【摘要】：伴隨著全球城市化進(jìn)程以及城市本身的復(fù)雜化趨勢,城市議題對于人類社會可持續(xù)發(fā)展的重要性越發(fā)突出,建立相應(yīng)的城市科學(xué)進(jìn)而成為一項(xiàng)時代命題。然而由于當(dāng)前的城市研究仍處于前范式時期,探討城市現(xiàn)象的一般性就成為了現(xiàn)階段的首要任務(wù)。而在城市的各項(xiàng)屬性中,空間形態(tài)是其本底性要素,復(fù)雜性是其本質(zhì)性特征,那么綜合反映這兩點(diǎn)的空間復(fù)雜性就應(yīng)是城市研究的重點(diǎn)領(lǐng)域。鑒于此,城市道路作為城市空間形態(tài)各要素中最穩(wěn)定的一類用地,其形態(tài)對城市的運(yùn)行有著極其關(guān)鍵的影響,此外其在各用地類型中獨(dú)一無二的網(wǎng)絡(luò)形態(tài)又賦予了其被多種空間語言進(jìn)行描述的潛力,是探索多維度復(fù)雜性,尤其是空間復(fù)雜性的良好“橋梁”。故而,對于探索城市空間復(fù)雜性的一般和分異性質(zhì)而言,路網(wǎng)就是一個非常合適的切入視角。而在實(shí)踐層面上,研究路網(wǎng)空間復(fù)雜性一方面能為探索路網(wǎng)的優(yōu)化形態(tài)提供參考,另一方面也能幫助明確中國城市在路網(wǎng)空間復(fù)雜性上于世界城市之林中的特征地位,并為其提供可供借鑒的參照城市樣本。因而本文的主要研究目的即是探索城市路網(wǎng)空間復(fù)雜性的一般和分異性質(zhì),具體內(nèi)容則主要按以下四個部分逐步展開:第一部分,界定空間復(fù)雜性內(nèi)涵,建立分析框架。首先在回顧復(fù)雜性研究進(jìn)程、總結(jié)其核心理念的基礎(chǔ)上,明確了空間復(fù)雜性的界定思路的基本意涵,提出了城市人地系統(tǒng)中土地空間復(fù)雜性的二元認(rèn)知框架,然后結(jié)合對“一般性”概念的界定提出本文具體的分析框架與測度體系。第二部分,探索城市路網(wǎng)空間復(fù)雜性的一般性。在全球范圍內(nèi)選取了 1040個城市樣本,利用上述測度體系測度了各樣本城市路網(wǎng)的空間復(fù)雜性特征,然后考察各項(xiàng)測度指標(biāo)的結(jié)果分布以及其之間關(guān)聯(lián)。第三部分,探索城市路網(wǎng)空間復(fù)雜性的分異性。利用主成分分析提煉了刻畫城市路網(wǎng)空間復(fù)雜性的特征向量,然后利用凝聚聚類對樣本城市進(jìn)行類型劃分,最后對各類型之間的屬性分異和地理分異情況進(jìn)行分析。第四部分,探索上述性質(zhì)背后可能的演化規(guī)則。提出城市路網(wǎng)生成的若干演化規(guī)則假說,進(jìn)行相應(yīng)數(shù)理化表達(dá),據(jù)此構(gòu)建城市路網(wǎng)演化模型,探討不同演化規(guī)則影響下的路網(wǎng)空間復(fù)雜性特征,從而為解釋現(xiàn)實(shí)中城市路網(wǎng)空間復(fù)雜性的一些性質(zhì)提供參考。論文的主要研究結(jié)論如下:(1)城市人地系統(tǒng)中土地的空間復(fù)雜性具有空間本征復(fù)雜性和空間表征復(fù)雜性的雙重意涵。土地的空間本征復(fù)雜性是指當(dāng)土地空間形態(tài)本身超越了以整形幾何為代表的“空間簡單性”而呈現(xiàn)出分形特征時而顯示出的復(fù)雜性。土地的空間表征復(fù)雜性是指土地受其承載的人類社會系統(tǒng)所具備的復(fù)雜性特征影響而呈現(xiàn)出的特定形態(tài)或結(jié)構(gòu),其中又以系統(tǒng)的組織性和目的性兩個維度最為突出,其作用于土地空間形態(tài)與結(jié)構(gòu)時就體現(xiàn)為后者的自組織程度與功能水平。(2)一般性方面,城市路網(wǎng)在空間復(fù)雜性上具有較強(qiáng)的一般性。首先,就空間本征復(fù)雜性而言,形態(tài)分形和結(jié)構(gòu)分形普遍存在,不過無論是形態(tài)上抑或是結(jié)構(gòu)上的冪律分布則均只存在于各城市路網(wǎng)體系中數(shù)量占比較少的高等級道路之中。其次,就空間表征復(fù)雜性而言,路網(wǎng)自組織程度和功能水平各測度的分布均呈峰態(tài)分布,體現(xiàn)出較強(qiáng)的一致性。最后,兩類空間復(fù)雜性單一測度之間整體關(guān)聯(lián)較弱,體現(xiàn)出較強(qiáng)的獨(dú)立性。(3)分異性方面,城市路網(wǎng)在空間復(fù)雜性上存在一定分異性,可劃分為五種類型。類型一城市的路網(wǎng)規(guī)模最小,自組織程度偏低,形態(tài)分維數(shù)高,長度等級結(jié)構(gòu)凸顯,在效率和魯棒性上表現(xiàn)最優(yōu),日韓等亞洲經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)在這一類型上有著較多的分布。類型二城市規(guī)模最大,其路網(wǎng)受規(guī)劃程度有限,雖然覆蓋水平良好,但整體功能水平偏弱,對應(yīng)著現(xiàn)實(shí)中欠規(guī)劃的大城市。類型三城市的路網(wǎng)在本征復(fù)雜性的各項(xiàng)因子上均很低,功能水平與類型二相仿,整體上處于欠發(fā)育狀態(tài),對應(yīng)著現(xiàn)實(shí)中正處于發(fā)展中階段的城市路網(wǎng)形態(tài),非洲和亞洲發(fā)展中地區(qū)的城市有較多分布。類型四城市是一類強(qiáng)規(guī)劃城市,其路網(wǎng)具備最高的結(jié)構(gòu)分形因子,中國大陸和北美地區(qū)有較多分布,可能代表著機(jī)動車導(dǎo)向下的路網(wǎng)形態(tài)。類型五城市路網(wǎng)的長度分布和度分布“異配”,有著很高的依度失效穩(wěn)健性,歐洲和拉美城市有較多的分布。(4)進(jìn)一步地,各地域在五種城市路網(wǎng)類型的分布上存在一定的分異和聯(lián)系。首先,歐洲和拉美地區(qū)的分布相近,以類型一、類型三和類型五為主導(dǎo),這一相似性可能是源自后者所受前者的殖民影響。其次,非洲和亞洲發(fā)展中地區(qū)有著類似的分布,均以類型三為主導(dǎo),可能是源自二者相近的發(fā)展階段。再次,日韓等亞洲發(fā)達(dá)地區(qū)的城市主要以類型一為主,故而在路網(wǎng)形態(tài)方面是值得借鑒學(xué)習(xí)的地域。最后,中國大陸地區(qū)與北美地區(qū)有著一定的相似性,二者均是以類型二和類型三為主導(dǎo),這可能是源自前者對后者規(guī)劃理念和經(jīng)驗(yàn)的廣泛引進(jìn)。(5)圈結(jié)構(gòu)機(jī)制和連接效用原則能為現(xiàn)實(shí)中城市路網(wǎng)空間復(fù)雜性的一些特征提供解釋。計算機(jī)模擬實(shí)驗(yàn)顯示,城市路網(wǎng)形態(tài)分形和結(jié)構(gòu)分形均是非常穩(wěn)健的性質(zhì),不過路網(wǎng)生成過程中連接效用因素的引入會削弱后者的普適性,這可能是現(xiàn)實(shí)中一部分城市的路網(wǎng)在結(jié)構(gòu)分形上的契合度相對較低的原因;路劃長度分布的無標(biāo)度性可能與城市本身的集聚經(jīng)濟(jì)相關(guān);路劃度分布的無標(biāo)度性在樹狀生長的路網(wǎng)中常見,圈結(jié)構(gòu)的引入則會破壞這一特性,這為解釋現(xiàn)實(shí)中為何只有數(shù)量稀少的高等級道路體系才呈現(xiàn)無標(biāo)度分布提供了一個可能的解釋。
【圖文】：

不過Ｙ系數(shù)顯然可以被視為集聚系數(shù)在平面網(wǎng)絡(luò)上的全局推廣。面逡逑（ｆａｃｅ）則直接代表了網(wǎng)絡(luò)中的圈或元胞結(jié)構(gòu)。節(jié)點(diǎn)數(shù)則一般用于反映網(wǎng)絡(luò)的完逡逑整性，因而在魯棒性測度中應(yīng)用廣泛。需要說明的是，圖２．１僅列出了節(jié)點(diǎn)數(shù)和逡逑僅由其衍生出的指標(biāo)之間的聯(lián)系，實(shí)際上由于節(jié)點(diǎn)平均的需要，相當(dāng)一部分的指逡逑標(biāo)的建立也有節(jié)點(diǎn)數(shù)的參與，出于簡明考慮就不予示意。逡逑３２逡逑

圖３．１空間本征復(fù)雜性中“空間”的推廣逡逑：復(fù)雜源自筒單逡逑了空間復(fù)雜性的內(nèi)涵之后，接下來就需要明確，對照３，這樣的內(nèi)涵啟示著怎樣的復(fù)雜性認(rèn)識？逡逑實(shí)中具備分形特征的事物往往有著非常繁復(fù)、駁雜的外生機(jī)制實(shí)際上是筒單的：給定分形元，令其無限次迭代體。這樣看，分形理論實(shí)際上揭示了現(xiàn)實(shí)世界復(fù)雜性形：簡單機(jī)制的多次迭代。逡逑兩層意思，第一即承認(rèn)復(fù)雜性源自筒單性，這與確定性同工，也是３．１．２．２節(jié)所論及的第一類復(fù)雜性認(rèn)知的重復(fù)雜性是長期演化的結(jié)果。與分形現(xiàn)象而言，分形元有一
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：F426.6
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本文編號：2656168