Topological characterization of world cities
根据复杂网络对世界城市的描述，研究了世界城市的拓扑组织。作为第一步，城市地图是由最近开发的方法，使每个城市的最重要的城市地区被确定。然后，我们在得到的网络上估计了许多拓扑度量，并应用多元统计和数据分析方法来研究和比较拓扑。值得注意的是，所获得的结果表明，来自特定大陆的城市，特别是盎格鲁-撒克逊美洲，往往具有特定的拓扑特性。这些发展应有助于更好地了解城市是如何组织的，以及城市与世界各地不同地理位置的关系。
2017-10-13 physics.soc-ph
Mapping mobile service usage diversity in cities
本研究利用Shannon多样性指数和17项移动服务的小时流量数据，绘制了20个法国城市的移动服务使用多样性地图，并揭示了其与城市内部及城市间土地利用分布的相关性，弥补了CDR/XDR数据无法捕捉特定应用使用情况的不足。
2024-02-15 physics.soc-ph
Mobility energetic balance frames spatial configuration of cities
Instituto de Física Interdisciplinar y Sistemas Complejos IFISC (CSIC-UIB)（综合物理与复杂系统研究所）；Human Openware Research Lab (HOWLab), Engineering Research Institute of Aragon (I3A), University of Zaragoza (UZ)（萨拉戈萨大学阿拉贡工程研究院）；Arquitecturas Open Source (AOS) Research Group, School of Architecture and Technology, Universidad San Jorge（圣乔治大学建筑与技术学院）
该研究通过对56个城市的分析，发现城市空间结构的移动能量需求低于多数替代结构，揭示了地形与城市空间组织的能量关联，为城市发展评估提供了经验依据。
2026-10-16 physics.soc-ph
Mathematize urbes by humanizing them: Cities as Isobenefit Landscapes. Psycho-Economical distances and Isobenefit Lines
城市阅读的提出是一种量化但又穿越主观主义的现代后现代城市主义方法。所示的isobenefit线将城市转化为有益的景观，根据个人情绪、需求、偏好和城市转型，这些景观是主观的、不断变化的。他们阅读吸引力和他们如何在整个城市流动。对每个城市点和每个城市景点进行计算，我们就得到了城市的等值面地形图，即城市景点及其流量的地图。这是一个液体表面，而不是固体，因为它随时间和人而变化。正是在这种流动性中，居住着城市的复杂性，他们自下而上的精神以及平衡和网络的动态性。人们不一定要去最容易到达的地方，而是去他们需要和想要去的地方，他们沿着他们需要或选择通过的路径流动。它还介绍了地方和路径的可爱性：除了目前使用的通常参数，这些参数在物理距离，成本，时间或心理容易表示方面对距离进行加权，在这里提出的isobenefit线中使用的心理经济距离，也考虑一个地方和一条路径如何取悦我们。根据地下享乐理论，这种穿过或停留在宜人地区的快乐也具有地下和惯性效应，有助于我们的生活。城市科学和城市设计的最终目的是了解城市，使它们高效和有吸引力，以满足我们的生活。
2015-09-19 physics.soc-ph
Designing Complexity? The Role of Self-Organization in Urban planning and Design
本章探讨自组织在城市规划与设计中的作用，分析社会经济等因素如何塑造建筑风格，揭示城市形态中的标度律与分形几何，并阐述城市布局与人类认知的相互作用，强调建筑设计、规划与认知在塑造城市景观中的相互依存。
2024-03-21 physics.soc-ph
On the heterogeneity of urban expansion profiles in Europe
一个城市的人工土地利用（ALU）的径向配置文件的平均ALU配置文件的差异进行了检查，为585个欧洲城市。利用《2012年城市地图集》的数据，采用放射状（或单中心）方法计算一个城市相对于与市中心的距离的土地利用概况。一个比例法则被用来控制城市规模和人口。因此，不同规模的城市可以以一种可比较的方式进行对比。利用585个城市的整个样本的平均ALU曲线，计算每个城市与平均曲线的差异。使用这些差异使我们能够检查ALU在欧洲城市的异质性，但也检查这些城市内的差异。我们利用按城市规模和国家划分的城市群来试图理解这些差异。结合城市地图集和Corine土地覆盖数据，水的ALU配置文件的影响进行了研究。还介绍了一个城市分类，它考虑了平均曲线的差异。排序方法用于可视化这些分类中的城市。结果突出了城市之间的异质性水平。除去水，我们可以看到水含量最高的城市平均ALU水平较高。西班牙和法国被发现有对比的ALU水平，西班牙城市的ALU低于平均水平，法国高于平均水平。使用序列化技术使我们能够将城市分组和排序为一个类型学，可以用来衡量城市。
2022-10-24 physics.soc-ph
A study on Urban Mobility in Northern Cities of Bangladesh
专门用于街道和公共空间的城市面积的百分比是城市空间规划的一个关键特征。到2050年，城市交通将成为全球城市面临的最大挑战之一。这项研究的目的是评估孟加拉国一些城市分配给街道的公共空间的比例。通过对城市核心区和郊区街道交叉口的长度、宽度、面积和数量的统计，可以看出城市街道布局的形式和格局。这项工作不考虑其他公共空间，如花园和一般公共空间的设施，包括体育。收集数据的方法是通过谷歌地球和地理信息系统软件。为了获得精确的结果，其他更复杂的软件是必不可少的。然而，即使在这些精确度水平上，也会出现非常有趣的城市模式。这项研究的结果表明，博格拉，朗布尔和迪纳杰普尔是更好的城市，街道的土地分配率更高，包括足够的过境点。Nilphamari和Thakurgaon的道路用地较少;往往连通性和生产力较低。其余城市的平均道路用地面积和平均街道交叉口数量。
2022-09-01 physics.soc-ph
Modeling cities
城市是一个由大量要素和主体相互作用的系统，可以被视为复杂系统的象征。对这些系统进行建模是一个真正的挑战，并引发了许多学科的兴趣，如定量地理学，空间经济学，地理信息学和城市化，以及最近的物理学。物理学通过带来能够连接理论和经验结果的工具和概念发挥着重要作用，我们将在城市的一些基本方面说明这一点：它们的表面积和人口的增长，它们的空间组织以及活动的空间分布。我们将提出最先进的结果和模型，但也开放的问题，我们仍然有一个部分的理解和物理方法可能特别有帮助。我们将以讨论建立城市科学的可能性来结束这篇简短的评论。
2019-06-28 physics.soc-ph
Structure Entropy, Self-Organization, and Power Laws in Urban Street Networks: Evidence for Alexander's Ideas
简单直观的导航性在城市中至关重要。城市街道网络在其拓扑空间中的实际无标度网络，导航信息是通过将道路映射到节点和将交叉点映射到节点之间的链接来编码的，仍然没有简单的解释。强调路口层次结构的整体性和系统性的方式，使我们设想城市街道网络不断发展的社会系统受到玻尔兹曼介观熵守恒。这种守恒，我们可以解释为无标度的守恒，确保了从道路交叉点的层次结构到无标度的一致性的过渡。也就是说，我们恢复了自组织城市中自然道路的实际无标度概率分布。我们通过调用Jaynes的最大熵原理（统计物理学）获得这段话，同时我们利用现代量化思想（信息物理学）和结构化（格理论）的众所周知的结果来测量信息网络熵。新兴的范式，适用于具有更复杂的等级制度的系统，如实际的城市，似乎很好地反映了城市学家克里斯托弗·亚历山大对城市的影响。
2019-10-02 cond-mat.stat-mech nlin.AO physics.soc-ph
Impact of urban structure on infectious disease spreading
目前正在进行的SARS-CoV-2大流行已经使世界成为人质一年多了。流动性是病毒传播的关键，限制流动性是对抗病毒扩张的主要非药物干预措施。以前的作品已经表明了城市的结构组织和居民的运动模式之间的联系。这使城市中心成为流行病监测和干预的重点。在这里，我们表明，组织的城市流量有巨大的影响，疾病的传播和不同的缓解策略的顺从性。通过对美国和其他国家不同城市的匿名和聚集的城市内部流动的研究，并结合实证分析和分析方法，我们证明了城市对传染病传播的反应可以根据这些流动的总体组织大致分为两大类型。在等级森严的城市，流动主要集中在流动热点之间，特别容易受到流行病快速传播的影响。然而，在这类城市中，限制流动性对于减轻病毒的传播非常有效。相反，在有许多活动中心的城市中，流行病的传播要慢得多，但对流动限制的反应要弱得多，效果也差得多。在较脆弱的城市投入资源进行早期监测和及时采取特别干预措施，可能有助于遏制和减少未来大流行病的影响。
2022-03-10 physics.soc-ph q-bio.PE
Shaping ideal cities: the graph representation of the urban utopia
理想的文艺复兴城市被设计成一个星形的堡垒，街道和广场被组织起来以加快人们和士兵的移动。对称性和可达性是城市空间组织的主要特征。由此产生的城市是分层的，并不总是保证最佳程度的连接。我们继承空间语法在空间图表示属性定义中所做的工作，介绍了一种从欧几里得表示、相应的线图以及具有相同城市功能的节点的收缩来计算城市图的方法。我们分析了五个历史城市的城市图形：Vitry le François，Avola，Neuf Escherach，Grammichele和Palmicheva，并将分析结果与空间句法的相应结果进行了比较。光谱间隙和相对不对称分布的分析表明，这些城市的结构相似。不规则或网状的住房结构似乎比规则的网格更能确保连通性和可达性。然而，最外围的街道确保了连通性，这些街道在空间句法表达中扮演着边缘角色。
2016-08-27 physics.soc-ph
Cheap Textile Dam Protection of Seaport Cities against Hurricane Storm Surge Waves, Tsunamis, and Other Weather-Related Floods
为海陆织物坝的设计提供了一种新的方法和廉价的实用设计方法。所提供的用于保护美国主要海港城市免受飓风风暴潮、海啸和其他与天气有关的洪水的方法是最便宜的（建造和维护所有现存的防洪屏障），因此，它具有用于保护沿海城市免受自然天气引起的灾害的极好的应用前景。它也可能是一种非常便宜的方法，用于生产大量的周期性可再生水电，从海洋，湖泊，河岸进行土地复垦，以及岛屿和岛屿与大陆的陆地运输连接，而不是非常昂贵的水上桥梁和水下隧道。
2007-01-04 physics.ao-ph physics.gen-ph physics.soc-ph
The size distribution, scaling properties and spatial organization of urban clusters: a global and regional perspective
人类发展对地球表面有着深远的影响。自然土地覆被的变化以不同的形式发生，城市增长是最显著的变化过程之一。我们分析全球土地覆盖数据，并提取由最大连接的城市群定义的城市。对全球所有城市规模分布的分析证实了齐普夫定律。此外，通过调查的城市地区的集群的渗透性能，我们评估的接近临界为不同的国家。在临界点上，各国城市土地覆盖经历了从分散的集群向国家尺度上的巨大组成部分的转变。我们研究的Zipf指数作为一个函数的接近渗流，并发现一个系统的减少，随着规模的增加，这可能是文献中报道的偏离指数的原因。此外，我们调查的集群的平均大小作为一个函数的接近渗流，并找到国家的具体行为。通过将标准偏差和平均簇大小-类似于泰勒定律-我们提出了一种替代方法来确定渗滤过渡。我们计算城市土地覆盖的空间相关性，并找到长期的相关性。最后，通过将城市面积与人口数字联系起来，我们讨论了城市异速生长的全球方面，找到了一个指数$δ\approx 0.85$，即大城市的密度较低。
2014-03-31 cond-mat.stat-mech physics.data-an physics.soc-ph
Fractal-Based Exponential Distribution of Urban Density and Self-Affine Fractal Forms of Cities
城市人口密度服从指数分布，可用克拉克模型描述。因此，城市人口的空间分布常被认为是非分形的。然而，克拉克模型在数学上不同于指数函数，因为城市人口分布是在地形地貌和土地利用形式的分形支持下进行的。通过数学变换和经验证据，我们认为城市密度指数分布背后存在自仿射标度关系和局部幂律。克拉克模型中表征城市特征半径的尺度参数并不是一个常数，而是依赖于我们所定义的城市场。因此，指数模型反映了具有两种分形参数的局部分形结构。这些参数可以用来表征城市空间填充、空间相关性、自仿射性和自组织演化。以杭州市为例，验证了理论推论的正确性。在实证分析的基础上，提出了城市三环模型，将城市从核心到外围划分为三个层次。城市中尺度区和非尺度区交替出现。该模型可为今后的城市研究和城市规划提供参考。
2016-06-14 physics.soc-ph
As Cities Grow, They Spread Out Rather Than Rise
Beijing Jiaotong University（北京交通大学）；Leibniz Institute of Ecological Urban and Regional Development (IOER)（莱布尼茨生态城市与区域发展研究所）；Federal University of Lavras (UFLA)（拉夫拉斯联邦大学）；University College London（伦敦大学学院）
该研究通过分析1975-2025年全球城市数据集，发现城市发展呈各向异性，向外扩张快于向上增高，且城市趋向特征人口密度，为城市发展规划提供定量依据。
2026-09-03 physics.soc-ph
Built-up structure criticality
建筑用地是整体景观的重要类型。本文利用统计物理学的框架分析了捷克共和国最大城市和美国部分城市的建筑用地结构。我们计算了圆盘中建成区面积的方差和建成区地块数的方差。在这两种情况下，作为圆盘半径的函数的方差遵循幂律。所得幂律指数值在不同城市间具有可比性。该研究基于捷克共和国的地籍数据和美国GIS数据中的建筑足迹。
2011-06-17 physics.data-an physics.soc-ph
The growth equation of cities
城市科学试图理解和解释在世界主要城市系统中观察到的不确定性。对城市人口演变进行建模是这门科学和所有城市研究的核心。量化，最根本的问题是理解城市的等级组织和特大城市的统计发生，首先被认为是由一个普遍的法律由于齐普夫描述，但其有效性已受到最近的实证研究的挑战。一个理论模型还必须能够解释城市和文明相对频繁的兴衰，尽管有许多尝试，这些基本问题仍然没有得到令人满意的回答。在这里，我们通过引入一种新的随机方程来模拟城市人口增长来填补这一空白，我们从最近的数据集（加拿大，法国，英国和美国）的实证分析中构建了这一模型，揭示了罕见但巨大的城市间迁移冲击如何主导城市增长。这个方程预测了城市分布的复杂形状，并表明齐普夫定律由于有限时间效应而通常不成立，这意味着城市的组织更加复杂。它还预测了存在多个时间变化的城市层次结构，与观测结果一致。我们的研究结果强调了罕见事件在复杂系统演化中的重要性，并在城市规划中具有更实际的意义。
2021-10-13 cond-mat.dis-nn cond-mat.stat-mech physics.soc-ph
Analysis on the urban street network of Korea: Connections between topology and meta-information
城市由基础设施组成，使交通成为可能，这可以被视为抽象的拓扑结构。一旦城市在基础设施方面进行了物理组织，人们就会相互作用，形成价值观，这些价值观可以被视为城市的元信息。随着城市的发展，拓扑结构和元信息共同演化。在这项研究中，我们研究了街道网络的拓扑结构和元信息之间的关系，它具有复杂网络和平面图的方面。街道结构的组织程度决定了城市的效率和生产力，因为它们充当了运送人员、货物和信息的血管。我们分析了一个街道网络的拓扑方面使用中心，包括介数，接近度，直线度和信息。我们将城市分为几个组，共享共同的元信息的基础上的中心性，表明街道结构的拓扑因素是密切相关的元信息，通过协同进化。利用这一规律，我们还得到了规划城市的协同演化。另一个足迹是街道段长度和人口之间的关系，这表明了次线性缩放。
2018-05-25 physics.soc-ph
Evolution of urban areas and land surface temperature
Indian Institute of Technology Delhi（印度理工学院德里分校）；Getulio Vargas Foundation（杰图利奥·瓦加斯基金会）
针对城市扩张导致地表温度（LST）升高的问题，研究构建LST多年时间序列进行聚类分析，发现其时空模式与建成区相似、高时变区多在周边且质心随开发方向偏移，并在三大洲三城市验证。
2024-01-05 cs.CV physics.soc-ph
Scaling evidence of the homothetic nature of cities
University of Luxembourg（卢森堡大学）
本文通过分析欧洲城市土地利用和人口密度与市中心距离的关系，发现不同规模城市在土地利用和人口密度上呈现同源性质，揭示了城市尺度的自相似性。
2017-04-21 econ.GN physics.soc-ph q-fin.EC
A place-focused model for social networks in cities
社会联系的聚焦组织理论提出，人类社交网络的结构可以围绕网络外的焦点进行安排，这些焦点可以包括家庭、工作场所、餐馆等共享的物理空间。到目前为止，这一直难以大规模调查，但从网上位置获得的大量数据-现在，基于社会服务的网络使人们有可能检查成千上万人的友谊和流动性，并调查地点会议与社会网络结构之间的关系。在本文中，我们分析了来自Foursquare的大型数据集，Foursquare是最流行的在线基于位置的社交网络。我们研究了基于城市的社交网络的属性，发现它们具有共同的结构属性，并且两个人见面的地点类别对他们成为朋友的可能性有很大的影响。受这些观察结果的启发，结合聚焦组织理论，我们提出了一个模型来生成城市级的社交网络，并表明它产生的网络与经验数据中看到的结构属性。
2013-08-12 cs.SI physics.soc-ph
AlphaEarth distinguishes cities but compresses urban variation
University of Glasgow（格拉斯哥大学）
本研究审计卫星基础模型AlphaEarth对全球城市嵌入的表示，发现其支持跨区域比较但压缩城市内部变化，且年度差异未验证用于时间比较。
2026-09-28 cs.CV physics.soc-ph
Cities Reconceptualized: Unveiling Hidden Uniform Urban Shape through Commute Flow Modeling in Major US Cities
本研究通过建模美国多城市通勤流，发现重新定义的城市空间中人口分布趋于对数正态分布，揭示了城市系统的基本组织原则，为规划高效韧性城市提供依据。
2024-11-08 physics.soc-ph stat.AP
Mobility shapes heat exposure inequalities in cities
École Polytechnique Fédérale de Lausanne（洛桑联邦理工学院）；ISI Foundation（意大利科学研究所基金会）
通过分析23个西班牙城市和30个美国城市的手机流动性数据与城市温度场，提出基于网络的框架量化不同社会人口群体的热暴露不平等，发现低收入群体通勤中热暴露更高，且重力模型和辐射模型可复现不平等模式。
2026-06-08 physics.soc-ph
The Mathematical Relationship between Zipf's Law and the Hierarchical Scaling Law
城市规模分布的实证研究表明，齐普夫定律和等级标度定律在许多方面是联系在一起的。等级规模缩放和等级缩放似乎是同一枚硬币的两个不同面，但它们之间的关系从未被严格的数学证明所揭示。本文将城市的Zipf分布抽象为一个q序列。在此基础上，定义了一个由多个层次组成的自相似层次结构，不同层次上的城市数量形成一个几何序列。城市的平均规模的指数分布是由层次结构推导出来的。因此，我们有两个指数函数，从下面的分层尺度方程。其结果可以用简单的数学实验和城市观测数据进行统计验证。为Zipf定律向等级标度定律的转换奠定了理论基础，等级标度定律比Zipf定律更能反映城市发展的信息。此外，自相似层次结构为城市网络作为复杂系统的研究提供了一个新的视角。应用于城市的一系列数学规则，如异速生长定律、2^n原理和帕累托定律，可以通过等级组织相互联系。
2016-06-12 physics.soc-ph
Multiple gravity laws for human mobility within cities
本研究针对单城市内人类移动引力定律是否存在异质性的问题，通过分析美国12座人口大市的出行数据，发现距离指数随区域交通流量变化的共同模式，揭示了引力定律的隐藏多样性。
2023-12-17 physics.soc-ph
Patterns of residential segregation
收入的空间分布塑造了城市的结构和组织，对它的理解具有广泛的社会影响。尽管有大量的文献，但许多问题仍然不清楚。特别是，所有关于隔离的定义都与一个单一的指标密切相关，通常依赖于收入阶层的模糊定义，而在如何定义街区和如何处理大城市的多中心组织方面没有任何共识。在本文中，我们将在一个独特的概念框架内解决所有这些问题。我们避免了直接定义隔离的挑战，而是从定义隔离不是什么开始。这自然会导致代表性的措施，能够确定类别的位置是过度或代表性不足。从那里，我们提供了一个新的暴露措施，区分类别共存或相互排斥的情况。然后，我们使用这个功能来提供一个明确的，无参数的方法来找到有意义的收入分布的突破，从而定义类。应用到2014年美国社区调查，我们发现3个新兴阶层-低，中等和高收入-出原来的16个收入类别。高收入家庭在大城市中的比例更高，而低收入家庭则没有，这使得社会两极分化加剧的想法无效。最后，使用密度--而不是到中心的距离，这在多中心城市中是毫无意义的--我们发现，在高密度地区，特别是在大城市，富裕阶层的代表性过高。这表明密度是理解城市收入结构的一个相关因素，并可能解释美国和欧洲城市之间观察到的一些差异。
2016-06-21 physics.soc-ph
The Triple Helix Model and the Meta-Stabilization of Urban Technologies in Smart Cities
大学-产业-政府关系的三重障碍模型可以从网络的新制度模型推广到三种选择环境如何相互作用的新进化模型。新进化模型使我们能够理解大学-产业-政府关系中的组织整合以及知识资本的产生、财富的创造及其相关立法等职能之间的差异。创新系统的国家，部门，城市和地区的规格，然后可以制定为经验问题：协同作用之间产生的关系网络的功能？这个三重障碍模型使我们能够研究城市经济的知识基础，在局部稳定和（潜在锁定）轨迹与技术经济和文化发展制度之间进行权衡，这些制度在全球层面上具有多一个自由度。介于这两个层面之间的城市技术的元稳定潜力，可以反射性地用作创造性重建的智慧，使城市变得更聪明。
2010-03-17 nlin.AO physics.soc-ph
Dissecting the Spatial Structure of Cities from Human Mobility Patterns to Define Functional Urban Boundaries
自工业革命以来，城市的加速增长已经超越了行政区划，将城市合并为大型建筑扩展，并模糊了城市和农村土地使用之间的界限。这些特点，目前在大多数当代大都市，复杂的城市定义，一个关键问题，考虑到客观和可比的指标是规划和设计可持续的城市环境所需的基本投入。在这方面，根据行政或政治标准作出的城市定义通常忽视了人的动态，而人的动态是一个关键因素，有助于使城市在各种社会、文化和经济现实的城市结构中具有可比性。使用一种基于复杂网络的频谱分析的技术，我们从高分辨率的人类流动数据集：官方出发地-目的地（OD）调查中对智利11个主要城市地区的地方进行了排名。我们提出了一种方法，进一步区分这些地区内的城市和农村土地利用，通过网络中心性措施，我们构建了一个幽灵的地理位置。这个幽灵，从位置的排名，其嵌入的人流量的近似数量来衡量，使我们能够探测几个城市的边界。从城市的比例指数的分析，在这些城市划定的人口出行，我们确定了两个明显不同的缩放制度发生在城市和农村地区。我们的研究结果与来自遥感的土地覆盖的比较表明，对于旅行的情况下，在城市地区的标度指数接近线性。最后，我们对智利城市系统中形态良好的城市进行了估计，根据我们的分析，这些城市可能来自于由至少捕获138次（超过预期）底层移动网络的地方组成的集群。
2017-09-20 cs.SI physics.soc-ph
A gradient model for the spatial patterns of cities
城市空间结构的动态性是由城市功能要素（如餐馆、商店等）与人的耦合决定的。然而，仍然缺乏机制模型来量化功能成分的空间分布。在这里，我们建立了一个梯度模型，根据城乡梯度上重力和排斥力的平衡来模拟多种成分的密度曲线。从城市中心到各组成部分的作用力由城市属性（地租、人口和人们的环境偏好）和各组成部分属性（供给能力、产品运输能力和环境影响）共同决定。模拟得到的22种组分在城乡梯度上的分布曲线与城市实际数据吻合较好。该模型基于4种典型的城市要素类型，揭示了一种自下而上的自组织机制，即城市和城市要素的经济、生态和社会属性决定了城市的发展模式。在此基础上，预测了多种组分随城市发展的分布曲线。该模型提供了一个通用的工具，用于分析对象的分布的梯度。
2020-10-15 physics.soc-ph
The light pollution as a surrogate for urban population of the US cities
我们发现，城市边界的定义可以有一个显着的影响的缩放行为的夜间光（NTL）作为人口（POP）在美国。准确地说，我们的研究结果表明，任意的地缘政治定义的基础上的大都市/统一的大都市统计区（MSA/CMSA）导致次线性幂律增长的NTL与POP。另一方面，当城市被定义为根据一个更自然的聚集标准，即城市聚类算法（CCA），一个等距关系出现之间的NTL和人口。这种差异与以前的研究结果是一致的，表明不同城市边界的不同定义的各种城市指标与人口的缩放行为可以有很大的不同。此外，考虑到CCA的定义比MSA/CMSA的定义更充分，因为前者不违反土地人口和其产生的集群面积之间的预期扩展性，我们的结论是，在不失一般性的情况下，光污染和人口的CCA措施可以互换使用在未来的研究。
2017-06-16 physics.soc-ph
The statistical physics of Cities
Institut de Physique Théorique (IPhT/CEA)（理论物理研究所）；Centre d'Analyse et de Mathématique Sociales (CAMS/EHESS)（社会分析与数学中心）
本文针对全球快速城市化带来的多重挑战，指出统计物理学可凭借相关工具概念搭建城市研究理论与实证的桥梁，并通过城市人口分布、隔离模型等多个核心研究对象阐明其在构建定量城市科学中的重要作用。
2019-05-06 cond-mat.dis-nn physics.soc-ph
How urban scaling and resource distribution shape social welfare and migration dynamics
本文通过数学模型研究城市规模缩放定律与政府资源分配对迁移和社会福利的影响，发现超线性资源驱动效用时城市趋于均衡，而亚线性资源驱动时则导致超大城市与不平等。
2025-06-03 econ.TH physics.soc-ph
Universal Patterns in the Long-term Growth of Urban Infrastructure in U.S. Cities from 1900 to 2015
本研究利用HISDAC-US数据，分析1900—2015年美国大都市区基础设施标度律，发现密度下降、大城市指数更小及区域相似性，揭示长期增长模式及可持续性影响。
2024-12-17 physics.soc-ph
Cities beyond proximity
本文指出仅以邻近性为核心的15分钟城市模式会忽视服务质量与价值差异，提出应转向基于价值的城市，并通过平衡自下而上与自上而下的治理来增强城市韧性、健康与可持续性。
2024-11-19 cs.SI physics.soc-ph
Urban Skylines: building heights and shapes as measures of city size
建筑物的形状在城市的能源效率、生活方式、土地使用和基础设施系统中发挥着关键作用。因此，随着世界上大多数城市继续发展壮大，了解城市环境的特点与城市建筑形式之间的相互作用对于实现地方和全球可持续性目标至关重要。在这里，我们编译和分析了迄今为止最广泛的建筑形状数据集，涵盖了北美几个主要城市的480多万栋建筑。我们发现，平均建筑物高度增加系统与城市规模，并遵循来自城市尺度理论的理论预测。我们还研究了建筑物的表面积和体积之间的异速生长关系的特征形状参数。这使我们能够证明，报告的趋势更高（和更大体积）的建筑物有效地降低了平均面积与体积比，这表明随着城市规模的增长，潜在的显着节能。然而，与此同时，由于形状效应，特别是由于高耸的针状建筑物的激增，大城市中心区的面积与体积之比增加了。因此，随着城市规模和相关的能源管理问题的建筑形状的变化的问题是高度异构的。它需要一种系统的方法，包括驱动建筑环境形式的因素，涉及城市的物理，基础设施和社会经济方面。
2015-12-03 physics.soc-ph
Cross-sectional Urban Scaling Fails in Predicting Temporal Growth of Cities
许多城市指标与城市人口的幂律比例，但横截面比例律是否适用于单个城市的时间增长尚不清楚。在这里，我们首先发现两个矛盾的缩放关系，城市建成区与人口在城市之间呈次线性缩放，但在大多数单个城市中，随着时间的推移与人口呈超线性缩放，因为城市土地扩张快于人口增长。不同的城市具有不同的时间尺度指数，一个城市甚至在两个时期内具有相反的时间尺度制度，有力地支持了单一的时间尺度的缺失，并进一步说明了横截面城市尺度在预测城市的时间增长的失败。我们提出了一个概念模型，可以澄清的本质区别，也连接之间的横截面标度律和城市的时间轨迹。我们的模型表明，城市有一个额外的增长，随着时间的推移，除了假定的增长预测的横截面缩放定律。不同规模城市间的额外增长差异改变了横截面标度指数。对国内生产总值和其他指标的进一步分析证实了横截面和时间尺度关系之间的矛盾以及概念模型的有效性。我们的发现可能会为城市科学开辟一条新的道路。
2019-10-17 cs.SI physics.soc-ph
Cities as nuclei of sustainability?
我们从同行评审期刊或研究机构和非政府组织的报告中发表的城市温室气体排放估计数据中收集了二氧化碳排放数据。通过对种群规模的标度分析，我们发现指数是发展依赖的，并从超线性标度过渡到次线性标度。从减缓气候变化的角度来看，结果表明，城市化在发达国家是可取的，在发展中国家应避免。此外，我们比较这种分析与第二个比例关系，即城市人口和面积之间的基本异速生长，并提出，密度可能是决定性的数量。最后，我们通过积分得到了全国范围内的理论城市排放量，并得到了对最大城市规模的依赖关系。
2015-09-04 physics.ao-ph physics.data-an physics.soc-ph
Validating Urban Scaling Laws through Mobile Phone Data: A Continental-Scale Analysis of Brazil's Largest Cities
本研究利用巴西100个最大城市的31亿条手机通话记录，在大陆尺度上验证了城市标度律，发现通信与出行呈超线性增长，GDP超线性标度而人均天线需求呈次线性标度，揭示了通信与流动性对城市社会经济格局的塑造作用。
2025-03-01 physics.soc-ph
Mapping the Geography of Science: Distribution Patterns and Networks of Relations among Cities and Institutes
使用谷歌地球、谷歌地图和/或网络可视化程序（如Pajek），可以将科学出版物中的地址之间的关系网络覆盖在地理地图上。我们讨论了各种选择的利弊，并提供软件（免费软件），一方面，弥合科学引文索引和Scopus之间的现有差距，这些各种可视化工具，另一方面。在城市名称一级，可以根据现有地址信息可靠地绘制全球地图。在组织和机构名称方面，国际统计研究所数据库和Scopus都存在统一问题。Pajek使我们能够将可视化与统计分析相结合，而Google地图及其衍生产品在互联网上提供了卓越的工具。
2010-01-27 cs.DL cs.IR physics.soc-ph
Mathematical models to explain the origin of urban scaling laws: a synthetic review
考虑到人类因城市化和城市密集化而面临的挑战，寻求一种可以提供定量和系统方法来管理城市的城市理论是重中之重。如果这样一个理论是可行的，那么它的表述必须是以数学的方式。作为一个贡献组织的数学思想，处理这样一个系统的方式来理解城市现象，我们提出这个材料，集中在一个重要的方面，最近被称为新的城市科学。在本文中，我们回顾了文献中的主要数学模型，旨在解释城市规模的起源和出现。我们打算提出的模型，确定它们之间的相似性和连接，并找到不同的模型导致相同的输出的情况。此外，我们报告的情况下，最初在一个特定的模型中引入的一些想法也可以在另一个模型中引入，产生更多的多样化和增加模型的范围。本文所处理的模型从不同的前提解释了城市规模：从重力思想，通过致密化的想法和城市的几何形状，层次组织和社会网络属性。我们还研究了这些不同的基本思想可以被解释为相似的场景-相似性可能但不明显。此外，在重力的想法，我们提出了一个一般的框架，其中包括所有的重力模型作为一个特定的情况下分析。
2021-11-16 physics.soc-ph
Economic geography and the scaling of urban and regional income in India
我们进行了探索的经济收入（国内生产总值，GDP）的印度地区和城市的规模分析的基础上，这些数量的依赖相关的人口规模。标度分析为识别社会经济组织中的网络效应提供了一种简单的方法，而网络效应是城市和城市化的标志。对于印度的一个次邦区域行政区划，我们发现GDP与人口的比例几乎是线性的，这一结果与其他国家背景下的城市功能单位截然不同。使用偏离缩放，我们探索这些区域单位的行为，以找到强烈的独特的地理模式的经济行为。我们详细描述了这些模式，并将其与印度等不同次大陆国家的区域经济发展文献联系起来。鉴于印度城市群经济数据的缺乏，我们使用一组假设来创建一个基于地区的新的大城市GDP数据集。这揭示了收入与城市规模的超线性缩放，正如理论所预期的那样，同时显示出类似的经济地理学观察到的区域经济表现的基本模式。对印度城市经济表现的这种分析受到缺乏更高保真、直接的城市经济数据的严重限制。我们讨论了印度城市经济规模和变化的标准化和一致性估计的必要性，并指出了一些可以探索开发此类指标的代理。
2019-02-26 physics.soc-ph
Urban spatial structures from human flow by Hodge-Kodaira decomposition
城市中的人口流动表明了社会活动，并可以揭示基于人类行为的城市空间结构，以供相关应用。标量势是一个数学概念，如果成功引入，它可以提供一个直观的视角。然而，定义这样的潜在的始发-目的地流量矩阵和确定其可扩展性仍然没有解决。在这里，我们应用Hodge-Kodaira分解，其中矩阵被唯一地分解为势驱动（梯度）流和旋度流。我们描绘了城市中的潜在景观，由于通勤流，并揭示了景观已被改变或不变的年或交通方式。然后，我们确定如何以及通勤流描述的潜力，通过评估在美国的大都市地区的梯度分量的百分比，并表明，梯度分量几乎是100%，在几个地区，但是，在其他地区，卷曲分量是占主导地位的，表明沿三角形的地方的循环流的重要性。潜在的景观提供了一个易于使用的可视化工具，以显示有吸引力的地方的人流量，并将有助于在商业，城市设计和传染病传播的各种应用。
2021-10-31 physics.soc-ph
Probabilistic flows of inhabitants in urban areas and self-organization in housing markets
我们提出一个简单的概率模型来解释札幌市住宅市场租金分布的空间结构。在这里，我们修改的数学模型提出的高文等。特别地，我们考虑了两种距离之间的竞争，即住宅与中心之间的距离和住宅与办公室之间的距离。通过计算机模拟，揭示了租金分布的自组织空间结构。我们还比较了由此产生的分布与经验的租金分布在札幌市作为一个例子，由条例指定的城市。我们发现，排名最低的代理商（从最低的“愿意支付”的角度来看）从相对有吸引力的地区被扫地出门，并在城市的低报价位置建立自己的“社区”。
2014-06-23 physics.soc-ph q-fin.GN
Paradoxical Interpretations of Urban Scaling Laws
标度律是城市属性随城市规模变化的有力概括。然而，它们对城市的普遍意义的有效性受到以下观察结果的阻碍，即根据用于划定城市的标准，对于相同的领土、时间和属性，可能会遇到不同的缩放制度。本文的目的是提出新的见解，这种变化，再加上在法国的城市规模的敏感性分析，从详尽收集的数据在地方一级的几个社会经济和基础设施的属性。敏感度分析考虑了人口普查提供数据的地方单位的不同组合。我们通过汇总与三个定义标准（密度、通勤流量和人口截止点）的系统组合相对应的当地人口普查单位，产生了各种各样的城市定义（约5000个）。然后，我们衡量尺度估计的大小和它们对城市定义的敏感性，例如，简单的人口截断点对给定系统和属性的结果产生巨大影响。对这些差异的解释涉及属性的含义（社会经济描述符以及基础设施）和所使用的城市定义（理解为三项标准的组合）。由于可修改的面积单位问题和城市内部空间的异质形态和社会景观，缩放估计受到很大的变化，扭曲了许多生成模型所依据的结论。我们的结论是，研究规模变化可能是一个机会，更好地了解城市的内部组成，就其规模而言，即城市系统的规模与城市系统的联系。
2015-11-24 physics.soc-ph
Stay by thy neighbor? Social organization determines the efficiency of biodiversity markets with spatial incentives
以市场为基础的养护手段，如付款、拍卖或可交易许可证，都是环境政策，为土地所有者提供财政奖励，鼓励他们自愿养护自己的土地。但是，如果生态过程跨越财产边界运作，一个财产的土地使用决定影响邻近地点的生态系统功能，那该怎么办？本文探讨了如何考虑这种空间的外部性时，设计基于市场的保护手段。我们使用一个基于代理的模型来分析不同的空间指标及其对土地利用决策的影响，在一个动态的成本环境。该模型包含了一些不同的激励设计和代理人的社会互动，后者包括协调以及代理人的合作行为的替代子模型。我们发现，激励设计和社会互动的保护市场的空间配置和成本有很大的影响。
2010-09-03 cs.GT physics.soc-ph
Converging trend of global urban land expansion sheds new light on sustainable development
本研究通过分析多区域长时序城市用地分布，发现全球城市用地扩张存在趋同趋势，揭示了其分布转变的特征、成因与影响，为城市科学发展和可持续土地城镇化提供指引。
2023-10-03 physics.soc-ph
Random Walks Estimate Land Value
预期的城市人口倍增需要一个令人信服的城市理论。在城市空间图上定义的随机游走和扩散，可以发现在城市景观中隐藏的地理隔离区域。第一，到达一个地方的时间与那里土地的评估价值相关。计算从不同起点到达城市任何特定地点的路口处随机转弯的平均数量的方法，可以用来识别大城市中具有复杂道路网络的孤立社区，人行道和公共交通系统。
2010-03-01 physics.data-an physics.soc-ph
Building a Digital Twin for British Cities
本文为大不列颠8000多个城市地点构建多模式空间互动数字孪生平台，用人口、就业与公路、公交、铁路出行流数据训练基线，并评估空间划分、主动出行层及铁路规划情景。
2023-12-06 physics.soc-ph
Fractal-based modeling and spatial analysis of urban form and growth: a case study of Shenzhen in China
城市增长的分维曲线可以用S型函数来模拟，包括Logistic函数和二次Logistic函数。不同类型的逻辑函数表示不同的空间动态。西方国家城市增长的分维曲线遵循一般的Logistic函数，而中国北方城市增长的分维曲线遵循二次Logistic函数。现在，我们想知道是否所有的中国城市都遵循着同样的城市演化规律。本文研究了深圳市的分形和分维特征。将城市区域划分为四个分区，利用ArcGIS技术，采用计盒法提取空间数据集，并采用最小二乘回归估计分形参数。结果表明：（1）深圳市城市形态具有明显的分形结构，但不同分区的分维值不同：（2）4个研究区的分维增长曲线均只能用常用的Logistic函数拟合，且拟合的拟合优度随时间的推移而增大;（3）深圳城市增长的高峰期在1986年以前已经过去，分维增长已接近其最大容量。结果表明：深圳市城市形态具有多重分形特征，分形结构通过自组织逐渐完善，但土地资源已达到增长极限。深圳城市增长分维曲线与欧美城市增长分维曲线相似，但与我国北方城市增长分维曲线不同。这表明中国南北城市发展的动力机制存在着细微的差异。
2020-10-11 physics.soc-ph
Resilience Dynamics of Urban Water Security and Potential for Tipping Points
城市是社会经济创新的驱动力，也被迫应对当前和未来在提供供水等基本服务方面不断加剧的失败风险。在这里，我们调查城市供水安全的弹性，这是根据公民获得的服务来定义的。服务的复原力取决于关键系统要素或"资本"（水资源、基础设施、资金、管理效率和社区适应能力）的可用性和稳健性。我们翻译的定量信息，这个投资组合的资本从七个对比的城市在四大洲耦合系统动力学模型的参数。供水服务被经常性的随机冲击所破坏，我们模拟了影响和恢复周期的动态。复原力是在各种制约因素下出现的，这些制约因素以每个城市的资本组合来表示。系统评估的参数空间产生的城市水弹性景观，我们确定每个城市的位置沿着一个连续的梯度从水不安全和非弹性安全和弹性系统。在几个城市，随机干扰机制挑战了稳态条件，并导致系统崩溃。水不安全和缺乏复原力的城市有可能被推入贫困陷阱，而资本过剩的城市则有可能陷入僵化，并跨越一个从高到低的服务和崩溃的临界点。在公共服务不足的地方，社区的适应措施在不同程度上改善了水安全和复原力。我们的研究结果强调了在全球变化压力下城市水系统治理中需要弹性思维。
2019-08-06 physics.soc-ph
A dominance tree approach to systems of cities
描述城市系统的空间组织特征是一个挑战，它指向空间统计中描述标记点过程的更一般问题。我们提出了一种非参数的方法，超越了点模式分析的标准工具，这是基于点和“优势树”之间的映射，从他们的Voronoi镶嵌递归分析构建。使用玩具模型，我们表明，在这棵树中的节点的高度编码其标记和其邻域的结构，反映了它在系统中的重要性。我们使用法国（1876-2018）和美国（1880-2010）的历史人口数据，并表明该方法突出了这些国家经历的多尺度城市动态。这些包括美国非单调的城市轨迹，正如它们在树上的高度演变所揭示的那样。我们发现，一个城市在树的高度是不太敏感的不同的统计定义的城市比其在城市层次结构的排名。该方法还捕捉城市的吸引力盆地在连续的尺度，而在这两个国家，这些盆地的大小变得更加均匀，在更大的尺度，他们也更异质在法国比在美国。最后，我们介绍了一个简单的图形表示-高度时钟-监测每个城市在其国家的作用的演变。
2022-08-24 cond-mat.dis-nn cond-mat.stat-mech physics.soc-ph
Urban Magnetism Through The Lens of Geo-tagged Photography
越来越多的人通过社交媒体留下数字痕迹。这一现实为城市研究开辟了新的视野。有了这些数据，研究人员和城市规划者可以检测人们在城市中生活的许多方面，也可以建议如何将城市改造成更高效、更智能的居住地。特别是，他们的数字足迹可以用来调查个人的品味，以及是什么吸引他们住在某个特定的城市或在那里度假。在本文中，我们提出了一种非传统的方法来研究人们如何体验城市，使用人们在不同地点拍摄的带有地理标记的照片中的信息。我们比较了世界上10个最受欢迎的城市的居民和游客的空间行为。这项研究在全球和地方两级进行。在全球范围内，我们分析了10个最受关注的城市，并衡量每个城市对来自同一国家或国外的其他城市的游客的吸引力。为了分析的目的，我们构建了用户移动网络，并测量了每对城市之间的联系强度，作为生活在一个城市的人们的吸引力水平（即，起源）到另一个城市（即，目的地）。在地方层面上，我们研究用户活动的空间分布，并确定每个城市内拍摄的热点。所提出的方法和我们的研究结果是一个低成本的手段来表征旅游活动在一定的位置，可以帮助城市组织，以加强其旅游潜力。
2015-05-30 cs.SI physics.soc-ph
Towards a comparative science of cities: using mobile traffic records in New York, London and Hong Kong
本章探讨的可能性，分析和比较人类活动在城市环境的基础上检测手机的使用模式。由于前所未有的计数器数据收集记录了在时间和空间上解决的呼叫，短信和数据传输的数量，我们确认了三个全球城市的时间活动概况和土地使用之间的联系：纽约，伦敦和香港。通过比较整个城市的典型模式，我们提供了关于文化，技术和经济因素如何塑造人类动态的见解。在更局部的范围内，我们使用聚类分析来识别城市中具有相似模式的位置。我们的研究揭示了城市的普遍结构，核心金融中心都有类似的活动模式，商业或住宅区有更多的城市特定模式。这些发现表明，随着经济变得更加全球化，全球不同城市的商业领域出现了共同的模式，而当地条件对日常活动的影响仍然可以识别。
2014-06-17 cs.CY cs.SI physics.data-an
