1）GIS技术与时空可达性测算

个体时空可达性最早是由雷恩陶普（Lenntorp）基于时空棱柱的概念提出的。在给定时空制约的条件下，个体能够物理到达的时空范围，在时空间中被表达为时空棱柱或潜在路径空间（Potential Path Space，PPS）。基于此，将时空棱柱的体积投影到二维平面上，形成潜在路径区域（Potential Path Area，PPA）。从活动角度来理解，其指在一个固定活动结束后，在保证能够准时到达下一个固定活动的条件下，个体能够物理到达的区域。PPS的体积、PPA 的面积或PPA 内城市机会的数量，都可以作为可达性的测度指标（Kwan，2004）。时空可达性的测算在城市空间规划上具有重要的意义：从个体的角度来讲，个体活动能力与安排的差异，使其能够利用的城市设施有所差异；从城市空间的角度来讲，城市资源的不合理配置、城市交通拥堵的出行能力制约，造成了城市设施供给的不平等（表3－1）。

表3－1　个体和家庭活动的时空间模型

续表3－1

注：表格内参考文献请查看原文。

米勒（Miller，1991）基于GIS环境下的时空可达性建模被认为开启了时间地理学与GIS结合的先河。其核心是认识到了雷恩陶普（Lenntorp）早期关于可达性的建模其实并没有真正实现时空棱柱的计算，而这一问题的根源是当时并没有较好的技术能够支撑如此复杂多元的地理计算，而20世纪90年代以来GIS技术的成熟为此提供了契机。米勒（Miller）认为时空可达性的计算需要活动与空间两方面的数据支持，GIS环境能够很好地提供基于路网的空间计算能力，再结合时间地理学定义的时空制约个体行为过程，就成为进行城市分析与交通规划的有效工具。米勒认识到GIS技术在空间行为分析中的价值，但在这个早期的模型中，他仍然采用了与雷恩陶普（Lenntorp）相类似的简化方法，如最短路径法、平均速度估计等。

戴斯特（Dijst，1999）的行为空间模型（MASTIC）加深了对时空可达性概念的认识。他详细阐述了基于空间的可达性与基于人的可达性：前者描述的是空间的特征，如距离、形态或机会临近性，而后者反映的是个体活动的特征，这可能与年龄、性别、交通方式有关。在时空可达性的计算中，这两者可作为测量的两个维度，共同影响最终的测量结果。戴斯特（Dijst）提出活动空间模型应基于距离、有效时间间隔、出行／活动时间比和交通方式的速度，这一模型改进的方面在于：①考虑了个体活动决策中出行时间与活动时间的比例，即自由时间的活动安排是出行与活动分配权衡的结果；②在出行路径选择中运用聚类算法代替最短路径，既符合个性化行为规则，又减轻了计算压力；③在GIS路网中进行计算模拟，克服几何测量的不足。

关美宝（Kwan，1998）首次实现了地理计算在时空可达性测度方面的应用，以哥伦布市为例，考察了研究样本的城市机会可达性，计算了研究区域子地块作为目的地的重力机会及累积机会等指标。在地理信息系统软件（ArcGIS）中编写地理计算算法进行实现，测度包括可达空间的大小、可获取机会的数量以及机会的吸引能力（Kwan et al，1998）。尽管这种方法在可达机会的计算中仅提供了一种近似解决方案，但却揭示了常规测度与时空测度的不同，时空测度可以揭示常规可达性所无法辨别的个体差异，如性别（Kwan，2004）。

韦伯和关美宝（Weber et al，2002）提出了时空可达性测度的第二代改进型算法，并考虑了移动速度的时空差异和设施开放时间。这一算法计算了五个时空可达性测度，包括日常潜在路径区域（DPPA）中的道路片段长度、机会数量、地块总面积、总权重面积以及考虑营业时间的可达性。研究表明，不同区域间的出行具有不同的可达性模式，活动在一天中发生的时间也会对可达性产生影响，如晚间拥堵降低了个体在城市中的可达性。此外，利用营业时间限制特定时间段内机会的实验发现，不考虑营业时间而将机会均等化将会夸大可达性的测度。考虑时间而降低可达性，实质是提出了一种完全不同的空间可达性测度，这其中个体行为具有关键作用，而距离对预测不同城市可达性时的作用则十分有限（Weber，2003）。

基姆和关美宝（Kim et al，2003）的第三代改进型算法在地理信息系统软件（ArcView）中进行的一些空间查找操作，可以有效识别出时空棱柱中可能的机会，其限制条件是在两个固定活动之间可能进行的活动与出行的时间信息，如图3－7所示。这一算法的改进体现在：①可达机会数量的测度表现的是在个体和设施开放时间共同影响的时空制约下，设施可以被利用的时间段；②交通网络的真实表达，如单行道、禁止转弯或道路拥堵的影响；③道路与其他因素的结合，如设施开放时间、最低活动参与时间、最大移动时间门槛或延迟时间等。该算法试图通过对机会和人类活动的时空特征进行更严谨地表达，来达到改进时空可达性测算的准确度的目的。

米勒（Miller，2005）指出传统时间地理学研究没有对实体和关系的高精度测量技术，尽管信息被收集和存储，但是计算机平台只能提供粗略的汇总分析。由此，他提出了时间地理学新的测量理论，克服了时间地理学模糊的实体描述，建立了确定数字的测量理论，实现了其与GIS技术的兼容。同时，数量化的表达提高了实体和关系的精确性，明确区分了研究过程中的实际观测数据与理论推测数据，使其研究不再局限于一维或二维空间，而可以推广到多维空间。

图3－7　基姆（Kim）和关美宝（Kwan）的制约概念框架

2）时空可达性地理计算的发展

时空可达性测度一直是在向着更准确地刻画与测量的方面发展。研究者从早期的粗略估算开始，就在不断寻找测量的不足，并在新一代的测算模型中得以改进。时空可达性测量方面的改进总体可归结为以下三个方面：

（1）机会的时空特征

时空可达性的计算所涉及的属性包括时空棱柱的体积、机会的空间分布、时空棱柱内最大活动参与时间以及机会的时间可利用性。这里总结了六种可能的类型以使可达性刻画得更准确，如图3－8所示。（a）图刻画了时空棱柱，并将其投影到二维空间上，形成了可达区范围（Lenntorp，1976），但并没有考虑任何机会的时空属性。（b）图在前一模型的基础上考虑了前后两个固定性活动地点的欧式距离，从而形成空间中相均等的同心圆或椭圆（Burns，1979）。这两个模型均忽略了机会的时空特征以及城市空间的真实性。（c）图至（f）图描述了基于GIS环境的PPA 内活动机会数量的计算。（c）图考虑了PPA内由于交通拥堵与速度变化而形成不平等活动机会的分布，却忽略了某一机会内的可能活动时长及机会可利用的时间（Kwan，1998）。另一种类型（d）图是，分辨了在每个机会内活动的最大时长，这样可以允许研究者区分PPA 内活动机会对个体可达性的差异（Miller，1999）。（e）图克服了过去模型中对机会的开放时间进行均等化考虑的缺点，将PPA 中可能活动机会的开放时间考虑进去，筛掉了部分不营业的城市机会（Weber et al，2002）。（f）图将机会开放时间与个体可能的活动时长进行了匹配，又进一步去除了时间错位的机会（Kim et al，2003）。(www.daowen.com)

图3－8　个体时空可达性估算的方法对比

（2）行为的时间特征

人类行为的时间特征包括活动参与的最短时间、各类时间延迟以及最长出行时间门槛。早期可达性模型并未对活动的时间特征进行定义，极大地夸大了个体所达的空间范围（Lenntorp，1976；Jones et al，1983）。从行为分析的本质来讲，个体不可能将所有的自由活动时间均花费在出行上，而是将较多的时间花在目的地有意义的活动上（Kim et al，2003），因此个体的时空可达性测算将受到活动时间最短门槛的限制，如图3－9所示。当考虑了最长出行时间门槛的限制后，个体的时空可达性变小了，可达的城市活动机会数量变少了。部分研究也将此类制约定义为出行／活动时间比，由此限定个体的时空可达范围（Dijst，1999；Dijst et al，2002）。

图3－9　时空棱柱及潜在路径区域内最长出行时间门槛的限制

注：x 和y 代表二维的地理空间。

个体时空行为的延迟包括静态延迟和动态延迟。静态延迟是指寻找停车空间、等公交车、下车后步行至城市机会等活动的时间；而动态延迟是指由于交通灯、转弯、交通事故等原因，在出行的过程中所造成的时间增加。还有研究将个体面对多项活动选择时决策所需的时间也纳入到行为延迟的范畴中（Raubal et al，2004）。

（3）交通网络的出行时间与速度

出行时间与速度是决定PPA 范围的重要因素。早期模型建立简化的交通路网与公交网，并将出行速度进行均等化分配（Lenntorp，1976），这是技术手段制约下的一种简化处理方式。后期的模型开始在GIS的网络模型中开展分析，首先区别了不同路段、高峰时段以及转弯数目影响下的出行时间与速度（Miller，1991），但仍然是一种静态模式的定义，即没有体现出行速度的动态性。随后的研究加强了对交通路网的操作分析，加入了地理计算的方法，考虑到了不同道路等级影响下的速度差异（Kwan，1998；Miller，1999）。后续研究进一步加强了对出行速度时空不均等的测算，包括道路区位，如中央商务区（CBD）与郊区的差别；时段特征，如早晚高峰与其他低峰时段的差别（Weber et al，2002）；此外还对交通路网的运行特征进行了挖掘，如单行路、转弯限制等造成的出行速度差别（Kim et al，2003）。近期的研究有运用实时的交通量数据来计算动态出行速度的实验（Kwan et al，2006）。

3）虚拟空间行为的刻画与分析

信息通讯技术（ICTs）的使用对时间地理学的根本假设提出了挑战，但并不是完全意义上的颠覆，而是在某种程度上的改变。研究者已对网络（有线ICTs）、手机（无线ICTs）两类对于时间地理学八项关于人类活动基本假设的影响进行了剖析，如表3－2 所示（Schwanen et al，2008）。①人的不可分性没有改变，但网络使实体空间的个体很容易扩大在虚拟空间中的活动范围，到场与不到场的分界变得模糊，而手机则在更大程度上扩大了这一范围（Kwan，2000；Schwanen，2007）；②生命的有限性并没有过多改变，但网络上的信息可能在人死后的一段时间内仍然存在（Miller，2005）；③活动能力的有限性有所松动，网络能够允许多任务活动的进行，而手机则更有利于不同地点或出行途中多任务的完成（Kenyon et al，2007；Ohmori et al，2008）；④完成任务的时间花费并没有过多改变，ICTs对任务时长的影响并不清楚，因为这与任务发生背景的关联性较大，影响更多的是通过缩短任务完成所需的物理距离而间接体现的；⑤空间运动的时间花费并没有完全改变，准确来讲ICTs仅仅是缩短了时间距离，加快了出行速度，然而并没有完全消除出行的时间花费（Castells，2000）；⑥空间承载力有限没有直接改变，虚拟空间活动没有占据实体空间，但是需要实体空间中ICTs设备的支持，这种空间的占据较小，但并没有完全消失（Yu et al，2007）；⑦领地空间的外边界没有打破，但允许部分时空间的弹性（Farag，2006）；⑧过去对现在的制约性有部分改变，时空制约的程度有所弱化。

表3－2　ICTs使用对时间地理学基本假设的影响

续表3－2

ICTs对人类空间行为的改变可以归结为三个方面。首先，可改变时间安排，增加移动性。ICTs允许个体临时改变时间安排，随时调整活动安排，如下班途中的电话可能改变或增加部分活动顺序与时长。ICTs增加了个体可获得的信息量，尤其体现在购物、休闲等非工作活动中，信息可获促使个体增加出行的可能性，即增加移动性。其次，改变现有城市结点及空间的利用模式。相比于ICTs时代前城市结点的空间固定性，虚拟活动使得城市公共空间的利用更富有弹性，市中心与郊区的划分变得模糊。同时，虚拟空间完成活动的时空弹性，使城市空间的意义更广泛，如年轻人约会前的等待时间或能成为网上购物的时机（Ohmori，2006）。最后，家—工作地—城市空间的边界模糊化。家内活动与家外活动、工作活动与非工作活动因为ICTs使用而变得模糊，居家办公、工作时间处理家务的情况越来越普遍。因此，需要新的理论方法来研究和解释人类空间行为的变化（Kwan，2007）。“新”时间地理学的萌动正是对这种活动模式改变做出的回应（Miller，2005）。不过尽管它从一定程度上解释了居民的行为规律，但仍未对哈格斯特朗（Hägerstrand）的基本观点提出颠覆性的革新与修正，且理论框架有待完善与补充，因此仍未得到学术界的一致认可。

ICTs的使用对传统时间地理学中的个体时空可达性进行了扩展，研究者对新概念进行重构的同时，也设计出了可行的操作软件（Shaw et al，2009）。研究者首先开发了一个既支持时间地理学分析方法，又具备处理时空多维数据能力的时空GIS 体系结构（Yu，2006），既包括空间维（x，y）又包括时间维信息。GIS的影响在此基础上扩展，试图建立起个体活动与互动的连续、动态的过程分析（Shaw et al，2009），并向研究者提供一个有效管理、查询、分析和可视化的GIS操作环境。这一系统在小样本单独事件的组织与分析中进行了尝试，结果体现出ICTs影响下个体时空活动安排的灵活性与时空可达性范围的增加（Shaw et al，2009；Yin et al，2011）。