功能性分形城市网络：基础设施的地理空间共位与同质性
适应与自组织系统
2017-12-12 v1 物理与社会
摘要
正如自然河流网络已知具有全局自相似性，近期研究表明人类建造的城市网络（如道路网络）同样具有功能性自相似，并拥有具有幂律节点度分布（p(k) = a k）的分形拓扑。在此我们首次表明，其他维持市民关键服务流的城市基础设施网络（卫生与暴雨水 sewer）也展现出无标度功能性拓扑。对于道路与排水网络，我们比较了从为约 90 万市民、面积约 1,000 km² 的大型美国城市的高分辨率数据（70,000 个节点）导出的功能性拓扑度量。对于整个城市及不同大小的子网络，我们还从地理空间共位（道路与 sewer）角度考察了这些网络。我们的分析揭示了城市内所有子网络之间的功能性拓扑同质性，尽管若干城市属性存在差异。两类基础设施的所有子网络的功能性拓扑均类似幂律分布，且随着子网络面积增大，尾部愈发呈现幂律特征。我们的发现对于基于空间相互依赖性评估这些关键基础设施网络面对级联冲击的脆弱性，以及改进城市基础设施网络的设计与维护具有启示意义。
引用
@article{arxiv.1712.03883,
title = {Functionally Fractal Urban Networks: Geospatial Co-location and Homogeneity of Infrastructure},
author = {Christopher Klinkhamer and Elisabeth Krueger and Xianyuan Zhan and Frank Blumensaat and Satish Ukkusuri and P. Suresh C. Rao},
journal= {arXiv preprint arXiv:1712.03883},
year = {2017}
}