Трение расстояния - это основной принцип географии, который гласит, что передвижение требует определенных затрат в виде физических усилий , энергии , времени и / или затрат других ресурсов , и что эти затраты пропорциональны пройденному расстоянию. Эта стоимость, таким образом, является сопротивлением движению, аналогичным (но не имеющим прямого отношения) эффекту трения против движения в классической механике . [1] Последующее предпочтение минимизации расстояния и его стоимости лежит в основе широкого спектра географических моделей - от экономической агломерации домиграции диких животных , а также многие теории и методы пространственного анализа , такие как первый закон географии Тоблера , сетевая маршрутизация и анализ стоимостного расстояния . В значительной степени трение расстояний является основной причиной того, почему география имеет отношение ко многим аспектам мира, хотя ее важность (и, возможно, важность географии) снижается с развитием транспортных и коммуникационных технологий. [2] [3]
История
Неизвестно, кто первым ввел термин «трение расстояния», но влияние затрат, основанных на расстоянии, на географическую активность и географические закономерности было ключевым элементом академической географии с момента ее первоначального подъема в 19 веке. Модель изолированного государства фон Тюнена пригородного землепользования (1826 г.), возможно, самая ранняя географическая теория, напрямую включала стоимость перевозки различных сельскохозяйственных продуктов как один из факторов, определяющих, насколько далеко от города каждый вид товаров может быть прибыльно произведен. [4] Промышленная теория расположение Альфреда Вебера (1909) и теория центральных мест в Кристаллер (1933) [5] также были в основном оптимизации пространства , чтобы минимизировать расходы.
К 1920-м годам социологи начали использовать принципы физики (точнее, некоторые из ее математических формализаций), такие как гравитация , в частности закон обратных квадратов, найденный в законе всемирного тяготения Ньютона . [6] Географы быстро определили ряд ситуаций, в которых взаимодействие между местами, будь то миграция между городами или распределение резиденций, желающих покровительствовать магазину, демонстрировало уменьшение этого расстояния из-за преимуществ минимизации пройденного расстояния. Модели гравитации и другие модели оптимизации расстояний получили широкое распространение во время количественной революции 1950-х годов и последующего развития пространственного анализа . Джеральд Карротерс (1956) был одним из первых, кто явно использовал аналогию «трения» для концептуализации эффекта расстояния, предполагая, что эти оптимизации расстояния необходимы для признания того, что эффект варьируется в зависимости от локализованных факторов. [6] Ян МакХарг , опубликованный в « Design with Nature» (1969), был среди тех, кто разработал многогранную природу затрат на расстояние, хотя изначально он не использовал математические или вычислительные методы для их оптимизации. [7]
В эпоху географических информационных систем , начиная с 1970-х годов, многие из существующих моделей близости и новых алгоритмов были автоматизированы в качестве инструментов анализа, что значительно упростило их использование более широким кругом профессионалов. Эти инструменты, как правило, фокусируются на проблемах, которые можно решить детерминированно , таких как буферы , анализ стоимостного расстояния , интерполяция и сетевая маршрутизация . Другие проблемы, которые применяют трение расстояния, намного сложнее (например, NP-трудные ), такие как задача коммивояжера и кластерный анализ , а автоматизированные инструменты для их решения (обычно с использованием эвристических алгоритмов, таких как кластеризация k-средних ) меньше широко доступны или доступны только недавно в программном обеспечении ГИС.
Стоимость расстояния
В качестве иллюстрации изобразите туриста, стоящего на склоне изолированной лесистой горы, который хочет перебраться на другую сторону горы. По сути, существует бесконечное количество путей, по которым она могла бы попасть туда. Путешествие прямо через горную вершину «дорого», так как каждые десять метров восхождения требуют значительных усилий. Десять метров по пересеченной местности по лесу требует значительно больше времени и усилий, чем десять метров по развитой тропе или открытому лугу. Выбор ровного маршрута по дороге, огибающей гору, требует гораздо меньших затрат (как усилий, так и времени) на каждые десять метров, но общая стоимость накапливается на гораздо большем расстоянии. В каждом случае количество времени и / или усилий, необходимых для прохождения десяти метров, является мерой трения расстояния. Определение оптимального маршрута требует уравновешивания этих затрат и может быть решено с помощью метода анализа стоимостного расстояния .
В другом, очень распространенном примере, человек хочет поехать из дома в ближайшую больницу. Из многих (но конечных) возможных маршрутов через дорожную сеть самый короткий маршрут проходит через жилые кварталы с низкими ограничениями скорости и частыми остановками. Альтернативный маршрут следует по объездной дороге вокруг окрестностей, имея значительно большее расстояние, с гораздо более высокими ограничениями скорости и нечастыми остановками. Таким образом, эта альтернатива имеет гораздо меньшее трение единицы расстояния (в данном случае времени), но накапливается на большем расстоянии, требуя вычислений для определения оптимального (с наименьшим общим временем в пути), возможно, с использованием алгоритмов, обычно встречающихся в веб-карты, такие как Google Maps .
Затраты, пропорциональные расстоянию, могут принимать различные формы, каждая из которых может быть или не иметь отношения к данной географической ситуации:
- Стоимость проезда , ресурсы, необходимые для перемещения в космосе. Чаще всего это время, энергия или расход топлива, но также могут быть включены более субъективные затраты, такие как неудобства.
- Стоимость трафика , импеданс, возникающий в результате того, что совокупное количество путешественников превышает оптимальную пропускную способность пространства (обычно в данном случае это линейная сеть).
- Стоимость строительства , ресурсы, необходимые для создания инфраструктуры, позволяющей путешествовать по космосу, такой как дороги, трубы и кабели.
- Воздействие на окружающую среду , негативное воздействие на окружающую среду или окружающую среду человека, вызванное инфраструктурой или перемещением по ней. Например, можно было бы минимизировать протяженность жилых кварталов или заболоченных территорий, разрушаемых для строительства шоссе.
Некоторые из этих затрат легко поддаются количественной оценке и измерению, например, время в пути, расход топлива и затраты на строительство, что, естественно, позволяет использовать алгоритмы оптимизации . Тем не менее, может существовать значительная неопределенность в их прогнозировании из-за изменчивости во времени (например, время в пути по дорожной сети в зависимости от изменения объема трафика) или изменчивости в отдельных ситуациях (например, насколько быстро человек хочет водить машину). . Другие затраты гораздо труднее измерить из-за их качественного или субъективного характера, например, политического протеста или воздействия на окружающую среду; они , как правило , требуют создания «псевдо-мер» в виде индексов или шкал для операционализации . [3]
Все эти затраты являются полями, поскольку они пространственно интенсивны («плотность» затрат на единицу расстояния) и варьируются в пространстве. Поле стоимости (часто называемое поверхностью стоимости ) может быть непрерывной гладкой функцией или иметь резкие изменения. Эта изменчивость стоимости возникает как в неограниченном (двух- или трехмерном) пространстве, так и в ограниченных сетях, таких как дороги и кабельные телекоммуникации.
Приложения
Большое количество географических теорий, методов пространственного анализа и приложений ГИС напрямую основаны на практических эффектах трения расстояния:
- Первый закон географии Тоблера , формализованный как пространственная автокорреляция , гласит, что близлежащие местоположения более похожи во многих аспектах, чем удаленные местоположения, что обычно является результатом истории более тесных взаимодействий между ними.
- модели гравитации , уменьшения расстояния и другие модели пространственного взаимодействия основаны на тенденции уменьшения объема взаимодействия между двумя местоположениями по мере увеличения расстояния между ними из-за трения расстояния, часто в аналогичной схеме (математически, не физически) к закону обратных квадратов многих свойств в физике , таких как освещенность и гравитация . [8]
- Экономическая агломерация - это тенденция организаций, которые часто взаимодействуют друг с другом, перемещаться близко друг к другу в физическом пространстве, например, концентрация бизнес-услуг ( реклама , финансы и т. Д.) В крупных городах вблизи штаб-квартиры корпораций.
- Теория местоположения включает в себя ряд теорий и методов определения оптимального местоположения для конкретной деятельности, основанных на минимизации транспортных расходов. Известные примеры включают классические теории начала 20-го века Иоганна Генриха фон Тюнена , Вальтера Кристаллера и Альфреда Вебера , а также алгоритмы эпохи ГИС для определения местоположения .
- Сетевой анализ включает в себя ряд проблем и методов моделирования передвижения, ограниченного линейной сетью или графом , например дорог , коммунальных служб или ручьев . Многие из них являются задачами оптимизации для минимизации транспортных расходов, например, широко распространенный алгоритм Дейкстры для поиска пути с минимальной стоимостью между двумя местоположениями.
- Анализ стоимостного расстояния , серия алгоритмов для поиска путей с минимальной стоимостью через неограниченное пространство, в котором стоимость варьируется в зависимости от области . [9]
- Миграция людей и животных часто рассматривается как результат уравновешивания преимуществ пребывания в неподвижном состоянии (из-за трения расстояния) с факторами «выталкивания / притяжения», которые побуждают человека покинуть одно место или переехать в другое. [10]
- Пространственная диффузия - это постепенное распространение культуры, идей и институтов в пространстве с течением времени, при котором желательность одного места, перенимающего черты отдельного места, преодолевает трение расстояния.
- География времени исследует, как на человеческую деятельность влияют ограничения движения, особенно временные затраты. [11]
Конвергенция пространства и времени
Исторически сложилось так, что трение расстояния было очень высоким для большинства типов движений, что делало перемещение и взаимодействие на большие расстояния относительно медленными и редкими (но не вовсе отсутствующими). Результатом стала сильно локализованная человеческая география , проявившаяся в столь разных аспектах, как язык и экономика . Одним из наиболее значительных результатов технологических достижений с 1800 года, включая железную дорогу , автомобиль и телефон , стало резкое снижение затрат на перемещение людей, товаров и информации на большие расстояния. Это привело к широкому распространению и интеграции, что в конечном итоге привело ко многим аспектам глобализации . [12] Географический эффект этого уменьшения трения расстояния называется пространственно-временной конвергенцией или конвергенцией затрат и пространства . [13]
Из этих технологий, возможно, наибольшее влияние оказали телекоммуникации , особенно Интернет . Хотя по-прежнему существуют расходы на передачу информации, основанные на расстоянии, такие как прокладка кабеля и генерация энергии электромагнитного сигнала (традиционно проявляющаяся в таких формах, как плата за междугородную телефонную связь ), теперь они настолько малы для любой значимой единицы информации. что они больше не управляются в форме, основанной на расстоянии, а объединены в фиксированные (не основанные на расстоянии) затраты на обслуживание. [14] Например, некоторая часть платы за услуги мобильной телефонной связи покрывает более высокие затраты на услуги дальней связи, но клиент этого не видит и, таким образом, не принимает решения о связи на основе расстояния. Рост бесплатной доставки имеет аналогичные причины и последствия для розничной торговли.
Утверждалось, что фактическое устранение трения расстояния во многих аспектах общества привело к «смерти географии», в которой относительное местоположение больше не имеет отношения ко многим задачам, в которых оно раньше играло решающую роль. [15] Теперь можно осуществлять множество взаимодействий на глобальных расстояниях почти так же легко, как и на местных расстояниях, включая розничную торговлю, услуги между предприятиями и некоторые виды занятости . Таким образом, эти услуги теоретически могут быть предоставлены откуда угодно с равной стоимостью. COVID-19 пандемия 2020 была протестирована и даже ускорила многие из этих тенденций. [16]
И наоборот, другие видели усиление географических эффектов других аспектов жизни или, возможно, усиление внимания к ним, поскольку традиционные аспекты, основанные на расстоянии, стали менее актуальными. [17] Это включает в себя жизненные удобства места, такие как местные природные ландшафты или городская ночная жизнь, которые необходимо испытать лично (что требует физических путешествий и, таким образом, влечет за собой трение расстояния). Кроме того, многие люди предпочитают личное общение, которое технически можно проводить удаленно, например, деловые встречи, образование, туризм и шоппинг, что должно сделать дистанционные эффекты актуальными в обозримом будущем. [18] Противоположные тенденции «трения» и «отсутствия трения» потребовали более детального анализа географии, чем традиционные общие утверждения о местоположении, всегда имеющем значение, или недавние заявления о том, что местоположение вообще не имеет значения. [19]
Рекомендации
- ^ Роджерс, А., Castree, Н., & Китчины, Р. (2013). трение расстояния. В словаре географии человека. Oxford University Press
- ^ Gattrell, Anthony C. (2016) Расстояние . В: Ричардсон, Д., Кастри, Н., Кван, Мей-По, Кобаяши, А., Лю, В., Марстон, Р.А., ред., Международная энциклопедия географии , Wiley.
- ^ а б Г. Пири (2009) Дистанция , Роб Китчин, Найджел Трифт (ред.) Международная энциклопедия человеческой географии , Elsevier, страницы 242-251. DOI: 10.1016 / B978-008044910-4.00265-0
- ↑ Иоганн Генрих фон Тюнен (1826). Der isolirte Staat in Beziehung auf Landwirtschaft und Nationalökonomie . Wirtschaft & Finan.
- ^ Кристаллер, Уолтер (1933). Die zentralen Orte в Süddeutschland . Йена: Густав Фишер. OCLC 3318206 .
- ^ а б Карротерс, Джеральд А. П. (1956). «Исторический обзор гравитации и потенциальных концепций человеческого взаимодействия». Журнал Американского института проектировщиков . 22 (2): 94–102. DOI : 10.1080 / 01944365608979229 .
- ^ МакХарг, Ян (1969). Дизайн с природой . Natural History Press. ISBN 0-471-11460-X.
- ^ де Смит, Майкл, Пол Лонгли, Майкл Гудчайлд (2018) Distance Decay Models , Geospatial Analysis , 6th Edition
- ^ де Смит, Майкл, Пол Лонгли, Майкл Гудчайлд (2018) Стоимость Расстояние , Геопространственный анализ , 6-е издание
- ^ Эверетт С. Ли (1966). «Теория миграции» . Демография . 3 (1): 47–57. DOI : 10.2307 / 2060063 . JSTOR 2060063 . S2CID 46976641 .
- ^ Hägerstrand, Торстен (1970). «А как насчет людей в региональной науке?». Материалы Региональной научной ассоциации . 24 (1): 6–21. DOI: 10.1007 / BF01936872. S2CID 198174673.
- ^ Бек, У. (2000): Что такое глобализация? Polity Press, Malden, Mont.
- ^ Ноулз, Ричард Д. (2006), Транспортное пространство, формирующее: дифференциальный коллапс во времени-пространстве, Журнал Транспортной Географии , 14: 6, стр. 407-425, DOI : 10.1016 / j.jtrangeo.2006.07.001
- ^ Митчелл, В. (1995). Город битов, пространства, места и инфобана . Кембридж, Массачусетс: MIT Press.
- ^ О'Брайен, Ричард. 1992. Глобальная финансовая интеграция: конец географии . Нью-Йорк: Совет по международным отношениям.
- ^ Марр, Бернард (2020) Как пандемия COVID-19 быстро отслеживает цифровую трансформацию в компаниях , Forbes , 17 марта 2020 г.
- ^ Грэм, С. (2000): «Конец географии или взрыв места? Концептуализация пространства, места и информационных технологий », в Wilson, MI, and Corey, KE (eds): Information Tectonics - Space, Place and Technology , pp 9–28. Вили, Нью-Йорк.
- ^ Эллегард, К. и Vilhelmson Б. 2004: Дом в карман местного порядка: повседневной деятельностии трение расстояния. Geografiska Annaler , 86 B (4): 281–296.
- ^ Хан, Су Ён; Цоу, Мин-Сян; Кларк, Кейт С. (2018). «Возвращаясь к смерти географии в эпоху больших данных: трение расстояний в киберпространстве и реальном пространстве». Международный журнал цифровой Земли . 11 (5): 451–469. DOI : 10.1080 / 17538947.2017.1330366 .