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全世界地铁的结构都一样?

  • 发布时间:2016-05-05
  • 信息来源:果壳网
  • 作者:果壳包果核
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顺时针方向依次是上海、马德里、莫斯科、东京、首尔和巴塞罗那的地铁

       1863年,人类在城市中建成了第一条地铁——伦敦大都会地铁(metropolitan railway)。在接下来的百年里,越来越多的城市拥有了自己的地铁系统。但最近有研究发现,世界各地的地铁系统在组织构架上竟如出一辙。

       我们看纽约、东京、伦敦或是其他大城市的地铁系统。很容易就可以发现,他们都采用了一套主线-分支的架构形式(core-and-branch systems),这是一种很完美的结构。但我们多思考一下就会发现,在互相没有沟通的情况下,这些身处世界各地的地铁系统竟都采取了同一套空间架构方式。这绝对不是偶然,大概存在着一种普世的自然法则,才能够让这一切如此自然地发生。

       在这种逻辑下,来自法兰西国家科学研究中心(France’s National Center for Scientific Research)的统计物理学家马可·巴特勒米(Marc Barthelemy)表示,“城市的建设发展可以被理解为一种关乎数理逻辑的自然科学,人类可以用数据计算得方法来解释城市化进程。”

       五月十五日,巴特勒米和国家科学研究中心的复杂系统分析师卡米尔·罗斯(Camille Roth)在英国皇家科学学会学报(Journal of the Royal Society Interface)上发表论文,论文对纽约、东京、伦敦、巴塞罗那、北京、芝加哥、柏林、马德里、墨西哥、莫斯科、汉城、大阪、巴黎、首尔这些世界一线城市的地铁系统做了系统性的分析研究。

       论文指出,我们现在使用的地铁网络都可以被抽象到一个二维空间网络模型(two-dimensional spatial networks)里。研究者把地铁线和地铁站抽象为模型中的节点和分支,并用研究二维空间网络的数学公式对地铁网络进行数理分析。对于每个城市,他们都抽取了其地铁在不同发展时期的数据。通过这套数学运算系统,他们希望能够发现隐藏在数据背后的自然规律。

       结果发现:绝大多数城市的地铁都采用了主线-分支的结构,而处于分支地铁线路上的地铁站数量很多都占到了地铁站总量将近一半。最郊远的地铁站距市中心的距离,通常都是该地区中心地带地铁圈直径的两倍。基本上所有城市的地铁系统都印证了他们的结论。

各城市在分支线路上的地铁站的比例走向图,结果都很相似

       各城市在分支线路上的地铁站的比例走向图,结果都很相似

       “地铁完全可以被建成其他样式,比如说晶格网络状。但这没有发生。” 巴特勒米说,“令我们最诧异的是,这些城市处于不同的大洲,有着不同的历史,每个城市的土质结构与地理环境也都千差万别,但却建出了如此类似的地铁网络。”研究人员纷纷表示,虽然有着城市规划、便捷性、环境影响以及社会经济波动等一系列外界因素的干扰,这些地铁网络在他们的运算系统中却都呈现出向着某个固定数值比例靠近的趋势。

       如果他们的研究真的揭示了某种真理,那么我们似乎可以得到一个结论——地铁一直都在沿着某种预设的轨道发展。巴特勒米表示,“我们证实了,一直以来都存在着某种根本性的预设机制在主导我们的城市化进程。”

       来自西英格兰大学(University of West England)的计算机科学家安德烈·亚达马特兹基(Andrew Adamatzky)是一位利用粘菌(slime molds)来研究最完美交通网络的专家。他表示,这种仿同性可能只是因为每个城市地铁的设计者都受到了伦敦、柏林和巴黎这些早期地铁设计理念的影响。但对于巴特勒米等人的研究成果,亚达马特兹基依然表示了极高的赞誉。他认为,如果他们能够在计算系统中引入更多的实证数据,那么这项研究有望为人类提供一套极佳的地铁发展理论。

       巴特勒米和他的研究团队表示,地铁发展中蕴藏的自然规律也可以用来解释城市的社会变革。而他们最终的目的,是通过对真实世界的观察,建立出一套地铁演变的模型,以探寻未来城市交通系统的发展方向。

       巴特勒米等人的行为,很容易让人联想到那些把房子建得方方正正,把城市规划得横平竖直的毫无创意的城市建设者。这些“现代化专家”采用一套僵硬的数理模型,来规划建设我们的城市家园。一座座“严谨”的城市是建立起来了,但我们失去的东西却永远无法被找回。不过巴特勒米也为自己撇清了这种怀疑。他表示,自己只是为了探寻总结人类在无意识之下的发展规律,除此之外别无他想。“别把我们想得太复杂了”,他解释道,“我们只是一群对人类发展着迷的探寻者。”

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