[論文レビュー] Self-organization versus top-down planning in the evolution of a city

Marc Barthélemy, Patrícia Bordin+2 more|arXiv (Cornell University)|Jul 8, 2013

Urban Design and Spatial Analysis参考文献 19被引用数 6

ひとこと要約

本研究では、GISで地図を位置合わせした歴史的地図を用いて、1789年から2010年までのパリの街路網の進化を200年間にわたり分析し、オースマン期の中央集権的計画が及えた影響を定量化する。ほとんどのネットワーク指標は滑らかに変化するが、中心部の計画期間中には、中心性の空間的再編成と、ブロック形状の分布の変化——自己組織的成長とは異なる構造的・非局所的変更の兆候——が顕著に現れる。

ABSTRACT

Interventions of central, top-down planning are serious limitations to the possibility of modelling the dynamics of cities. An example is the city of Paris (France), which during the 19th century experienced large modifications supervised by a central authority, the `Haussmann period'. In this article, we report an empirical analysis of more than 200 years (1789-2010) of the evolution of the street network of Paris. We show that the usual network measures display a smooth behavior and that the most important quantitative signatures of central planning is the spatial reorganization of centrality and the modification of the block shape distribution. Such effects can only be obtained by structural modifications at a large-scale level, with the creation of new roads not constrained by the existing geometry. The evolution of a city thus seems to result from the superimposition of continuous, local growth processes and punctual changes operating at large spatial scales.

研究の動機と目的

• 実証データを用いて、都市進化における自己組織的要因と中央集権的計画要因の影響を分離すること。
• 19世紀のオースマンによる大規模な都市近代化のような、大規模な都市変革が、定量的ネットワーク指標によって検出可能かどうかを評価すること。
• 都市開発における中央集権的計画と連続的・局所的成長を区別する構造的ネットワークの兆候を同定すること。
• 主要な都市介入に対して、中心性のパターンとブロック幾何学の頑健性を評価すること。

提案手法

• 1789年、1826年、1836年、1888年、1999年、2010年の6枚の歴史的地図をデジタル化・GIS環境で位置合わせし、街路網を原始的グラフとして再構築する。
• 各時刻点において、ノードを交差点、エッジを道路セグメントとする時系列に即した原始的グラフ $G_t$ を構築する。
• ネットワーク交通フローにおけるノードおよびエッジの重要性を測定するため、中間性中心性（BC）を適用し、新しいリンクが平均BCに与える影響を評価する相対的影響指標 $\delta(e^*)$ を用いる。
• ブロックの非対称性を測定するため、形式係数 $\phi = A / (\pi D^2 / 4)$ を定義する。ここで $A$ はブロック面積、$D$ は外接円の直径である。
• ノード数と人口の変化を追跡し、人口増加とネットワーク拡大の相関関係を分析した。線形関係が得られた（$dN/dP = 0.0021$）。
• ノード生成タイプ（$E_i$：新しいリンクが $i$ 個の新しいノードを生成するもの）による新規リンクの割合を分析し、ネットワークの密着度の変化を評価した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 都市の街路網において、定量的ネットワーク指標を用いて、中央集権的都市計画をどの程度検出可能か。
• RQ2 自己組織的成長とは対照的に、大規模な計画的介入の際、ネットワーク中心性パターン（ノードおよびエッジの中間性）はどのように変化するか。
• RQ3 中央集権的計画によって引き起こされるブロック幾何学的変化（形式係数）は何か。また、自然な都市進化とはどのように異なるか。
• RQ4 オースマン期に観察されたネットワークのナビゲーション性の向上（平均中間性中心性の上昇）は、人口増加の影響か、構造的再編成の結果か。
• RQ5 異なる時刻点および中心性の閾値において、最も中心的なノードおよびエッジの空間的パターンはどの程度安定しているか。

主な発見

• パリの街路網におけるノード数は人口に比例して線形に増加する（$dN/dP = 0.0021$）ことから、大部分の成長が人口増加に起因しており、自己組織的拡大と整合的であることが示された。
• ノード生成タイプによる新規リンクの割合（$E_i$）は時間経過とともに滑らかに変化し、オースマン期に顕著な質的変化は認められず、局所的成長メカニズムの根本的変化がないことが示された。
• 平均中間性中心性は時間とともにわずかに低下し、ネットワークのナビゲーション性が向上しているが、全期間を通じて頂点の中間性分布全体は安定していた。
• 最も中心的なノード（$g_v > \max g_v / 10$）およびエッジ（$g_e > \max g_e / 20$）の空間的パターンは、時系列および閾値の変化に対しても頑健であり、恒久的なコア構造が存在することが示された。
• オースマンの中央集権的計画の最も顕著な兆候は、中心性の広域的空間的再編成であり、局所的ネットワーク指標やブロック形状分布の変化そのものではなく、それらの統合的変化に起因する。
• オースマン期に、ブロックの形式係数分布が顕著に変化し、より規則的・長方形に近い形状にシフトした。これは、既存の幾何学的制約に縛られない構造的変更を示している。