張亦漢，鐘欣梅，李建程

(1.廣東財經(jīng)大學地理與旅游學院，廣東廣州 510320；2.貴州師范大學中國南方喀斯特研究院，貴州貴陽 550001)

利用自行車借還記錄分析與挖掘空間位置信息

張亦漢1，鐘欣梅2，李建程1

(1.廣東財經(jīng)大學地理與旅游學院，廣東廣州 510320；2.貴州師范大學中國南方喀斯特研究院，貴州貴陽 550001)

目前，大多數(shù)基于個體空間位置信息的研究只能對個體活動空間的特征進行粗略的描述，而無法挖掘群體偏好和個體間的關(guān)系。本文結(jié)合利用時間地理學理論方法，對地理時空數(shù)據(jù)進行分析和挖掘，得出個人活動區(qū)域的規(guī)模、個人行為及其相關(guān)對象間的關(guān)系等。試驗表明，利用廣東財經(jīng)大學三水校區(qū)的自行車借還記錄可以分析出學生的分布、地點間的聯(lián)系緊密程度、就餐偏好、課程安排及人際關(guān)系等情況。

空間位置信息；個體行為；時間地理；數(shù)據(jù)挖掘

一、引 言

目前，個體活動行為過程的研究越來越受到國內(nèi)外學者的重視，逐漸形成了如時間地理學等的理論方法[1-2]。時間地理學是一種能夠有效分析個體活動的方法。它認為個體活動只能在特定時間和特定地點發(fā)生，即遵守時間和空間的制約[3]。因此，一些學者根據(jù)個體受到的限制的不同將其分成如下幾類：①能力制約，受到個人自身能力(如休息、用餐等生理性需求)制約的一類；②組合制約，個體為了進行某種活動(如社交、聚會等)和其他人同時存在于某一特定場所；③權(quán)威制約，由于法律規(guī)范等把個體從某些特定時間和空間內(nèi)排除的一類。由于每個人活動均受到空間和時間的約束，因此，一些學者通過時空棱柱把個人在時空活動的制約用圖表示[4-7]。

有學者認為個體行為的活動空間還是研究城市社會空間的重要指標[7-8]。研究個體行為常常采用問卷調(diào)查的方式。該方法也常常應用于個人生活質(zhì)量、可達性、社會分異和社會公平等研究[9]。也有學者認為該方式只考慮起點與終點，卻忽略了居民出行穿過的區(qū)域，而這些被忽略的區(qū)域?qū)€體活動有著極大影響[10]。近年來，基于GPS、手機等定位技術(shù)的移動數(shù)據(jù)被應用于居民日?；顒优c出行行為的研究中[11-12]，但是這一技術(shù)需要電信運營商的支持。目前，大多數(shù)研究只能根據(jù)數(shù)據(jù)收集的結(jié)果對活動空間的特征進行粗略的描述，而無法挖掘個體之間的聯(lián)系，更為重要的是驗證數(shù)據(jù)往往非常難以獲取。

因此，本文擬利用時間地理學概念及其理論，對地理時空數(shù)據(jù)進行探討和分析，可得出描述區(qū)域的規(guī)模、個人的行為和研究對象之間的關(guān)系；并將這些理論和方法應用到廣東財經(jīng)大學三水校區(qū)的自行車借還記錄中，分析學生的分布、地點間的聯(lián)系緊密程度、就餐偏好分析、課程安排及人際關(guān)系情況。

二、研究區(qū)及其數(shù)據(jù)來源

廣東財經(jīng)大學三水校區(qū)占地面積105 hm2，在校學生約有10 007人。宿舍樓有桃園、李園、杏園、桂園、紫園和竹園(如圖1所示)。校區(qū)的學生飯?zhí)枚寂R近宿舍，其中第一學生飯?zhí)?一飯)和第二學生飯?zhí)?二飯)最臨近李園，紫園次之，竹園最遠。教學樓包括第一、第二教學樓和實驗樓。

本文研究的樣本數(shù)據(jù)來自廣東財經(jīng)大學三水校區(qū)信息學院青年協(xié)會舉辦的“愛在單行”活動，該活動分別在李園、竹園、實驗樓、一飯和二飯設置了自行車服務點。本文選取了2013年3月18日和21日兩天的自行車出借信息，分別提取學號、班級、自行車編號、借出時間和借出地點、歸還時間和歸還地點七項數(shù)據(jù)，最終得到1130條信息作為樣本，將樣本記錄保存為Excel文件。

圖1 三水校區(qū)平面圖

三、數(shù)據(jù)分析

1.自行車統(tǒng)計分布特征

根據(jù)自行車借出和歸還表(見表1)可以看出，總體而言各網(wǎng)點的自行車使用頻率不均衡。其中實驗樓的總借車次數(shù)、總歸還次數(shù)明顯高于其他網(wǎng)點的借車次數(shù)和歸還次數(shù)；其次是宿舍樓竹園、學生第一飯?zhí)谩⒌诙執(zhí)煤退奚針抢顖@。這主要因為實驗樓是學生上課和課外活動(協(xié)會活動和舞蹈等)比較多的場所，是學生集中的地方。此外，實驗樓離食堂和宿舍區(qū)較遠，需要自行車這一代步工具。從表中還可推斷竹園宿舍區(qū)的學生人數(shù)比李園多。通過查閱相關(guān)資料，竹園有4棟宿舍樓，每棟有6層，休息時段內(nèi)每棟有816人。李園有3棟宿舍樓，每棟有6層，休息時段內(nèi)李園每棟宿舍樓有720人。這一資料也直接證明了本文的樣本數(shù)據(jù)能夠很好地反映實際情況。

表1 自行車借還記錄統(tǒng)計

2.網(wǎng)點間自行車流動情況

由于出行距離、個人的需求及環(huán)境的影響，各網(wǎng)點間自行車流動次數(shù)也不盡相同。從表2中可知，從紫園到實驗樓的流動頻率最高，其次是紫園借出并歸還的流動情況；同時也可以發(fā)現(xiàn)宿舍區(qū)之間流動頻率比較低，而宿舍區(qū)到實驗樓和飯?zhí)玫念l率遠遠高于宿舍間的頻率。因此本文認為學生借還車的目的主要是上課和就餐。

表2 網(wǎng)點間自行車流動統(tǒng)計

3.就餐分析

筆者認為并非所有到飯?zhí)玫娜硕际侨ゾ筒?，因此本文中對?shù)據(jù)進行篩選。首先對樣本中的數(shù)據(jù)按借出地點和歸還地點進行排序，找出借出地點和歸還地點一樣的數(shù)據(jù)，以判斷出行人的行為為就餐。根據(jù)實地調(diào)查結(jié)果，本文認為飯點時間分別是11∶20—12∶50和17∶00—19∶00。若借出時間和歸還時間的時間期間不在飯點，則判斷這些人不是外出就餐，有可能是去拿快遞或到小賣部；否則判定他們的行為是就餐。經(jīng)過篩選后，得到如表3的結(jié)果。從表3可知，在飯點時間，二飯的人數(shù)比一飯的人數(shù)稍多，可以推斷二飯的規(guī)模比較大或飯菜更豐富、更符合學生的口味。通過實地調(diào)查，筆者發(fā)現(xiàn)第二飯?zhí)糜?層，其中一層為教師餐廳，而第一飯?zhí)弥挥卸樱幌啾鹊谝伙執(zhí)?，第二飯?zhí)糜休^多的風味小炒，學生的可選性較大。此外，筆者還發(fā)現(xiàn)第二飯?zhí)秒x一教、二教和眾多宿舍區(qū)近，而第一飯?zhí)弥挥幸粋€門出入且地理位置較為偏僻。

表3 一飯和二飯自行車借出數(shù)據(jù)統(tǒng)計

4.上課分析

廣東財經(jīng)大學三水校區(qū)白天的上課時間為8∶30—10∶00、10∶15—11∶45、14∶00—15∶30和15∶45—17∶15。筆者選擇去實驗樓的人為研究對象，對借出時間和歸還時間進行排序，得出借出時間和歸還時間的間隔時長，再篩選和統(tǒng)計相關(guān)信息(見表4)，最后分析每條數(shù)據(jù)的信息及借車人的行為。通過分析可以得出：①由于實驗樓離宿舍較遠，上課時遲到的人數(shù)還是占較大的比重；②從人數(shù)分配上可以看出實驗樓的主要功能是服務于教學，而專門去實驗樓辦事的人較少(總共有15人)；③在實驗樓安排課程的時間上，實驗樓上午上課的人數(shù)(包括遲到的共有43人)比下午(包括遲到的共有78人)的人數(shù)多。

表4 3月18日自行車流動時間分析

5.人際關(guān)系分析

在時間地理學中，個人和集體為了進行某項活動而必須同其他人同時存在于同一場所的制約被稱為結(jié)合限制，如社交、聚會等活動。在本文樣本中存在著相同或相近的借出時間和歸還時間、借出地點和歸還地點，借鑒結(jié)合限制的概念，筆者可以認為這些數(shù)據(jù)反映了出行人之間的關(guān)系。筆者對18日樣本中的借出時間和歸還時間、借出地點和歸還地點進行排序，隨機抽取78組借出地點和歸還地點相同、借出時間和歸還時間相近的數(shù)據(jù)。然后把這78組隨機分為兩組，每組各有39個樣本。第1組為訓練樣本(見表5)，此訓練樣本中包含借出和歸還時間差、借出地點和歸還地點及關(guān)系。第2組為測試樣本，包含了借出和歸還時間差、借出地點和歸還地點。本文應用Clementine數(shù)據(jù)挖掘軟件中的決策樹C5算法，對訓練樣本數(shù)據(jù)進行挖掘得出規(guī)則，然后應用到測試樣本中，檢驗規(guī)則的準確性。

把規(guī)則應用到測試樣本中，可得到分類結(jié)果。把該分類結(jié)果和真實情況對比，結(jié)果見表6。

由表6可知，決策樹挖掘的總精度達到36/39，約為92.3%，說明了本文中的訓練樣本具有較高的可信度，同時也說明了采用數(shù)據(jù)挖掘方法能夠很好地從位置數(shù)據(jù)中挖掘出人際關(guān)系。通過分析數(shù)據(jù)還可以發(fā)現(xiàn)，在借出地點和歸還地點相同的前提下，借出時間差和歸還時間差相近(在5 min以內(nèi))或相同的兩個出行人是存在著同學關(guān)系的。而借出時間差和歸還時間差相差較大(5 min以上)的，兩個出行人之間沒有明顯的關(guān)系。

表5 訓練樣本示例

表6 人際關(guān)系挖掘精度

四、結(jié) 論

結(jié)合行為地理學和時間地理學概念及其理論，對地理時空數(shù)據(jù)進行探討和分析，可得出區(qū)域的規(guī)模、個人的行為和研究對象之間的關(guān)系。通過將這些理論和方法應用到廣東財經(jīng)大學三水校區(qū)的自行車借還記錄中，筆者得到如下結(jié)論：①從借還地點的頻率可以推斷出該地點人員的分布相對多少；②從自行車借還記錄進行分析，可以方便地得出任意兩個地點之間的聯(lián)系，本文得出宿舍區(qū)之間流動頻率低，而宿舍區(qū)到實驗樓和飯?zhí)玫念l率高，主要原因是學生借還車的主要目的是上課和就餐；③通過在飯點時間的人員分析，得出去第二學生飯?zhí)玫娜吮鹊谝伙執(zhí)玫娜硕啵饕且驗榈诙執(zhí)靡?guī)模較大且離一教、二教和眾多宿舍區(qū)近；④通過在上課期間的分析，得出廣東財經(jīng)大學三水校區(qū)實驗樓下午的課程比上午多；⑤運用決策樹算法可以挖掘出人際關(guān)系的規(guī)則，把規(guī)則應用到測試樣本中能夠得出較高的精度。

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Analysis and Mining of Location Information Based on Bike Records of Lending and Returning

ZHANG Yihan，ZHONG Xinmei，LI Jiancheng

P208

B

0494-0911(2014)07-0113-04

2013-10-11

國家重點基礎研究發(fā)展規(guī)劃“973”資助項目(2011CB707103)；國家自然科學基金(41301408)；廣東省自然科學基金(S2013040016071)

張亦漢(1985—)，男，廣東五華人，博士，講師，研究方向為地理信息模型。

張亦漢，鐘欣梅，李建程.利用自行車借還記錄分析與挖掘空間位置信息[J].測繪通報，2014(7)：113-116.

10.13474/j.cnki.11-2246.2014.0240