距離の摩擦

距離の摩擦は地理学の核となる原理で、移動には何らかのコスト（物理的な労力、エネルギー、時間、その他の資源の消費など）がかかり、これらのコストは移動距離に比例するというものである。したがって、このコストは移動に対する抵抗であり、古典力学における移動に対する摩擦の影響に類似している（ただし直接関連しているわけではない） 。^[1]距離とそのコストを最小限に抑えることへの選好は、経済集積から野生生物の移動まで、さまざまな地理的パターンの基礎となっているほか、トブラーの地理学第一法則、ネットワークルーティング、コスト距離分析など、空間分析の理論や手法の多くにも影響している。距離の摩擦は、地理学が世界の多くの側面と関連している主な理由であるが、その重要性（そしておそらく地理学自体の重要性）は、交通や通信技術の発達とともに低下している。^{[2] [3]}

「距離の摩擦」という用語を誰が最初に作ったかは不明だが、距離に基づくコストが地理的活動や地理的パターンに与える影響は、19 世紀に地理学が最初に登場して以来、学術的地理学の中核的要素となっている。 フォン・テューネンの郊外土地利用の孤立状態モデル (1826 年) は、おそらく最も初期の地理理論であり、さまざまな農産物の輸送コストを、各種類の商品が町からどのくらい離れたところで利益を上げて生産できるかを決定する要因の 1 つとして直接組み込んだ。^[4]アルフレッド・ウェーバーの産業立地理論(1909 年) とウォルター・クリスタラーの中心地理論(1933 年) ^[5]も、基本的には移動コストを最小化するための空間の最適化であった。

1920年代までに、社会科学者は、重力、具体的にはニュートンの万有引力の法則に見られる逆二乗の法則などの物理学の原理（より正確には、その数学的形式化の一部）を取り入れ始めました。^[6]地理学者は、都市間の移動であれ、店を利用しようとする住宅の分布であれ、場所間の相互作用が移動距離を最小限に抑える利点のためにこの距離の減少を示す多くの状況をすぐに特定しました。重力モデルやその他の距離最適化モデルは、1950年代の量的革命とそれに続く空間分析の台頭の間に広く普及しました。ジェラルド・キャロザーズ（1956）は、距離の影響を概念化するために「摩擦」のアナロジーを明示的に使用した最初の一人で、^[6]イアン・マクハーグは、 Design with Nature （1969年）で発表したように、距離コストの多面的な性質を開発した一人であるが、当初は距離コストを最適化するために数学的または計算的手法を採用していなかった。^[7]

1970 年代に始まった地理情報システムの時代には、既存の近接モデルや新しいアルゴリズムの多くが分析ツールとして自動化され、より幅広い専門家にとって非常に使いやすくなりました。これらのツールは、バッファ、コスト距離分析、補間、ネットワーク ルーティングなど 、決定論的に解決できる問題に重点を置く傾向がありました。距離の摩擦を適用するその他の問題は、巡回セールスマン問題やクラスター分析など、はるかに困難 ( NP 困難) であり、それらを解決するための自動化ツール (通常はk 平均法クラスタリングなどのヒューリスティック アルゴリズムを使用) は、GIS ソフトウェアではあまり広く利用できないか、ごく最近になって利用できるようになりました。

例として、孤立した樹木が生い茂った山の斜面に立っていて、山の反対側へ行きたいと考えているハイカーを想像してください。基本的に、そのハイカーがそこへたどり着くまでにたどり着くための道は無限にあります。山頂を直進するのは「費用がかさみます」。10 メートル登るごとにかなりの労力が必要になるからです。森の中を 10 メートル進むには、整備された小道や開けた草原を 10 メートル進むよりも、はるかに多くの時間と労力が必要です。山を迂回する道路に沿って平坦なルートを進むと、10 メートルあたりのコスト (労力と時間の両方) ははるかに低くなりますが、総コストははるかに長い距離にわたって蓄積されます。いずれの場合も、10 メートル進むのに必要な時間や労力の量は、距離の摩擦の尺度です。最適なルートを決定するには、これらのコストのバランスを取る必要があり、コスト距離分析の手法を使用して解決できます。

もう 1 つの非常に一般的な例として、ある人が自宅から最寄りの病院まで車で行くとします。道路網を通る多くの (ただし有限の) 可能な経路のうち、最短距離の経路は、制限速度が低く頻繁に停止する住宅街を通過します。別の経路は、住宅街を迂回する高速道路を通るもので、距離がかなり長く、制限速度がはるかに高く、停止もあまりありません。したがって、この代替経路は距離 (この場合は時間) の単位摩擦がはるかに小さくなりますが、距離が長くなるにつれて摩擦が蓄積されるため、最適な経路 (総移動時間が最短) を決定するための計算が必要になります。これには、Google マップなどのWeb マップでよく見られるネットワーク分析アルゴリズムを使用する場合があります。

距離に比例するコストにはさまざまな形があり、それぞれの形は特定の地理的状況に関係する場合と関係しない場合があります。

• 旅行コスト、空間を移動するために必要なリソース。これは通常、時間、エネルギー、または燃料の消費ですが、迷惑行為などのより主観的なコストも含まれる場合があります。
• 交通コストは、空間（この場合は通常、線形ネットワーク）の最適容量を超える旅行者の総量から生じるインピーダンスです。
• 建設費、道路、パイプ、ケーブルなど、空間内の移動を可能にするインフラストラクチャを構築するために必要なリソース。
• 環境影響とは、インフラやそれに沿った移動によって引き起こされる自然環境や人間環境への悪影響です。たとえば、高速道路を建設するために破壊される住宅街や湿地帯の長さを最小限に抑えたいと考えるでしょう。

これらのコストの中には、移動時間、燃料消費、建設費など、簡単に定量化および測定できるものがあり、最適化アルゴリズムに適しています。とはいえ、時間の経過による変動（例：交通量の変化に応じた道路網の移動時間）や個々の状況の変動（例：人が運転したい速度）により、コストを予測する際には不確実性が大きくなります。その他のコストは、政治的抗議や環境への影響など、定性的または主観的な性質のため、測定がはるかに困難です。これらを運用可能にするには、通常、指標または尺度の形で「疑似尺度」を作成する必要があります。^[3]

これらのコストはすべて、空間的に集中的(単位距離あたりのコストの「密度」) であり、空間に応じて変化するという点でフィールドです。コスト フィールド(コスト サーフェスと呼ばれることが多い) は、連続した滑らかな関数である場合もあれば、急激に変化する場合もあります。このコストの変動は、制約のない (2 次元または 3 次元) 空間だけでなく、道路やケーブル通信などの制約のあるネットワークでも発生します。

多くの地理理論、空間分析技術、GISアプリケーションは、距離の摩擦の実際的な影響に直接基づいています。

• 空間的自己相関として形式化されたトブラーの地理学の第一法則は、近くの場所は遠くの場所よりも多くの点で類似している可能性が高く、通常、それらの場所間のより大きな相互作用の歴史の結果であると述べています。
• 重力モデル、距離減衰モデル、その他の空間相互作用モデルは、2つの場所間の相互作用量は距離の摩擦により距離が増加するにつれて減少する傾向に基づいており、多くの場合、照度や重力など物理学の多くの特性の逆二乗法則に類似したパターン（数学的であり、物理的ではない）を示します。^[8]
• 経済集積とは、頻繁に相互作用する機関が物理的な空間内で接近する傾向のことです。たとえば、大都市のビジネスサービス (広告、金融など) が企業の本社の近くに集中する傾向などです。
• 立地理論には、移動コストの最小化に基づいて、特定の活動を行う最適な場所を決定するための多くの理論と手法が含まれます。注目すべき例としては、ヨハン・ハインリヒ・フォン・テューネン、ウォルター・クリスタラー、アルフレッド・ウェーバーによる 20 世紀初頭の古典的な理論や、GIS 時代の立地割り当てアルゴリズムなどがあります。
• ネットワーク分析には、道路、公共施設、河川などの線形ネットワークまたはグラフに制限された移動をモデル化する多くの問題と手法が含まれます。これらの多くは、2 つの場所間の最小コスト パスを見つけるための一般的なダイクストラ アルゴリズムなど、移動コストを最小限に抑える最適化問題です。
• コスト距離分析は、コストがフィールドとして変化する制約のない空間を通る最小コストの経路を見つけるための一連のアルゴリズムです。^[9]
• 人間や動物の移動は、（距離の摩擦による）静止したままでいることの利点と、ある場所を離れたり別の場所に移動したりすることを促す「プッシュ/プル」要因のバランスの結果として見られることが多い。^[10]
• 空間的拡散とは、ある場所が別の場所の特徴を取り入れることの望ましさが距離の摩擦を克服し、時間の経過とともに空間を越えて文化、アイデア、制度が徐々に広がることです。
• 時間地理学は、人間の活動が移動の制約、特に時間的コストによってどのように影響を受けるかを探ります。^[11]

歴史的に、ほとんどの種類の移動において距離の摩擦が非常に高かったため、長距離の移動や交流は比較的遅く、まれであった（存在しないわけではない）。その結果、言語や経済などさまざまな側面に現れた、強く地域化された人文地理学が生まれた。鉄道、自動車、電話など、1800年以降の技術進歩の最も大きな影響の1つは、人、物、情報を長距離移動するコストを大幅に削減したことだ。これにより広範囲にわたる普及と統合が進み、最終的にはグローバリゼーションの多くの側面がもたらされた。^{[12]この距離の摩擦の減少による地理的影響は、}時間空間収束またはコスト空間収束と呼ばれている。^[13]

これらの技術のうち、電気通信、特にインターネットは、おそらく最も大きな影響を及ぼしてきた。ケーブルの敷設や電磁信号エネルギーの発生など、情報伝送には距離に基づくコストが依然として存在するが（従来は長距離電話料金などの形で現れていた）、これらは意味のある情報単位に対して非常に小さいため、距離に基づく形で管理されることはなく、固定の（距離に基づかない）サービスコストに組み込まれている。^[14]たとえば、携帯電話サービスの料金の一部は長距離サービスの高額なコストをカバーしているが、顧客はそれを認識していないため、距離に基づいて通信の決定を下すことはない。送料無料の普及も小売業に同様の原因と影響を及ぼしている。

社会の多くの側面で距離の摩擦が事実上排除された結果、「地理の死」がもたらされ、相対的な位置は以前は重要な役割を果たしていた多くのタスクに関係しなくなったと主張されている。^{[15]現在では、}小売業、企業間サービス、一部のリモートワークなど、多くのやり取りをローカルな距離とほぼ同じくらい簡単にグローバルな距離で行うことができる。したがって、これらのサービスは理論的にはどこからでも同等のコストで提供できる可能性がある。COVID -19パンデミックは、これらの傾向の多くを試し、加速させた。^[16]

逆に、生活の他の側面における地理的影響が強まっている、あるいは、従来の距離に基づく側面の重要性が薄れてきたため、地理的影響への注目が高まっていると考える人もいる。^[17]これには、地元の自然景観や都会のナイトライフなど、実際に体験しなければならない場所のライフスタイルの快適さが含まれる（そのため、物理的な移動が必要になり、距離の摩擦が生じる）。また、ビジネス会議、教育、観光、ショッピングなど、技術的にはリモートで実行できる対面での交流を好む人も多く、近い将来、距離に基づく影響が重要になるはずだ。^[18]「摩擦」要因と「摩擦のない」要因の対照的な傾向により、場所は常に重要であるという従来の包括的な主張や、場所はまったく重要ではないという最近の主張よりも、より微妙な地理分析が必要になった。^[19]