Modeling complex spatial dynamics of two-population interaction in urbanization process
本文主要致力于为进一步研究两种群相互作用的复杂空间动力学奠定经验基础。基于美国人口普查数据，建立了一个城乡人口相互作用模型。随后，从城市化模型中推导出城市百分比的逻辑方程，以便将空间相互作用与逻辑增长联系起来。利用离散化的城乡人口城市化相互作用模型进行数值试验，结果表明，该模型具有倍周期分岔和混沌行为，其模式与生态学中Logistic增长的简单数学模型的模式相同。这表明Logistic增长的复杂动力学可能来自某种非线性相互作用。研究结果有助于理解城市化、城乡人口相互作用、混沌动力学和地理系统的空间复杂性。
2013-09-19 cs.SI 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
Interplay between intra-urban population density and mobility in determining the spread of epidemics
在这项工作中，我们解决了城市地区人口密度中心之间的联系，以及这些中心之间的人流的性质，在塑造传染病发病的脆弱性。对四大洲163个城市进行的一项研究显示了一个普遍趋势，即在人口流动主要集中在高人口密度中心之间的城市，人类流动引起的风险增加。我们将我们的形式主义应用于SARS-COV-2在美国的传播，为观察到的城市间传播过程的异质性提供了一个合理的解释。有了这一见解，我们提出了现实的缓解策略（比封锁不那么严重），基于修改城市的流动性。我们的研究结果表明，最优控制策略涉及一个不对称的政策，限制进入最脆弱的地区，但允许居民继续他们通常的流动模式。
2021-02-01 physics.soc-ph
Analyzing urban scaling laws in the United States over 115 years
城市属性与人口之间的比例关系是城市增长的一个普遍现象。然而，由于定义城市边界的挑战和缺乏历史数据来研究城市在时间和空间上的动态，量化这些关系并理解其理论基础是困难的。为了解决这个问题，我们分析了在前所未有的115年中，使用dasymetrically精炼的历史人口估计，历史城市道路网络模型和多时相的定居点数据来定义动态的城市边界的基础上定居密度的城市基础设施和人口之间的缩放。我们证明了最清楚的证据，城市缩放指数可以密切配合理论模型超过一个世纪，如果城市被定义为密集的解决补丁。尽管与理论的密切定量协议，经验的缩放关系出乎意料地不同地区。与此同时，我们对标度系数的分析表明，2015年的城市比1900年人口相当的城市使用更多的开发土地和道路公里数，这对城市发展和当地环境产生了严重影响。总的来说，我们的研究结果提供了一种新的方式来研究城市系统的基础上，新的，地史数据。
2023-01-29 physics.soc-ph
How the geometry of cities explains urban scaling laws and determines their exponents
城市规模律将社会经济、行为和物理变量与城市人口规模联系起来，为城市规划提供了新的范式，并有助于理解城市的弹性和经济。与文化和气候无关，几乎所有城市都表现出两个基本的标度指数，一个是相关的次线性，一个是相关的超线性。在这里，我们表明，基于城市的基本分形几何关系，我们推导出两个指数和它们的关系。次线性尺度是道路网络的分形维数与三维人口分布的比值。超线性缩放出现在受城市几何形状约束的人类互动中。我们证明了该框架的有效性与4750个欧洲城市的数据。我们提出了几个可检验的预测，包括城市平均高度与人口规模的关系，以及在临界人口规模，增长从水平致密化到三维增长的变化。
2019-08-20 physics.soc-ph
Modeling Urban Growth and Socio-Spatial Dynamics of Hangzhou: 1964-2010
城市人口密度为理解城市增长和社会空间动态提供了一个很好的视角。基于1964年、1982年、1990年、2000年和2010年5次全国人口普查的分区数据，对杭州市城市增长和人口空间结构进行了分析。研究方法以数学建模和实地调查为基础。模拟结果表明，负指数函数和幂指数函数能较好地拟合杭州市城市密度观测数据。负指数模型反映了城市密度分布的期望状态，而幂指数模型反映了城市密度分布的真实状态。这些模型的参数与人口分布的空间信息熵呈线性相关。在20世纪90年代和21世纪00年代变平的负指数函数中的密度梯度与郊区化的发展密切相关。根据调查资料和模型参数的变化趋势，揭示了杭州城市增长的时空特征。主要结论如下。改革开放和市场经济体制的建立，使杭州的发展模式得到了进一步的完善。一个城市只要有良好的社会经济环境，就会通过自组织自动趋于最优状态。
2020-12-27 physics.soc-ph
Rural to urban population density scaling of crime and property transactions in English and Welsh Parliamentary Constituencies
城市人口规模的资源利用，创造力指标，和人类行为已经得到了广泛的研究。这些研究并没有详细考察从最偏远的农村到最繁华的城市的人类环境的全部范围。我们研究了英格兰和威尔士所有573个议会选区的每月警方犯罪报告和财产交易价值，发现基于人口密度的缩放模型提供了一个远优于传统人口缩放的框架。我们发现了四种类型的缩放：i）非城市缩放，其中单一幂律解释了从最农村到高度城市环境的指标和人口密度之间的关系，ii）加速缩放，其中高人口密度与幂律指数的增加有关，iii）抑制缩放，其中城市环境导致幂律指数降低但仍为正值，以及iv）塌陷标度，其中向高密度环境的转变导致负标度指数。据观察，城市规模的转变普遍发生在每公顷10至70人之间。这项研究显着细化了我们对城市规模的理解，明确了一些以前被归因于城市环境的可能只是非城市规模的高密度部分。它还清楚地表明，一些指标在城市环境中经历特定的转变，这些转变可能包括指示崩溃的负标度指数。这项研究提供了更复杂的规模调整指标的承诺，并表明，城市规模的研究代表了一个高密度的整体缩放关系，继续到农村环境的子部分。
2016-02-17 physics.data-an physics.soc-ph
Enhancing GHSL Population Grids Using Hexagon KH-9 Built-up Data: Refining 1970s Rural and Peri-Urban Distributions in Istanbul
University of Glasgow（格拉斯哥大学）；Istanbul Technical University（伊斯坦布尔理工大学）；University of California, Los Angeles (UCLA)（加州大学洛杉矶分校）
本研究通过整合解密的KH-9侦察影像与高分辨率人口普查数据，改进了1970年代伊斯坦布尔乡村及郊区的人口网格精度。
2025-12-14 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
The thermodynamics of urban population flows
通过数学定律反映的有序性在涉及社会群体的不同框架中遇到。在这里，我们表明，热力学可以构建宏观上描述城市人口流动。微观动力学方程和随机游动的模拟是宏观方法的基础。通过适当的类比，我们的研究结果可以被视为建立明确的社会热力学的一个步骤。
2012-06-29 math.ST physics.soc-ph stat.TH
The three-dimensional structure of population density in world cities
本研究通过分析城市人口密度的径向结构，发现城市可视为随人口同胚演化的指数锥体，提出新的空间标度律，并揭示高收入国家蔓延城市的高能耗问题，为比较不同规模城市提供工具。
2025-09-07 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
Understanding the mesoscopic scaling patterns within cities
了解城市要素之间的定量关系对于广泛的应用至关重要。宏观层面的观察表明，城市总量（例如，国内生产总值（GDP）与城市间的人口规模成比例，也称为城市比例定律。然而，在中观层面上，我们缺乏了解是否简单的缩放关系，在城市内部，这是一个基本的问题，在城市系统中的缩放的空间起源。在这里，通过分析四个广泛的数据集，涵盖数百万手机用户和城市设施，我们调查城市内的缩放现象。我们发现，中观基础设施的体积和社会经济活动的规模次和超线性的活跃人口，分别。然而，对于同一种标度现象，在人口规模相似的城市中，指数却有所不同。为了解释这些经验观察，我们提出了一个概念框架，考虑到人口和设施的异质分布，以及它们之间的空间相互作用。分析和数值计算结果表明，尽管大量的复杂性，影响城市活动，简单的相互作用规则可以有效地解释所观察到的规律性和异质性，在城市内的缩放行为。
2020-11-26 physics.soc-ph
Urban Exodus? Understanding Human Mobility in Britain During the COVID-19 Pandemic Using Facebook Data
现有的实证研究集中在评估非药物干预措施对人类流动的有效性，以遏制COVID-19的传播。关于COVID-19大流行如何重塑各国内部人口流动的空间模式，人们知之甚少。在西方社会大流行的早期阶段，出现了城市人口从大城市流向农村地区的轶事证据。然而，这些说法没有经过经验评估。人口普查等传统数据来源提供粗略的时间频率，用于分析短时间间隔内的人口流动。利用Facebook用户的2100万次观察数据集，我们的目标是分析从2020年3月到2021年8月的18个月期间英国城乡连续体人口流动空间模式变化的程度和演变。我们的调查结果显示，在高度严格的措施期间，人口流动总体持续下降，人口最密集的地区报告的降幅最大。在这些时期，我们还发现了从人口高度密集地区到人口密度较低地区的流动性高于平均水平的证据，这为大城市的大规模人口流动提供了一些支持。然而，我们发现这些趋势是暂时的。在非药物干预措施放松后，整体流动性水平趋于恢复到冠状病毒爆发前的水平。在这些干预措施之后，我们还发现向低密度地区的流动减少，向高密度聚集地的流动增加。总体而言，这些发现表明，虽然COVID-19产生的冲击波导致英国人口流动模式发生暂时变化，但由此产生的震动并没有显著重塑全国人口流动模式的普遍结构。
2022-06-01 physics.soc-ph
Removing Population Size, World Cities Leave on Land a Footprint of Wealth
University of Rouen（鲁昂大学）
本研究针对全球1800多个城市建成区，揭示建成足迹与总人口成正比的空间标度定律，为城市科学及可持续发展提供重要依据，同时发现人均建成面积恒定，剩余差异与人均GDP高度相关，暗示经济发展与可持续性的权衡。
2026-08-20 physics.soc-ph
Curating Transient Population in Urban Dynamics System
过去数十年，人口模型的研究工作已证明其在了解住宅和商业区的基本信息方面的功效，以及用于规划，发展和改善社区生态系统的目的。这些努力或多或少假定人口分布具有静态性质，而这又受到目前以更精细的空间和时间分辨率捕捉人口变化动态的能力的限制。快进到今天，越来越多的人变得移动，跨越国界旅行，影响我们城市结构的细节。不幸的是，我们目前的努力被捕获这些流动人口的需要所超越。现在必须查明和界定它们，并衡量它们的动态和相互关联性。在这项工作中，我们打算研究城市人口流动模式，衡量他们的短暂性，并扩大我们的知识，他们访问的位置。我们计划通过设计和开发新的方法以及使用VGI数据来模拟和表征瞬时人口动态来实现这一目标。
2016-06-27 cs.SI 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
Diffusive resettlement: irreversible urban transitions in closed systems
我们提出了一个现象学的非平衡模型框架来模拟城市的演变，它将城市内部的重新安置描述为一个不可逆的扩散过程。我们使用澳大利亚首府城市的实际移民数据来验证这个框架。关于住宅搬迁，人口被证明是由两个不同的群体，表现出不同的搬迁频率。在开发的框架的上下文中，这些组可以被解释为一个二元混合物的两个组件，每个都有自己的扩散弛豫时间。使用这种方法，我们获得了城市的空间结构，它定义了他们的平衡人口分布的长期预测。
2021-01-09 physics.soc-ph
Association between population distribution and urban GDP scaling
城市尺度和齐夫定律是城市科学的两个基本范式。这些法律大多是独立调查的，往往被视为无关的事项。在这里，我们提出了一个大规模的调查，这两个法律之间的联系，使用人口和GDP数据，从近5000个一致定义的城市在96个国家。我们的经验表明，这两个法律是相互联系的，并得出一个表达式有关的城市规模和Zipf指数。该表达式捕捉了两个指数之间经验关系的平均趋势，并且在考虑随机变化后，模拟产生与真实数据非常相似的结果。我们发现，虽然绝大多数国家表现出城市GDP规模收益递增，但这种效应在小城市较少、大都市较多的国家（小Zipf指数）比在大小城市数量不均匀的国家（大Zipf指数）不那么明显。我们的研究提出了这样一种观点，即城市规模并不仅仅来自城市内部的过程，因为人口分布和城市GDP的规模是相互关联的。
2021-01-08 physics.data-an physics.soc-ph
Space-time correlations in urban population flows
城市人口流动在空间和时间上的相关性是令人感兴趣的。前者表现出与平方反比定律兼容的距离行为（对于大距离），遵循与$74\pm6$ km的尺度参数的总体洛伦兹依赖性。后者以$17.2\pm1.3$年的特征时间指数衰减。这些特征可以用一个具有Lagevinian性质的城市人口增长动力学模型来解释。基于该模型的数值模拟验证了其适用性。该模型还允许识别集体正常模式的城市增长动态，可以经验确定。
2012-07-27 physics.soc-ph stat.AP
Multi-dimensional Urban Network Percolation
网络逾渗是近年来提出的一种自下而上刻画城市系统整体结构的方法。本文提出以多维方式扩展城市网络渗透，同时考虑城市形态（人口的空间分布）和城市功能（这里是交通网络的属性）。将该方法应用于欧洲城市体系中，对内生城市区域进行重构。变量参数化允许考虑两个程式化的矛盾的可持续性指标（经济绩效和温室气体排放）的优化模式。这意味着可定制的政策空间设计，以开发可持续的领土。
2019-03-17 physics.soc-ph
Commuting network effect on urban wealth scaling
城市规模理论解释了城市财富指标的规模收益增加是由于城市内人均人际互动的增加。这种解释隐含地假设城市地区是孤立的实体，忽略了它们之间的相互作用。在这里，我们调查通勤网络对美国和巴西城市地区国内生产总值（GDP）的影响。我们将城市GDP描述为一个生产过程的输出，其中人口，外来通勤者以及这些量之间的相互作用是输入变量。这一方法大大改进了对城市GDP的描述，并表明外来通勤者有助于城市地区的财富创造。我们的研究表明，与人口和外来通勤者比例变化相关的城市GDP变化取决于这些数量的初始值，只有当人口和外来通勤者之间的乘积超过一个明确定义的阈值时，规模收益才可能增加。
2021-11-01 physics.data-an physics.soc-ph
Modelling human activities in a system of cities
École Polytechnique Fédérale de Lausanne（洛桑联邦理工学院）；University of Reading（雷丁大学）；Université Catholique de Louvain (UCLouvain)（天主教鲁汶大学）
本研究利用DAVE模型模拟瑞士瓦德和日内瓦地区的人口行为和移动模式，验证了通过居民行为统计数据驱动城市系统建模的可能性，并展示了可持续性和健康指标的分析。
2026-02-13 physics.soc-ph
Relating urban scaling, fundamental allometry, and density scaling
我们研究了城市规模，基本异速生长（城市人口和城市面积之间）和人均与城市面积之间的联系。人口密度尺度从简单的分析推导，我们得到的3个涉及的指数之间的关系。我们讨论的特定情况下，我们在“相图”中说明的指数范围。正如我们所展示的，结果与以前的工作是一致的。
2016-09-05 physics.data-an physics.soc-ph
Evolution of Zipf's Law for Indian Urban Agglomerations vis-à-vis Chinese Urban Agglomerations
我们调查了1981年至2011年期间印度城市群的等级规模分布。幂律尾部的发生率是显著的。一个相关的问题仍然存在关于权力尾部系数的演变。我们开发了一种方法，当一个国家经历人口增长时，可以有意义地跟踪幂律系数随时间的变化。一个相关的动态法律，Gibrat的法律，在这方面进行了经验检验。我们认为，印度的这些实证研究结果与中国的研究结果相反，中国是另一个人口增长但政治制度单一的国家。
2012-02-14 cs.SI physics.soc-ph
Urban Scaling of Cities in the Netherlands
我们调查了荷兰所有人口超过5万的城市的社会经济规模行为，发现城市生产总值与人口规模之间存在显著的超线性关系。在这些城市中，22个大城市有荷兰中央统计局界定的城市群和城市地区。对于这些主要城市，我们研究了三种不同模式的超线性尺度：城市定义为直辖市，城市群和城市地区。我们发现超线性幂律指数约为1.15。但值得注意的是，如果我们将同样规模的人口聚集与城市作为直辖市进行比较，这两种类型的聚集都表现不佳。也就是说，作为一个正式市政当局的城市系统，与具有相同人口规模的城市群相比，表现得更好。这种影响对第二类聚集区，即城市地区来说更大。我们认为这一发现对城市政策，特别是市政重组具有重要意义。残差分析表明，最近和过去几十年进行市政重组的城市比没有进行市政重组的城市表现更好的可能性更高。
2015-08-16 nlin.AO physics.soc-ph
Scaling of Urban Income Inequality in the United States
城市尺度分析是对城市特征如何随城市地区人口变化而变化的研究，它为发现城市之间的共性和揭示城市在时间和空间上共享的动态提供了一个有前途的框架。在这里，我们使用的城市规模的框架来研究一个重要的，但在这个社区的探索不足的功能-收入不平等。本文提出了一种新的方法来研究收入分配的标度性，通过分析总收入标度在人口统计中的作用。我们发现，收入在最不富裕的十分之一（10%）规模接近线性与城市人口，而收入在最富有的十分之一规模与显着的超线性指数。与总收入与城市人口的超线性比例相反，这种十分位比例表明，大城市的利益分配越来越不平等。对于最贫穷的收入十分位数，城市对线性增长的零预期没有积极影响。我们在用住房成本调整收入后重复我们的分析，发现类似的结果。然后，我们进一步分析收入分配的形状。首先，我们发现收入分布的均值、方差、偏度和峰度都随着城市规模的增加而增加。第二，城市收入分配与最大城市收入分配之间的Kullback-Leibler差异随着城市人口的增加而减小，这表明收入分配的整体形状随着城市人口的变化而变化。由于大多数城市尺度理论认为城市内部的相互作用是导致许多特征超线性增长的基本过程，因此我们的研究结果表明，这种效应仅在城市的上十分位数中可见。我们的发现鼓励未来的工作考虑异质模型的相互作用，形成一个更连贯的理解城市规模。
2021-02-25 physics.soc-ph q-fin.GN
Distance to the scaling law: a useful approach for unveiling relationships between crime and urban metrics
我们报告的数量之间的关系的定量分析的凶杀案，人口规模和其他十个城市指标。通过使用来自巴西城市的数据，我们表明，定义良好的平均比例律与人口规模出现时，调查人口和凶杀案数量以及人口和城市指标之间的关系。我们还表明，周围的标度律的波动是对数正态分布，这使我们能够模拟这些标度律的随机方程驱动的乘法和对数正态分布的噪声。由于标度律，我们认为，它是更好地采用muslims，以描述的城市指标的功能，通过回归分析的凶杀案的数量。除了回归分析，我们提出了一种方法来关联犯罪和城市指标之间的距离的实际值的凶杀案的数量（以及城市指标的值）和预期的值与人口规模的比例法则的评估。这种方法已被证明是稳健的，并且对于揭示回归分析未正确执行的关系/行为是有用的，例如i）当凶杀案数量远高于或远低于比例律时，老年人口的非解释性潜力，ii）只有当凶杀案数量远大于幂律预期时，失业才具有解释潜力，（三）凶杀案数量的性别差异，在女性人口低于比例律的城市，凶杀案数量高于幂律。
2013-06-13 physics.data-an physics.soc-ph
Dynamic Keller-Segel Model of Population Density and Economic Factors: A Simulation Study over a Century
本研究将Keller-Segel模型调整用于分析城市与经济动态，通过两个耦合偏微分方程模拟100年间人口密度与货币浓度的演化，揭示了人口聚集与财富集中的相互强化机制，为城市规划和政策制定提供启示。
2023-12-31 physics.soc-ph
Population changes in residential clusters in Japan
城市和农村地区的人口动态是不同的。了解导致当地人口变化的因素具有各种社会经济和政治影响。在本研究中，我们使用人口普查数据在日本，以审查2005年和2010年之间的住宅集群的人口增长的贡献者。该数据集覆盖日本全境，具有500 $\times$ 500 $\textrm{m}^2$的高空间分辨率，使我们能够利用统计分析来审查全国各地（城市和农村）的人口动态。我们发现，除了面积，人口密度和年龄，集群的形状和集群内的居民的空间分布显着相关的人口增长率的住宅集群。具体地说，如果集群是“圆形”的（给定面积），并且人口集中在集群的中心附近而不是外围，人口往往会增长。
2017-06-28 physics.soc-ph
Extreme heat reduces and reshapes urban mobility
基于西班牙1300万人的移动网络数据，研究大规模考察极端高温对城市出行的影响，发现高温显著降低出行量并重塑出行模式，且不同社会群体受影响程度存在差异。
2025-03-05 physics.soc-ph
The Moving Target of Urban Equity: Spatiotemporal Demand and Double Disadvantage in Hefei, China
Tianjin University（天津大学）；Sapienza University of Rome（罗马第一大学）；Sony Computer Science Laboratories – Rome, Joint Initiative CREF-SONY, Centro Ricerche Enrico Fermi（索尼计算机科学实验室罗马分部、CREF-SONY联合倡议、恩里科·费米研究中心）；ISI Foundation（ISI基金会）；Beijing Jiaotong University（北京交通大学）；China Mobile Communications Group Anhui Co., Ltd（中国移动通信集团安徽有限公司）；Complexity Science Hub Vienna（维也纳复杂系统科学中心）
利用手机GPS数据构建动态人口暴露面，结合网络旅行时间和人均服务指标，揭示合肥医疗和绿地服务的时空不平等，发现双重劣势区域集中于内城郊区而非偏远外围。
2026-06-19 physics.soc-ph
The spatial organization of the population density in cities
虽然一个城市的平均人口密度是一个极其简单的指标，但它经常被用作描述城市现象各个方面的决定性因素。另一方面，文献中介绍了大量旨在描述城市形态特征的不同措施，这些措施往往有冗余的风险。在这里，我们认为，两个措施是足以捕捉财富的不同形式的人口密度。首先，局部密度的波动可能非常重要，我们应该区分几乎同质的城市和高度异质的城市。这很容易通过基尼系数$G$等指标来表征，或者等效地通过相对标准差或熵来表征。第二个重要的维度是人口密度的异质性的空间组织，我们提出了一个分散指数$η$，其特征在于高度人口密集地区的本地化程度。我们认为，这两个方面是足够的城市的空间组织的特点，我们讨论了这种方法使用的数据集约$4,500$城市属于$10$在法国最大的城市地区，我们有高分辨率的数据。在平面$(G,η)$中表示城市允许我们构建城市族。平均而言，紧凑性随着异质性的增加而增加，我们发现了四大类城市（人口$>10,000$居民）：（i）第一，均匀和分散的城市，密度波动小，（ii）非常异质的城市，密度大的地区组织紧凑。最后两组包括异质城市（三）一个单中心的组织或（四）一个更异地化，多中心的结构。在计量经济学分析中结合这两个参数可以提高我们对城市形态对社会经济各个方面影响的理解。
2018-04-03 physics.soc-ph
Alonso and the Scaling of Urban Profiles
Université catholique de Louvain（天主教鲁汶大学）；Université du Luxembourg（卢森堡大学）；Luxembourg Institute of Socio-Economic Research（卢森堡社会经济研究所）
本文基于阿尔onso模型引入幂律关系，探讨城市土地、收入和运输成本的尺度关系，揭示其与欧洲城市人口密度轮廓的兼容性，并挑战现有关于工资和运输成本弹性的经验理解。
2018-01-23 econ.GN physics.soc-ph q-fin.EC
Estimating hourly population distribution change at high spatiotemporal resolution in urban areas using geo-tagged tweets, land use data, and dasymetric maps
本文介绍了一个时空分析框架，估计每小时变化的人口分布在城市地区使用地理标记的推文（包含用户的物理位置的消息），土地利用数据和dasymetric地图。我们使用Twitter的流应用程序编程接口（API）在一年（2015年）内收集了圣地亚哥县内的地理标记社交媒体（推文）。一个用于数据清理的半手动Twitter内容验证程序首先应用于人类和非人类用户（机器人）创建的单独推文。下一步是使用两种不同的地理单位计算每小时唯一Twitter用户的数量：（1）人口普查区块，以及（2）LandScan的1km × 1km分辨率网格。最后一步是通过将每个人口普查区块或网格中唯一Twitter用户的数量转换为具有空间和时间变化因素的估计人口密度来估计实际动态人口。时间因素是基于每小时的频率变化的独特的Twitter用户在圣地亚哥县，加利福尼亚州。利用土地利用图和2010年人口普查数据，使用dasymetric方法估计了空间因素。建立了几个比较图，以可视化动态人口分布的时空格局变化。
2018-10-15 cs.SI 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
Emergence of Urban Heat Traps from the Intersection of Human Mobility and Heat Hazard Exposure in Cities
了解城市空间结构与环境危害（如城市高温）之间的关系对于城市健康和可持续性规划至关重要。然而，在人类流动形成的社会空间网络加剧或减轻城市人口的城市热暴露程度方面存在着严重的知识差距。在这项研究中，我们利用基于位置的数据来构建人类流动网络在美国的20个大都市地区的人类流动网络进行了分析，结合城市的热特性的空间区域。我们确定了高和低城市热暴露的地区，并评估了居住在高和低城市热暴露地区的人口对其他空间区域的访问模式，这些空间区域具有相似和不同的城市热暴露。结果显示，在大多数研究的大都市地区，居住在高热量暴露地区的人口主要访问高热量暴露地区的城市热陷阱的存在。研究结果还表明，一小部分人类流动造成了城市热升级（从低热地区到高热地区的访问）和热逃逸（从高热地区到低热地区的移动）。这项研究的结果提供了一个更好的了解城市热暴露在城市的基础上的模式人类流动。这些发现有助于更广泛地了解城市中人类网络动态和环境危害暴露的交叉点，为更综合的城市设计和规划提供信息，以促进健康和可持续性。
2023-01-16 cs.SI physics.soc-ph
Limitations of gravity models in predicting fine-scale spatial-temporal urban mobility networks
这项研究确定了城市交通网络的局限性和潜在的特点，影响重力模型的性能。引力模型是一种广泛使用的方法来估计和预测人口流动的城市流动网络，假设无标度属性。先前的研究报告了重力模型在某些聚合水平下的良好性能结果。然而，城市交通网络的特点可能会有所不同，这取决于数据的空间和时间分辨率。因此，需要研究重力模型的性能对数据汇总水平和城市交通网络的时间和空间规模变化的敏感性。使用细粒度的基于位置的人类流动数据为多个美国大都市县，以解决这一差距的城市流动网络上每小时和每天的规模上的基本重力模型进行测试。研究结果表明：（1）细尺度城市流动网络不具有无标度特性;（2）基本引力模型预测细尺度城市流动网络中人口流动的性能衰减;（3）人口密度分布、流动网络结构和性质的跨县变化对引力模型的性能没有显著影响。因此，重力模型可能不适合模拟城市流动网络与人口普查区的人口普查区运动的每日或每小时的聚合。研究结果强调，需要新的城市交通网络模型或机器学习方法来更好地预测精细规模和高时间分辨率的城市交通网络。
2021-09-08 physics.data-an physics.soc-ph
Measuring Urban Sprawl Based on Massive Street Nodes and the Novel Concept of Natural Cities
在本文中，我们开发了一种新的方法来衡量城市蔓延的基础上，街道节点和自然定义的城市边界，都从大量的志愿地理信息OpenStreetMap数据库中提取通过一些数据密集型的计算过程。街道节点被定义为街道的交叉点和终点，而自然定义的城市边界构成了我们所说的自然城市。我们发现，街道节点是显着相关的城市人口。基于这一发现，我们设置街道节点作为人口的代理来衡量城市蔓延。我们进一步发现，街道节点承担一个显着的线性关系，城市面积范围。在x轴表示城市区域范围、y轴表示街道节点的图中，不断扩展的城市位于回归线下方。我们使用美国人口普查的城市面积和人口验证了该方法，然后将该方法应用于三个欧洲国家：法国，德国和英国，将自然城市分为三类：蔓延，紧凑和正常。这种分类为交叉比较整个国家的蔓延水平设定了统一标准。关键词：街道网络，openstreetmap，志愿地理信息，GIS
2010-12-08 physics.data-an physics.soc-ph
Rich and Poor Cities in Europe. Urban Scaling to Mapping European Economic Convergence
城市科学的最新进展广泛使用了尺度概念。在这里，我们专注于一个城市的大都市生产总值（GMP）和人口（POP）之间的重要比例关系。已经证明GMP $\propto$ Y pop $^β$，其中$β$总是大于1并接近1.2。这一基本发现凸显了一条适用于不同国家和文化的普遍规律，或许可以解释城市的本质。然而，在一个联系日益紧密的世界中，城市经济完全取决于其人口的假设可能是值得怀疑的。使用2005年至2010年欧盟248个城市的数据，我们发现了一个双重GMP/POP缩放制度。对于西欧城市，$β$在整个时期内= 1，而对于后共产主义城市，$β>$为1，从$\sim$ 1.2增加到$\sim$ 1.4。标度指数的演变描述了后共产主义欧洲城市向开放和自由经济的趋同。我们提出了一个简单的经济收敛模型，其中，在稳定的政治条件下，线性GMP/POP缩放预计所有城市。结果表明，GMP/POP超线性尺度代表了一个阶段的经济增长，而不是一个稳定的，普遍的城市特征。研究结果还表明，城市之间的关系是嵌入在他们的政治和经济背景，不能忽视的城市，城市化和城市经济学的解释。
2016-06-11 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
Comprehensive indicators and fine granularity refine density scaling laws in rural-urban systems
本研究通过考察英格兰和威尔士MSOAs的117项细粒度指标，发现指标密度与人口密度呈分段幂律关系，揭示了更精细的城乡过渡特征及人口特征对标度指数的影响。
2025-09-12 physics.soc-ph stat.AP
The Gompertz-Zipf city size distribution and urban allometry
Universidade Federal do Rio de Janeiro（里约热内卢联邦大学）
该研究利用巴西IBGE150年人口普查数据，提出贡珀茨-齐夫分布描述城市规模，发现城市人口集中度上升，且城市异速生长的缩放关系仅适用于城市化面积。
2026-10-15 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
Modeling the origin of urban output scaling laws
城市产出往往与城市人口呈超线性关系。理解这种现象的机制的一个困难是，不同的输出在它们的缩放行为上有很大的不同。在这里，我们制定了一个基于物理学的模型的起源超线性缩放在城市输出作为一个随机过程处理人类的相互作用。我们的模型表明，在更大的人群中找到所需合作的可能性增加可以解释这种超线性缩放，我们的模型预测这是非幂律的。此外，对于需要更多合作者的活动，超线性的程度应该更大。我们使用七种犯罪类型的新数据集测试了这个模型，并找到了强有力的支持。
2019-08-26 physics.soc-ph q-bio.PE
Urban Landscape is an Important Factor in Rising Inequality, Spatial Segregation, and Social Isolation
在过去半个世纪中，城市化一直是全世界的主要人口趋势。农村向城市的移徙、国际移徙以及现有城市边界的重新划分或扩大是城市人口增加的主要原因。过去几十年来，城市的快速发展迫切需要深入了解世界各地城市发展结构的共同原则。我们讨论了城市空间结构的图形表示，并提出了一种计算简单的技术，可以用来发现相对孤立的位置和社区，检测城市蔓延，并照亮复杂的城市纹理中隐藏的社区结构。该方法可用于任何城市模式的详细专业知识和相关的运输网络，其中可能包括许多运输模式。
2013-12-18 physics.soc-ph
Percolation analysis of spatiotemporal distribution of population in Seoul and Helsinki
该研究利用渗流框架分析首尔和赫尔辛基人口分布的日内变化，揭示白天与夜间高人口密度簇在规模、幂律指数和分形维数上的差异。
2025-01-12 physics.soc-ph
Several Multiplexes in the same City: The role of wealth differences in urban mobility
在这项工作中，我们分析了真正的城市移动网络的架构从多元化的角度。特别是，根据波哥大和麦德林市的流动模式的经验数据，每个城市由六个多路复用网络代表，每个网络代表与特定社会经济地位相对应的人口子集执行的起点-目的地旅行。每个多路复用的节点是不同的城市位置，而链路代表从一个节点（起点）到另一个节点（目的地）的旅行。另一方面，每一条综合大楼的不同层对应不同的现有交通模式。通过利用多路交通网络的特性结合不同的交通方式，我们的目标是在人口的每个子集的流动性模式的特征。我们的研究结果表明，人口的社会经济特征有一个非凡的影响，在这些多重系统的层组织。
2014-10-09 physics.data-an physics.soc-ph
Some recent advances in urban system science: models and data
城市的特点是人口密集，具有不同背景的个人之间互动的高潜力。它们的出现与几千年前的新石器时代革命并行。在经济、创新、社会和文化进步方面的聚集优势使其成为近代人类历史上的一个重要里程碑。从科学的角度来看，城市系统有许多不同的方面需要研究，仅举几例，可以集中在人口统计学和人口演变、流动性、经济产出、土地使用和城市规划、家庭可达性和房地产市场、能源和水消耗、废物处理、卫生、教育、少数民族融合等方面。通信和信息技术的采用极大地促进了关于这些问题和其他问题的数据集的收集，从而有可能对城市科学采取更加量化的方法。所有这些主题已在许多作品中的文学，我们不打算在这里提供一个系统的审查。相反，我们将只提供上述方面的一些简短体验，这可以作为随后的特殊数字的介绍。这种非系统的观点将导致我们离开外面的许多相关文件，我们为此道歉。
2021-12-07 physics.soc-ph
On the need to move from a single indicator to a multi-dimensional framework to measure accessibility to urban green
本文通过分析全球1000多个城市的绿色可达性指标排名稳定性，发现单一指标难以充分区分不同区域和人群，提出应转向多维框架来综合评估城市绿色空间可达性。
2023-08-10 cs.CY physics.soc-ph
An allometric scaling relation based on logistic growth of cities
城市面积与人口规模的关系符合异速生长的标度律。这种异速生长标度是基于城市规模的指数增长，可以称为“指数异速生长”，这与分形的概念。但是，城市人口和城市面积的增长并不符合指数增长的规律。在本文中，我将提出一个新的异速生长标度的基础上，逻辑增长，以解决上述问题。物流增长是一个替代动力学过程。定义一对替代因子作为城市面积和人口的函数，我们可以从城市增长的逻辑斯谛过程中导出一个异速生长标度关系，称为逻辑斯谛异速生长。城市面积与人口的指数异速生长关系是城市规模不够大时Logistic异速生长方程的近似表达式。通过逻辑斯蒂过程重新考虑异速生长标度指数的合理取值范围。以河南省一个中等城市为例，验证了新的异速生长关系。Logistic异速生长有助于从正确的角度进一步认识城市演化的分形性质和自组织过程。
2013-12-13 nlin.AO physics.soc-ph
Monthly Rural-Urban Scaling of Road Accidents in England, Wales and Scotland (2019-2023)
本研究通过分段幂律和傅里叶分析揭示城乡事故标度差异及相位偏移，强调指前因子作为去标度指标，为针对性道路安全政策提供依据。
2025-10-08 physics.soc-ph stat.AP
Universal abundance fluctuations across microbial communities, tropical forests, and urban populations
研究跨尺度复杂群体缺乏统一分析的问题，首次用共享框架分析人类肠道微生物组、热带森林和城市就业数据，提出三参数随机群体动态模型重现其丰度波动，并推导出双参数函数形式以改进风险估计和预测。
2023-09-13 cond-mat.stat-mech physics.soc-ph q-bio.PE
Larger cities, more commuters, more crime? The role of inter-city commuting in the scaling of urban crime
本研究探讨城际通勤与城市犯罪标度的关系，发现更大城市接收更多通勤者，且通勤者流入与多种犯罪率上升显著相关，强调城市连接性在解释人口-犯罪关系中的关键作用。
2025-10-27 cs.SI physics.data-an physics.soc-ph
