[論文レビュー] Elementary processes governing the evolution of road networks

Emanuele Strano, Vincenzo Nicosia+3 more|Strathprints: The University of Strathclyde institutional repository (University of Strathclyde)|Mar 1, 2012

Urban Design and Spatial Analysis参考文献 28被引用数 32

ひとこと要約

本研究は、イタリア・ミラノ北郊外の道路網が200年間にわたり進化するのを支配する2つの基本的プロセス—密度化と探索—を特定した。歴史的地図データを用いて、都市化が土地セルの形状を均質化させ、高中心性道路の長期的安定性をもたらすことを示し、既存の構造に根ざした、回復力があり段階的な成長パターンが存在することを明らかにした。

ABSTRACT

Urbanisation is a fundamental phenomenon whose quantitative characterisation is still inadequate. We report here the empirical analysis of a unique data set regarding almost 200 years of evolution of the road network in a large area located north of Milan (Italy). We find that urbanisation is characterised by the homogenisation of cell shapes, and by the stability throughout time of high-centrality roads which constitute the backbone of the urban structure, confirming the importance of historical paths. We show quantitatively that the growth of the network is governed by two elementary processes: (i) `densification', corresponding to an increase in the local density of roads around existing urban centres and (ii) `exploration', whereby new roads trigger the spatial evolution of the urbanisation front. The empirical identification of such simple elementary mechanisms suggests the existence of general, simple properties of urbanisation and opens new directions for its modelling and quantitative description.

研究の動機と目的

• 200年間にわたり大都市圏における都市化の空間的・構造的ダイナミクスを定量化すること。
• 都市道路網の進化を駆動する基本的メカニズムを、地域の歴史的・文化的・人口的要因とは独立して同定すること。
• 都市成長が急激で根本的な変容ではなく、単純で繰り返し可能な局所的プロセスに従うかどうかを検証すること。
• 都市化の過程で、高中心性道路が都市構造の骨格としてどれほど持続的であるかを評価すること。

提案手法

• 1833年から2007年までの歴史的地図および航空写真から、7つの時間的ストリートネットワークの原始的グラフを構築した。地理的座標をもつベクトルデータをArcGIS10で処理し、モンテ・マリオ（ローマ）座標系を用いた。
• カスタムPythonスクリプトを用いてノードおよびリンクデータを抽出し、エッジの重みを実際のストリート長さとして表す重み付き隣接リストを生成した。
• ネットワーク状態を Gₜ = (Vₜ, Eₜ) として定義し、各時間間隔における新規ノード数 ΔVₜ および新規リンク数 ΔEₜ を算出した。
• ノードおよびリンク数、交差部の種別分布（例：4路交差対3路交差）および土地セル形状の変化といった、ネットワークトポロジーの変化を追跡した。
• 中心性指標を用いて、時間経過に伴う主要道路の安定性を評価し、2007年の位置を過去の時期と比較した。
• 都市セルの形態的変化を分析し、時間の経過とともに正方形に近づく形状の均質化を定量的に評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 都市道路網の長期的進化を支配する基本的プロセスは何か？
• RQ2 交差部の種別や中心性といった、都市道路網の構造的特性は、時間の経過とともにどのように変化するか？
• RQ3 高中心性道路はどれほど安定的であり、都市化の過程で持続的な骨格を形成するか？
• RQ4 都市拡張の過程で、都市用地セルの形状と分布はどのように変化するか？
• RQ5 都市成長は局所的で段階的な変化によって駆動されるのか、それとも大規模で不連続な変容によって駆動されるのか？

主な発見

• 道路網の進化は、都市中心部周辺の局所的密度を高める「密度化」と、都市化の前線を外側に拡大させる「探索」という2つの主要プロセスによって支配されている。
• 都市部の土地セルは時間の経過とともに正方形に近づくようになり、道路網の体系的発展に起因する都市形態の均質化を示している。
• 3路交差やドーナツ型交差（ドーナツ型）から4路交差への顕著なシフトが観察され、より相互接続的で効率的なストリートレイアウトへの移行を示している。
• 2007年の最も中心的な道路は、主にネットワーク内で最も古い道路と一致しており、高中心性ストリートの長期的構造的安定性を示している。
• 1933年から1994年の間に、工業的および後工業的都市拡大と重なり、ネットワークに急激な成長フェーズが観察された。
• 中心道路の持続性と変化の段階的性質から、都市化が急激な再構成ではなく、自然的で累積的なプロセスに従っていることが示唆された。