要闻:什么样的城市更宜居？层级性比城市大小重要

本篇文章2993字，读完约7分钟

郭瑞东集智俱乐部

导语

城市是人类文明的体现，全世界一半以上的人口生活在城市中，现在中国各地新城建设盛行，雄安新区是城市建设中的千年大计，在此背景下对城市的研究，具有深远而紧迫的现实意义。 一篇nature communications论文指出，城市规划与分层组织结构的相互作用会影响城市居民的方方面面。 在移动的频度和距离之间，存在强分层结构的城市，居住性更好。

论文的主题:

hierarchicalorganizationofurbanmobilityanditsconnectionwithcitylivability

论文地址:

nature/articles/s 41467-019-12809-y

1 .什么是城市分层组织

在城市里，一般的印象是城市有一个或多个中心圈，这里人流密集，但在城市的其他地方，人烟比较少。 一个城市有一个环两个环三个环，一个环内比两个环三个环之间繁华，但人们出行时也优先喧闹市区，分清人们的出行频率和距离，是城市分层组织( hierarchical organg )

但是，要进行科学研究，为了明确哪个生活中经常使用、无法理解的概念，需要确定且量化的定义。 “当你可以一边量化你在说的事情，一边用数字表现它的时候，你对此有很深的理解。 但是，如果不能用数字表现的话，你的头脑就不能达到科学思考的状态。 ”。 (英国物理学家开尔文爵士)

如何量化城市的层次结构？ 本论文通过解读这篇论文，明确科学家是如何用一个大小来定义城市分层组织的概念的。 在这个例子中，你可以体验如何数据化的思考路径。

2 .城市分层组织的量化定义

研究者在定义城市分层组织时，从300万谷歌的顾客那里使用了用手机记录的自己的居住和旅行、在世界不同城市的通勤记录数据。 比如从a地到b地，就是一条记录。 把上班的起点总结成热地图，把城市分成一个一个的小格子，用不同的颜色表示某格子间的上班路线的密度，结果在城市之间发现了出发地的人流密度的显着差异。

图1 :数千万级人口大城市、巴黎、曼谷、洛杉矶的通勤热图显示红色地区作为上班起点的人口密度很大

为了比较规模和迅速发展程度不同的城市，有必要对数据进行标准化。 研究者以一个城市的总通勤数为分母，看到了城市中不同地方的上班开始点占总上班开始点的相对例子。

与下图对应，图中不同浓淡的蓝色对应的比例从10^(-1 )到10^(-7 )。 格子颜色越深，该地区越经常被用作上班的起点和目的地，证明了该地区“热”。

图2 :现实的、模拟的与纽约市通勤热点的相对连接密度矩阵

为了证明数据背后的法则是真实存在的，研究中使用的尺子测量数据中法则的强弱，研究者以真实数据和随机生成的数据为对象。 如上图所示，研究人员明确了对于随机模拟的纽约通勤网和实际情况，实际上城市呈现出分层的组织结构。

既然城市分层组织确实存在，就需要区分城市分层程度的指标。 这个标准在实际城市和模拟随机城市中，以这个标准得出的分数有明显的差异，同时这个标准也适用于不同大小的城市。

图3 :城市分层组织程度φ与通勤热的关系示意图

由于城市通勤具有分层的特征，城市通勤热点之间人流所占的比例意味着比热点和非热点之间的比例高1~2位数。 可以将该注意量化表现定义为相对于城市分层程度的量化，来自对角线上的区域的相对密度之和，将其称为φ值。 即，在上图中由黄色线圈包围的区域。

上班发烧一共是l级。 研究者首先构建矩阵t，tij对应从热I区域到热j区域的旅行。 根据城市内旅行的总量，标准化解决了t。 δij是矩阵t的克罗内克δ函数。 当旅行发生在同一热区域之间时，δij的值为1，当旅行从高热顺利分布到低热时，或者从低热均匀分布到高热，即热在不同水平上均匀分布时，δij的值为0。 所以更高的φ值对应更强的层次结构。

3 .城市分层程度影响出行的选择

如果一个城市没有中心，或者市中心旁边住着荒郊野岭，你经常觉得交通不方便。 前者和后者都需要走很多无辜的路。 城市规划带来的最直接的影响是人们交通方法的选择。

图4 :上下班方法中自行、公共交通、步行各自所占比例不同的分层组织间的一些变化

私家车、公共交通、步行3种交通手段中，城市分层程度相对较低时私家车成为主流，但随着表示城市分层程度的φ值变高，选择公共交通和步行的人数增加。

公共交通的设计也需要考虑城市中的分层组织。 例如，多选择一点连接不同热点的班次，减少停车站，使公共交通更迅速，使居民可以选择坐公共交通还是步行，而不是自己开车。

4 .城市分层程度越高，环境越好

城市的空气污染，大部分通勤产生的废气，由于这种通勤方法的不同，间接影响着城市的空气污染程度。

排除城市gdp差异的影响后，发现城市分层程度越高，人均大气污染越小。

图5 :人均空气污染与城市分层程度的关系

上图显示了不同城市的氮氧化物、一氧化碳及pm10粒子数与φ之间的关系。 可以看出，随着城市分层程度的提高，人均污染量显着下降。

除了大气污染，城市组织分层的程度还影响温室气体的二氧化碳排放量。

图6 :二氧化碳排放量与城市分层程度的关系

如图所示，城市分层程度φ越高，城市产生的相对于每1美元的gdp的二氧化碳排放量越低。 在这里，从纵轴的坐标从0变化到30来看，最高值和最低值之差的数倍表示φ值对二氧化碳排放量的影响程度比空气污染更显着。

相关阅读:

2030年的气候危机？ nature刊物警告全球变暖是真的！

全球变暖是1.5摄氏度还是2摄氏度，这个世界大不相同

4 .城市分层程度对城市生活的其他影响

如果中风患者能得到及时的救治，其生存概率将显着提高。 下图比较了每10万人因中风死亡的人数、该居住地离医院的平均距离和每10万人因交通事故死亡的人数。

图7 :城市分层程度与脑卒中死亡率、平均距离医院、交通事故死亡率的关系

从图中可以看出，城市分层程度φ值越高的城市，这三个指标越是城市居民就诊越方便，城市发生交通事故的概率越低。 另外，越是分层程度高的城市，医疗的配送也越容易。

如果把上班分为短距离(日常上班)和长距离两种，也可以看出城市的分层程度对两种上班距离的影响不同。

图8 :短距离(左)和长距离(右)上下班距离与城市分层程度的关系

如图所示，城市分层程度高时，短途交通的距离平均较短，长途交通的平均距离更长。 对城市居民来说也能提高幸福感。 前者不会在上班的路上浪费时间，后者会给你探索更远的未知的机会。 例如住在纽约( ny )，上下班的平均距离比亚特兰大( atl )短，市区周边的长途旅行可以去比亚特兰大多的地方。

5 .总结

越是大城市，生活节奏越快，城市是不断加速的跑步机，这是谁也改变不了的法则。 每个人都想住在空气污染少的城市。 我们居住地附近有医院，城市建设者也想提高城市的公共交通利用率。 所以，城市更密集，特别是更分层，是未来的趋势。

相关阅读:为什么生活节奏越来越快？ 因为城市是持续加速的跑步机

无论是新城建设还是老城改造，都要考虑不同计划下分层组织的程度差异，结合主体建模等手段，使热点区域和热点区域相邻，采用默认的开始拓扑( hub-to-spoke )结构。

作者:郭瑞东

审校:刘培源，曾祥轩

:张爽

原题:“什么样的城市适合居住？ 阶层性比城市的大小更重要”

阅读原文。