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随着物联网、智慧地球等概念与技术的迅速发展,其影响已经深入到各行各业,将为人类社会的生产生活带来新的面貌。IBM提出的智慧地球所涉及到的21个主题,除云计算外均与人的行为密切相关;要实现每个主题的智能化以及各个主题之间的智能化,人的行为数字化表达和智能化识别成为其关键技术之一。因此,对“人”的行为研究将成为智慧地球和智慧城市等需要关注的核心重点。
行为是人与环境(自然与社会)交互的体现和工具,“人-地”相互作用通过“行为”可以明显得以体现。在行为过程中,对自然环境和社会环境会产生相应的影响,而“人”自身也会发生变化;反过来,特定时间的自然环境(“地”)与社会环境条件以及特定的“人”,会直接或者间接影响人的“行为能力”,进而直接影响人的行为实施。这样,对“人”的行为研究,不仅涉及“人”本身这个系统,而且更重要的涉及“人-地”系统。所以,人的行为研究对于“人-地”系统、“人-地”关系、面向“人”的地理信息科学以及虚拟地理环境等理论与方法发展有着重要的意义。
关于人的行为,自然科学和社会科学领域的很多学者己从不同的角度展开了研究,本文则是在物联网技术支持下,结合行为地理学、时问地理学以及面向“人”的地理信息科学等基本理论,详细探讨智慧城市中“人”行为相关的基本理论、方法与技术问题。论文对“人”行为的定义、组成、尺度、表达方式以及数据来源等基本理论问题进行了探讨,建立了基于物联网中RFID技术和移动定位技术的行为研究基本方法框架;最后通过2个不同数据来源,开展了不同空间尺度、不同“人间”尺度的人群行为试验研究与验证。本文的主要工作和研究成果如下:
●在理论上
(1)从“人-地”交互系统中“人”的主观能动性出发,探讨了“人”的开放性、复杂性和系统性,从主体与数字化的角度对“人”的内涵进行重新理解,促进面向“人”地理信息科学基本理论的进一步发展。
(2)以行为地理学、时间地理学、城市地理学等学科领域中关于行为的相关理论与方法为指导,对行为的基本理论问题进行了探讨,包括行为的定义、组成、驱动力、数据获取方式等,提出了新的应用背景下行为“三间”尺度问题和不同尺度框架下行为表达问题。
(3)从数据标准、数据组织、可视化、时空分析方法、系统模拟、云GIS以及信息安全与隐私保护等,详细讨论了物联网技术发展为传统GIS带来的新机遇和挑战等。
●在方法与技术上
(1)讨论了物联网框架下行为的感知方式,认为除了传统位置信息外,还包括行为过程的感知;由于位置信息对于行为表达的重要性,本文还详细分析了物联网技术支持下新的定位方法与技术;
(2)基于行为识别与行为模型挖掘方法的分析,结合虚拟人文地理实验相关理论,提出了基于RFID技术和移动定位技术的人群行为实验研究的基本方法框架;
(3)基于RFID技术的个体场所行为研究。阐述了基于RFID行为研究应用背景以及提出了“人-地-物”模型。并对个体场所行为的定义、组成、观察内容等做了详细的阐释;在此基础上,概括和归纳了RFID技术中用于行为研究的多种传感器及其基本功能、RFID定位技术以及RFID技术用于行为研究的设备部署方案。由于RFID的部署方案以及监测重点不同,还讨论了三种应用模式的个体行为模式挖掘方法以及个体行为研究的应用范围。
(4)开展了基于个体和汇总移动定位数据的个体与人群行为研究。详细论述了移动定位数据的采集原理与特点,以及行为研究相关的尺度问题、数据可视化挖掘方法等。按照定位数据的“人间”分辨率不同,将其分为个体移动定位数据和人群汇总移动定位数据,并开展了基于两种模式数据的可视化分析方法、行为模式挖掘方法等,揭示出多方面、多层次的“人-地”关系。
◆在应用上
(1)以老年人管理为试验背景,基于RFID技术的个体场所行为研宄,以独居老年个体的“服药”行为作为案例,基于“人-地-物”模型,开展了融合多种RFID传感器应用于场所行为的实验研究,在传统的位置感知基础上引入了行为过程的感知,采用关联规则算法提取行为关键动作,构建行为决策树模型,并使用正则表达方法对实时监测RFID数据进行“服药”行为的识别,取得较好的识别效果,基本上无错误识别和漏掉识别。
(2)以浙江嘉善县人群行为试验案例,基于汇总移动定位数据,结合传统曲线可视化方法与SOM聚类分析、平行坐标系可视化方法、时空矩阵可视化方法等对嘉善城区人群的总体移动性、城区与郊区之间人群移动时间规律、城市内部人群移动规律、城市功能分区等展开研究,结果发现:1)嘉善城区人群移动行为高峰时段、稳定时段、低谷时段;2)嘉善城区内高人口密度区域的识别、区域分布以及内部人群移动规律;3)郊区人群出入嘉善城区的移动规律;4)嘉善城区典型城市工作聚集区域识别、典型娱乐区、典型居住聚集地以及典型餐饮娱乐区的识别及其人群出入该类区域移动行为的规律的发掘,识别效果经过现场调查验证与实际情况非常符合。