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全世界地鐵的結構都一樣?

  • 發布時間:2016-05-05
  • 信息來源:果殼網
  • 作者:果殼包果核
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順時針方向依次是上海、馬德里、莫斯科、東京、首爾和巴塞羅那的地鐵

       1863年,人類在城市中建成了第一條地鐵——倫敦大都會地鐵(metropolitan railway)。在接下來的百年里,越來越多的城市擁有了自己的地鐵系統。但最近有研究發現,世界各地的地鐵系統在組織構架上竟如出一轍。

       我們看紐約、東京、倫敦或是其他大城市的地鐵系統。很容易就可以發現,他們都采用了一套主線-分支的架構形式(core-and-branch systems),這是一種很完美的結構。但我們多思考一下就會發現,在互相沒有溝通的情況下,這些身處世界各地的地鐵系統竟都采取了同一套空間架構方式。這絕對不是偶然,大概存在著一種普世的自然法則,才能夠讓這一切如此自然地發生。

       在這種邏輯下,來自法蘭西國家科學研究中心(France’s National Center for Scientific Research)的統計物理學家馬可·巴特勒米(Marc Barthelemy)表示,“城市的建設發展可以被理解為一種關乎數理邏輯的自然科學,人類可以用數據計算得方法來解釋城市化進程。”

       五月十五日,巴特勒米和國家科學研究中心的復雜系統分析師卡米爾·羅斯(Camille Roth)在英國皇家科學學會學報(Journal of the Royal Society Interface)上發表論文,論文對紐約、東京、倫敦、巴塞羅那、北京、芝加哥、柏林、馬德里、墨西哥、莫斯科、漢城、大阪、巴黎、首爾這些世界一線城市的地鐵系統做了系統性的分析研究。

       論文指出,我們現在使用的地鐵網絡都可以被抽象到一個二維空間網絡模型(two-dimensional spatial networks)里。研究者把地鐵線和地鐵站抽象為模型中的節點和分支,并用研究二維空間網絡的數學公式對地鐵網絡進行數理分析。對于每個城市,他們都抽取了其地鐵在不同發展時期的數據。通過這套數學運算系統,他們希望能夠發現隱藏在數據背后的自然規律。

       結果發現:絕大多數城市的地鐵都采用了主線-分支的結構,而處于分支地鐵線路上的地鐵站數量很多都占到了地鐵站總量將近一半。最郊遠的地鐵站距市中心的距離,通常都是該地區中心地帶地鐵圈直徑的兩倍。基本上所有城市的地鐵系統都印證了他們的結論。

各城市在分支線路上的地鐵站的比例走向圖,結果都很相似

       各城市在分支線路上的地鐵站的比例走向圖,結果都很相似

       “地鐵完全可以被建成其他樣式,比如說晶格網絡狀。但這沒有發生。” 巴特勒米說,“令我們最詫異的是,這些城市處于不同的大洲,有著不同的歷史,每個城市的土質結構與地理環境也都千差萬別,但卻建出了如此類似的地鐵網絡。”研究人員紛紛表示,雖然有著城市規劃、便捷性、環境影響以及社會經濟波動等一系列外界因素的干擾,這些地鐵網絡在他們的運算系統中卻都呈現出向著某個固定數值比例靠近的趨勢。

       如果他們的研究真的揭示了某種真理,那么我們似乎可以得到一個結論——地鐵一直都在沿著某種預設的軌道發展。巴特勒米表示,“我們證實了,一直以來都存在著某種根本性的預設機制在主導我們的城市化進程。”

       來自西英格蘭大學(University of West England)的計算機科學家安德烈·亞達馬特茲基(Andrew Adamatzky)是一位利用粘菌(slime molds)來研究最完美交通網絡的專家。他表示,這種仿同性可能只是因為每個城市地鐵的設計者都受到了倫敦、柏林和巴黎這些早期地鐵設計理念的影響。但對于巴特勒米等人的研究成果,亞達馬特茲基依然表示了極高的贊譽。他認為,如果他們能夠在計算系統中引入更多的實證數據,那么這項研究有望為人類提供一套極佳的地鐵發展理論。

       巴特勒米和他的研究團隊表示,地鐵發展中蘊藏的自然規律也可以用來解釋城市的社會變革。而他們最終的目的,是通過對真實世界的觀察,建立出一套地鐵演變的模型,以探尋未來城市交通系統的發展方向。

       巴特勒米等人的行為,很容易讓人聯想到那些把房子建得方方正正,把城市規劃得橫平豎直的毫無創意的城市建設者。這些“現代化專家”采用一套僵硬的數理模型,來規劃建設我們的城市家園。一座座“嚴謹”的城市是建立起來了,但我們失去的東西卻永遠無法被找回。不過巴特勒米也為自己撇清了這種懷疑。他表示,自己只是為了探尋總結人類在無意識之下的發展規律,除此之外別無他想。“別把我們想得太復雜了”,他解釋道,“我們只是一群對人類發展著迷的探尋者。”

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