[论文解读] Natural Scales in Geographical Patterns

Telmo Menezes, Camille Roth|arXiv (Cornell University)|Apr 4, 2017

Human Mobility and Location-Based Analysis被引用 1,130

一句话总结

本文通过对带地理标签的 Instagram 移动网络应用尺度相关的社区检测，并在划分空间中揭示相变，内生性地识别出人体运动中的少量自然尺度。

ABSTRACT

Human mobility is known to be distributed across several orders of magnitude of physical distances , which makes it generally difficult to endogenously find or define typical and meaningful scales. Relevant analyses, from movements to geographical partitions, seem to be relative to some ad-hoc scale, or no scale at all. Relying on geotagged data collected from photo-sharing social media, we apply community detection to movement networks constrained by increasing percentiles of the distance distribution. Using a simple parameter-free discontinuity detection algorithm, we discover clear phase transitions in the community partition space. The detection of these phases constitutes the first objective method of characterising endogenous, natural scales of human movement. Our study covers nine regions, ranging from cities to countries of various sizes and a transnational area. For all regions, the number of natural scales is remarkably low (2 or 3). Further, our results hint at scale-related behaviours rather than scale-related users. The partitions of the natural scales allow us to draw discrete multi-scale geographical boundaries, potentially capable of providing key insights in fields such as epidemiology or cultural contagion where the introduction of spatial boundaries is pivotal.

研究动机与目标

• 激发在地理模式中寻找内生的、具有意义的描述尺度。
• 提出一种无参数的方法来检测尺度空间中的相变。
• 表明人类移动数据在不同区域中包含一组较小的自然尺度。

提出的方法

• 通过对距离分布取百分位数，从带地理标签的 Instagram 数据构建尺度相关的移动网络。
• 对每个尺度图应用 Louvain 社区检测，并将得到的分区平滑为地理边界。
• 使用基于 Rand 指数的度量在尺度之间测量分区相似性以检测断点。
• 通过断点检测算法将区间定义为自然尺度。
• 在每个自然尺度区间内识别原型尺度作为最具代表性的分区。

实验结果

研究问题

• RQ1 是否能够在以移动为源的网络的尺度空间中检测到内生的自然尺度？
• RQ2 在多样化的地理区域中会产生多少个自然尺度？
• RQ3 自然尺度与用户移动行为之间的关系是什么？

主要发现

• 在九个区域中，尺度空间分裂为 2 或 3 个自然尺度，内部分区相似。
• 自然尺度产生多尺度的地理边界，反映移动模式。
• 在每个自然尺度区间内的原型尺度有效地代表该区间的分区。
• 不同自然尺度下的边界地图揭示区域特定的地理与社会-空间结构（如比利时的语言边界、城市核心等）。
• 大多数活跃用户跨越多种尺度，但自然尺度由与尺度相关的行为驱动，而非由与尺度相关的用户驱动。