交通地理学与网络科学/形态学

在交通地理学背景下，形态学更广为人知的是城市形态学，它起源于地理学、建筑学、社会学和城市规划等学科的综合研究。它研究城市形态的演变和当前转型，以及对其组成部分（包括建筑物、街道和公园等）及其相互作用的理解。这些相互作用包括各个组成部分之间以及组成部分与城市形态本身之间的相互作用。城市形态的例子包括城市、城镇和村庄，但这并不限于此，因为城市形态被定义为人类居住的区域。由于城市形态涉及对土地利用空间格局的广泛研究，因此它对以下方面很有用：城市设计和规划，以及许多依赖土地利用的交通和运输模型。

视角

从历史上看，城市形态学在成为跨学科研究领域之前，曾是不同学科之间的一个碎片化的主题，例如在“城市形态国际研讨会”等平台上发展起来。城市形态学发展于英国形态学派、意大利类型学派和法国凡尔赛学派，分别来自地理学、建筑学和社会学等不同学科，能够从各自的角度看待与它们相关的主题。因此，在城市形态学中，城市形态的发展是通过分析影响其的社会和经济力量来实现的。其他方法包括通过构建空间动力学模型，在空间科学学科中理解（城市形态）城市。

地理学

来自英国形态学派，地理学家M.R.G Conzen与发展平面分析相关，该方法使用历史地图来了解城镇或城市的演变。Conzen以英国城镇奥尔尼克的案例研究引入了该方法。该方法的意义在于提供了对土地利用模式和建筑形式的洞察。将城镇规划视为由其要素组成——街道网络、地块和建筑物——平面分析使用这些要素的独特组合，称为平面单元，将城镇划分为形态学均质的区域。这和其他一些针对其他欧洲城市和城镇的类似案例研究为城市形态学的许多概念框架奠定了基础。从地理学的角度来看，扩展城市形态学中街道的要素，关于街道的讨论对于识别城市地区中的街道模式以及按类型对街道进行分类系统（或类型）的发展非常重要。对于城镇和城市，不同街道布局之间的规律程度已被用作分类手段。其他分类方法包括确定城镇或城市的街道布局配置——例如网格、轴向平面和辐射平面——以可视化空间模式。然而，这种分类方法因其过于简单地减少（有时会误导）街道模式形态的复杂性而受到批评；城市街道模式往往是复合的。城市街道布局包含了过去发展它们的社会和经济（以及在某些情况下政治）原因。因此，仅从设计的角度看待街道布局会忽略对其形成方式的理解，并使其难以观察其形态特征。这在一定程度上促进了使用Conzenian的平面单元概念并突出了其有用性。

建筑与社会学

在任何城市景观的转型阶段，都必须考虑那些能够影响城市形态物理形状的主体的作用。除了开发商和城市规划师之外，建筑师也发挥着重要作用，他们的想法在城市形态的规模上得以实现，并且还参与了城市区域部分的设计和配置。这在城市形态的历史中得到了证明，Giambattista Nolli为罗马绘制的地图导致了“形体-背景理论”的形成：用实体和开放空隙来表示城市区域。另一个重要的建筑理论是“联系理论”，旨在构建连接城市区域要素的“线网络”。在这种情况下，指的是街道、人行道和其他线性开放空间的布置。由于城市形态是由人类发展起来的，因此人们可以预期城市形态反映了一套特定的历史、社会和文化价值观。这构成了主要建筑理论之一“场所理论”的基础，该理论将当代社会价值观印刻在物理环境中。通过反映社会价值观，人们就会想到城市形态设计如何能够（并且已经）展示反映宗教思想的美学（例如在“内城”和“嵌套城市”的情况下）。在建筑学科中，应该提到城市形态的设计一直围绕着交通系统展开。其中一些例子包括：星形，大型城市中心高度密集且使用率高，交通线从（中心）辐射出去；以及线性城市，城市（及其经济活动和居住区）沿着连续的交通线分布。

空间分析

使用元胞自动机模型，在（a）中确定性地在邻域中进行细胞自下而上的生长，在（b）中随机进行。

了解城市形态的演变还涉及分析方法——地理信息系统（GIS）、元胞自动机和基于代理的模型——通过将城市形态视为空间结构。这些视角为利用分形现象进入城市形态的概念框架，从而创造了新的途径来处理城市形态的演变。通过不同的尺度研究城市形态，以更好地分析影响城市形态的活动分布。许多静态平衡模型能够模拟城市形态，因为就业和人口分布的城市结构被输入到模型中，从而说明了形态特征。基于元胞自动机的动态模型能够生成（城市形态中的）过程，这些过程说明了从模拟城市区域中聚合和自下而上发展的特征。从单个种子模拟城市生长产生的结果表现出与真实城市相似的分形模式。然而，存在一个隐藏的假设，即空间模式随时间推移而扩展，这并没有捕捉到技术等根本性社会变化的现象。这突出了元胞自动机的一个局限性，未来可以解决这个问题。空间分析工具的另一个应用使城市形态能够被建模为人类住区的网络，涵盖人们（间接）相互联系的空间。应用的结果是城市（内部）的自组织水平与网络连接度（相对于网络的空间密度）之间的关系。这种关系的一个独特特征是，需要最低程度的网络连接度才能产生足够大的自组织水平，使城市形态能够发挥大都市的功能。增加网络连接度可以实现大都市的功能，但会使网络变得冗余且效率低下，而减少网络连接度则无法实现大都市的性能。

对交通的影响

城市形态的演变（城市区域内就业和人口的分布）受经济集聚导致的城市发展过程的影响。对城市区域内土地利用的整体影响会影响交通系统的使用方式。例如，美国大都市形态模式的研究表明，城市开发密度低且土地利用分散，因此鼓励使用汽车。而欧洲更为普遍的相反情况（高开发密度和集中土地利用）则鼓励步行和骑自行车。这些例子也暗示了有效的城市形态设计如何解决交通问题。因此，有人建议交通政策应基于不同阶段城市的人口特征和空间结构。

与交通系统构建的4种主要城市空间结构类型

在都市区内，有4种主要的空间网络结构类型需要考虑

• 完全机动化网络：一个以汽车为导向的大型网络（土地利用密度介于低到中等），拥有高容量高速公路，而公共交通系统在网络中发挥着次要作用。该网络旨在象征城市效率，并设计为方便任何两个地点之间的出行。例如，1950年以后的洛杉矶和达拉斯等北美城市。
• 弱中心：一个中等密度（就土地利用而言）的同心圆模式网络，其中许多位于外围的中心通过环路与中央商务区竞争经济活动。网络的中心是中央商务区的所在地，汽车更容易到达，但通过一个使用率低且资金不足的公交服务连接。例如，20世纪初的墨尔本和旧金山等城市。
• 强中心：一个高密度网络，可以通过高容量的公交系统轻松到达，该系统负责满足中心城区经济生产力的出行需求。辐射状和环形道路以及与中央商务区相关的成本较高，促使二级中心沿着环路远离该区出现。例如，19世纪尤其是在商业和金融中心发达的城市，例如巴黎。
• 交通限制：实施交通管制和模式偏好策略的网络。其中心城区由公交系统服务，作为交通拥堵管理政策的一部分，限制了汽车的使用。通过个人交通（汽车）相对于到中心区域的距离来说明“漏斗效应”：随着人们向中心区域移动而减少，随着人们向外围移动而增加。而集体交通（公交）的使用则相反：随着人们向中心城区移动而增加，随着人们向外围移动而减少。此外，交通系统在郊区和中心区域之间存在接口，允许个人和集体交通方式（汽车和公交）之间以及高容量和低容量集体交通方式（公交和铁路）之间进行转换。例如，拥有这种空间结构的城市可能包括新加坡和香港。

塑造城市景观中交通系统的一个重要过程是城市化——人口从农村地区向城市地区迁移。其特征通过不同规模的活动集中印刻在城市形态上：当它相对于整个城市区域发生时，它是集中化；但城市区域的一部分内的焦点是指集群。城市空间结构可以用网络元素抽象出来，节点代表经济活动中心（火车站和机场等交通设施），连接线连接这些中心。需要注意的是，节点和连接线也说明了可达性和流动性（城市交通系统），这些因素有助于城市形态的演变。历史上，交通技术的局限性导致了在城市中心区域集中活动的许多动机，因为汽车的缺乏和限制城市区域内的人们依靠步行作为主要的交通方式。由于步行（作为一种交通方式）在实现城市出行方面的效率低下，过去许多城市的的空间结构都非常紧凑且易于到达；欧洲和东亚的许多城市至今仍保留着类似的结构。此外，城市形态的演变也表明了交通技术对城市形态的影响。一个体现这一点的现象是，新的集群出现在城市区域的外围，预示着许多城市区域在汽车使用量高的前提下所采用的多中心形态。

进一步阅读

• ISUF
• 网络上的分形维数
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