Modeling and Analyzing Urban Networks and Amenities with OSMnx
本文介绍了Python软件包OSMnx的现代功能、设计与科学理论，及其在城市网络与地理空间特征建模分析中的应用，并分享了地理空间软件开发经验及开放科学对城市分析的影响。
2025-04-30 cs.MS cs.SY eess.SY
Quantifying urban areas with multi-source data based on percolation theory
量化城市地区对于解决环境和可持续问题等相关城市问题至关重要。遥感数据，特别是夜间光图像，已被广泛用于世界各地的城市化地区的划定。与此同时，一些新兴的城市数据，如自愿提供的地理信息（例如，OpenStreetMap）和社交传感数据（例如，移动电话和社交媒体）也显示出在揭示城市边界和动态方面的巨大潜力。然而，从这些多源数据中量化城市地区的一致和可靠的方法仍然难以捉摸。在这里，我们提出了一种基于简化的方法来提取这些多源城市数据的城市地区。我们推导出最佳的城市/非城市阈值考虑的临界性质的城市系统的渗流理论的支持下。此外，我们将该方法应用于三个开源数据集-人口，道路和夜间灯光-到28个国家。我们发现，所提出的方法捕捉到类似的城市特征，在城市地区从多源数据，齐普夫定律在大多数国家成立。利用10个城市的Landsat参考数据验证了不同数据集得出的城市面积的准确性，通过数据融合（$κ=0.69-0.85$，平均值$κ=0.78$）可以进一步提高准确性。我们的研究不仅提供了一种有效的方法来量化城市地区的开源数据，而且加深了对城市系统的理解，并为地理领域的多源数据融合提供了一些启示。
2020-02-25 physics.soc-ph
What is a typical signalized intersection in a city? A pipeline for intersection data imputation from OpenStreetMap
针对现有信号控制交叉口研究缺乏真实数据标准化提取方法、OSM数据质量存疑的问题，本文提出从OSM提取交叉口信息的流水线，构建数据集并以盐湖城验证，开源了Python库，为交通研究数据标准化提供基础。
2024-05-22 cs.CY physics.soc-ph
Urban Street Network Analysis in a Computational Notebook
计算笔记本为研究人员、从业人员、学生和教育工作者提供了交互式分析和传播可复制工作流的能力，这些工作流将代码、视觉效果和叙述编织在一起。本文探讨了计算笔记本在城市分析和规划中的潜力，通过OSMnx及其教程存储库的案例研究展示了它们的实用性。OSMnx是一个Python包，用于处理OpenStreetMap数据，并对世界上任何地方的街道网络进行建模、分析和可视化。它的官方演示和教程在GitHub上作为开源的Applyter笔记本分发。本文通过记录存储库并通过一个改编自存储库的概要教程交互式地演示OSMnx来展示此资源。它说明了如何下载城市数据并为各种研究地点的街道网络建模，计算网络指标，可视化街道中心，计算路线，以及使用其他空间数据，如建筑物足迹和兴趣点。计算笔记本有助于向新用户介绍方法，并帮助研究人员接触到更广泛的受众，这些受众对学习、调整和重新混合他们的工作感兴趣。由于其实用性和多功能性，计算笔记本电脑在城市规划，分析和相关地理计算学科中的持续采用应该继续到未来。
2020-01-17 physics.soc-ph stat.CO
Exploring the relationship between urbanization and Ikization
本文提出ik化假说，通过定量分析与替代动力学理论探讨城市化与ik化的因果关系，指出城市化的人口迁移易引发环境与文化突变导致ik化，提出重构地理环境实现文化自然替代的解决路径。
2023-05-09 physics.soc-ph
BikeDNA: A Tool for Bicycle Infrastructure Data & Network Assessment
针对自行车基础设施数据质量参差、现有评估工具存在局限的问题，研究推出开源工具BikeDNA，可开展单数据集或含要素匹配的对比质量评估，兼顾全局与局部指标并生成可视化结果，支撑多场景应用。
2023-03-02 cs.CY physics.soc-ph
OSMnx: New Methods for Acquiring, Constructing, Analyzing, and Visualizing Complex Street Networks
城市学者以各种方式研究街道网络，但目前的城市规划/街道网络分析文献存在数据可用性和一致性限制。为了应对这些挑战，本文介绍了OSMnx，这是一种新的工具，可以从图论，交通和城市设计的角度简单，一致，自动化和合理地收集数据并创建和分析街道网络。OSMnx为研究人员和实践者提供了五个重要功能：第一，自动下载政治边界和建筑物足迹;第二，从OpenStreetMap定制和自动下载和构建街道网络数据;第三，网络拓扑的算法校正;第四，将街道网络保存为shapefile，GraphML或SVG文件的能力。第五，分析街道网络的能力，包括计算路线、投影和可视化网络以及计算度量和拓扑测量。这些措施包括城市设计和交通研究中常见的措施，以及网络结构和拓扑结构的高级措施。最后，本文介绍了一个简单的案例研究，使用OSMnx构建和分析俄勒冈州波特兰市的街道网络。
2017-07-10 cs.SI physics.soc-ph
Congestion Barcodes: Exploring the Topology of Urban Congestion Using Persistent Homology
本文提出了一种新的方法来量化交通网络的连通性。受拓扑数据分析领域的启发，我们提出了一种新的方法来探索道路网络连接的鲁棒性，在存在的道路上的拥堵。该模式的鲁棒性总结在拥堵条形码中，该条形码可以直接从通常用于导航的交通数据集构建。作为一个初步的演示，我们说明了在纽约市附近的一个公开的交通数据集的主要技术。
2017-07-20 cs.DS math.AT physics.data-an
Exploring Urban Mobility Trends using Cellular Network Data
Norwegian University of Science and Technology（挪威科技大学）
本文利用蜂窝网络数据研究城市出行模式，分析Trondheim的时空动态，提出数据预处理框架，探讨交通模式对比及公共交通使用情况，为可持续交通系统提供依据。
2025-01-09 cs.SI physics.soc-ph
Exploring the effect of spatial scales in studying urban mobility pattern
本文利用新加坡公共交通流数据，研究空间尺度对重力模型解释城市出行模式的影响，发现存在最优中间尺度，且基于距离的聚合优于行政边界聚合，为城市与交通规划中的尺度选择提供了指导。
2025-06-20 cs.CY physics.soc-ph
Exploring the interplay between population profile and optimal routes in U.S. cities
该研究以美国60座主要城市为对象，探究人口分布与最优路径的相互作用，发现路线总距离符合城市规律、出行分布遵循Weibull函数，构建的人口点模式模型契合指数递减密度规律，揭示二者通过城市中心影响城市结构，为城市设计原理提供新视角。
2025-05-18 nlin.AO physics.soc-ph stat.AP
Exploring the relationship between the spatial distribution of roads and universal pattern of travel-route efficiency in urban road networks
本文通过绕行指数分析70个全球城市道路网络的空间分布，发现出行路线效率在城市径向位置上保持恒定且随角距离呈现标度坍缩的普遍模式，并揭示核心—边缘结构是产生该模式的原因。
2023-02-14 physics.soc-ph
Exploring Crossing Times and Congestion Patterns at Scramble Intersections in Pedestrian Dynamics Models: A Statistical Analysis
针对全向十字路口的城市出行难题，提出行人动力学模型分析穿越时间统计特性，发现行人灵活性与密度是稳态行止转变的关键因素，并用定向移动性序参量加以阐释。
2023-10-02 cond-mat.stat-mech physics.soc-ph
Automated Detection of Missing Links in Bicycle Networks
针对城市自行车网络建设零散、缺口多的问题，提出基于OpenStreetMap数据的IPDC流程识别优先级缺失链路，在哥本哈根验证与官方规划高度重叠，可为全市自行车网络规划提供低成本数据支持。
2022-03-28 cs.CY physics.soc-ph
Fractal Dimensions Derived from Spatial Allometric Scaling of Urban Form
改进的城市聚类算法可以用于在数字地图上识别城市边界，其结果是一组等值线。城市测量值之间的关系在变量边界内遵循异速生长标度律，反映了城市的空间异速生长。本文从城市空间异速生长的角度出发，探讨了城市空间分维问题。通过对城市交通网络的理论推导和实证分析，从空间异速生长的角度推导出一组分形维数，揭示了新分形参数的基本性质。研究结果如下。首先，交通线的分形维数值高于交通节点的分形维数值。第二，基于可变边界的分维值低于基于同心圆的分维值。结果表明，空间异速生长的分形维数是一种关联维数而非容量维数，交通点的相对增长率大于交通节点的相对增长率。该研究为理解城市系统的异速生长、分形和标度性提供了新的途径。
2018-11-19 physics.soc-ph
The Harsh Truth: Segment-Level Analysis of Harsh Driving Events in Milan Using Large-Scale Telematics, Street Networks, and Google Street View
Massachusetts Institute of Technology（麻省理工学院）
本研究结合大规模远程信息处理、交通指标、街道网络属性和谷歌街景视觉特征，通过非参数检验和机器学习回归分析米兰城市道路网络中激烈驾驶事件的路段级特征，发现更宽的车道、交叉口和公交站以及更开阔的视野与更高激烈事件强度相关，而密集建筑正面与较低强度相关，并针对自行车基础设施案例揭示了不同设施类型间的强度梯度。
2026-05-29 cs.CV physics.soc-ph
Understanding Fractal Dimension of Urban Form through Spatial Entropy
城市的空间格局和过程可以用不同的熵函数来描述。然而，空间熵往往依赖于尺度，很难找到一个特征值，相反，分形参数可以用来描述无标度现象。探讨了空间熵与分维在城市描述中的异同。将城市与生长中的分形进行类比，说明了基于不同熵概念的分维定义。利用多重分维集合中的三个代表性分维对两个城市的城市形态进行了实证分析。结果表明，熵值是不确定的，但分维值是确定的;如果盒子的线性尺寸足够小（例如，<1/25）时，熵与分维的线性相关性明显。进一步的实证分析表明，分形维数与空间熵的特征值接近。这表明，分维的物理意义可以用熵和尺度的思想来解释，这一结论对今后的城市空间分析具有一定的启示意义。关键词：分维;熵;多重分形;尺度;城市形态;中国城市
2017-07-12 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
How liveable are London's 15-minute neighbourhoods? Exploring liveability profiles and active travel patterns in London
本研究构建大伦敦地区宜居性指数，基于15分钟城市原则，发现高宜居性社区集中于内城，且宜居性与人流量正相关，为衡量社区宜居性提供新视角。
2025-10-10 physics.soc-ph
Weak nodes detection in urban transport systems: Planning for resilience in Singapore
描述人类流动性的大量数据集的可用性提供了设计模拟工具的可能性，以监测和提高运输系统应对自然和人为灾害（如洪水、恐怖袭击等）等创伤性事件的复原力。在这个角度来看，我们提出了ACHILLES，一个应用程序，通过一个多路复用的网络表示的基础上的移动数据，在一个给定的交通系统模式来模拟人们的运动。ACHILLES是一个基于网络的应用程序，它提供了一个易于使用的界面，可以探索城市中每个城市区域的流动性和连通性，以及可视化由于增加或删除交通模式，城市区域和单一站点而导致的交通系统变化。值得注意的是，我们的应用程序允许用户通过识别其最薄弱的节点，即城市的阿喀琉斯之踵，参考古希腊神话，评估整体弹性的交通网络。为了证明ACHILLES对人道主义援助的影响，我们考虑将其应用于现实世界的场景，探索新加坡的人员流动性，以应对洪水预防。
2018-09-20 cs.SI physics.soc-ph
Exploring Spatial Patterns of Interurban Passenger Flows Using Dual Gravity Models
针对部分数据缺失下城际客流建模与交通网络深层结构揭示问题，本文用双重引力模型和腾讯位置大数据分析京津冀城际客流，验证了模型有效性，揭示了分形特性与城际联系变化趋势，提供了分形维数估算新方法。
2022-01-11 physics.soc-ph
From form to information: Analysing built environments in different spatial cultures
世界各地的城市各不相同，但这一事实与文化有任何关系吗？城市形态体现了与文化身份相关的特质，这一观点抓住了城市研究中许多人的想象力，但这是一个有待仔细研究的假设。本文将建成环境中的空间配置作为城市文化的代理，寻找与特定区域文化或城市发展规划文化潜在一致的差异。它专注于塑造城市的基本组成部分：建筑物以及它们如何聚集在建筑形式的细胞复合体中。探索香农的工作，我们引入了熵的措施来分析概率分布的细胞安排建成的形式系统。我们将其应用于来自世界不同地区的45个城市的市中心地区，作为一种相似性度量，以比较和聚类可能与特定空间文化相一致的城市。研究结果提出了一个分类方案，进一步阐明了我们所说的“文化假设”：不同的文化和地区找到不同的空间排序方式的可能性。
2020-06-26 cs.IT math.IT physics.soc-ph
