概率时间地理学，你造吗？
地理学第一定理是地理相关性的定理，而概率是相关性分析的重要手段，因而也是地理学进行相关性分析的理论依据和概率时间地理学形成的理论基础。
时间地理学和概率时间地理学
时间地理学(time geography)研究在时间约束下的空间可达位置的不确定性规律，它通过时空体描述所有可能到达的位置。
在此基础上，概率时间地理学（Probabilistic Time Geography）认为移动对象在任一时刻位于可达空间位置的可能性不总相同，且这一可能性随时间推移不断变化。它是（经典）时间地理学基于概率的扩展(Winter and YIN, 2010)，即在时间地理学确定的可达范围基础上分析移动对象位于各位置点的可能性，能为移动对象最大可能地找寻提供定量依据，也为移动GIS向智能GIS发展提供基础。
时空体与概率时空体
移动对象分布在各可达位置的可能性不总是均等的，因而定量时间地理分析需要考虑实际的概率分布。移动对象的可达范围，在由 (x, y, t)构成的传统时间地理中通过时空体——圆锥和棱柱构模。在这些时空体内，对象在特定时间所在的空间位置是不确定的。从概率学的角度，这种不确定性可通过任一时刻的概率分布云表示。图(a)、(b)、(c)分别表示时间地理的状态、圆锥、棱柱的概率分布示意图。
概率时间地理学研究现状
01
在国际上
概率时间地理学自2009年由Winter提出之后，“Directed movements in probabilistic time geography”(Winter and YIN, 2010)和“The elements of probabilistic time geography”(Winter and YIN, 2011)两篇论文先后发表在International Journal of Geographical Information Science、Geoinformatica杂志上，开启了概率时间地理学的新时代。
（1）论文“Directed movements in probabilistic time geography”主要表达了基于正态分布的时空概率模型。随后，Downs and Horner(2012)提出了概率潜在路径树模型（Probabilistic potential path trees）；Song and Miller(2014)构建了基于布朗运动的时空概率模型。
（2）论文“The elements of probabilistic time geography”主要表达了移动对象的相遇概率特征。
02
在国内
1997年，柴彦威和王恩宙（1997）引入了1960年代提出的时间地理学，并在城市规划、交通规划等领域逐步得到应用。
2012年，概率时间地理学引入国内，先后出现了基于布朗桥（尹章才等，2012）、基于全概率公式（尹章才，刘清全，孙华涛，2013）的概率时空模型。
2014年，陆锋，刘康和陈洁等人（2014）将人类移动性研究归纳为两个方向：面向人和面向地理空间。面向人的研究侧重探索人类移动特性的统计规律，并建立模型解释相应的动力学机制，或分析人类活动模式，并预测出行或活动。面向地理空间的研究侧重从地理视角分析人类群体在地理空间中的移动，探索宏观活动和地理空间的交互特征。
2015年，在上海举办的“大数据与时空行为规划研讨会暨第十次空间行为与规划研讨会”涉及大量时间地理学方面的内容。伴随着个人移动终端、互联网、物联网等信息技术的普及，“大数据”成为一种新的“矿藏”。它以细密的时间和空间尺度精确地记录个体的行为过程，提供了前所未有的研究城乡空间、个体行为、行为与空间关系的巨大可能性，也为概率时间地理学研究提供了重要数据源。然而，从中文期刊网上看，时间地理学方面的论文数量仍然偏少，主要停留在人文地理学领域，GIS与时间地理学相结合的发展尚不多见（林广发，黄永胜，2002）。
总之，概率时间地理学的发展目前还处于萌芽阶段，主要是时间地理学与概率模型（如正态分布、布朗运动等）的结合。目前，概率时间地理学研究，①只考虑单一的移动速度，缺乏对其他约束条件的关注；②缺乏基本概念、基本原理、基本方法的系统研究；③缺乏实证分析，对移动对象的最大可能地找寻或避让缺乏路径规划、路径优化和决策等方面的研究；④缺乏概率时间地理学理论表述的数学形式和原型系统。
研究对象的演化
地理学、时间地理学主要研究“关系”，而计量/统计地理学、概率时间地理学则主要研究“相关性”，它是“关系”的一种深化。地理学、计量/统计地理学主要研究空间关系，而时间地理学与概率时间地理学则研究时空关系，它是空间关系的一种深化。
概率时间地理学发展趋势
地理信息系统作为一门空间科学，以其独特的空间观点和空间思维，从空间相互联系和相互作用出发，揭示各种事物与现象的空间分布特征和动态变化规律（周成虎, 2015）。GIS在当前的发展方向，涉及到体育GIS、时空轨迹大数据等，而这些正是时间地理学研究和应用的范畴，如时间地理学在足球运动（Moore etal, 2003）、城市规划等领域应用等。因此，在GIS学科背景下，作为时间地理学定量化发展的概率时间地理学将主要从几个方面进一步发展：
01
概率时间地理学的理论体系
目前，概率时间地理学针对具体时空约束条件进行了理论分析，深化了人们对于自身空间运动行为的理解。但是，人类行为本身是高度复杂的，基于各种假设建立的模型往往过于简化。提出的假设是否合理，是否具有普适性，在人类独特的空间运动模式背后是否还有更为本质的机制尚未被触及，仍有待于深入探索（陆锋，刘康，陈洁，2014），并形成具有普适性的概率时间地理学理论体系。
02
概率时间地理学的系统
GIS已经成为地理学的横断性信息组织、存储和表达工具，因而能为概率时间地理信息的组织、存储和分析提供基础。这预示着，概率时间地理学需要进一步借助GIS工具研制概率时间地理学应用模块。
03
概率时间地理学的应用示范
当前，概率时间地理学的研究还处于理论探索阶段，实际应用尚未涉足。这样，在理论研究推动下的概率时间地理学，尚缺乏应用需求拉动，制约了概率时间地理学自身的发展。因此，应用示范将是概率时间地理学未来发展的最大亮点之一。
04
大数据时代的概率时间地理学
过去人类移动性研究多基于观察、访问、调查问卷和出行日志等信息获取方式，信息获取成本高、样本量小、时间跨度短，且易受到问卷设计和主观判断的影响，难以大规模、长时间地观测和记录人的空间移动行为（陆锋，刘康，陈洁，2014）。进入大数据时代，人们的思维将发生巨大的变革（赵懂等，2014）：①人们可得的数据不再是随机样本，而是样本空间；②人们不再追求事物的因果关系，即确定性关系，转而关注数据之间的相关关系。大众是大数据来源的主要贡献者，这些大众往往称为地理信息的志愿者（尹章才，李霖，2011；尹章才，李霖，2013）。借助大样本、乃至全样本统计分析，有助于发现隐含的、稳健的规律，最大程度上减少小样本随机性带来的不确定性（陆锋，刘康，陈洁，2014）。
概率时间地理学形成于2010年代，这也正是大数据酝酿和发展的时期。目前，大数据时代已经来临，如何从大数据中发现知识，寻找隐藏在数据中的模式、趋势和相关性，揭示社会现象与预知社会发展规律，需要我们拥有更好的数据洞察力（锐研中国，2015）。
概率时间地理学为个体行为大数据的时空间模式、趋势和相关性分析提供了新的方法和视角，因而与大数据的有机结合将是概率时间地理学新的发展趋势，如应用大数据带来的数据源，应用大数据科学带来的理论、方法等。
本文由刘四旦摘编自尹章才、李霖、张志军著《概率时间地理学原理》一书，有删减修改，标题为编者所加。
ISBN 978-7-03-046038-7
《概率时间地理学原理》系统阐述了概率时间地理学的基本原理、理论和方法。全书共分为三部分。第一部分引入了概率时间地理学，分析了概率时间地理学的基本概念和学科内容。第二部分阐述了如何利用概率论构建时间地理学的时空不确定性模型的理论与方法，并对构建的概率时空体进行实证分析。第三部分系统分析概率时空体的相遇问题，主要是分析两随机移动的个体之间相遇的可能性大小及其随时间的变化规律。
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