Гравилат городскои: лекарственное растение, применение, отзывы, полезные свойства, противопоказания

лекарственное растение, применение, отзывы, полезные свойства, противопоказания

В медицине

Гравилат городской не является фармакопейным растением и официальной медициной не используется, но широко применяется в народной медицине в качестве противовоспалительного, вяжущего, антисептического, ранозаживляющего, кровоостанавливающего средства. Несмотря на множественные лечебные свойства гравилата городского, экспериментально доказаны лишь некоторые из них – антисептическое и противовоспалительное. В медицинских целях используют надземную часть и корень гравилата городского. Корневище растения применяют в гомеопатии и народной медицине в виде отваров, настоев при заболеваниях органов пищеварительной системы (холециститах, гастритах, колитах, панкреатитах), при нефритах, циститах, некоторых болезнях половой системы, в качестве отхаркивающего средства при вирусных воспалительных процессах дыхательных путей, цинге. Наружно настой корня гравилата помогает при заболеваниях ротовой полости (стоматиты, гингивиты и др. ), конъюнктивитах. Порошком из измельченного корня или травы растения лечат раны и ожоги. Ванны с добавлением отвара гравилата городского применяют детям при рахите. Настой растения применяют как седативное, снотворное средство. Гравилат используют против укусов змей.

Своими лечебными свойствами гравилат известен в странах Западной Европы, Средней Азии. В Сибири корень гравилата используют как общеукрепляющее средство после длительных болезней, при маточных кровотечениях, колитах, малярии, аллергических проявлениях, как гемостатическое средство. В тибетской медицине растение известно в качестве противолихорадочного средства, в Средней Азии гравилат применяют в качестве вяжущего средства. В народной медицине Германии водным настоем корневища гравилата лечат желудочно-кишечные заболевания, кровотечения различного происхождения, нервные расстройства. Болгары используют траву гравилата при энтероколитах, конъюнктивитах, воспалительных процессах женских половых органов, на Украине растением лечат заболевания нервной системы, стоматиты, цингу.

Противопоказания и побочные действия

Препараты гравилата городского не рекомендовано использовать больным тромбофлебитом, гипотонией, при склонности к тромбозам, поскольку растение способствует повышению свертываемости крови, а также лицам, страдающим хроническими запорами. Нежелательно принимать лекарственные средства из гравилата в период беременности, лактации, а также в детском возрасте. При приеме препаратов из гравилата следует избегать передозировки из-за высокого содержания дубильных веществ. Применять косметические средства, содержащие эвгенол эфирного масла гравилата не рекомендуется при индивидуальной непереносимости масла с «гвоздичным» запахом, в период беременности (аромат эфирного масла может спровоцировать повышение тонуса матки), при повышенной нервной возбудимости.

В кулинарии

Свежие молодые листья гравилата используются для приготовления витаминного салата. Высушенные корни, обладающие горьковатым, вяжущим вкусом и приятным ароматом, пригодны в качестве пряной приправы, именуемой «гвоздичным корнем». Приправу добавляют к овощным блюдам, в виде заменителя некоторых пряно-ароматических растений (гвоздики и корицы) в кондитерской, ликеро-водочной, консервной промышленности, используют в приготовлении рыбы, мяса и других блюд. Корень гравилата городского используется в Швеции в пивоварении, придает пиву специфический привкус, а также предохраняет от закисания и продлевает срок хранения напитка. Импровизированный вермут получится, если к белому вину добавить высушенный корень гравилата и корочки апельсина или лимона. Корень растения используется также при производстве вин «Утренняя роса» и «Букет Молдавии». Кавказцы гравилатом городским ароматизируют соусы и используют в некоторых блюдах.

В косметологии

Эфирное масло гравилата с эвгенолом широко применяется в парфюмерии и косметологии. Поскольку эвгенол обладает антисептическим свойством, косметические средства для проблемного типа кожи на основе гравилата оказывают очищающее, легкое подсушивающее и обезболивающее действие.

В хозяйстве

Корни гравилата применяются в качестве натурального красителя для хлопчатобумажных и шерстяных тканей. Из растения получается довольно широкая гамма оттенков: от бурого до красновато-коричневого. Подземная часть растения также используется для дубления кож. Гравилат является хорошим инсектицидом. Опрыскиванием настоем из свежих корней гравилата отпугивают насекомых-паразитов (комаров, мух, моль). Растение является отличным медоносом, обеспечивает ранний медосбор, используется в качестве корма для диких и некоторых домашних животных.

Гравилат городской / Дикорастущие съедобные растения /

Гравилат городской (шәһәр гравилаты)

Семейство Розоцветных

Многолетнее травянистое растение из сем. Розоцветных. Стебель прямостоячий, полый, часто ветвистый, 30—80 см высоты, покрыт мягкими пушистыми и отстоящими волосками. Прикорневые листья на длинных черешках лировидно-перистые, с 3 — 7 долями, стеблевые — на коротких черешках, верхние — трехраздельные, сидячие. Цветы одиночные, расположены на концах веточек. Лепестки обратнояйцевидной формы, при основании клиновидные, светло-желтые. Чашечка растопыренная, очень рано отгибается вниз. Плодики собраны в круглые головки. Корневище коническое, многоглавое, красно-бурого цвета. Цветет в мае — начале июня. В старых справочниках эту траву называли гвоздичным корнем.

В пищу используют молодые свежие листья и подземные части (корни и корневища). Корни имеют приятный тонкий запах гвоздики и вяжущий вкус. Их собирают весной, когда растение находится в вегетативном (не цветущем) состоянии, промывают в холодной воде и сушат на открытом воздухе. После сушки корни хранят целиком или же измельчают в порошок и помещают в посуду из темного стекла с плотно закрывающейся крышкой. При длительном хранении запах корня ослабевает. Из корней гравилата можно приготовить «гвоздичную воду» с помощью перегонного аппарата. Воду используют для ароматизации различных блюд. Из листьев и корней гравилата готовят салаты, напитки, ароматизируют ими всевозможные кондитерские изделия. Корни используются также при пивоварении для ароматизации пива.

Салат из гравилата и зеленого лука. Берут поровну, по 50 г, гравилата и лука, хорошо промывают, подсушивают на полотенце, измельчают ножом, поливают сметаной, а сверху кладут ломтики яйца, солят по вкусу.

Напиток из корней гравилата. Промытые свежие корни (50 г) измельчают ножом или в мясорубке, заливают водой (1 л), доводят до кипения, добавляют сахар (50 г), настаивают 3 — 4 часа. Напиток употребляется в холодном виде.

Химический состав надземных частей гравилата изучен недостаточно, но известно, что листья содержат витамин С. В корневищах найдены сахара, крахмал, гликозид геин, галловая кислота, смолы, дубильные и красящие вещества и некоторое количество эфирного масла, главной составной частью которого является евгенол. Может служить заменителем гвоздичного дерева.

Корни гравилата в старое время использовались в народной медицине. Порошком лечили коклюш (звериный кашель), а смесь порошка со свиным салом применяли при лечении чесотки. Настой из корня помогал при желудочно-кишечных расстройствах и малярии.

В старину сухим порошком пересыпали одежду, чтобы не заводилась в сундуках моль, к тому же одежда получала приятный запах.

Гравилат в республике Татарстан распространен широко, встречается по лесным полянам, оврагам, среди кустарников, вдоль железных дорог, у жилья, на мусорных местах. Его можно найти во всех районах Татарстане. В республике произрастает 4 вида гравилатов. Как пищевое растение можно использовать и гравилат речной, он встречается по сыроватым лесам, кустарникам, в поймах рек, по оврагам, канавам. У этого вида гравилата цветы слабо-розовые, с карминовыми жилками, поникающие; верхний членик столбика до самой верхушки волосистый.

Партнеры:

Гравилат городской в народной медицине

Описание

Полезные свойства

Рецепты

Противопоказания

Где купить

Видео

Отзывы

 Гравилат городской нашёл весьма широкое применение в быту. Прежде всего, он известен в качестве кормового растения в сельском хозяйстве, однако этим его польза не ограничивается. Препараты этого растения используются в дубильной и красильной промышленности. Но наиболее широкая сфера его применения – медицинская. Лечебные свойства различных частей гравилата известны ещё с античных времён. Они пригождаются при лечении кашля, а также заболеваний ЖКТ – колитов, гастрита, диареи. С помощью надземной части гравилата лечат холецистит и другие болезни желчного пузыря. Его используют и в качестве наружного средства при лечении кожных болезней, ран, язв и т.д.

 Гравилат городской — лечебные свойства различных частей гравилата известны ещё с античных времён. Они пригождаются при лечении кашля, а также заболеваний ЖКТ – колитов, гастрита, диареи. С помощью надземной части гравилата лечат холецистит и другие болезни желчного пузыря

  Вы можете купить траву гравилата городского для лечения следующих заболеваний:

• Заболевания ЖКТ
• Диарея
• Колит
• Кишечные колики
• Метеоризм
• Кашель
• Бронхит
• Туберкулёз
• Воспаление лёгких
• Астма
• Заболевания почек
• Заболевания желчного пузыря
• Холецистит
• Кровоточивость дёсен
• Маточные кровотечения
• Геморроидальные кровотечения
• Кожные заболевания
• Раны
• Язвы
• Нарушения иммунитета

  Противопоказания применения гравилата городского. Это растение способствует свёртываемости крови, поэтому его не рекомендуется употреблять людям, склонным к тромбофлебиту и к тромбозам.

Поделитесь вашим мнением на сайте

 Гравилат городской нашёл весьма широкое применение в быту. Прежде всего, он известен в качестве кормового растения в сельском хозяйстве, однако этим его польза не ограничивается. Препараты этого растения используются в дубильной и красильной промышленности. Но наиболее широкая сфера его применения – медицинская. Лечебные свойства различных частей гравилата известны ещё с античных времён. Они пригождаются при лечении кашля, а также заболеваний ЖКТ – колитов, гастрита, диареи. С помощью надземной части гравилата лечат холецистит и другие болезни желчного пузыря. Его используют и в качестве наружного средства при лечении кожных болезней, ран, язв и т. д.

3868

Гравилат городской

 Гравилат городской относится к семейству розовых. Это многолетнее травянистое растение высотой около полуметра с прямостоячим и слабоветвящимся стеблем. Прикорневые листья этого растения, состоящие из нескольких яйцевидных листочков, сидят на длинном черешке. Цветки, расположенные на концах стеблей и ответвлений, небольшие, около двух сантиметров в диаметре. Плод гравилата – небольшой крючкообразный многоорешек, распространяется, цепляясь за одежду или шерсть животных. Гравилат можно встретить на территории Азии, Африки и Европы. Неприхотлив к условиям – растёт как на опушках лесных насаждений, так и вдоль дорог. Встречается на пустырях, в парках и других местах населённых пунктов.

3869

  Применение гравилата городского

  Гравилат, богатый витаминами, иногда используется для приготовления питательных салатов, в некоторых странах его используют для формирования вкуса у алкогольных напитков. Народная медицина использует самые разные части этого растения. Обычно в качестве лекарственного сырья берётся вся надземная часть гравилата, собранная в самом начале периода цветения, приходящегося на май. В траве гравилата содержатся гликозиды, дубильные вещества, каротин, аскорбиновая кислота, эфирное масло и многие другие компоненты. Кроме того, именно эта часть растения наиболее богата витаминами, что придаёт препаратам гравилата общеукрепляющие свойства. Также растение оказывает кровоостанавливающее и ранозаживляющее воздействие; оно обладает потогонными, вяжущими и противовоспалительными свойствами. Его применяют в качестве обезболивающего при широком спектре заболеваний. С помощью гравилата лечат диарею, метеоризм, колиты и другие заболевания ЖКТ, а также кашель, бронхит, воспаления лёгких, астму и туберкулёз. Помогает он и при различных кровотечениях.

3870

  Вы можете купить траву гравилата городского для лечения следующих заболеваний:

• Заболевания ЖКТ
• Диарея
• Колит
• Кишечные колики
• Метеоризм
• Кашель
• Бронхит
• Туберкулёз
• Воспаление лёгких
• Астма
• Заболевания почек
• Заболевания желчного пузыря
• Холецистит
• Кровоточивость дёсен
• Маточные кровотечения
• Геморроидальные кровотечения
• Кожные заболевания
• Раны
• Язвы
• Нарушения иммунитета

3871

  Рецепты приготовления гравилата городского

  1.  С помощью настоя гравилата лечатся такие болезни, как кашель, бронхит, астма, воспаление лёгких. Также его применяют при туберкулёзе и других болезнях дыхательной системы. Рекомендуется к приёму для укрепления иммунитета. Принимается внутрь при кровотечениях различной природы, при кожных заболеваниях используется в качестве наружного средства

  Чтобы приготовить такой напиток, понадобится 1 столовая ложка хорошо измельчённой травы растения. Залейте это сырьё 1 стаканом кипятка и оставьте настаиваться на 2 часа. Процедив готовое средство, принимайте его внутрь по четверти стакана трижды в день или используйте наружно.

  2. Отваром гравилата городского обычно лечатся болезни почек и желчного пузыря, такие, как холецистит. Однако его можно использовать в качестве ранозаживляющего средства при ранах и язвах. Также это средство укрепляет иммунитет. Его можно принимать и при болезнях ЖКТ – метеоризме, диарее, колитах и кишечных коликах.

  2 столовые ложки измельчённого гравилата заливаются стаканом кипятка и варятся в течение получаса на водяной бане. По истечении этого времени необходимо снять напиток с плиты и дать ему остыть. После процеживания отвар можно употреблять внутрь. Схема приёма – 1 столовая ложка 3 раза в сутки.

  3. В качестве наружного средства можно использовать порошок из гравилата. Для его приготовления необходимо достаточно мелко искрошить высушенную надземную часть растения. Таким порошком посыпаются различные раны и язвы для их более быстрого заживления. Кроме того, порошок можно добавлять в воду для полоскания горла, что помогает от кровоточивости дёсен и кашля.

3873

  Противопоказания применения гравилата городского. Это растение способствует свёртываемости крови, поэтому его не рекомендуется употреблять людям, склонным к тромбофлебиту и к тромбозам.

Растение Гравилат городской

Латинское название: Geum urbanum L.

Семейство: Розовые.

Другие названия: Репешок, Вывишник, Подлесник, Гвоздичный корень.

Установить родину Гравилата городского очень сложно, известно, что оно встречается по всему миру, кроме Антарктиды.

Название пришло из старой аптечной латыни, которая использовалась при написании травников и лечебников. Данное растение в переводе означает «гвоздичный корень», название дано за специфический запах, которым обладают корни растения.

Именно так Гравилат городской сначала и был назван: radix caryophyllatae, что вкратце звучало «кариофилатта», позднее название обрусело и растение стало называться Графилат или Гравилат.

Это луговое растение очень быстро завоевало новые территории, распространившись в лесу, а также в садах и огородах. Причиной послужили семена, обладающие шипами с крючком на кончике. Они легко отделяются от растения, цепляясь за одежду или шерсть, за счет чего переносятся на большие расстояния. Из-за этого растение получило народное название «Репешок», хотя официально это название носит совершенно другой вид.

Листья Гравилата зеленые, прикорневые перисто-лопастные большие, стеблевые – трехнадрезные, сидячие, верхушечные – цельные и небольшие. Стебли прямостоячие, высота растения от 30 до 60 см.

У данного вида Гравилата желтые цветы, но в культуре встречаются растения с белыми или розовыми цветами. Цветы распускаются в конце весны или начале лета. Гравилат городской растет практически на любой почве, но избегает сильно закисленные и очень влажные места.

Применение в лекарственных целях: В народной медицине применяется все цветущее растение или корневища вместе с корнями. Все растение собирается во время цветения, а корни и корневища – поздней осенью.

В растении содержится множество полезных веществ: дубильные, горькие вещества, глюкозид геин, эфирное масло и смола.

Водный настой цветущего растения или корневищ с корнями уменьшает выделение пота, улучшает общее состояние организма при слабости, уменьшает и снимает желудочно-кишечные колики, обладает желчегонным, отхаркивающим, ветрогонным, противорвотным и успокаивающим действием. Обладает также противовоспалительным, кровоостанавливающим, ранозаживляющим и обезболивающим свойствами.

Водный настой применяют как горькое и вяжущее средство при заболеваниях желудочно-кишечного тракта – кишечных коликах, поносах, дизентериях, рвоте и болезнях печени. Гравилат городской принимают также при кровоточивости десен, различных других кровотечениях, а также при лихорадке, геморрое и нервных расстройствах.

Отвар корня также используется при кашле и воспалении легких.

Наружно настой корней или травы используется для полосканий горла и полости рта для устранения воспалительных процессов. Корни Гравилата используются в аптечных сборах, применяемых при воспалении мочевого пузыря, а также при болезнях почек и желудка.

Гравилат городской. Лечение растениями. Энциклопедический справочник

Гравилат городской

Краткая характеристика. Гравилат городской – Geum urbanum L. – многолетнее травянистое растение из семейства розоцветных с толстым ползучим корневищем. Стебель прямостоячий, высотой 30–80 см, опушенный, в верхней части ветвистый.

Гравилат городской широко распространен в Евразии и Северной Африке. Встречается почти по всей территории европейской части России и в Западной Сибири. Вопреки названию это отнюдь не городское растение, а скорее житель сельских поселений. Обитает на пустырях, на обочинах деревенских улиц, в садах, на огородах. Растет он и на лугах, в лесах (особенно нарушенных рубками и выпасом скота), на опушках, полянах, по берегам водоемов, вдоль дорог.

Лекарственное значение. Лекарственное применение имеют надземная часть (трава) гравилата, а также корневища и корни. В них содержится много дубильных веществ, гликозидгеин, смолы, эфирное масло, горькие вещества, аскорбиновая кислота (витамин С), провитамин А и другие биологически активные соединения.

Надземную часть (траву) гравилата городского заготавливают для лечебных целей в фазе бутонизации – начала цветения, в мае-июне. Сушат в тени. Корневища с корнями копают обычно поздней осенью, когда их местонахождение еще можно определить по остаткам засохших надземных побегов. Очищенные корневища и корни сушат любым доступным способом. Допустима сушка на солнце. Высушенное сырье хранят в коробках в сухом прохладном месте.

Препараты гравилата обладают отхаркивающим, противовоспалительным, вяжущим, успокаивающим и противокислотным действием. Наружно препараты из гравилата назначают для полоскания десен и при воспалительных заболеваниях ротовой полости и глотки.

Рецепты народной медицины

Порошок корня употребляют при воспалении верхних дыхательных путей и кашле с трудно отделяемой мокротой по 1 г 3–4 раза в день.

Более эффективное действие он оказывает в смеси с медом. На ночь его рекомендуют запивать липовым чаем.

Порошок корня по 2–3 г. принимать при бронхиальной астме, бронхите, кашле.

Отвар корневища используют при воспалении слизистой оболочки желудка и кишечника , особенно при повышенной кислотности: берут 1 ст. ложку сырья (корни, трава) заливают 1 стаканом кипятка; кипятят 5 мин, настаивают 30 мин и процеживают. Принимают по ?-? стакана 3–4 раза в день до еды.

Этим отваром также полощут горло и используют для ванн золотушным и рахитичным детям.

При кровавом поносе: 1 ст. ложку травы или корней гравилата заварить в 200 мл кипятка и пить по 50 мл 3–4 раза в день или по 2 столовых ложки через каждые 2 ч.

Порошок принимать по 1 г 3–4 раза в день (можно с медом).

При кровотечениях, кровохарканье: 30 г измельченных корневищ кипятить 10 мин в 200 мл воды. Принимать по 1 cm. ложке 5–6 раз в день.

При заболеваниях желудка: 5 ст. ложек измельченного корня залить 0,5 л. красного вина. Настаивать 7–8 дней. Принимать по 1 ст. ложке через час после еды.

Настой: 2 ч. ложки измельченной травы или корневищ на 200 мл кипятка. Настаивать 1 ч, охладить, процедить. Принимать при упадке сил для улучшения общего состояния, а также при желудочных коликах по ? стакана.

Настой: 50 г измельченных корней и корневищ настаивать на 1 л. красного вина 2 недели. Принимать по 100 мл при депрессии и угнетенном состоянии.

Настойка: 1 ст. ложку измельченных корней залить 1 стаканом водки. Настаивать в теплом месте 10 дней, периодически встряхивая содержимое. Процедить. Принимать по 10–15 капель с водой 3–4 раза в день до еды при раке желудка.

Принимать настойку по 1 ч. ложке 3 раза в день до еды при гастритах, сопровождающихся изжогами.

Отвар: 1 ст. ложку измельченных корневищ кипятят в 200 мл воды 10 мин на медленном огне. Процеживают и доводят объем воды до исходного, принимают по 2–3 ст. ложки 3 раза в день до еды при спастических запорах , при метеоризме.

Управляющей планетой гравилата считают Юпитер.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.

Продолжение на ЛитРес

Гравилат городской

Гравилат городской, латинское Geum urbaum, семейство Розовые (Розоцветные), латинское Rosaceae

Дата последнего изменения: 2017-10-15

Формула определения

Род: Трава — околоцветник двойной — цветки одиночные — чашечка с подчашием — розеточные листья лировидно перистые — вид: цветки жёлтые, без розовых оттенков, не поникающие — железистое опушение на стебле отсутствует — чашечка отогнута книзу — стебель и цветоножки покрыты мягкими белыми волосками.

Описание

Гравилат (ударение на вторую а: Гравилат) городской часто встречается по лесным опушкам, на пустырях, вдоль дорог. Характерная особенность гравилата: после окончания цветения на стебле остается маленький «ёжик» с крючочками, которыми он цепляется за одежду или шерсть животных.

Цветок гравилата городского можно спутать с цветком лютика ядовитого, но у лютика намного толще стебель, или с лапчатками, например, с лапчаткой серебристой, она отличается пальчатыми листьями. Из родственных растений у нас растёт гравилат речной (чашечка красно-коричневая, цветки поникшие).

Цветки

Гравилат городской цветёт с мая по июль. Цветки одиночные, диаметром до 1,5 см, на тонких длинных цветоножках, на концах стеблей и ветвей. Венчик жёлтый, правильный, лепестков пять, не превышающих чашелиститки. Тычинок и пестиков много.

По мере цветения чашелистики отгибаются книзу — это характерная особенность гравилата городского.

Чашечка состоит из пяти внутренних крупных и пяти наружных (подчашие) мелких чашелистиков.

Листья

Прикорневые листья на длинных черешках, перистораздельные, с более крупной конечной долей.

Вид с обратной стороны.

Край листа с обратной стороны.

Край листа с лицевой стороны.

Верхняя доля прикорневого листа.

Черешок опушён.

Стеблевой лист трёхраздельный.

Прилистники по форме повторяют стеблевые листья, только сильно уменьшенные.

Стебель

Стебель прямой, высотой до 60 см, слабоветвистый, в верхней части покрыт мягкими белыми волосками без желёзок.

Стебель часто краснеет, особенно у старых растений.

Плоды

У нас есть возможность понаблюдать, как развивается плод. По мере роста видно, что каждый пестик заганчивается эдакой загогулиной.

Теперь загогулину видно невооружённым глазом, и, кстати, теперь видно, что ложе гравилата волосистое. Дальше будет видно ещё лучше.

Вот уже почти всё готово. Обратите внимание: чашелистики отогнуты вниз (сравните с гравилатом речным).

И наконец плод — множественный орешек. Каждый орешек оканчивается шипиком, на конце которого находится крючочек.

Местообитание

Гравилат городской встречается на опушках, обочинах дорог, пустырях, в городских зелёных зонах. В лесу это обычно одиночные цветки. А в полях и в городе встречаются целые группы.

Применение

Считается лекарственным в народной медицине.

Ещё фотографии:

Посмотреть, что ещё нужно отснять для этой статьи .

В общем сделать нужно следующее: Ссылка на репешок

Анатомическое изучение травы гравилата городского (Geum urbanum L.) | Дроздова

1. Бубенчикова В.Н., Дроздова И. Л. Земляника лесная. — Курск : КМГУ, 2005. — 128 с.

2. Василенко Е.А., Попова О.И., Елисеева Л.М. Морфолого-анатомическое изучение травы будры плющевидной (Glechoma hederaceae L.) // Курский научно-практический вестник «Человек и его здоровье». — 2013. — № 3. — С. 96-101.

3. Государственная фармакопея Российской Федерации XIII издания. — М. : МЗ РФ, 2016. [Электронное издание]. Режим доступа: http://pharmacopoeia.ru/gosudarstvennaya-farmakopeya-xiii-online-gf-13-online, свободный (15.09.2017).

4. Дайронас Ж.В., Корочинский А.В., Зилфикаров И.Н. Микроскопия диагностических элементов листьев гинкго двулопастного и травы лабазника вязолистного в таблетках «Гинкготропил» // Фармация и фармакология. — 2016. — Т. 4, № 1 (14). — С. 36-45. — doi: 10.19163/2307-9266-2016-4-1(14)-36-45.

5. Дикорастущие полезные растения России. / Отв. ред. А.Л. Буданцев, Е.Е. Лесиовская. — СПб. : Изд-во СПХФА, 2001. — 663 с.

6. Дроздова И.Л. Изучение фенольных соединений травы гравилата городского (Geum urbanum L.) методом ВЭЖХ // Традиционная медицина. — 2017. — № 1 (48). — С. 44-47.

7. Дроздова И.Л., Калуцкий И.А. Морфолого-анатомическое изучение травы вязеля разноцветного (Coronilla varia L.) // Курский научно-практический вестник «Человек и его здоровье». — 2017. — № 1. — С. 93-97. — doi: 10.21626/vestnik/2017-1/17.

8. Дроздова И.Л., Лупилина Т.И. Морфолого-анатомическое изучение травы икотника серого (Berteroa incana (L.) DC.) // Курский научно-практический вестник «Человек и его здоровье». — 2014. — № 2. — С. 94-98.

9. Киселева К.В., Майоров С.Р., Новиков В.С. Флора средней полосы России. — М. : Фитон+, 2010. — 544 с.

10. Киселева Т.Л., Смирнова Ю.А. Лекарственные растения в мировой медицинской практике: государственное регулирование номенклатуры и качества. — М. : Изд-во Профессиональной ассоциации натуротерапевтов, 2009. — 295 с.

11. Козира С.А., Сіра Л.М., Сербін А.Г., Кулагіна М.А. Анатомічне вивчення вегетативних органів Geum urbanum L. // Проблеми екологічної та медичної генетики і клінічної імунології : зб. наук. пр. (рецензируемое видання). — Київ-Луганськ, 2009. — Вип. 8 (95). — С. 43-51.

12. Растительные ресурсы России: Дикорастущие цветковые растения, их компонентный состав и биологическая активность. Семейства Actinidiaceae-Malvaceae, Euphorbiaceae-Haloragaceae / Отв. ред. А.Л. Буданцев. СПб.; М. : Тов-во научных изданий КМК, 2009. — Т. 2. — 513 с.

13. Самылина И.А., Аносова О.Г. Фармакогнозия. Атлас: в 2-томах. — М. : ГЭОТАР-Медиа, 2007. — Т. 1. — 192 с.

14. Серебряная Ф.К., Геоня И.В., Алиева К.М. Сравнительное морфолого-анатомическое исследование вегетативных органов лабазника обыкновенного (Filipendula vulgaris Moench.) и лабазника вязолистного (Filipendula ulmaria (L.) Maxim.), произрастающих на Северном Кавказе // Фармация и фармакология. — 2016. — Т. 4. — № 5. — С. 63-80. — doi: 10.19163/2307-9266-2016-4-5-63-80.

15. Трембаля Я.С., Прокошева Л.И., Лапина Е.С. Анатомическое строение вегетативных органов астрагала нутового (Astragalus cicer L. ) // Фармация и фармакология. — 2014. — № 6 (7). — С. 33-35. — doi: 10.19163/2307-9266-2014-2-6(7)-33-35.

16. Трембаля Я.С., Прокошева Л.И., Пожидаева Д.Н. Изучение анатомического строения цветка герани луговой (Geranium pratense L.) // Ученые записки Орловского государственного университета. Серия: Естественные, технические и медицинские науки. — 2014. — № 7 (63). — С. 226-227.

Модель гравитации

— AP Human Geography

Если вы считаете, что контент, доступный через Веб-сайт (как определено в наших Условиях обслуживания), нарушает
или другие ваши авторские права, сообщите нам, отправив письменное уведомление («Уведомление о нарушении»), содержащее
то
информацию, описанную ниже, назначенному ниже агенту. Если репетиторы университета предпримут действия в ответ на
ан
Уведомление о нарушении, оно предпримет добросовестную попытку связаться со стороной, которая предоставила такой контент
средствами самого последнего адреса электронной почты, если таковой имеется, предоставленного такой стороной Varsity Tutors.

Ваше Уведомление о нарушении прав может быть отправлено стороне, предоставившей доступ к контенту, или третьим лицам, таким как
в виде
ChillingEffects.org.

Обратите внимание, что вы будете нести ответственность за ущерб (включая расходы и гонорары адвокатов), если вы существенно
искажать информацию о том, что продукт или действие нарушает ваши авторские права. Таким образом, если вы не уверены, что контент находится
на Веб-сайте или по ссылке с него нарушает ваши авторские права, вам следует сначала обратиться к юристу.

Чтобы отправить уведомление, выполните следующие действия:

Вы должны включить следующее:

Физическая или электронная подпись правообладателя или лица, уполномоченного действовать от их имени;
Идентификация авторских прав, которые, как утверждается, были нарушены;
Описание характера и точного местонахождения контента, который, по вашему мнению, нарушает ваши авторские права, в \
достаточно подробностей, чтобы позволить репетиторам университетских школ найти и точно идентифицировать этот контент; например нам требуется
а
ссылка на конкретный вопрос (а не только на название вопроса), который содержит содержание и описание
к какой конкретной части вопроса — изображению, ссылке, тексту и т. д. — относится ваша жалоба;
Ваше имя, адрес, номер телефона и адрес электронной почты; а также
Ваше заявление: (а) вы добросовестно считаете, что использование контента, который, по вашему мнению, нарушает
ваши авторские права не разрешены законом, владельцем авторских прав или его агентом; (б) что все
информация, содержащаяся в вашем Уведомлении о нарушении, является точной, и (c) под страхом наказания за лжесвидетельство, что вы
либо владелец авторских прав, либо лицо, уполномоченное действовать от их имени.

Отправьте жалобу нашему уполномоченному агенту по адресу:

Чарльз Кон
Varsity Tutors LLC
101 S. Hanley Rd, Suite 300
St. Louis, MO 63105

Или заполните форму ниже:

Пространственная структура городской системы на основе гравитационной модели и анализа всей сети в восьми городских агломерациях Китая

Городская агломерация (сокращенно UA) — это высокоразвитая пространственная форма интегрированного города и важная движущая сила регионального экономического развития. Сеть UA в основном отражает пространственные связи и организационную структуру всех городов, что имеет большое значение для понимания статуса развития UA и выявления закономерностей их развития. Однако существует несколько горизонтальных исследований, сравнивающих сетевую структуру UA Китая. В этом исследовании строится экономическая сеть восьми UA Китая с помощью гравитационной модели и исследуется общая структура сети и центральность города с использованием индикаторов сетевого анализа. Затем сравниваются две группы UA с похожими сетевыми структурами.Наконец, обсуждается связь между гравитационной моделью и эмпирическими данными. Результаты показывают, что пространственная структура городов в UA может быть приблизительно выражена гравитационной моделью. Кроме того, UA с разными уровнями развития представляют разные пространственные сетевые структуры, но сетевые структуры не могут напрямую отражать уровни развития UA. Мы также обнаружили, что города с высокой средней центральностью имеют больший потенциал развития, чтобы стать следующим полюсом роста.

1.Введение

Под городской агломерацией (сокращенно UA) понимается развитие большого или мегаполиса на определенной территории с, по крайней мере, тремя мегаполисами или большими городами в качестве основной единицы. Инфраструктурные сети, такие как транспорт и связь, помогают в формировании урбанизированной и высоко интегрированной городской группы с тесными экономическими связями [1]. Преимущество UA перед отдельными городами заключается в их улучшенной способности ускорять потоки ресурсов, укреплять производственную кооперацию и преодолевать административные ограничения.UA станет важной движущей силой экономического развития в будущем [2]. Под влиянием географического положения, природных ресурсов и политики развития взаимосвязанная структура и пространственная организация UA являются уникальными, что приводит к разным уровням их развития. Следовательно, чтобы уточнить направление строительства урбанизации и способствовать развитию слаборазвитых регионов, необходимо изучить пространственные связи и организационную структуру каждого существующего UA.

Традиционное исследование городской иерархии обычно опирается на теорию центрального места, подчеркивая лидирующее положение и замещение города, игнорируя при этом взаимопомощь и сотрудничество между городами [3]. Концепция «городской сети» разрушила ограничения традиционной теории, предоставив другой способ понимания разделения труда между городами [3–5]. Был сделан вывод, что сетевая модель больше подходит, чем теория центрального места, для иллюстрации отношений сотрудничества между городами [6].В процессе глобализации экономическая деятельность становится все более частой во всем мире, создавая новый экономический и социальный ландшафт в глобальном пространстве [7]. При изучении всемирной сети городов было проведено много исследований по трем важным аспектам: транспортным сетям [8–12], социальным и культурным сетям [13–15] и сетям делового сотрудничества [9, 16, 17]. Эти исследования углубили наше понимание взаимосвязей между городами и служат справочным материалом для изучения сетей UA в небольших регионах.

Исследование сети UA — важная часть понимания городской сети. В основном это касается разделения труда между городами определенного региона [18]. Концепция сети UA привлекла большое внимание из-за своей сложности. По сравнению с мировой городской сетью, сеть UA имеет меньший охват, но также имеет различную сетевую структуру. Разные сетевые структуры означают разные состояния и уровни развития. По сетям UA был проведен значительный объем исследований [19–23].Например, Burger et al. использовали данные о пригородных поездках для изучения региона городов Англии и Уэльса и обнаружили, что большинство UA становятся все более полицентричными, но есть также некоторые UA, которые становятся более моноцентрическими [19]. Hall et al. изучили восемь UA в Европе и выявили их внутреннюю урбанистическую структуру [20]. Васанен измерил многоцентровые характеристики трех финских UA с помощью пригородных данных [21].

На основании вышеизложенного исследования Китай, как крупнейшая развивающаяся страна, привлек большое внимание к пространственной организационной структуре своих UA [24–31]. Zhao et al. использовали данные о сотрудничестве компаний для анализа внутренней структуры двух основных китайских компаний [24]. Сан сравнил структурные различия автомобильных и железных дорог и социальных сетей в дельте реки Янцзы [26]. Хань и Чжан проанализировали пространственную организационную структуру дельты реки Янцзы [27, 28]. Fan et al. изучили сетевую структуру городов UA реки Хуайхэ [29]. Как страна с активной экономикой, урбанизация Китая привлекла к себе пристальное внимание во всем мире [32].Существующая литература по изучению китайских сетей UA в основном сосредоточена на городских районах с высоким уровнем развития, но общий горизонтальный сравнительный анализ отсутствует [17, 26, 28]. Фактически, из-за различий в географическом положении, природных условиях и политике, процессы развития различных UA в Китае сильно различаются и имеют разную пространственную структуру [17, 33]. Горизонтальные сравнительные исследования помогут нам лучше понять сетевую структуру UA Китая и послужат ориентиром для урбанизации в слаборазвитых регионах.

Модель гравитации — это теоретическая модель, которая может преобразовывать характеристики атрибутов во взаимосвязи и отражать возможную полную связь между городами [34]. Большинство существующих исследований выявляют взаимосвязи между городами на основе определенного измерения, такого как пригородные сети, железнодорожные сети или социальные сети, которые могут отражать только определенный аспект потенциального взаимодействия между городами [35, 36]. Эта потенциальная связь всегда трансформируется в эмпирическую связь в определенном соотношении [37].Следовательно, потенциальное взаимодействие имеет большое значение для понимания пространственной структуры UA и может обеспечить важную основу для его развития и планирования [38, 39]. Напротив, при сравнении сетевой структуры разных UA существуют некоторые трудности в использовании фактических транспортных данных и данных о сотрудничестве предприятия. Например, из-за административного деления статистические характеристики разных регионов различаются, поэтому данные записываются не в одном порядке. Однако размер и единицы данных для каждого города и их пространственное расстояние одинаковы, и это идеальные данные для сравнения различий в UA. Поэтому, учитывая доступность данных, более реалистично ввести гравитационную модель для изучения сетевой структуры UA.

В качестве базовой концепции сетевого анализа центральность была впервые предложена Фриманом и применена Ирвином к исследованию городских систем, в основном отражая относительную важность внешних городских услуг [40, 41].В городской сети центральный город является центром, который способствует эффективному потоку различных элементов [42]. Чтобы понять пространственную структуру организации UA при планировании городских систем и анализе функций города, иерархия города может быть разделена в соответствии с центральным положением города [43].

С учетом этого в данном исследовании строится сеть из восьми UA Китая с помощью гравитационной модели и сравнивается их пространственная структура с показателями сетевого анализа, такими как плотность и средняя длина пути. Затем мы анализируем центральность разных городов. Раскрывается статус развития каждого UA. Нововведения этого исследования включают (1) введение гравитационной модели для построения городской сети UA, (2) сравнение сетевой структуры и центральности восьми основных UA в Китае и (3) демонстрацию того, что степень центральности имеет высокую степень корреляции с центральностью промежуточности в сетях UA, и центральность между центральностью постепенно переходит от центрального города к периферийным городам во время развития UA.Кроме того, UA с многоцентровой, равномерно распределенной сетевой структурой не обязательно представляет собой высокоразвитый статус.

Остальная часть документа организована следующим образом: Раздел 2 объясняет аналитическую основу. В разделе 3 мы обсуждаем результаты и далее сравниваем две группы UA с аналогичной сетевой структурой. В разделе 4 сравнивается пространственная структура городской сети, полученная с помощью гравитационной модели и эмпирического потока, и обсуждаются некоторые политические последствия. Последний раздел завершает исследование и предлагает обзор будущих вопросов исследования.

2. Методы и данные

Основываясь на существующем исследовании, описанном выше, это исследование было предназначено для построения сети UA с гравитационной моделью и проанализировало сети UA с помощью индикаторов сетевой науки. Этот раздел посвящен методам построения, аналитическим показателям и источникам данных UA-сетей.

2.1. Построение городской сети

Модель гравитации возникла из физики и использовалась для описания взаимодействия между двумя объектами: где и указывают массы двух объектов, — расстояние между двумя объектами и является универсальной гравитационной постоянной.Подобно взаимодействию между объектами, существует также взаимодействие между городами в определенной области. Основываясь на универсальной модели гравитации, Ципф предложил теорию гравитации для описания взаимосвязей между городами [34]. Он предполагает, что связь между городами зависит от масштаба двух городов и их пространственного расстояния, и что сила связи пропорциональна масштабу города и обратно пропорциональна пространственному расстоянию. Теория предполагает, что экономические явления в городах сосредоточены в экономическом или административном центре; экономическая деятельность городов схожа, и связь между городами взаимна.Основная формула выглядит следующим образом:

В более ранних исследованиях обычно представляет масштаб населения, указывает евклидово расстояние, является коэффициентом ослабления расстояния и представляет потенциальную интенсивность перемещения населения между двумя городами. В более поздних исследованиях ученые считают, что интенсивность взаимодействия определяется не только численностью населения, но и совокупной мощью города. Таким образом, разные ученые установили отдельно в соответствии с содержанием своих собственных исследований.

В процессе быстрой урбанизации экономическая активность является основным свойством интерактивного влияния города, но развитие экономической активности должно поддерживаться благоприятными условиями общества. Экономические и социальные факторы интегрированы в процесс городского развития [39]. Таким образом, в данном исследовании в основном рассматриваются эти два фактора. Шкала ВВП выбрана для представления экономической деятельности, а шкала численности населения представляет социальные условия. Поскольку выбор показателей не может полностью отражать все аспекты городских связей, таких как культурные связи, и для того, чтобы выделить экономические связи между городами, структура сети UA, рассматриваемая в этом исследовании, относится к макроэкономическим городским сетям.

Кроме того, пространственное расстояние между городами является препятствием для городских экономических связей. Однако евклидово расстояние не может точно отражать препятствия связи. На самом деле пространственное расстояние обычно выражается расстоянием между городами. Очевидно, что чем более развита транспортная инфраструктура, тем меньше будет эффект пространственной удаленности между городами. По сравнению с авиационным, железнодорожным и водным транспортом, автомобильные дороги более распространены в регионе UA. Таким образом, в данном исследовании используется расстояние между городами по автомагистралям.

отражает скорость увеличения трения расстояния. Его значение, на которое влияют разные потоки, обычно колеблется от 1 до 3 (Таблица 1). Поскольку в этом исследовании для представления сопротивления отношений между городами используется расстояние от шоссе, мы установили его в соответствии со ссылкой [44].

Тип Область исследования Метро [45] Метрополитен Сеула 2.68 Корейское шоссе [44] Корея 2 Грипп [46] <119 км 3,05 Телефонная связь [47] Бельгия 2 Железнодорожный экспресс [34] 13 городов 1 Потоки поездов Группы городов Англии и Уэльса 1,44 Автобусные потоки [48] 1. 91

Таким образом, в этом исследовании определяются экономические отношения между городами, а где где представлено население города, представлен валовой внутренний продукт (ВВП) города и расстояние между автомагистралями города и.

На основе приведенного выше описания, предполагая, что UA содержит города, связи между ними представляют собой симметричную матрицу и могут быть представлены сетью G .Следует отметить, что значение ВВП города и масштаб населения обычно не равны нулю, поэтому всегда больше нуля. Это означает, что сеть UA, построенная с использованием гравитационной модели, является полностью связанной сетью. Чтобы выявить разные характеристики UA, нам нужно сравнить разные сетевые структуры. Однако через эти завершенные сети нам сложно сравнивать и анализировать их структурные показатели. Учитывая эту ситуацию, в данном исследовании предлагается метод создания сетей UA на основе гравитационной модели. Структура метода показана в алгоритме 1.

Цель этого метода — удалить минимальные веса в завершенной сети.Однако, учитывая уровень развития различных UA, этот метод не удаляет ребра с минимальным весом во всей сети, а удаляет ребра с минимальным весом в каждом городе и сохраняет сеть подключенной. Принципы проектирования этого метода: (1) поддержание соединения сети, (2) обеспечение минимального вклада удаленных ребер в каждый город и (3) обеспечение того, чтобы разные UA удаляли ребра в соответствии с их собственным статусом разработки. Как показано на Рисунке 1, X — это городская агломерация с большим весом, а Y — с меньшим весом.Хотя у них схожая структура локальных сетей, их статус развития совершенно другой. Наш метод может гарантировать, что не слишком много ребер в Y будет удалено и не слишком много будет сохранено в X для большего веса. В зависимости от собственного веса удаляются e (2, 3) в X и e (1, 2) в Y .

2.2. Аналитическая основа

Основанное на сетях UA, это исследование в основном анализирует их структуру с трех аспектов.

2.2.1. Общая структура сети

Показатели общей структуры сети включают плотность сети, среднюю длину пути (APL) и средний коэффициент кластеризации (ACC). В частности, плотность сети может быть выражена как где — количество ребер и — количество узлов в сети. Плотность — это отношение фактического количества ребер к возможному количеству ребер в сети. Для сетей UA в этом исследовании фактическое количество ребер представляет собой соединение, которое необходимо поддерживать для поддержания сетевого взаимодействия, что отражает эффективные экономические связи между городами.Таким образом, чем выше плотность, тем более интегрированы экономические связи.

Для ненаправленных сетей APL можно выразить как где — кратчайшее расстояние между любыми двумя узлами. Для сети UA кратчайшее расстояние между городами указывает минимальное количество геодезических линий, которые необходимо подключить к городу; то есть протяженность пути экономического сообщения между городами. Очевидно, что чем короче длина пути, тем прямее экономическая связь.

ACC неориентированной сети — это среднее значение коэффициентов кластеризации всех узлов в сети.Для узла степени его коэффициент кластеризации определяется как где указывает количество триплетов в сети, содержащей узел. Коэффициент кластеризации узла можно интерпретировать как отношение количества закрытых триплетов к количеству всех триплетов. Высокий коэффициент кластеризации указывает на то, что узлы склонны группироваться вместе. Для сетей UA в этом исследовании, чем выше ACC, тем выше степень локальной кластеризации города и тем теснее экономические отношения. В остальном развитие города относительно самостоятельное.

2.2.2. Центральность города

Центральность узла измеряет важность узлов в сети. Это исследование в основном фокусируется на центральности степени (DC) и центральности промежуточности (BC). В частности, DC обычно используется для описания способности узла занимать ресурсы. Согласно Freeman [49], DC узла может быть выражен как где указывает вес ребра между узлом и узлом. Для сетей UA, чем выше степень централизации города, тем больше вероятность, что он станет центром сети.

BC узла часто используется для описания способности узла управлять ресурсами в сети. Согласно Фриману, BC определяется как где количественно определяется время, в течение которого узел является промежуточным узлом на кратчайшем пути между узлами, и количественно определяется сумма всех кратчайших путей между узлами и. Взвешенный BC отражает долю веса, проходящего через узел, к общему весу сети. Чем выше коэффициент, тем сильнее способность узла управлять потоком ресурсов между другими городами.Для сетей UA BC города указывает на способность города контролировать экономические связи других городов, что является основным показателем для измерения важности городов в сети UA.

2.2.3. Централизация сети

Основываясь на центральности узлов, это исследование дополнительно представляет централизацию сети для анализа общей концентрации сети. Общая форма централизации сети может быть выражена как где — общее представление централизации сети.Сетевая централизация измеряет разницу в центральности между узлом сетевого центра и другими узлами. Сетевая централизация звездообразной сети равна 1, что указывает на наличие только одного центра. Если централизация сети равна 0, сеть имеет форму кольца, и узлы в сети имеют одинаковое значение. Для взвешенных сетей, учитывая влияние веса на централизацию, при расчетах это исследование присваивает максимальный вес в реальной сети краю звездообразной сети, содержащей такое же количество узлов.Для сетей UA централизация отражает тенденцию концентрации городов. Если централизация сети велика, развитие UA имеет тенденцию концентрироваться в одном или нескольких центрах. Напротив, если централизация сети невелика, сеть UA имеет тенденцию быть более полицентричной.

2.3. Область исследования и источники данных

В этом исследовании были отобраны восемь национальных UA, охватывающих почти все регионы материкового Китая, что помогает понять общий статус развития UA в Китае. Их географическое распределение показано на рисунке 2.

Среди восьми сетей UA, Пекин-Тяньцзинь-Хэбэй (сокращено как BTH), Дельта реки Янцзы (сокращено как YRD) и Дельта Жемчужной реки (сокращено как PRD) являются тремя самыми известными городскими агломерациями в Китае, и они также являются наиболее развитыми регионами. BTH — политический центр Китая. YRD и PRD примыкают к океану. Они занимают удобные географические условия для экономического развития. Ха-Чанг (ХК) расположен на северо-востоке Китая и является одной из важных старых промышленных баз.Однако в процессе экономического развития темпы его развития были не такими высокими, как у юго-восточных прибрежных районов. Чжунюань (ZY) UA расположен в центральном Китае, занимая очень важное транспортное место. Гуаньчжун (GZ) UA находится на северо-западе страны. У него плохие транспортные условия и слабая экономическая база. И Ченг-Ю (CY), и Средняя Янцзы (MY) UA расположены в экономическом поясе реки Янцзы. CY UA находится дальше от моря, поэтому скорость его развития не такая высокая, как у MY.Уровень экономического развития каждого выбранного UA различен и представляет различные стадии развития UA, и это важно для сравнительного анализа.

В таблице 2 показаны города, входящие в каждый UA (определенные в соответствии с национальным планом каждого UA). Статистические данные, используемые в этом исследовании, в основном взяты из «Ежегодника городской статистики Китая за 2017 год» [50] и «Национального статистического отчета о национальном экономическом и социальном развитии за 2016 год» [51]. Пространственные данные взяты из Baidu Maps (обновлено в июне 2018 г.) [52].

3.Результаты

3.1. Пространственное распределение

На основе источников данных, упомянутых в разделе 2, мы использовали предложенный метод для построения экономической сети восьми UA в Китае. Средой анализа для построения сетей и расчета индикаторов был Python 3.6. Пространственное распределение экономической сети восьми UA показано на рисунке 3.

В целом сетевая структура восьми UA пространственно распределена вокруг городов с более высоким уровнем экономического развития и постепенно распространяется наружу.Чем дальше от центра города, тем меньше ребер и веса. В частности, BTH UA образует зону экономической концентрации, в которой доминируют Пекин, Тяньцзинь и Шицзячжуан. PRD в основном сосредоточен вокруг Гуанчжоу и Фошань. Благодаря удобству перевозки по внутренним водным путям, экономическая сеть YRD в основном сосредоточена вдоль реки Янцзы. В МГ Ухань и Чанша являются столицами провинций Хубэй и Хунань соответственно. Сетевая структура в основном излучается из этих двух городов в другие города и распространяется вокруг реки Янцзы.Точно так же у CY есть сеть, сосредоточенная в Чэнду и Чунцине. Окружающие города в основном связаны этими двумя важными узлами. Сеть ZY UA имеет звездообразную форму с сильными экономическими связями между крупными городами и слабыми экономическими связями между периферийными городами. Сеть HC UA относительно разрежена и имеет меньше подключений. В связи с географическими ограничениями сеть GZ UA имеет полосовую форму. Большое расстояние между востоком и западом является важным фактором, ограничивающим развитие этого UA.

3.2. Топологическая структура

На основе изучения пространственных структур и использования индикаторов, упомянутых в разделе 2, в этом разделе мы описываем основные свойства топологии сетей UA. Основные структурные свойства представлены в таблице 3.

Как показано в таблице 3, UA с наибольшим количеством сетевых узлов и ребер является MY. PRD имеет наибольшую среднюю степень (взвешенную), а HC — наименьшую. Сравнивая UA BTH, PRD и ZY, а также UA HC и GZ, можно обнаружить, что эти две группы имеют одинаковое количество узлов, но количество ребер, средняя степень и другие показатели вполне приемлемы. разные, что указывает на то, что предлагаемый метод может выявить различия в экономической сети UA и отразить статус развития UA.Для дальнейшего сравнения различий в плотности сети, ACC и APL между разными UA в этом исследовании описывается их совместное распределение на рисунке 4, где горизонтальная ось представляет APL, вертикальная ось представляет ACC, а размер точки обозначает плотность. .

Согласно рисунку 4 восемь UA можно разделить на три категории: (1) UA с более низким APL и более высоким ACC, такие как BTH и PRD. Обычно считается, что сеть с небольшим APL и большим ACC имеет характеристики структуры малого мира [53].Следовательно, эти два UA с большей вероятностью будут иметь особенности маленького мира, чем другие UA. В то же время плотность сети этих двух городов относительно велика, что указывает на то, что города в этих двух UA имеют тесные экономические связи. Сетевая структура с большей вероятностью будет способствовать обмену экономическими ресурсами между городами и способствовать их дальнейшему развитию. (2) UA со средним APL и высоким ACC. Этот тип UA включает YRD, MY, CY, HC и ZY. Плотность сети таких UA также относительно средняя.Это показывает, что городские экономические связи этого типа относительно тесны. Под влиянием APL обмен экономическими ресурсами не так эффективен, как в BTH и PRD. С точки зрения ACC, этот тип UA во многом отличается местными экономическими связями. Например, YRD и MY имеют плотные местные экономические связи, в то время как ZY относительно редок, что указывает на то, что эти UA находятся на разном этапе развития. (3) UA с высоким APL и низким ACC. Он содержит только GZ, а также имеет небольшую плотность сети и слабые экономические связи.Основная причина этого в том, что он расположен на северо-западе Китая, вдали от океанов, а транспортная инфраструктура оставляет желать лучшего, поэтому он имеет низкий уровень развития.

3.3. Центральность

На основе сравнения общих свойств топологии в этом разделе дополнительно анализируется центральность городов в каждом UA. На рисунке 5 показано совместное распределение DC и BC городов в восьми UA.

Как показано на рисунке 5, обычно существует четкая корреляция между DC и BC; то есть города с более высоким DC также имеют более высокий BC.Это указывает на то, что города с большим количеством ресурсов UA также имеют более сильную способность контролировать обмен ресурсами между другими городами. Мы также обнаружили, что есть много городов с высоким DC и BC в YRD и MY, что указывает на то, что эти два UA сформировали статус многоцентрового развития.

Для каждого UA город с высоким DC означает, что он имеет прочные прямые экономические связи с другими городами. Согласно результатам, города с высоким DC можно разделить на две категории: (1) высокоразвитые города, такие как Гуанчжоу и Фошань в PRD, Пекин и Tiajin в BTH и Сучжоу, Wuxi и Шанхай в YRD.Эти города занимают относительно важное место в своем UA благодаря высокому уровню экономического развития и частому обмену ресурсами с соседними городами. (2) Города с хорошим географическим расположением, которые находятся недалеко от центрального города, такие как Лангфанг, который имеет третий по величине DC в BTH. Его экономический уровень ниже, чем у Таншаня и Шицзячжуана, но он находится между Пекином и Тяньцзинем, наиболее развитыми городами UA. Лангфанг, находящийся под сильным влиянием этих двух городов, играет относительно важную роль в этой области.Другой пример — Хуанган из MY. Это также менее развитый город с прекрасным географическим положением. Хуанган расположен недалеко от Уханя, одного из центральных городов в МГ, и всего в 7 км езды от Хуангана до Уханя. Удобные транспортные условия укрепляют экономические связи между городами. Сам Хуанган также имеет большое население, масштабы которого лишь меньше, чем в Ухане в провинции Хубэй. Обладая обильными трудовыми ресурсами, он имеет высокий DC и занимает относительно важное положение.

Города с высоким BC обычно играют роль «моста» в сети и обладают сильной способностью контролировать ресурсы. Согласно результатам, города с высоким BC обычно имеют высокий DC, такие как Пекин и Тяньцзинь в BTH и Гуанчжоу и Фошань в PRD. Окружающие города и поселки связаны друг с другом через эти центральные города. Однако есть также города с относительно высоким уровнем BC, которые не являются основными городами UA, например, Дэян в провинции Китая и Синьсян в провинции ZY. Они не расположены в географическом центре региона, и их центральность не самая высокая, но они соединяют несколько хорошо развитых городов и имеют больший потенциал развития в будущем.

Для дальнейшего изучения распределения центральности каждого UA была рассчитана централизация. Результаты показаны на рисунке 6.

Общая степень централизации восьми UA невысока, и разница небольшая (среднее значение: 15,45% и стандартное отклонение: 7,67%). Однако BC высокий и различия значительны (среднее значение: 53,47% и стандартное отклонение: 11,04%). Согласно результатам распределения на рисунке 6, восемь UA можно разделить на следующие три типа.

3.3.1. UA с высоким BC и низкоуровневой централизацией

GZ относятся к этому типу, что указывает на то, что города в этом UA имеют большие различия в их способности контролировать обмен ресурсами между другими городами. В то же время степень его централизации невелика, что означает, что ресурсы, занимаемые каждым городом, одинаковы, а их экономическое развитие относительно среднее.

3.3.2. UA со средним BC

Этот тип UA включает ZY, HC, CY, BTH и PRD.Способность городов контролировать обмен ресурсами находится на умеренном уровне. Среди них ZY и HC имеют большую степень централизации. Их центральные города владеют большими ресурсами, и развитие UA в основном сосредоточено на центральных городах. CY и BTH имеют третью и четвертую по величине степень централизации, и их развитие также зависит от основных городов. Степень централизации в PRD относительно невысока, а уровень развития городов аналогичен.

3.3.3. UA с низким BC и низким DC

Этот тип включает YRD и MY.В этих двух UA разница в центральности городов относительно невелика, и их развитие имеет тенденцию к полицентричности. В то же время города с более высоким DC берут на себя меньшую долю BC, чем в других UA. Роль «моста» постепенно передается периферийным городам.

С помощью вышеуказанных показателей мы обнаружили, что городские агломерации BTH и PRD демонстрируют состояние развития концентрации. У них большая плотность сети и небольшая средняя длина пути. Отношения между городами близкие.Большой коэффициент кластеризации указывает на то, что степень их локальной агрегации высока, а экономические связи пространственно сконцентрированы вокруг центральных городов. YRD и MY демонстрируют локализованную многоцентровую разработку. У них средняя плотность сети и средняя длина пути, но высокий коэффициент кластеризации. В этих двух UA есть несколько центральных городов, и другие города развиваются вокруг местного центра. Разница в центральности города небольшая. Городские агломерации CY, ZY и HC находятся в стадии застройки вокруг центрального города.Их плотность, средняя длина пути и коэффициент кластеризации находятся на среднем уровне. CY сосредоточен в Чэнду и Чунцине. ХК сосредоточен в Харбине и Чанчуне. ZY имеет высокую степень централизации и развивается вокруг Чжэнчжоу. GZ имеет большую среднюю длину пути и небольшой средний коэффициент кластеризации. Его общая сетевая структура рыхлая, и способность каждого города контролировать и владеть ресурсами совершенно разная. GZ сосредоточена в Сиане и Сяньяне, но они не могут эффективно способствовать развитию близлежащих городов.

3.4. Анализ случая

На основании вышеизложенных выводов мы наблюдаем две группы UA с похожей сетевой структурой. BTH и PRD имеют одинаковые характеристики сетей малого мира. Соединения в YRD и MY широко распространены. Эти две группы UA расположены в развитых районах Китая, и их развитие относительно завершено. Конкретные причины их сходства в структуре экономической сети послужат ориентиром для будущего развития слаборазвитых регионов.

3.4.1. BTH и PRD

Городские агломерации BTH и PRD демонстрируют состояние концентрированного развития. На Рисунке 2 мы видим очевидную зону экономической концентрации. BTH расположен в экономическом поясе Бохая, охватывающем самый важный международный порт в Северном Китае — порт Тяньцзинь. PRD находится рядом с Гонконгом и имеет международный порт — порт Гуанчжоу. Торговля портами способствует экономическому развитию этих двух UA. Таким образом, экономические связи сосредоточены в районе, прилегающем к прибрежным портам.С точки зрения централизации города, у этих двух UA есть очевидные лидеры: Гуанчжоу и Фошань в PRD, а также Пекин и Тяньцзинь в BTH. Что касается Британской Колумбии, то Таншань, Пекин и Шицзячжуан входят в тройку лучших городов городской агломерации BTH. Цинюань, Шэньчжэнь и Хуэйчжоу входят в тройку лидеров PRD. Роль моста центральных городов была передана окружающим городам. Перевод в BTH был менее тщательным, чем в PRD, поскольку у Пекина все еще высокий BC. Из рисунка 5 видно, что степень централизации BTH выше, чем у PRD, что указывает на более концентрированное развитие BTH.

Из экономических и социальных показателей (Таблица 4) мы можем видеть, что уровни экономического развития и масштабы населения этих двух UA схожи. ВВП для обоих составляет около 7,5 трлн юаней, а плотность населения для обоих составляет около 450 человек / км ² . Что касается модели развития, все города в PRD находятся под юрисдикцией провинции Гуандун, поэтому они согласованы с точки зрения формулирования политики и разделения труда. Города в BTH находятся в разных провинциях.В основном они зависят от Пекина, столицы Китая, для координации региональных интересов, что приводит к разнице в центральности городов.

В процессе развития UA важно, чтобы центральные города играли ведущую роль и создавали зоны экономической концентрации вокруг центральных городов. В то же время, чтобы облегчить тяжелую ношу центральных городов, мы должны активно культивировать следующую точку экономического роста.

3.4.2. YRD и MY

YRD и MY демонстрируют локализованную многоцентровую разработку.Из рисунка 3 видно, что экономические связи между этими двумя UA разрознены, и разница в центральности города невелика. Эти два UA находятся в экономическом поясе реки Янцзы. Восток YRD примыкает к океану и содержит важные порты, такие как порт Шанхай и порт Нинбо. Это важное окно для внешней торговли Китая, подобное PRD и BTH. Этот фактор привел к тому, что экономические связи в сети были сконцентрированы в восточных прибрежных районах.MY находится внутри страны и не примыкает к океану. Он в основном полагается на реку Янцзы для внутреннего водного транспорта. Ухань — самый важный порт на реке Янцзы, поэтому мы видим, что экономические связи концентрируются в Ухане. Чанша, столица провинции Хунань, находится на юге этого UA; он играет важную административную роль, а также привлекает концентрацию южной экономики.

С точки зрения модели развития города в этих двух UA находятся под управлением разных провинций.В процессе развития UA города в основном тесно связаны со столицами провинций, и они связаны друг с другом через столицы. Таким образом формируются локальные центры этих двух UA.

Из социально-экономических показателей (Таблица 5) мы видим, что ВВП YRD составляет 14,3 трлн. Юаней, что вдвое больше, чем в MY. Что касается плотности населения, YRD имеет плотность 603 человека на квадратный километр, а MY — 382 человека на квадратный километр.Плотность населения YRD в 1,5 раза больше, чем у MY. Что касается масштаба, то в YRD 25 городов и 31 город. Эти экономические и социальные условия означают, что сила связи в YRD выше, чем в MY. Это хорошо видно в Таблице 2 (средневзвешенная степень экономической сети в YRD значительно больше, чем в MY). Таким образом, хотя эти два UA имеют одинаковую сетевую структуру, они находятся на разных уровнях развития, и сила их связей также сильно различается.

Когда административные города UAs расположены в разных регионах зона экономической концентрации формируется вокруг местных центральных городов, и они соединяются друг с другом через центральные города; Таким образом, сеть полицентрична.Однако UA с такой сетевой структурой не обязательно может иметь высокий уровень развития. Также стоит обратить внимание на вес соединений.

4. Обсуждение

4.1. Сравнение с эмпирическими данными о потоках

Чтобы выяснить связь между городской сетью, полученной с помощью гравитационной модели, и эмпирическим потоком, мы собираем данные расписания высокоскоростных поездов (HSR) и данные индекса Baidu (объем поиска города в другом городе ) YRD. Данные HSR отражают транспортные потоки, а индекс Baidu представляет информационные связи между городами.На основании приведенных выше данных построены гравитационная, транспортная и информационная сети. Вес края в гравитационной сети получается из гравитационной модели. В транспортной сети вес края определяется как количество поездов HSR, проходящих между двумя городами за день, а вес края в информационной сети определяется как общий объем поиска имен друг друга между двумя городами в день. Вес соединений в трех сетях нормализуется от 0 до 1.Их пространственная организация сравнивается на Рисунке 7. Пары городов с наивысшим и самым низким весом перечислены в Таблице 6. В Таблице 7 приведено ранжирование городов по DC и BC в трех сетях. В частности, поскольку не во всех городах есть станции высокоскоростной железной дороги в YRD (2016), мы сохраняем только те пары городов, в которых есть поезда HSR.

Результаты показывают, что пространственное распределение городов в гравитационной сети такое же, как и в эмпирической сети.(1) С точки зрения веса ребер (таблица 6) мы можем видеть, что ранжирование пар городов с наибольшим и наименьшим весом ребер одинаково. Сучжоу-Шанхай имеет относительно высокий вес края во всех трех сетях, занимая второе место в гравитационной сети и первое место в транспортных и информационных сетях. Пара городов с наименьшим весом ребра в гравитационной сети — Сюаньчэн-Хэфэй, такая же, как и в транспортной сети. (2) С точки зрения постоянного тока (таблица 7) ранжирование городов в гравитационной сети также имеет некоторые общие черты с эмпирической сетью.Например, Сучжоу занимает тройку лидеров во всех трех сетях, а Ханчжоу занимает четвертое место как в гравитационных, так и в эмпирических сетях. Кроме того, городами с самым низким DC в трех сетях являются Сюаньчэн, Тайчжоу, Чичжоу, Аньцин и Тонглин, хотя точный рейтинг этих городов немного отличается. (3) С точки зрения BC, нижние шесть городов с самым низким BC имеют одинаковый рейтинг в трех различных сетях, а именно: Цзиньхуа, Сюаньчэн, Тайчжоу, Тонглин, Чичжоу и Аньцин.Из результатов анализа веса ребер, DC и BC, мы можем обнаружить, что пространственная организация городов в гравитационной сети имеет некоторые общие черты с городской структурой, представленной эмпирической сетью. Таким образом, гравитационная модель может рассматриваться как эффективный метод аппроксимации взаимодействия между городами в UA.

Путем сравнения веса ребер, DC и BC, мы обнаруживаем, что ранжирование городов в трех сетях схоже; однако ранжирование не может полностью указать на распределение центральности города.Он не может проиллюстрировать разницу в центральном положении между центральным городом и другими городами. Поэтому рассчитывается централизация гравитационных, транспортных и информационных сетей (Таблица 8). Результаты показывают, что распределение центральности города в гравитационной сети больше похоже на распределение в транспортной сети, и его распределение более равномерное, чем в информационной сети. В частности, значение степени централизации составляет 0,090 как в гравитационной, так и в транспортной сети.Промежуточная централизация гравитационной сети составляет 0,330, а для транспортной сети — 0,337. Это указывает на то, что распределение степени и промежуточности центральности в гравитационной и транспортной сети относительно схожи. В информационной сети степень и промежуточность централизации составляет 0,212 и 0,512, что выше, чем в гравитационной и транспортной сети. Это указывает на то, что, хотя ранжирование центральности одинаково в трех сетях, распределение центральности имеет тенденцию более концентрироваться в информационной сети и более равномерно в гравитационных и транспортных сетях.Одним словом, результаты расчетов централизации показывают, что пространственная структура городской сети, построенная по гравитационной модели, ближе к структуре, отражаемой транспортными потоками.

Путем сравнения веса края, центральности и централизации, соответственно, в гравитационных, транспортных и информационных сетях, городская сеть, построенная по гравитационной модели, может приблизительно представляют эмпирическую сеть. Кроме того, пространственная картина, представленная гравитационной моделью, больше похожа на картину, отраженную транспортными потоками. Таким образом, когда получение эмпирических данных о потоках во всех городах затруднено, а аналитические возможности ограничены, можно использовать гравитационную модель для включения всех городов в анализ и отражения пространственной организационной структуры городов.Кроме того, гравитационная модель также может использоваться для информирования о потенциальной связи и будущих изменениях эмпирического потока, поскольку он обусловлен факторами масштабирования, которые могут быть спроектированы в соответствии с будущим социально-экономическим планом. Было бы более ценно, если бы гравитационная модель могла быть откалибрована историческими эмпирическими данными, чтобы предсказать потенциальную связь и будущую тенденцию между городами.

4.2. Последствия для политики

На основе горизонтального сравнения восьми основных китайских сетей UA мы сформулировали несколько рекомендаций по политике для повышения уровня развития и конкурентоспособности UA.

Для UA, таких как BTH и PRD, которые демонстрируют состояние концентрированного развития, центральные города могут нести бремя большого населения, вызывая серьезные городские проблемы, такие как заторы на дорогах. Следовательно, необходимо совместить развитие близлежащих городов со снижением демографической нагрузки центральных городов. Например, в BTH роль моста Langfang может быть полностью использована для переноса населения и промышленности из Пекина и Тяньцзина, смягчения противоречия между населением и ресурсами в центральных городах и превращения Langfang в новый полюс роста.

Хотя и YRD, и MY представляют полицентрическую сетевую структуру, уровни их развития сильно различаются. Для YRD, чтобы избежать нездоровой конкуренции, вызванной одинаковой ролевой ориентацией, необходимо прояснить роль каждого города и согласовать их конфликты. Хотя MY также представляет собой полицентрическую структуру, уровень его развития намного меньше, чем YRD. В центре внимания его будущего развития — расширение влияния центральных городов, преодоление барьеров административного деления и укрепление обменов и сотрудничества между центральными городами каждого региона.Могут быть приняты такие меры, как снижение транзакционных издержек между провинциями и городами.

UA, такие как CY, ZY и HC, находятся на стадии развития вокруг центрального города. Между центральными и близлежащими городами существует разрыв в развитии. Чтобы сократить этот разрыв и повысить уровень экономического развития малых городов, следует максимально использовать радиационное воздействие центральных городов. Согласно результатам исследований, БЦ постепенно переместится в близлежащие города.Следовательно, города с относительно высоким уровнем BC в этих UA, такие как Дэян, Синьсян и Цзилинь, могут стать следующим полюсом роста.

UA демонстрируют относительно рыхлую структуру сети UA, например, GZ должны в основном сосредоточиться на создании региональных центров, которые могут возглавить развитие всей области. Для GZ UA необходимо и дальше продвигать интеграционную стратегию Сиань-Сяньян, чтобы можно было усилить экономическое влияние «Великого Сиань».

5. Выводы

UA — это самоорганизующаяся система, развитие которой обычно будет регулярным.UA разного уровня развития представят разные пространственные организационные структуры. Изучение взаимодействия между городами поможет укрепить функциональные связи в UA. В этом исследовании мы построили экономическую сеть восьми городских агломераций Китая, введя гравитационную модель. Затем мы проанализировали общие структурные характеристики и центральное положение городских сетей. Чтобы выяснить связь между гравитационной моделью и эмпирическими данными, мы сравнили городские сети, построенные с помощью гравитационной модели, транспорта и информационных потоков.Наконец, на основе результатов анализа были предложены некоторые политические последствия для повышения уровня развития UA. В основном мы приходим к следующим выводам.

UA с разными уровнями развития представляют разные пространственные сетевые структуры, но сетевые структуры не могут напрямую отражать уровни развития UA. Оценивая взаимодействие городов в восьми областях UA, можно установить различные пространственные сетевые структуры. Например, городские агломерации BTH и PRD демонстрируют состояние концентрированной застройки.Городские агломерации CY, ZY и HC находятся на стадии развития вокруг центрального города. Однако UA со схожей сетевой структурой не означает, что у них схожие уровни развития. YRD и MY демонстрируют локализованное многоцентровое развитие, но их уровень развития различается. Таким образом, когда UA охватывает разные провинции и имеет единую многоцентровую сеть, это не означает, что UA имеет высокий уровень развития. Следует учитывать вес соединений.

Города с высокой средней центральностью имеют больший потенциал развития.Во-первых, BC и DC имеют высокую степень корреляции в сетях UA, что указывает на то, что центральные города обычно играют роль «моста» между городами. Во-вторых, в процессе развития UA BC постепенно переходит из центрального города в близлежащие города. Следовательно, города, которые берут на себя роль «моста», с большей вероятностью станут следующим полюсом роста в UA.

Городская сеть, построенная с помощью гравитационной модели, может приблизительно представлять эмпирическую сеть. Сетевые индикаторы, такие как DC, BC и централизация, аналогичны в гравитационной сети и эмпирической сети.Кроме того, пространственная картина UA, представленная гравитационной моделью, ближе к картине, отражаемой транспортными потоками. Таким образом, когда получение эмпирических данных о потоках во всех городах затруднено, а аналитические возможности ограничены, можно использовать гравитационную модель для включения всех городов в анализ и отражения пространственной организации городов.

Что касается ограничений сбора данных, в гравитационной модели есть ограниченные основные факторы. В будущих исследованиях в гравитационной модели следует также учитывать больше факторов, влияющих на структуру сети UA, таких как окружающая среда и культура.Таким образом, более подробный механизм воздействия БВ в Китае будет рассмотрен в следующем исследовании. Кроме того, гравитационная модель выявляет связи и ее пространственную структуру в UA, но ее конкретные отличия от эмпирической сети UA пока неизвестны. Дальнейшие исследования могут более подробно сравнить различия между гравитационной сетью и эмпирической сетью. Таким образом, можно прояснить конкретное влияние каждого типа потоковых данных на сеть UA, и могут быть реализованы точные меры для обеспечения устойчивого развития UA.Наконец, в этой статье мы только раскрываем пространственную организацию различных UA. Подробное исследование механизма взаимодействия между городами и его корреляции с промышленной структурой каждого города необходимо в будущих исследованиях, чтобы можно было предложить более практические политические последствия для повышения конкурентоспособности UA.

Доступность данных

Все данные, полученные или проанализированные в ходе этого исследования, включены в эту рукопись и могут быть предоставлены соответствующим автором по запросу.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Вклад авторов

Q.S установил рамки исследования; С.В. и К.З. совместно создали исследовательскую модель; F.M, X.G и T.L собрали данные и выполнили расчет результатов; Q.S предоставил канал сбора данных; и Q.S и S.W проанализировали результаты и вместе написали статью.

Благодарности

Это исследование финансировалось проектом Специального фонда фундаментальных исследований Центрального университета Китая (300102238655, 30010223860, 300102238401 и 310823170109), Национальным фондом социальных наук Китая (17BJY139) и Проектом фонда социальных наук провинции Шэньси ( 2017S023).

Модель силы тяжести

: Обзор ускоренного курса AP® Human Geography

Внимание: Этот пост был написан несколько лет назад и может не отражать последние изменения в программе AP®. Мы постепенно обновляем эти сообщения и удалим этот отказ от ответственности после обновления этого сообщения. Спасибо за ваше терпение!

Введение в гравитационную модель

При обсуждении городской географии, в частности городов и городского землепользования, важно понимать гравитационную модель , о чем мы поговорим в этом учебном пособии.Модель гравитации помогает дать более четкое представление о распределении и размере городов, а также дает полезные объяснения взаимодействий между сетями между городами.

Чтобы понять определение модели гравитации, вы должны понимать, что она называется моделью гравитации, потому что она связана с Законом тяготения Исаака Ньютона , который предсказывает гравитационную силу между двумя объектами. Закон Ньютона применяется к городской географии в том смысле, что он определяет силу взаимодействия между двумя городскими географическими регионами, которыми могут быть города, мегаполисы, страны и т. Д.{2}. Однако число обычно просто указывается без единиц измерения.

Чтобы объяснить математическую взаимосвязь, это сила взаимодействия между двумя городами (мы будем предполагать, что это города для простоты в этой статье, хотя вы все равно должны иметь в виду, что это может относиться к любому политическому или географическому подразделению. ) определяется путем умножения численности населения одного города на численность населения второго города и деления расстояния между двумя городами на квадрат.

Сила взаимодействия между двумя городами определяет поток между двумя городами. Первоначально это использовалось только для учета миграции из одного места в другое. Однако модель была расширена, чтобы показать, что она может объяснять различные типы потоков. Эти различные типы потоков могут включать людей, информацию, товары, деньги, рабочую силу и многое другое, перемещающееся между двумя локациями. Сила взаимодействия прямо пропорциональна населению каждого города и обратно пропорциональна квадрату расстояния.Чем больше города, тем сильнее взаимодействие и чем дальше города находятся друг от друга, тем слабее взаимодействие, при этом величина возводится в квадрат. Последнее соотношение известно как уменьшение расстояния, которое относится к идее о том, что по мере уменьшения расстояния между двумя местами взаимодействие также экспоненциально затухает.

Как и почему фундаментальное кинематическое физическое уравнение Ньютона применимо к географии человека? По сравнению с физическими объектами в ньютоновской кинематике это имеет смысл, потому что в этом контексте размер каждого объекта и расстояние между объектами определяют физическую силу, действующую друг на друга.Точно так же размер каждого города и расстояние между ними являются основными определяющими факторами того, насколько тесно города связаны друг с другом.

Пример и объяснение гравитационной модели

Midtown Sunset — Манхэттен, Нью-Йорк. Источник изображения: Flickr

Чтобы вы могли лучше понять, как это работает, давайте рассмотрим пример двух пар городов, один из которых представляет собой пару больших городов, находящихся далеко друг от друга, а другой — пару более мелких городов, расположенных ближе друг к другу.В первой паре мы будем смотреть на Нью-Йорк и Лондон, а во второй паре — на Амстердам и Брюссель.

По состоянию на июль 2016 года население Нью-Йорка составляет примерно 8,5 миллиона человек, а в Лондоне — 8,2 миллиона человек. Их разделяет 3470 миль. Население Амстердама составляет около 800 000 человек, а Брюсселя — 1,2 миллиона человек. Эти два города находятся на расстоянии 109 миль друг от друга. Не волнуйтесь, вам не нужно будет выполнять фактические вычисления на экзамене AP®. Это просто, чтобы показать значение модели.

Во-первых, давайте посчитаем силу взаимодействия между Нью-Йорком и Лондоном, которая составляет 5 788 604 человека. Затем мы сделаем то же самое для Амстердама и Брюсселя, что составляет 80 801 279 человек.

Это показывает, что, хотя население городов определяет, насколько важен город, с точки зрения его двухтактных факторов и силы взаимодействия с другим городом, это не такой сильный фактор, как расстояние (следовательно, оно возведено в квадрат). Несмотря на то, что Нью-Йорк и Лондон являются двумя крупнейшими и наиболее влиятельными городами в мире, а Амстердам и Брюссель значительно меньше, тот факт, что Амстердам и Брюссель намного ближе друг к другу, чем Нью-Йорк и Лондон, создал взаимодействие. сила, которая примерно в 32 раза сильнее.

Хотя гравитационная модель дает хорошее понимание взаимосвязи между двумя городами и того, насколько легко между ними возникает поток, у модели есть несколько слабых мест. Во-первых, люди спорят, использовать ли для термина расстояния фактическое географическое расстояние между двумя местами или использовать так называемое функциональное расстояние, которое относится к расстоянию по автомобильным дорогам, железной дороге или самолетам. Однако, если учесть общий поток и силу взаимодействия, функциональное расстояние для каждого измерения будет различным.Например, между Нью-Йорком и Лондоном функциональные расстояния будут отличаться для людей, летающих, в отличие от передачи информации, которая требует интегрирования расстояния до спутников.

Другая критика гравитационной модели связана с тем, что сила взаимодействия не выражается в единицах измерения. Это связано с тем, что единицы, полученные в результате этого расчета, не имеют физического смысла, в то время как в ньютоновской модели гравитации включена гравитационная постоянная, чтобы дать расчет физическому значению.Таким образом, критика утверждает, что она не поддается научной проверке и может быть основана только на наблюдении.

Кроме того, он делает широкое предположение, которое, как мы знаем, не соответствует действительности. Предполагается, что расстояние включено в модель независимо от политической и физической географии. Очевидно, что в этом отношении нужно будет пересекать разные границы.

Рассматривая политическую географию, давайте возьмем такой город, как Хьюстон, и сравним его с Мехико и Нью-Йорком.Население Мехико составляет около 9 миллионов человек в черте города, что немного выше, чем в Нью-Йорке. Для сравнения предположим, что разница незначительна. Однако Нью-Йорк примерно вдвое дальше от Хьюстона, чем Мехико. Это означает, что вероятность возникновения потока между Хьюстоном и Мехико почти в четыре раза выше, чем между Хьюстоном и Нью-Йорком. Мы знаем, что это неправда по нескольким причинам. Основная причина в том, что для того, чтобы попасть в Мехико из Хьюстона, нам нужно пересечь политические границы, чего нам не нужно делать, путешествуя в Нью-Йорк.Кроме того, из-за политического климата условия в Мехико намного хуже, чем в Нью-Йорке, что снижает вероятность перетока в этой ситуации.

Мы можем применить тот же пример к физической географии в том смысле, что может существовать физический объект, который действует как препятствие, например горы или пересеченная местность.

Несмотря на то, что существует множество способов улучшения и корректировки гравитационной модели для получения более реалистичной картины потока, она по-прежнему отлично справляется со своей задачей, давая общую картину того, как поток происходит между двумя точками.Модель силы тяжести использовалась в течение многих лет и будет продолжать использоваться для понимания того, как и почему происходит поток между определенными областями и до какой величины.

Модель гравитации и экзамен AP® по географии человека

В описании курса AP® Human Geography идея гравитационной модели подпадает под категорию «Города и городское землепользование». В частности, вас попросят использовать гравитационную модель для изучения систем городов, уделяя особое внимание местоположению городов и тому, почему города находятся там, где они находятся.Скорее всего, вас не спросят конкретно, что такое гравитационная модель, а спросят, как вы можете применить ее к определенным сценариям.

В части экзамена AP® Human Geography с несколькими вариантами ответов было бы трудно включить гравитационную модель, если бы это не был вопрос с определением прямой гравитационной модели. Поэтому у вас гораздо больше шансов использовать его в разделе вопросов с бесплатными ответами (FRQ), чем в разделе множественного выбора AP® Human Geography. Вы могли бы использовать его в AP® Human Geography FRQ в качестве инструмента для объяснения феномена, о котором идет речь.

Чтобы помочь вам применить это учебное пособие к экзамену как можно лучше, вот пример FRQ AP® Human Geography FRQ из экзамена AP® Human Geography 2008 (вопрос 2):

Источник изображения: CollegeBoard

Модели региональной миграции в пределах прилегающих к территории Соединенных Штатов Америки являются результатом нескольких факторов. На приведенной выше карте показана чистая миграция на уровне округа, но эти данные подтверждают обобщения о моделях миграции в региональном масштабе.

А.Определите два конкретных региона, в которых наблюдается чистая миграция.

B. Определите два конкретных региона, которые испытали чистый отток.

C. Объясните процессы, которые вносят вклад в общие модели миграции в Соединенных Штатах, показанные на карте, с точки зрения каждого из следующих факторов:

1. Экономическая структура

2. Трение расстояния

3. Возрастная структура населения

Вы могли бы использовать модель гравитации в части C этого вопроса, обращаясь к трению расстояния.Здесь можно сказать, что области миграции напрямую связаны с гравитационной моделью, потому что между этими местами существует большое количество взаимодействий. Поэтому люди начинают мигрировать туда из-за того, что величина взаимодействия выше.

Завершение модели Gravity

Подводя итог этому разделу учебного пособия, определение гравитационной модели основано на законе тяготения Ньютона и, по сути, берет два города и определяет силу взаимодействия между ними, используя их население и расстояния.Чем выше население, тем сильнее взаимодействие, и чем дальше находятся города, тем меньше квадратичный квадрат взаимодействия из-за идеи уменьшения расстояния. Хотя эта модель является хорошим индикатором взаимодействия, некоторые недостатки в основном связаны с ее неспособностью учитывать определенные переменные. Скорее всего, вас попросят использовать это в разделе AP® Human Geography FRQ в качестве инструмента для объяснения определенных явлений, связанных с моделями миграции. Маловероятно, что вас спросят об этом в части экзамена AP® Human Geography с несколькими вариантами ответов.

Как еще вы готовитесь к экзамену AP® по географии человека? Дайте нам выслушать ваши предложения!

Ищете практику AP® Human Geography?

Ознакомьтесь с другими нашими статьями по AP Human Geography.

Вы также можете найти тысячи практических вопросов на Albert.io. Albert.io позволяет настроить процесс обучения так, чтобы он ориентировался на практику там, где вам больше всего нужна помощь. Мы зададим вам сложные практические вопросы, которые помогут вам достичь мастерства в AP® Human Geography.

Начните практиковать здесь .

Вы преподаватель или администратор, заинтересованный в улучшении успеваемости студентов AP® Human Geography?

Узнайте больше о наших школьных лицензиях здесь .

Детальный анализ гравитационных эффектов, вызванных зданиями, в условиях микрогравитации.

Урбанизированные районы — это районы, которые были заселены, застроены и расширены на протяжении веков и характеризуются наличием зданий разного возраста.Возраст здания определяет типы стен, их толщину, а также материал, из которого они сделаны. Есть два типа стен: внешние и внутренние стены ([N1] PN-EN 1996-1-1 + A1: 2013-05 / NA: 2014-03 Eurokod6). По своему назначению внешние стены можно разделить на несущие стены и стены жесткости, а внутренние стены — на несущие стены, стены жесткости и перегородки. Несущие стены используются для переноса вертикальных нагрузок, а также горизонтальных нагрузок, ограничивая смещения конструкции, в то время как стены жесткости используются только для переноса горизонтальных нагрузок и поддержания жесткости конструкции.Перегородки не несут никаких нагрузок; они используются только для разделения внутреннего пространства здания. Независимо от возраста, функция стены определяет ее толщину.

Анализ распределения поправок на здания был проведен для трех типов зданий, наиболее часто встречающихся в городских районах, то есть для односемейного особняка, многоквартирного дома и крупнопанельного системного здания. Геометрия была основана на реальных планах здания с учетом типа материалов, которые будут использоваться в строительстве (PN-EN ISO 10456; PN-EN ISO 6946: 2017-10; Płuska 2009).Для каждого случая рассматривался вариант постройки с подвалом и без погреба.

Первое здание было односемейным особняком, состоящим из двух этажей (цокольный и I этаж) с длиной внешних стен 10 и 12 м. Этот дом построен из внешней несущей стены и двух внутренних несущих стен, которые также являются стеной жесткости. Из-за размера стен и их толщины было рассмотрено два варианта дома. Первым был кирпичный дом старого типа, у которого толщина стен первого этажа составляла 51 см, а стен второго этажа — 38 см.Плотность кирпича была принята 1,8 г / см ³ . Второй — современный дом из силикатного кирпича, у которого толщина первого и второго этажей была одинаковой 24 см, а плотность — 1,9 г / см ³ . Эта плита перекрытия для обоих случаев имела толщину 15 см и плотность 2,3 г / см ³ . На основе этого была создана модель стены этих двух зданий (рис. 1).

Рис. 1

Настенный макет односемейного особняка (наглядный план этажа)

Вторым домом был многоквартирный дом средних размеров — доходный дом.Это здание было четырехэтажным (цокольный и трехэтажный) с длиной внешних стен 45 и 24 м. Каждый этаж был разделен на пять квартир площадью около 150 или 200 м 2 ² . Здание спроектировано по продольной системе, то есть внешние стены и продольная внутренняя стена, отделяющая квартиру от коридора, были несущими стенами, а стены, разделяющие территорию на квартиры, были стеной жесткости. Внутреннее пространство квартиры разделено перегородкой.Здание размером с многоквартирный дом было выбрано по одной важной причине, а именно, что объекты такого размера часто преобладают в центрах городов, потому что они строились с древнейших времен. Принимая во внимание этот факт, для анализа были использованы три случая многоквартирных домов описанных выше размеров.

Первым случаем было здание средневековья, у которого толщина несущих стен первого этажа составляла 90 см, а толщина стен жесткости — 75 см. Несущие стены перекрытий имели толщину 75 см, а стены жесткости — 60 см.Перегородки всех этажей имели одинаковую толщину 45 см. Стены выполнены из полнотелого кирпича плотностью 2,0 г / см ³ . Второй случай — многоквартирный дом середины XVIII века, в котором несущие стены первого этажа были толщиной 75 см, а стены жесткости — 60 см. Как и в предыдущем случае, стены пола были меньше стен первого этажа и имели толщину 60 см для несущих стен и 50 см для стен жесткости. Перегородки всех этажей имели одинаковую толщину 30 см.Стены выполнены из кирпича плотностью 1,8 г / см ³ . Третий — новый многоквартирный дом — современный многоквартирный дом. Несущие стены первого этажа имели толщину 50 см, а пол — 38 см. Стены жесткости для всех этажей имели одинаковую толщину — 38 см. Точно так же толщина перегородок для всех этажей была одинаковой и составляла 12 см. Для второго и третьего случаев, несмотря на разные размеры кирпичей, их плотность была одинаковой и составила 1,8 г / см ³ .Плита перекрытия для обоих случаев имела толщину 25 см и плотность 2,3 г / см ³ . Вышеописанные параметры легли в основу создания трех моделей стен многоквартирного дома (рис. 2).

Рис. 2

Модель стены многоквартирного дома (наглядный план этажа)

Третье здание было построено в двадцатом веке и названо Plattenbau или крупнопанельное системное здание или LPS (Basista 2001). ЛПС представляли собой многоэтажные здания, основанные на идентичной сегментной повторяющейся системе, состоящей из двух типов стен: несущих стен и перегородок.Для анализа был выбран один сегмент, известный как башня размером 72 × 24 м, состоящий из 11 этажей (первый и десять этажей). Каждый этаж разделен на 15 квартир площадью 62, 50 и 30 м ² и две лестничные клетки. Этот дом построен по смешанной системе. Это означает, что несущие стены были как перпендикулярны, так и параллельны продольной оси здания и вместе с перекрытием являлись элементами жесткости здания и делили внутреннее пространство на квартиры.Внутреннее плоское пространство разделено перегородками.

Для всех этажей толщина несущих стен, перегородок и плиты перекрытия была постоянной и составляла 30 см, 14 см и 20 см соответственно. LPS представляла собой строительную систему из сборных бетонных плит. Плиты были изготовлены из железобетона (ЖБИ) плотностью 2,5 г / см ³ , и эта плотность была принята для перегородок и плиты перекрытия. Из-за необходимости поддерживать достаточное тепло для стен, несущие стены были построены по трехслойной системе — железобетон, пенополистирол и бетон, и для этого типа стен плотность была принята равной 2.2 г / см ³ . Описанные выше параметры легли в основу создания стеновых моделей СМЗ (рис. 3).

Рис. 3

Настенная модель башни (наглядный план этажа)

КРАТКАЯ ИСТОРИЯ РАЗРАБОТКИ ГРАВИТАЦИОННОЙ МОДЕЛИ

Одним из старейших инструментов планировщика перевозок является гравитационная модель. В этой статье проводится различие между двумя основными типами гравитационных моделей — моделью «спроса» и моделью «распределения», а затем исследуется история их развития.Самые ранние предположения о гравитационной силе притяжения между людьми были сделаны до 1850 года. Рейли (1929) использовал концепции социальной гравитации для объяснения того, каким образом город привлекает торговлю от человека на окружающей его территории. В 1940-х годах Стюарт и Зипф разработали модели, которые, по-видимому, являются истоками современных моделей. Затем быстро появились разработки и инновации. Первое применение гравитационного принципа к анализу дорожного движения в городских районах приписывают Алану Ворхизу (1955).Далее в статье более подробно рассматриваются формы «спроса» и «распределения» транспортной модели, а в заключение кратко упоминается история моделей землепользования, основанных на гравитации. Следуя таким образом за развитием многих форм гравитационной модели, потенциальный пользователь гораздо лучше подготовлен к тому, чтобы справиться с конкретной ситуацией, с которой он сталкивается. Он узнает, что гравитационная модель — очень гибкий инструмент, способный к почти бесконечным изменениям в зависимости от конкретных обстоятельств его проблемы./ Автор /

• URL записи:
• Наличие:
• Корпоративных авторов:

  ARRB

  Мельбурн, Виктория
  Австралия
  
• Авторов:
• Дата публикации: 1973-12

Язык

Информация для СМИ

Предмет / указатель

Информация для заполнения

• Регистрационный номер: 00265576
• Тип записи:
  Публикация
• Агентство-источник: Научно-исследовательская лаборатория транспорта и дорог (TRRL)
• Файлы: ITRD, TRIS, ATRI

• Дата создания:
  10 июня 1975 г., 00:00

Модель гравитации, объяснение модели излучения на ландшафте населения

Abstract

Понимание механизмов, лежащих в основе моделей мобильности человека, имеет решающее значение для улучшения нашей способности оптимизировать и прогнозировать потоки трафика.Две репрезентативные модели мобильности, то есть модели излучения и гравитации, тщательно сравнивались друг с другом с различными наборами эмпирических данных, в то время как их фундаментальная связь далека от полного понимания. Чтобы изучить такую ​​взаимосвязь, мы сначала моделируем неоднородный ландшафт населения, создавая фрактальную геометрию участков, а затем присваивая каждому участку популяцию, независимо взятую из степенного распределения. Затем модель излучения на этом популяционном ландшафте, которую мы называем моделью излучения на ландшафте (RoL), сравнивается с гравитационной моделью для получения показателя расстояния в гравитационной модели с точки зрения свойств популяционного ландшафта, который равен подтверждено численным моделированием.Следовательно, мы предлагаем возможное объяснение происхождения показателя расстояния с точки зрения свойств неоднородного популяционного ландшафта, что позволяет нам лучше понять модели мобильности, ограниченные расстоянием перемещения.

Образец цитирования: Hong I, Jung W-S, Jo H-H (2019) Модель гравитации, объясняемая моделью излучения на ландшафте населения. PLoS ONE 14 (6):
e0218028.

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0218028

Редактор: Риккардо Галлотти,
Фонд Бруно Кесслера, ИТАЛИЯ

Поступила: 12.02.2019; Принято к печати: 23 мая 2019 г .; Опубликовано: 6 июня 2019 г.

Авторские права: © 2019 Hong et al.Это статья в открытом доступе, распространяемая в соответствии с условиями лицензии Creative Commons Attribution License, которая разрешает неограниченное использование, распространение и воспроизведение на любом носителе при условии указания автора и источника.

Доступность данных: Все файлы данных доступны из базы данных Zenodo (DOI: 10.5281 / zenodo.2838200).

Источник: W.-S.J. был поддержан Программой фундаментальных научных исследований через Национальный исследовательский фонд Кореи (NRF), финансируемый Министерством образования (2016R1D1A1B03932590, https: // www.nrf.re.kr/index). Х.-Х.Дж. был поддержан Программой фундаментальных научных исследований через Национальный исследовательский фонд Кореи (NRF), финансируемый Министерством образования (NRF-2018R1D1A1A0

19, https://www.nrf.re.kr/index).

Конкурирующие интересы: Авторы заявили, что никаких конкурирующих интересов не существует.

Введение

Для понимания механизмов мобильности людей [1–3], оптимизации потоков мобильности [4] и прогнозирования динамики сетей мобильности [5–7] были тщательно изучены различные модели мобильности [8] , такие как модель гравитации [9], модель промежуточных возможностей [10] и модель излучения [11].Среди этих моделей гравитационная модель широко использовалась для прогнозирования транспортных потоков между населенными пунктами. Гравитационная модель предсказывает транспортный поток между пунктом отправления и пунктом назначения с помощью простой формулы, аналогичной закону тяготения Ньютона, с использованием совокупности происхождения и пункта назначения, а также географического расстояния между ними [9, 12, 13]. А именно, трафик с сайта i на другой сайт j определяется как
(1)
где m _i ( m _j ) обозначает население участка i ( j ) и r _ij — расстояние между участками i Дж .Значение показателя расстояния γ находится в диапазоне от 0,5 до 3 для нескольких наборов данных [13]. Эта оригинальная гравитационная модель и ее варианты применялись к мобильности и транспортировке людей [11–21] в диапазоне от индивидуального [22] до международного уровня [6], а также к другим наборам данных, таким как международная торговля [23], научное сотрудничество [ 24] и мобильную телефонную связь [18, 25] и многие другие, в основном из-за их простоты. Тем не менее гравитационные модели имеют ограничения, такие как отсутствие универсальности в отношении оценки экспоненты [11].

Чтобы преодолеть эти ограничения гравитационных моделей, Simini и др. . [11] недавно предложили модель излучения, аналогичную модели промежуточных возможностей, которая учитывает возможности путешественников, а не пройденное расстояние. Используя процессы излучения и поглощения частиц, модель излучения описывает картины подвижности без какой-либо оценки параметров. А именно, трафик с сайта i на другой сайт j определяется как
(2)
где T _i — исходящий трафик с сайта i и s _ij — общая численность населения, за исключением сайтов i и j , внутри круга с центром в участок i радиусом r _ij [11].Модель излучения имеет несколько преимуществ по сравнению с моделью гравитации, такие как четкая теоретическая основа, универсальность из-за отсутствия параметров, которые необходимо оценить, и лучший прогноз для дальних путешествий, несмотря на некоторые нерешенные проблемы, такие как относительно плохая предсказуемость при путешествиях на короткие расстояния. [17]. Более того, модель излучения требует дополнительной информации о T _i , в отличие от гравитационной модели. Варианты моделей излучения и возможностей вмешательства, e.g., также были изучены модель возможностей, взвешенная по численности населения [26], и модель излучения с дополнительным масштабным показателем [27].

Модели излучения и гравитации сравнивались друг с другом, часто вместе с другими моделями мобильности, с точки зрения предсказуемости моделей мобильности, наблюдаемых в различных наборах эмпирических данных [17, 18, 28]. Здесь мы поднимаем вопрос: помимо сравнения, могут ли эти модели излучения и гравитации быть более фундаментально связаны друг с другом? Возможность такой связи кратко аргументирована Simini и др. .[11, 29] таким образом, что окружающая популяция s _ij считалась пропорциональной в случае с равномерно распределенной популяцией, а позже пропорциональна фрактальной размерности d _f населения. Эти предположения приводят к асимптотическим значениям γ = 4 и 2 d _f соответственно. Однако в действительности популяционный ландшафт может быть охарактеризован не только фрактальной геометрией населенных пунктов или участков, но и степенным распределением населения на каждом участке.В этой статье мы сначала разрабатываем модель ландшафта населения, характеризуемую фрактальной размерностью d _f и степенным показателем β распределения населения, а затем выводим показатель расстояния γ как функция d _f и β из радиационной модели для наших популяционных ландшафтов, которую мы называем моделью радиации на ландшафте (RoL). Мы также показываем, что показатель расстояния может варьироваться в зависимости от численности населения в пунктах отправления и назначения.Эти результаты проливают свет на связь между моделями гравитации и излучения. Что еще более важно, мы раскрываем происхождение показателя расстояния в гравитационной модели с точки зрения свойств неоднородного популяционного ландшафта, при условии, что модель излучения верна. Таким образом, мы можем лучше понять механизм транспортных потоков, ограниченных расстоянием движения.

Результаты

Моделирование неоднородных популяционных ландшафтов

Что касается свойств разнородных популяционных ландшафтов, мы рассматриваем фрактальную геометрию городов и степенное распределение их населения, оба из которых являются хорошо известными характеристиками человеческих поселений.С одной стороны, фрактальная геометрия, предложенная Мандельбротом [30], была применена к ландшафтам населенных пунктов в нескольких штатах Соединенных Штатов Америки [31] и по всему миру [32]: фрактальная размерность в этих наборах данных равна найдено в диапазоне от 1,4 до 1,9. Фрактальность также изучалась в отношении внутренней структуры городов [33–35] и моделей их роста [36–39]. С другой стороны, степенное распределение городского населения было представлено в классической статье Ципфа [9], а также в ряде недавних исследований [40–44].Показатель степени распределения населения городов имеет значение от 1,7 до 3 [9, 40, 42, 45]. Несмотря на продолжающиеся дебаты о том, характеризуются ли популяции степенным или логнормальным распределением [43, 46, 47], степенное распределение все еще является разумным предположением для модельных исследований.

Для моделирования неоднородного популяционного ландшафта мы сначала генерируем набор участков в двумерном пространстве с фрактальной размерностью d _f .Затем присваиваем каждому участку i популяцию m _i , независимо взятую из P ( m ) ∼ m ^{— β} с показателем β , что будет называется показателем численности населения. Отметим, что геометрия площадок может быть реализована независимо от функциональной формы П ( м ). В нашей работе мы сосредотачиваемся на случае, когда местоположение и население каждого сайта полностью не коррелируют друг с другом.

Для создания фрактальной геометрии участков мы используем модель Сонейры-Пиблза [48], первоначально разработанную для моделирования распределения самоподобных галактик. Модель в двумерном пространстве итеративно размещает участки внутри каждого круга с центром на участке в предыдущем слое, радиус которого уменьшается по мере того, как слой углубляется, см. Рис. 1 (а). А именно, мы рассматриваем круг с центром в начале координат и радиусом R . Внутри этого круга η > 1 узлов случайным образом размещены в первом слое, и каждому из этих участков назначен круг с радиусом R / λ, где λ> 1 обозначает коэффициент сжатия между слоями.Тот же процесс повторяется до тех пор, пока глубина слоя не достигнет L , в конечном итоге оставляя нас с η ^L сайтов в слое L . Здесь L обозначает количество слоев. В нашей работе мы рассматриваем множество узлов только в последнем слое, чтобы найти его фрактальную размерность как [49]
(3)
После создания набора из N = η ^L участков с фрактальной геометрией мы извлекаем N независимых значений из распределения населения P ( м ), чтобы случайным образом назначить их участкам. .Что касается распределения населения, мы принимаем степенное распределение с показателем численности β > 1:
(4)
где м ₀ — нижняя граница численности. Мы устанавливаем м ₀ = 100, чтобы масштабировать население до реалистичного размера. На рис. 1 (b) показан пример сгенерированного ландшафта населения в двумерном пространстве с использованием η = 2, λ = 2 ^{1 / 1,5} (т.е. d _f = 1,5), L = 13 и β = 3.Высота по вертикальной оси указывает население, назначенное каждому участку. Хотя существует множество других подходов к моделированию для создания неоднородных популяционных ландшафтов [36, 39, 50, 51], мы приняли модель Сонейры-Пиблза для фрактальной геометрии, главным образом потому, что реализация этой модели является эффективной и масштабируемой.

Рис. 1. Моделирование неоднородных популяционных ландшафтов.

(a) Схематическая диаграмма модели Сонейры-Пиблза в двумерном пространстве с η = 3.Число в каждом круговом символе обозначает слой, к которому он принадлежит. Сайты первого слоя (синий) случайным образом размещаются внутри круга с радиусом R . Точно так же сайты на втором слое (красный) случайным образом размещаются внутри кругов с радиусом R / λ. (b) Пример сгенерированного ландшафта населения с использованием модели Сонейры-Пиблза с η = 2, λ = 2 ^{1 / 1,5} (т. е. d _f = 1,5) и L = 13, и распределение населения P ( m ) ∼ m ^{— β} с показателем степени заселенности β = 3.Высота по вертикальной оси представляет собой нормализованное значение населения, присвоенного каждому участку.

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0218028.g001

Подключение модели излучения на ландшафте к модели гравитации

Связь между моделями излучения и гравитации можно установить, наблюдая, что окружающее население s _ij модели излучения в уравнении (2) может быть коррелировано с расстоянием r _ij от модель гравитации в уравнении (1).Связь между s _ij и r _ij может быть получена аналитически в нашей модели ландшафта населения. Используя это соотношение, модель излучения в нашем популяционном ландшафте, то есть модель излучения на ландшафте (RoL), может быть описана уравнением (2), но в терминах r _ij . Расширяя модель RoL на r _ij , можно получить показатель расстояния γ как функцию фрактальной размерности d _f и показателя численности населения β . пейзажи.

Масштабирующееся поведение окружающего населения.

Сначала напомним, что окружающая популяция s _ij определяется как общая популяция, за исключением участков i и j , внутри круга с центром на участке i с радиусом r. _ij . Обозначим через Λ _ij множество участков, за исключением i и j , внутри круга с центром на участке i и радиусом r _ij , а также числом Сайты в Λ _ij обозначены как n _ij .В d _f -мерном пространстве можно записать как
(5)
с коэффициентом c . Окружающее население записывается как
(6)
где m _k обозначает популяцию k -го населенного пункта в Λ _ij , так что. Поскольку все m _l s статистически независимы друг от друга, можно связать m _k с его рангом k , используя P ( m ) как [52]
(7)
Из уравнения (4) имеем
(8)
где отметим, что β > 1, что приводит к
(9)
Следовательно, получается
(10)
где мы использовали уравнение (5).Когда β > 2, член доминирует s _ij для больших r _ij , в то время как член делает для β <2. Следовательно, мы получаем масштабное соотношение между s _ij и r _ij для большого r _ij :
(11)
с участием
(12)

Расширение модели RoL.

Отношение между s _ij и n _ij в уравнении (9) вместе с соотношением между n _ij и r 922 _{в уравнении (5), позволяет переписать модель излучения в терминах r ij , i.е., модель RoL. Из уравнения (2) определим вероятность путешествия как
(13)
и пересчитанная вероятность путешествия как
(14)
Для расширения мы рассматриваем три случая: (i) m i , m j ≪ s ij , (ii) m 22 i ≪ s ij ≪ m j , и (iii) m i ≫ s ij .}

(i) Если m _i , m _j ≪ s _ij , масштабируемая вероятность путешествия увеличивается как
(15)
Здесь мы находим главный член из уравнения (11), приводящий к
(16)
Эта масштабная форма зависимости от расстояния позволяет нам сравнить нашу модель RoL с моделью гравитации в уравнении (1):
(17)
Сравнивая зависимость модели RoL и гравитации от расстояния, мы получаем показатель расстояния γ как функцию фрактальной размерности d _f и показателя заселенности β :
(18)
Обратите внимание, что результат γ = 2 d _f был предложен в предыдущей работе [29].

(ii) Если m _i ≪ s _ij ≪ m _j , получается
(19)
Из главного члена в получаем
(20)

(iii) Наконец, если m _i ≫ s _ij ,
(21)
независимо от м _j . Поскольку главный член не зависит от r _ij , мы имеем
(22)
Однако вспомогательные члены по-прежнему являются функциями r _ij , что приводит к слабой зависимости от расстояния измененной вероятности перемещения.

Из приведенного выше анализа замечательно выяснить, как показатель расстояния γ может варьироваться в зависимости от размера населения мест происхождения и назначения, то есть m _i и m _j , соответственно. Это строго означает, что данный набор данных не обязательно должен характеризоваться единственным значением показателя расстояния. На самом деле у путешественников из маленьких городов могут быть разные причины выбора места назначения, следовательно, разные расстояния путешествия, чем у путешественников из больших городов; размер населения пункта назначения также может повлиять на поведение путешественников.

Мы обеспечиваем интуитивное объяснение наших результатов в уравнениях (18) и (20). Напомним, что в гравитационной модели показатель расстояния γ играет роль пространственной стоимости при определении транспортных потоков, поскольку большее значение γ приводит к более сильной зависимости транспортных потоков от расстояния. Рассмотрим ситуацию с поиском работы, как в исходной модели излучения [11]. Поскольку количество городов пропорционально, геометрия более высокого измерения с большим размером d _f предоставит больше возможностей в том же диапазоне r от начала координат.Это означает, что ищущий работу может найти работу в более близком городе и ему не нужно ехать дальше в более высокое пространство — d _f , что приводит к большему γ . Зависимость γ от неоднородности распределения населения также можно понять на примере поиска работы. В исходной модели излучения место с большим населением предоставляет больше возможностей, и ищущий работу находит работу в ближайшем городе, который дает лучшие возможности, чем место происхождения.Например, давайте рассмотрим однородный случай с 10 средними городами с двумя рабочими местами на город, который можно противопоставить гетерогенному случаю с одним чрезвычайно большим городом с 11 рабочими местами и девятью небольшими городами с одним рабочим местом в каждом. Затем соискатели в однородном случае стремятся поехать в любые другие города, предлагающие немного лучшие возможности, что подразумевает меньший γ . Напротив, соискатели в гетерогенном случае стремятся путешествовать только в чрезвычайно большой город и не должны ехать дальше этого города, что подразумевает более крупный γ .Поскольку меньшее значение β подразумевает более неоднородное распределение населения, можно связать меньшее значение β с большим γ , завершив наши аргументы в пользу уравнений (18) и (20).

Числовая проверка

Мы численно тестируем аналитические результаты с использованием гетерогенных популяционных ландшафтов, описанных на рисунке 1. Мы генерируем 100 различных популяционных ландшафтов с одним и тем же набором параметров: η = 2, λ = 2 ^{1 / 1,5} (т.е. d _f = 1.5), R = 1 и L = 13, затем назначьте сайтам популяции, взятые из P ( m ) ∝ m ^{— β} в уравнении (4). Мы также установили верхнюю границу м _i как 10 ⁷ . После создания популяционных ландшафтов для каждой пары участков i и j можно рассчитать расстояние r _ij , количество участков для окружающего населения n _ij , окружающее население s _ij и вероятность перемещения p _ij , используя следующее уравнение (23) для конечной системы.Вероятность пробега для конечной системы [17] определяется выражением
(23)
где M ≡ ∑ _i m _i обозначает общую численность населения в системе. Поскольку почти все m _i s намного меньше, чем M , наши аналитические результаты остаются в силе.

Окружающее население.

Результаты ( r _ij , n _ij ) для всех возможных пар сайтов i и j изображены в виде тепловой карты на рис. 2 (a), откуда мы оцениваем фрактальную размерность и коэффициент в уравнении (5).Здесь поведение масштабирования наблюдается в промежуточном диапазоне r _ij . Нижняя граница этого диапазона связана с наименьшим масштабом длины, т. Е. R / λ ^L ≈ 10 ⁻² для используемых значений параметров, а верхняя граница связана с наибольшим масштабом длины, что тривиально равно R = 1.

Рис. 2. Свойства неоднородных популяционных ландшафтов.

(a) Численное подтверждение соотношения масштабирования между n _ij и r _ij в уравнении (5) для фрактальной геометрии сайтов, созданных с использованием модели Сонейры-Пиблза с η = 2, λ = 2 ^1/1.5 (т.е. d _f = 1,5), R = 1 и L = 13, усредненные по 100 различным ландшафтам. (b, c) Численное подтверждение аналитической связи между s _ij и r _ij в уравнении (9) вместе с уравнением (5) на той же фрактальной геометрии узлов, что и в (а), но также с P ( м ) ∼ м ^{— β} для значений β = 1.5 (б) и β = 3 (в) соответственно. Для каждой серой тепловой карты более темный цвет означает больше пар участков вокруг точки ( r _ij , n _ij ) или ( r _ij , s _ij ). Кривая лог-бина (красные кружки) тепловой карты сравнивается с соответствующим уравнением (голубая кривая).

https://doi.org/10.1371 / journal.pone.0218028.g002

Аналогично, из результатов ( r _ij , s _ij ) для всех возможных пар сайтов i и j , мы получаем тепловую карту для нескольких значений β , как показано на рис. 2 (b) и 2 (c). При лог-биннинге получается кривая s _ij как функция r _ij , что оказывается сопоставимым с аналитическим результатом в уравнении (9) при использовании оценочных значений. из и для обоих случаев с β <2 и β > 2.Соответственно, соотношение масштабирования между α , d _f и β в уравнении (12) также подтверждается.

Изменена вероятность путешествия.

Затем мы проверяем правомерность расширенных форм масштабированных вероятностей путешествий в уравнениях (15), (19) и (21), сравнивая их с численными результатами на сгенерированных популяционных ландшафтах с использованием уравнения (23). В частности, для изучения влияния исходной и конечной групп населения на поведение масштабирования измененной вероятности путешествий, сайты разбиваются на 10 групп в соответствии с размером их населения, обозначенных G _v для v = 1, ⋯, 10.Тогда все пары пунктов отправления и назначения можно разложить на 100 групп пар, так что G _vw = {( i , j ) | i ∈ G _v и j ∈ G _w } для v , w = 1, ⋯, 10. Для каждой группы пар, скажем, G _vw , мы вычисляем масштабированные вероятности перемещения для всех пар в G _vw , используя p _ij в уравнении (23), чтобы получить тепловую карту для (не показано).Посредством лог-биннинга тепловой карты можно получить кривую измененной вероятности перемещения как функцию r _ij для каждого G _vw , как показано на рис. 3. Мы находим, что эти численные результаты хорошо согласуются с расширенными формами масштабированных вероятностей перемещения для м _i , м _j ≪ s _ij в уравнении (15) для м _i ≪ s _ij ≪ m _j в уравнении (19), а для m _i ≫6 916 916 916 916 916 916 916 916 916 Уравнение (21) соответственно.Соответственно, масштабные отношения между γ и α , т. Е. Масштабные отношения между γ , d _f и β в уравнениях (18), (20) и (22) ) также проверены. Это означает, что показатель расстояния γ может варьироваться в зависимости от численности населения мест происхождения и назначения, даже в одном и том же ландшафте населения. Здесь мы отмечаем, что недавнее эмпирическое исследование показало, что популяции происхождения и назначения влияют на модели передвижения, в то время как показатель расстояния считается одинаковым независимо от популяций [53].

Рис. 3. Численное подтверждение расширенных форм модели излучения на ландшафте (RoL).

Расширенные формы перемасштабированных вероятностей перемещения в уравнениях (15), (19) и (21) (сплошные кривые) сравниваются с численными результатами с использованием p _ij в уравнении (23), рассчитанного на те же самые населенные ландшафты, используемые на рис. 2 (символы), для значений β = 1,5 (вверху) и 3 (внизу), соответственно. Для наглядности мы показываем только кривые измененной вероятности перемещения для группы наименьших м _j s (слева) и для группы наибольших м _j s ( справа), но для всех групп по м _i в каждой панели.Аналитические результаты показателя расстояния γ в уравнениях (18), (20) и (22) также показаны черными пунктирными линиями для сравнения.

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0218028.g003

Отметим, что количество пар густонаселенных участков в целом намного меньше, чем в других случаях, так что соответствующие кривые измененного масштаба перемещения вероятность, как правило, более колеблется или даже явно отсутствует, например, в случае с большими группами m _i и m _j для β = 3 на рис. 3 (d) .За исключением этого случая, мы обычно наблюдаем четкое поведение масштабирования измененной вероятности перемещения в промежуточном диапазоне r _ij . Кроме того, было обнаружено, что кривые насыщаются до константы для достаточно малых r _ij , тогда как для достаточно больших r _ij эти кривые сходятся, чтобы в конечном итоге приблизиться к нижней границе перемасштабированного хода. вероятность,. Эти результаты можно объяснить уравнением (23): с одной стороны, для достаточно малых r _ij , s _ij становится незначительным, поскольку в прилегающая территория между и и и .Таким образом, измененная вероятность перемещения становится независимой от r _ij as. С другой стороны, если r _ij становится достаточно большим, s _ij приближается к общей численности населения M , независимо от m _i и

61 m j . Вот почему все кривые сходятся и в конечном итоге приближаются к нижней границе масштабированной вероятности перемещения как.

Наконец, мы обсуждаем типичное поведение показателя расстояния в зависимости от численности населения в пунктах отправления и назначения. Сначала отметим, что масштабные соотношения в уравнениях (18), (20) и (22) были получены в предельных случаях m _i и m _j . Следовательно, эти результаты нельзя просто применить к поведению масштабирования, наблюдаемому для случаев с промежуточными диапазонами м _i и м _j .Для этих случаев можно оценить показатель видимого расстояния γ _vw на основе предположения о простой масштабной форме как
(24)
для каждой группы пар G _vw . Установлено, что значение γ _vw , по-видимому, непрерывно изменяется в зависимости от исходной популяции m _i для самой маленькой и самой большой групп m _j , как показано на рис.4.Например, если m _j ≪ s _ij , значение γ _vw составляет ≈ 2 α для m 913 s _ij , а затем непрерывно уменьшается по мере увеличения m _i . Мы также обнаруживаем четкую зависимость γ _vw от целевой популяции m _j для данного m _i .

Рис. 4. Поведение показателя видимого расстояния γ _vw в зависимости от популяции происхождения и назначения.

Мы оцениваем значения показателя видимого расстояния γ _vw , определенного уравнением (24), по числовым кривым измененной вероятности перемещения, показанным на рисунке 3, для значений β = 1,5 ( а) и 3 (б) соответственно. Эти значения (символы) сравниваются с аналитическими значениями для предельных случаев, т.е.е., γ = 2 α для м _i , м _j ≪ s _ij и γ61 961 для 1361 _i ≪ s _ij ≪ m _j , которые нанесены черными пунктирными линиями с серыми тенями, обозначающими γ ± σ Здесь σ _γ определяется с использованием стандартного отклонения оценки.

https://doi.org/10.1371/journal.pone.0218028.g004

Заключение

Хотя две репрезентативные модели мобильности, т. Е. Гравитационная и радиационная, сравнивались друг с другом с эмпирическими наборами данных о дорожном движении [17, 18, 28], более фундаментальная связь между этими моделями была далека от полной понял. Чтобы изучить такую ​​связь в реалистичном ландшафте населения, мы сначала моделируем неоднородный ландшафт населения, предполагая фрактальную геометрию участков и население на каждом участке в соответствии с распределением по степенному закону.Тогда модель излучения на таких популяционных ландшафтах, а именно модель излучения на ландшафте (RoL), может быть записана в терминах расстояния между двумя участками. Расширяя масштабируемую вероятность путешествия в модели RoL и сравнивая ее с моделью гравитации, мы получаем показатель расстояния в модели гравитации как функцию фрактальной размерности и показателя заселенности распределения населения. Мы также обнаружили, что этот показатель расстояния может варьироваться в зависимости от численности населения в странах происхождения и назначения.Эти аналитические ожидания подтверждаются численным моделированием наших популяционных ландшафтов. Следовательно, мы могли бы связать две репрезентативные модели мобильности, и, что более важно, происхождение показателя расстояния могло быть связано со свойствами неоднородного популяционного ландшафта, а также с размерами населения мест происхождения и назначения. Таким образом, мы можем лучше понять механизм транспортных потоков, ограниченных расстоянием движения. В частности, влияние совокупности пунктов отправления и назначения на показатель расстояния может быть изучено эмпирически в качестве будущей работы.

В нашей работе мы предположили, что местоположение и население каждого участка полностью не коррелируют друг с другом, хотя в действительности между ними могут быть некоторые корреляции. Можно изучить влияние пространственных корреляций, например, положительно коррелированных популяций на близких участках, на транспортные потоки и их характеристический показатель расстояния. Кроме того, что касается функциональной формы распределения населения, можно принять другие функциональные формы, кроме степенного закона, такие как логнормальное распределение, задаваемое законом Гибрата [46].

Наконец, отметим, что массовый термин m _i во многих моделях мобильности использовался для обозначения населения на сайте, хотя его можно интерпретировать как другие источники привлечения сайтов, например, трафик каждого сайта. том [17], экономический показатель [23], объем сообщений [18] и цитаты [24]. Действительно, различные значения показателя расстояния наблюдались в зависимости от видов транспорта, географических регионов и степени детализации [13].Принимая во внимание наши вышеупомянутые выводы о массовой зависимости транспортных потоков, крайне важно эмпирически и теоретически связать различные наблюдаемые объекты, приписываемые сайту, для лучшего понимания мобильности людей.

Благодарности

W.-S.J. был поддержан Программой фундаментальных научных исследований через Национальный исследовательский фонд Кореи (NRF), финансируемый Министерством образования (2016R1D1A1B03932590). Х.-Х.Дж. был поддержан Программой фундаментальных научных исследований через Национальный исследовательский фонд Кореи (NRF), финансируемый Министерством образования (NRF-2018R1D1A1A0

19).

Список литературы

1. 1.

   Гонсалес MC, Идальго CA, Барабаши AL. Понимание индивидуальных моделей мобильности человека. Природа. 2008. 453 (7196): 779–782. pmid: 18528393

2. 2.

   Песня C, Корен Т, Ван П, Барабаши А.Л. Моделирование масштабных свойств мобильности человека. Физика природы. 2010. 6 (10): 818–823.

3. 3.

   Песня C, Qu Z, Blumm N, Barabási AL. Пределы предсказуемости мобильности человека. Наука. 2010. 327 (5968): 1018–1021. pmid: 20167789

4. 4.Хельбинг Д. Трафик и связанные с ним многочастичные самоуправляемые системы. Обзоры современной физики. 2001. 73 (4): 1067–1141.
5. 5.

   Колизза В., Баррат А., Бартелеми М., Веспиньяни А. Роль транспортной сети авиакомпаний в прогнозировании и предсказуемости глобальных эпидемий. Труды Национальной академии наук. 2006; 103 (7): 2015–2020.

6. 6.

   Балкан Д., Колицца В., Гонсалвес Б., Ху Х, Рамаско Дж. Дж., Веспиньяни А. Мультимасштабные сети мобильности и пространственное распространение инфекционных заболеваний.Труды Национальной академии наук. 2009. 106 (51): 21484–21489.

7. 7.

   Брокманн Д., Хелбинг Д. Скрытая геометрия сложных сетевых явлений заражения. Наука. 2013. 342 (6164): 1337–1342. pmid: 24337289

8. 8.

   Barbosa H, Barthelemy M, Ghoshal G, James CR, Lenormand M, Louail T. и др. Подвижность человека: модели и приложения. Отчеты по физике. 2018; 734: 1–74.

9. 9.

   Zipf GK. Гипотеза P1 P2 / D: о внутригородском перемещении людей.Американский социологический обзор. 1946. 11 (6): 677–686.

10. 10.

    Stouffer SA. Возможности вмешательства: теория, связанная с мобильностью и расстоянием. Американский социологический обзор. 1940; 5 (6): 845–867.

11. 11.

    Симини Ф., Гонсалес М.С., Маритан А., Барабаши А.Л. Универсальная модель мобильности и моделей миграции. Природа. 2012. 484 (7392): 96–100. pmid: 22367540

12. 12.

    Эрландер С., Стюарт Н.Ф. Модель гравитации в транспортном анализе: теория и расширения.ВСП; 1990. Доступно по адресу: http://www.worldcat.org/isbn/978

    40893.

13. 13.

    Бартелеми М. Пространственные сети. Отчеты по физике. 2011; 499 (1-3): 1–101.

14. 14.

    Юнг WS, Ван Ф., Стэнли Х. Модель силы тяжести на корейском шоссе. EPL (Europhysics Letters). 2008; 81 (4): 48005.

15. 15.

    Ленорман М., Хуэт С., Гарджуло Ф., Деффуант Г. Универсальная модель коммутирующих сетей. PLoS ONE. 2012; 7 (10): e45985. pmid: 23049691

16. 16.

    Goh S, Lee K, Park JS, Choi MY.Модификация гравитационной модели и приложение к метрополитену Сеула. Physical Review E. 2012; 86 (2): 026102.

17. 17.

    Масуччи А.П., Серрас Дж., Йоханссон А., Бэтти М. Модели гравитации и излучения: о важности масштаба и неоднородности в коммутирующих потоках. Physical Review E. 2013; 88 (2): 022812.

18. 18.

    Пальчиков В., Митрович М., Йо Х. Х., Сарамяки Дж., Пан РК. Определение мобильности человека с использованием коммуникативных шаблонов. Научные отчеты. 2014; 4: 6174.pmid: 25146347

19. 19.

    Ли SH, Ffrancon R, Abrams DM, Kim BJ, Porter MA. Сваха, сваха, сделай мне пару: миграция населения через браки в прошлом. Physical Review X.2014; 4 (4): 041009.

20. 20.

    Ли М., Холм П. Взаимосвязь землепользования и мобильности людей внутри города. PLoS ONE. 2015; 10 (10): e0140152. pmid: 26445147

21. 21.

    Пак Х.Дж., Джо В.С., Ли С.Х., Ким БиДжей. Обобщенная гравитационная модель миграции людей. Новый журнал физики.2018; 20 (9): 0

.

22. 22.

    Паппалардо Л., Симини Ф. Генерация пространственно-временных процедур на основе данных в мобильности человека. Интеллектуальный анализ данных и обнаружение знаний. 2018; 32 (3): 787–829.

23. 23.

    Бхаттачарья К., Мукерджи Дж., Сарамяки Дж., Каски К., Манна СС. Международная торговая сеть: взвешенный сетевой анализ и моделирование. Журнал статистической механики: теория и эксперимент. 2008; 2008 (02): P02002.

24. 24.

    Пан Р.К., Каски К., Фортунато С.Мировые сети цитирования и сотрудничества: раскрытие роли географии в науке. Научные отчеты. 2012; 2 (1): 902. pmid: 23198092

25. 25.

    Крингс Г., Калабрезе Ф., Ратти С., Блондель В.Д. Городское притяжение: модель междугородных телекоммуникационных потоков. Журнал статистической механики: теория и эксперимент. 2009; 2009 (07): L07003.

26. 26.

    Ян XY, Zhao C, Fan Y, Di Z, Wang WX. Универсальная предсказуемость моделей мобильности в городах. Журнал Интерфейса Королевского общества.2014; 11 (100): 20140834.

27. 27.

    Кан Ч., Лю И, Го Д., Цинь К. Обобщенная модель излучения для мобильности человека: пространственный масштаб, направление поиска и ограничение поездки. PLoS ONE. 2015; 10 (11): e0143500. pmid: 26600153

28. 28.

    Ленорман М., Бассолас А., Рамаско Дж. Дж. Систематическое сравнение законов и моделей распределения поездок. Журнал транспортной географии. 2016; 51: 158–169.

29. 29.

    Симини Ф., Маритан А., Неда З. Подвижность человека в континуальном подходе.PLoS ONE. 2013; 8 (3): e60069. pmid: 23555885

30. 30.

    Мандельброт Б. Какова длина побережья Великобритании? Статистическое самоподобие и дробная размерность. Наука. 1967. 156 (3775): 636–638. pmid: 17837158

31. 31.

    Самбрук РК, Восс РФ. Фрактальный анализ моделей расчетов в США. Фракталы. 2001; 9 (03): 241–250.

32. 32.

    Юк Ш., Чжон Х., Барабаши А.Л. Моделирование крупномасштабной топологии Интернета. Труды Национальной академии наук.2002. 99 (21): 13382–13386.

33. 33.

    Бэтти М., Ким К.С. Форма следует за функцией: переформулирование функций плотности городского населения. Городские исследования. 1992. 29 (7): 1043–1069.

34. 34.

    Бэтти М., Лонгли П. Фрактальные города: геометрия формы и функции. 1-е изд. Blackwell Science; 1994. Доступно по адресу: http://www.worldcat.org/isbn/0124555705.

35. 35.

    Шен Г. Фрактальная размерность и фрактальный рост урбанизированных территорий. Международный журнал географической информатики.2002. 16 (5): 419–437.

36. 36.

    Максе Х.А., Хэвлин С., Стэнли Х. Моделирование моделей роста городов. Природа. 1995. 377 (6550): 608–612.

37. 37.

    Benguigui L, Czamanski D, Marinov M, Portugali Y. Когда и где находится городской фрактал? Окружающая среда и планирование B: планирование и дизайн. 2000. 27 (4): 507–519.

38. 38.

    Рыбски Д., Гарсия Канту Рос А., Кропп Дж. П. Рост города, взвешенный по расстоянию. Physical Review E. 2013; 87 (4): 042114.

39. 39.

    Ли Р., Донг Л., Чжан Дж., Ван X, Ван В. X, Ди З. и др.Простые правила пространственного масштабирования за сложными городами. Nature Communications. 2017; 8 (1): 1841. pmid: 273

40. 40.

    Розен К.Т., Резник М. Распределение городов по размерам: исследование закона Парето и приматов. Журнал экономики города. 1980. 8 (2): 165–186.

41. 41.

    Габе X. Закон Ципфа и рост городов. Американский экономический обзор. 1999. 89 (2): 129–132.

42. 42.

    Soo KT. Закон Ципфа для городов: межстрановое расследование.Региональная наука и экономика города. 2005. 35 (3): 239–263.

43. 43.

    Берри Б.Дж.Л., Окулич-Козарин А. Дебаты о распределении размеров городов: решение для городских и мегаполисных районов США. Города. 2012; 29: S17 – S23.

44. 44.

    Аршад С., Ху С., Ашраф Б.Н. Закон Ципфа и распределение городов по размерам: обзор литературы и планы будущих исследований. Physica A: Статистическая механика и ее приложения. 2018; 492: 75–92.

45. 45.

    Пункт A, Shalizi CR, Newman MEJ.Степенные распределения в эмпирических данных. SIAM Обзор. 2009. 51 (4): 661–703.

46. 46.

    Экхаут Дж. Гибрат Закон для (всех) городов. Американский экономический обзор. 2004. 94 (5): 1429–1451.

47. 47.

    Розенфельд HD, Рыбски Д., Габе Х, Максе Х.А. Площадь и население городов: новый взгляд на города с другой точки зрения. Американский экономический обзор. 2011. 101 (5): 2205–2225.

48. 48.

    Сонейра RM, Peebles PJE. Компьютерная модель вселенной — Моделирование характера распределения галактик в каталоге Lick.Астрономический журнал. 1978; 83: 845–860.

49. 49.

    Господинов Д., Маринов А., Марекова Е. Проверка чувствительности фрактальных коэффициентов на реальных и модельных данных землетрясений. Acta Geophysica. 2012; 60 (3): 1–15.

50. 50.

    Виттен Т.А., Сандер Л.М. Агрегация, ограниченная диффузией, кинетическое критическое явление. Письма с физическим обзором. 1981. 47 (19): 1400–1403.

51. 51.

    Швейцер Ф., Стейнбринк Дж. Оценка роста мегаполисов. Прикладная география. 1998. 18 (1): 69–81.pmid: 12294512

52. 52.

    Сорнетт Д. Критические явления в естествознании: хаос, фракталы, самоорганизация и беспорядок: концепции и инструменты. 2-е изд. Springer; 2006 г. Доступно по адресу: http://www.worldcat.org/isbn/3540308822.

53. 53.

    Прието Куриэль Р., Паппалардо Л., Габриелли Л., епископ СР. Законы гравитации и масштабирования от города к городу миграции. PloS один. 2018; 13 (7): e0199892. pmid: 29979731

Объяснение

гравитационных волн — Бирмингемский университет

Бирмингемские исследователи в рамках глобального сотрудничества подтвердили главное предсказание общей теории относительности Альберта Эйнштейна 1915 года, обнаружив гравитационные волны.

Профессор Альберто Веккьо и профессор Андреас Фрейзе были на переднем крае разработки новой области гравитационно-волновой астрономии. Вместе со своими коллегами из университетов Кардиффа и Глазго они разработали и построили приборы для Advanced LIGO и впервые применили методы, которые позволили им извлекать свойства источников из сигнатур гравитационных волн.

Доктор Кэт Гровер (специалист по связям с общественностью Бирмингемского университета), недавно получившая докторскую степень по гравитационным волнам, встретилась с профессорами Андреасом Фрейзе и Альберто Веккьо, чтобы обсудить гравитационные волны и их значение для будущего астрономии и астрофизики.

Обнаружены гравитационные волны

Kat: Что было обнаружено?

«LIGO наблюдала гравитационные волны от двух черных дыр, которые вращались вокруг друг друга, а затем слились, образуя большую черную дыру. Последняя черная дыра имеет массу примерно в 60 раз больше, чем наше Солнце. Это событие произошло на расстоянии около миллиарда световых лет от Земли. Слияние было чрезвычайно энергичным (за долю секунды это событие высвободило в 50 раз больше энергии в гравитационных волнах, чем все звезды во всей Вселенной в свете), но к тому времени, когда волны достигли нас, они были настолько слабыми, что изменение длины плеч LIGO было меньше одной тысячной диаметра ядра атома.”

Ответы Альберто Веккьо, профессора астрофизики
и Андреаса Фрейза, профессора экспериментальной физики

Kat: Что это означает для общей теории относительности?

«Измеренный сигнал соответствовал предсказаниям формы волны теории Эйнштейна; мы никогда раньше не проверяли теорию в таких экстремальных условиях, поэтому она выдержала самое сложное испытание! »

Kat: Что это значит для астрофизики?

«Это говорит нам о том, что бинарные черные дыры действительно существуют.Это также говорит нам о том, что они формируются, развиваются и умирают в течение периода, меньшего, чем возраст Вселенной. Мы никогда раньше не видели бинарных черных дыр. Мы никогда раньше не находили черные дыры такой массы. Похоже, что эти слияния должны быть достаточно распространенными, чтобы мы увидели больше в будущих наблюдениях с LIGO. Тогда мы сможем начать понимать, что именно существует и как создаются эти двоичные файлы ».

Kat: Что такое «бинарные черные дыры»?

«У большинства звезд есть спутник и они вращаются вокруг друг друга, как Земля вращается вокруг Солнца.Бинарная черная дыра — это система, в которой две черные дыры вращаются вокруг друг друга ».

Предпосылки к гравитационно-волновой астрономии

Kat: Что такое общая теория относительности Эйнштейна?

«Общая теория относительности — наша лучшая теория гравитации. В общей теории относительности гравитацию можно рассматривать как эффект кривизны пространства-времени. Массивные объекты искривляют пространство и время; искривление пространства-времени меняет движение вещей ».

Kat: Что такое гравитационные волны?

«Гравитационные волны — это рябь в пространстве-времени.Когда объекты движутся, кривизна пространства-времени изменяется, и эти изменения движутся наружу (как рябь на пруду) в виде гравитационных волн. Гравитационная волна — это растяжение и сжатие пространства, поэтому ее можно найти, измерив изменение длины между двумя объектами ».

Kat: Что такое пространство-время?

«В повседневной жизни мы думаем о трехмерном пространстве (вверх / вниз, влево / вправо, вперед / назад) и времени как о совершенно разных вещах. Но специальная теория относительности Эйнштейна показала, что три пространственных измерения плюс время на самом деле являются частью одного и того же: четырех измерений пространства-времени.

«В общей теории относительности Эйнштейн пошел дальше. Мало того, что пространство и время являются частью одного и того же, они оба деформируются массой или энергией, вызывая искривленное пространство-время. Вещи любят двигаться по кратчайшему из доступных маршрутов; когда пространство-время плоское, это выглядит как прямая линия. Но когда пространство-время искажается, кратчайший путь может больше не выглядеть прямым. Например, когда вы летите над искривленной землей, траектория полета вашего самолета будет выглядеть искривленной, даже если вы летите «прямо» из точки A в точку B.Мы можем видеть и измерять эффект искривленного пространства-времени; например, масса Солнца искривляет пространство-время, поэтому Земля движется по круговой орбите вокруг Солнца ».

Kat: Что означает кривизна пространства-времени?

«Трудно представить четырехмерное пространство-время, не говоря уже о том, как выглядит его криволинейная версия, поэтому мы часто упрощаем это, думая о примере в двух измерениях. Мы можем представить себе двумерное пространство-время в виде резинового листа; Если уронить на лист тяжелый предмет, он согнется и деформируется.Точно так же масса или энергия искажают пространство-время вокруг себя ».

Кэт: Что такое черные дыры?

«Черные дыры — это области с самой сильной гравитацией во Вселенной. Они там, где кривизна пространства-времени настолько крута, что все пути ведут внутрь. В конце концов, ничто не может подняться по кривизне, как бы быстро оно ни двигалось; даже свет, самая быстрая вещь во Вселенной, не может ускользнуть, если подойдет слишком близко к черной дыре ».

Kat: Что означает обнаружение гравитационных волн?

«Эйнштейн впервые предсказал гравитационные волны 100 лет назад.У нас есть убедительные доказательства их существования, полученные при наблюдении за двойными пульсарами (получившими Нобелевскую премию 1993 года). Мы видим, что орбита двойной сжимается на величину, предсказываемую излучением гравитационных волн, но мы не видим сами волны. Измерение самих волн было бы последним доказательством предсказаний общей теории относительности Эйнштейна ».

Kat: Что такое «двойные пульсары»?

«Нейтронные звезды — это старые мертвые звезды, которые сжались до чрезвычайно плотного объекта.Примерно масса нашего солнца сжалась до размеров города. Пульсары — это вращающиеся нейтронные звезды, излучающие пучок излучения. Когда пульсар вращается, луч излучения распространяется по Земле, как космический маяк. Двойной пульсар — это место, где пульсар вращается вокруг другой звезды, а иногда и другого пульсара ».

Kat: Чему мы можем научиться у гравитационных волн?

«Гравитационные волны — это новый способ наблюдения за Вселенной. Астрономия традиционно использует свет для исследования космоса, но есть много вещей, которые вы можете пропустить, потому что большая часть Вселенной темна, включая черные дыры.Один источник гравитационных волн — это два плотных объекта (например, черные дыры или нейтронные звезды), вращающиеся вокруг друг друга ».

Kat: Что такое LIGO?

«Обсерватория гравитационных волн с лазерным интерферометром (LIGO) состоит из двух детекторов гравитационных волн в США, разработанных и эксплуатируемых Caltech и MIT. Кроме того, научное сотрудничество LIGO с 1000 учеными со всего мира оказывает решающую поддержку науке LIGO от разработки инструментов до анализа данных и астрономии.Одна обсерватория LIGO расположена в Ливингстоне, штат Луизиана, а другая — в Хэнфорде, штат Вашингтон. В каждой обсерватории есть огромная, чрезвычайно чувствительная лазерная линейка. Мы направляем лазеры по двум 4-километровым дорожкам или «рукавам», которые расположены под прямым углом к ​​каждому, а затем сравниваем длину каждого пути. Гравитационная волна может изменить длину плеч, но эффект чрезвычайно мал (одна часть из 1 000 000 000 000 000 000 000 для самых сильных волн), поэтому инструменты должны быть чрезвычайно чувствительными, что стало возможным благодаря совершенно новым технологиям и новой концепции интерферометра.”

Kat: Что ждет науку о гравитационных волнах?

«LIGO только что завершил свои первые наблюдения с использованием новой« повышенной »чувствительности. В течение следующих пяти лет он будет постепенно улучшаться, что сделает его еще более чувствительным. В следующем году к нему также должен присоединиться детектор Virgo из Италии. Под землей в Японии строится еще один детектор под названием KAGRA. Планируется также установка детектора LIGO в Индии. Планы по созданию сети обсерваторий третьего поколения, таких как телескоп Эйнштейна, находятся в стадии реализации.Улучшение всемирной сети детекторов поможет нам измерить свойства сигналов, особенно поможет нам определить положение в небе источника волн. В то же время системы синхронизации пульсаров собирают данные для наблюдения гигантских черных дыр в центре галактик.

«В будущем появится космическая миссия под названием eLISA. Он будет намного больше (в 100 раз больше Земли) и искать гравитационные волны от гораздо более массивных объектов.”

Здесь также есть ресурсы: http://www.ligo.org/science/faq.php

.