Universele ruimtetijdelijke schaalwetten beheersen dagelijkse bevolkingsstromen in steden

Spatiotemporale schalingwetten onthuld op stadsniveau

Hoewel de dagelijkse bewegingen van mensen in een stad chaotisch lijken, onthult nieuw onderzoek onderliggende universele patronen. Een studie, gepubliceerd in het tijdschrift Nature Communications en geleid door hoogleraar Bo Huang van de Faculteit Geografie aan de Universiteit van Hongkong (HKU), onthult fundamentele spatiotemporale schalingwetten die deze populatiedynamiek beheersen.

Het begrijpen van hoe mensen zich binnen steden bewegen en verdelen is cruciaal voor effectief stedelijk plannen en beheer. Technologie heeft enorme hoeveelheden gegevens opgeleverd over waar mensen naartoe gaan, maar het begrijpen van de temporele ritmes van bevolkingsdichtheid op verschillende locaties blijft een uitdaging. Het team van professor Huang heeft deze kloof aangepakt door principes van complexiteitswetenschap toe te passen om grootschalige gegevens van mobiele apparaten uit grote steden wereldwijd te analyseren.

Voorspelbare patronen: Tegen de schijn in zijn dagelijkse bevolkingsfluctuaties niet willekeurig. Ze volgen voorspelbare “schalingwetten”—wiskundige relaties die waar zijn over verschillende tijdsintervallen en geografische schalen binnen een stad.

Consistentie op stadsniveau: Op de schaal van de gehele stad vertonen deze fluctuaties consistente spatiotemporale patronen, beschrijfbaar met machtswetten.

Lokale dynamiek en afstandsafname: Op specifieke locaties (micro-niveau) volgen fluctuaties ook schalingwetten in de tijd. Cruciaal is dat de intensiteit van deze dynamiek afneemt met toenemende afstand van stedelijke centra, vergelijkbaar met hoe indicatoren zoals bevolkingsdichtheid afnemen. Deze afname volgt een “allometrisch model”, dat de levendigheid van populatiedynamiek verbindt met de dichtheid van stedelijke kenmerken, zoals punten van belang (POI’s).

Koppeling van ruimte en tijd: Het onderzoek legt een nieuwe logaritmische relatie bloot tussen de ruimtelijke afname en de temporele schaling, waardoor effectief wordt aangetoond hoe populatiedynamiek in de tijd en over stedelijke ruimte verandert.

Deze studie biedt aanzienlijke theoretische vooruitgangen door schalingconcepten in de stedelijke wetenschap stevig in het temporele domein uit te breiden, een nieuwe link te vormen tussen ruimte- en tijdsdynamiek, en nieuwe perspectieven te bieden op hoe steden zelforganiseren. Praktisch gezien stelt het onderzoek de creatie van “ruimte-tijd spectra” kaarten mogelijk die populatiedynamiek in een stad visualiseren. Dit biedt een krachtige, op activiteit gebaseerde kijk op de functionele structuur van de stad.

Directe implicaties voor stedelijk beleid: “Dit diepere begrip heeft directe implicaties,” zegt Dr. Xingye Tan, postdoctoraal onderzoeker en co-eerste auteur samen met professor Huang. “Het kan bijdragen aan effectievere stadsplanning, het optimaliseren van commerciële en transportstrategieën, het begeleiden van infrastructuurontwikkeling en het helpen bij het beheren van publieke gezondheidsuitdagingen, wat uiteindelijk helpt bij het bouwen van meer leefbare, veerkrachtige en duurzame steden.”

Het samenwerkende onderzoeksteam omvat professor Michael Batty (University College London), assistent-professor Weiyu Li (Suzhou University of Science and Technology), geassocieerd professor Qi Wang (Northeastern University, VS), assistent-professor Yulun Zhou (Faculteit Stedelijke Planning en Ontwerp, HKU), en professor Peng Gong, vice-president (Academische Ontwikkeling) en hoogleraar aan de Faculteit Geografie van HKU.