則取前一個時間點)游覽人數(shù)的差值作為該時段的客流信息。通過上述方法，實現(xiàn)了天津市旅游行程鏈數(shù)據(jù)時態(tài)信息的組織與入庫，根據(jù)流向邊和路徑的空間信息表，獲取旅游流網(wǎng)絡(luò)點與線的拓撲關(guān)系，從而構(gòu)建旅游流時空網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，如圖5、圖6所示。

圖5 2016年10月1日12時旅游流時空網(wǎng)絡(luò)圖

圖5為2016年10月1日12時以30個景區(qū)為空間單元，以在園客流量構(gòu)建的旅游流瞬時時空網(wǎng)絡(luò)。從圖5可看出，盤山風(fēng)景名勝區(qū)、佛羅倫薩小鎮(zhèn)的旅游流內(nèi)外流動最強，旅游競爭力最強，這是由于盤山風(fēng)景名勝區(qū)是自然山水與名勝古跡兼具、佛教文化與皇家文化相融的旅游勝地，也是國家首批5A級旅游景區(qū)；佛羅倫薩小鎮(zhèn)則是中國首座純意大利風(fēng)格的大型高端名品折扣中心和休閑文化中心，兩個景區(qū)知名度大，成為觀光游客到天津游玩的首選目的地之一。其次，旅游流主要集中在濱海航母主題公園、華僑城歡樂谷、黃崖關(guān)長城之間流動；再次，旅游流在梨木臺、獨樂寺、水上公園、方特歡樂世界、東疆灣景區(qū)、龍達溫泉、海昌極地海洋世界之間流動較緊密，其中，水上公園是天津本地游客喜愛的休閑場所。另外，古文化街、光合谷旅游度假村、凱旋王國、希樂城、熱帶植物觀光園在區(qū)域內(nèi)也較受游客歡迎。圖6表示了以10月1日各景區(qū)的游客人數(shù)構(gòu)建的旅游流時空網(wǎng)絡(luò)。從圖6可看出，天津市西部和東部區(qū)各景區(qū)間旅游流流動明顯增強，網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系更緊密。

圖6 2016年10月1日旅游流時空網(wǎng)絡(luò)圖

從上述分析可知，國慶節(jié)期間，自然風(fēng)光類景區(qū)、游樂場比較受歡迎，展覽館、城市觀光類景區(qū)在網(wǎng)絡(luò)中的集聚作用較弱，需加強此類景區(qū)的宣傳引導(dǎo)。

4 結(jié)論與討論

本文研究了城市旅游流概念，在此基礎(chǔ)上，基于時空路徑模型與網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模型，提出了城市旅游流時空網(wǎng)絡(luò)概念模型，既克服了時空路徑模型無法反映旅游流的集聚過程，又克服了網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模型不能表達動態(tài)時空信息的缺陷，較好地描述了城市旅游流的時空動態(tài)變化特征。但本文的城市旅游流概念僅考慮了景區(qū)節(jié)點，對于旅游者在出游過程中關(guān)注的賓館、飯店等節(jié)點類型，由于數(shù)據(jù)獲取限制，尚未考慮；另外，城市旅游流時空網(wǎng)絡(luò)模型還未考慮時空多尺度的問題，需要進一步研究。