行为地理计算理论与方法体系构建的思考

陈碧宇 地球信息科学学报 · 2026 · Vol.28 No.5 · pp.1279-1295 DOI: 10.12082/dqxxkx.2026.260060

随着新型城镇化战略的推进,城市规划迫切需要从“以地为中心”转向“以人为核心”。本文在 GIS 与行为地理学深度交叉融合的背景下,提出了“行为地理计算”的理论框架与“6+1”方法技术体系。该体系以人类时空行为为核心对象,构建涵盖建模表达、存储管理、分析挖掘与模拟仿真的完整闭环,旨在揭示微观动态的人地关系,支撑人本化城市规划决策。

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01 · 引言

从“以地为中心”到“以人为核心”

面对城市病与新型城镇化战略需求,地理信息科学亟需突破传统静态数据的局限,拥抱行为大数据。

战略需求

以人为核心的新型城镇化

粗放型增长导致交通拥堵、公共服务失衡等“城市病”。城市规划需转向“以人为核心”,精准把握居民的时空行为规律。

数据变革

社会感知 (Social Sensing)

移动通信、物联网及位置服务产生的大数据,克服了传统问卷样本小、更新慢的缺陷,提供了大样本、高精度的观测手段。

技术挑战

传统 GIS 的局限性

传统 GIS 基于静态空间数据(如土地利用、POI),在处理大规模、高动态、个体化的行为大数据时,面临模型与算法的瓶颈。

核心定义

行为地理计算

以人类时空行为为核心对象,构建涵盖建模表达、存储管理、分析挖掘与模拟仿真的理论方法体系,揭示微观动态人地关系。


02 · 理论框架

行为地理计算的理论内核

行为地理计算是 GIS 与人文地理学深度交融的前沿领域,构建了“认知-决策”闭环与三大核心理论体系。

T1
计算时间地理学理论

将抽象概念对象化,表达虚实混合空间中的多维语义行为。引入“规划锚点”、“固定活动”、“时空棱镜”以及核心概念“企划 (Project)”。

时空棱镜企划模型
T2
人类时空行为高精度模拟理论

建模个体活动-出行链的多层级决策结构,揭示群体行为的宏观涌现规律,实现从微观个体到宏观系统的贯通。

决策结构宏观涌现
T3
行为引导的规划要素优化配置理论

构建以人的时空效用和主观满意度为核心的评价体系,建立双层优化模型,支撑人本化城市规划。

时空效用双层优化

认知-决策闭环模型

行为观测 → 对象建模 → 行为模拟

系统监测 → 系统评价 → 系统优化

以双向互馈的城市人地系统为研究本体,形成完整的工具集闭环。

多维行为语义

客观语义:方式、类别、时长
主观感知:目的、满意度、偏好
社会角色:家庭、职业、社群身份

深刻刻画虚实混合空间(物理基底与数字空间交织)中的人类行为特征。


03 · 方法体系

“6+1” 方法技术体系

构建了六层纵向技术体系与一层横向治理维度,覆盖了从底层数据到顶层决策的全生命周期。

层级 技术体系名称 核心内容与目标
L1 时空行为表达与存储管理 研发行为地理计算本体、统一异构时空数据模型、多维时空索引。
L2 行为数据处理与语义补全 轨迹清洗、地图匹配、活动/目的识别、属性推断。
L3 行为数据挖掘与知识发现 新型时空计算算子、聚类、异常检测、动态识别城市功能区。
L4 时空行为高精度模拟与仿真 数据与理论双驱动模型、多智能体协同博弈、大规模并行模拟平台。
L5 行为分析与城市系统效能评价 整合时空约束的可达性模型、感知可达性、系统韧性评价。
L6 人本化城市系统优化和规划决策 仿真-评价-优化闭环、双层优化模型、交互式决策支持系统。
+1 隐私保护与空间正义保障 差分隐私、联邦学习、算法审计、公众参与工具(横向贯穿)。

04 · 前沿进展

陈碧宇团队的实践与突破

在存储、挖掘、模拟与评价优化等多个环节取得了显著的性能提升与理论发现。

67%
存储空间降低
基于 CLR 压缩线性参考
2700倍
聚类计算提速
数万秒缩短至约3分钟
70%
不确定性解释度
对非均衡状态流量的贡献
11倍
局部识别效率提升
粗识别-精评价策略
表达与挖掘

时空树与轨迹缓冲区算子

将相似矩阵计算复杂度从二次方降至线性级别;沿轨迹进行三维“膨胀”,在保证100%准确的前提下,检索效率提升两个数量级。

模拟与仿真

可靠时空棱镜 (RSP)

引入行程时间不确定性(可靠度阈值α),刻画风险厌恶个体的行为;并发展概率时空棱镜 (PSP) 反映内部可达性梯度。

评价与发现

设施服务“二八定律”

发现约 10% 的中高层级设施贡献了约 90% 的总可达性。传统规划忽略行为异质性会高估空间均衡性达 100%。


05 · 展望与讨论

学科未来与社会价值

行为地理计算不仅是技术的升级,更是地理学研究范式与城市治理理念的深刻变革。

理论深化

发展精细化本体与多模态数据融合技术,探究数字空间如何重塑实体空间结构,强化“企划”计算模型以支持长周期协同行为模拟。

技术赋能

结合 GeoAI 与大语言模型构建高阶地理智能体。推动城市数字孪生从“事后解释”转向“实时感知与即时诊断”。

学科与社会价值

践行“人民城市”理念,推动规划从经验驱动向科学决策转型,切实保障居民的获得感、幸福感与公平感。