交通地理學與網路科學/形態學

在交通地理學背景下，形態學更廣為人知的是城市形態學，它起源於地理學、建築學、社會學和城市規劃等學科的綜合研究。它研究城市形態的演變和當前轉型，以及對其組成部分（包括建築物、街道和公園等）及其相互作用的理解。這些相互作用包括各個組成部分之間以及組成部分與城市形態本身之間的相互作用。城市形態的例子包括城市、城鎮和村莊，但這並不限於此，因為城市形態被定義為人類居住的區域。由於城市形態涉及對土地利用空間格局的廣泛研究，因此它對以下方面很有用：城市設計和規劃，以及許多依賴土地利用的交通和運輸模型。

視角

從歷史上看，城市形態學在成為跨學科研究領域之前，曾是不同學科之間的一個碎片化的主題，例如在“城市形態國際研討會”等平臺上發展起來。城市形態學發展於英國形態學派、義大利型別學派和法國凡爾賽學派，分別來自地理學、建築學和社會學等不同學科，能夠從各自的角度看待與它們相關的主題。因此，在城市形態學中，城市形態的發展是透過分析影響其的社會和經濟力量來實現的。其他方法包括透過構建空間動力學模型，在空間科學學科中理解（城市形態）城市。

地理學

來自英國形態學派，地理學家M.R.G Conzen與發展平面分析相關，該方法使用歷史地圖來了解城鎮或城市的演變。Conzen以英國城鎮奧爾尼克的案例研究引入了該方法。該方法的意義在於提供了對土地利用模式和建築形式的洞察。將城鎮規劃視為由其要素組成——街道網路、地塊和建築物——平面分析使用這些要素的獨特組合，稱為平面單元，將城鎮劃分為形態學均質的區域。這和其他一些針對其他歐洲城市和城鎮的類似案例研究為城市形態學的許多概念框架奠定了基礎。從地理學的角度來看，擴充套件城市形態學中街道的要素，關於街道的討論對於識別城市地區中的街道模式以及按型別對街道進行分類系統（或型別）的發展非常重要。對於城鎮和城市，不同街道佈局之間的規律程度已被用作分類手段。其他分類方法包括確定城鎮或城市的街道佈局配置——例如網格、軸向平面和輻射平面——以視覺化空間模式。然而，這種分類方法因其過於簡單地減少（有時會誤導）街道模式形態的複雜性而受到批評；城市街道模式往往是複合的。城市街道佈局包含了過去發展它們的社會和經濟（以及在某些情況下政治）原因。因此，僅從設計的角度看待街道佈局會忽略對其形成方式的理解，並使其難以觀察其形態特徵。這在一定程度上促進了使用Conzenian的平面單元概念並突出了其有用性。

建築與社會學

在任何城市景觀的轉型階段，都必須考慮那些能夠影響城市形態物理形狀的主體的作用。除了開發商和城市規劃師之外，建築師也發揮著重要作用，他們的想法在城市形態的規模上得以實現，並且還參與了城市區域部分的設計和配置。這在城市形態的歷史中得到了證明，Giambattista Nolli為羅馬繪製的地圖導致了“形體-背景理論”的形成：用實體和開放空隙來表示城市區域。另一個重要的建築理論是“聯絡理論”，旨在構建連線城市區域要素的“線網路”。在這種情況下，指的是街道、人行道和其他線性開放空間的佈置。由於城市形態是由人類發展起來的，因此人們可以預期城市形態反映了一套特定的歷史、社會和文化價值觀。這構成了主要建築理論之一“場所理論”的基礎，該理論將當代社會價值觀印刻在物理環境中。透過反映社會價值觀，人們就會想到城市形態設計如何能夠（並且已經）展示反映宗教思想的美學（例如在“內城”和“巢狀城市”的情況下）。在建築學科中，應該提到城市形態的設計一直圍繞著交通系統展開。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，交通線從（中心）輻射出去；以及線性城市，城市（及其經濟活動和居住區）沿著連續的交通線分佈。

空間分析

使用元胞自動機模型，在（a）中確定性地在鄰域中進行細胞自下而上的生長，在（b）中隨機進行。

瞭解城市形態的演變還涉及分析方法——地理資訊系統（GIS）、元胞自動機和基於代理的模型——透過將城市形態視為空間結構。這些視角為利用分形現象進入城市形態的概念框架，從而創造了新的途徑來處理城市形態的演變。透過不同的尺度研究城市形態，以更好地分析影響城市形態的活動分佈。許多靜態平衡模型能夠模擬城市形態，因為就業和人口分佈的城市結構被輸入到模型中，從而說明了形態特徵。基於元胞自動機的動態模型能夠生成（城市形態中的）過程，這些過程說明了從模擬城市區域中聚合和自下而上發展的特徵。從單個種子模擬城市生長產生的結果表現出與真實城市相似的分形模式。然而，存在一個隱藏的假設，即空間模式隨時間推移而擴充套件，這並沒有捕捉到技術等根本性社會變化的現象。這突出了元胞自動機的一個侷限性，未來可以解決這個問題。空間分析工具的另一個應用使城市形態能夠被建模為人類住區的網路，涵蓋人們（間接）相互聯絡的空間。應用的結果是城市（內部）的自組織水平與網路連線度（相對於網路的空間密度）之間的關係。這種關係的一個獨特特徵是，需要最低程度的網路連線度才能產生足夠大的自組織水平，使城市形態能夠發揮大都市的功能。增加網路連線度可以實現大都市的功能，但會使網路變得冗餘且效率低下，而減少網路連線度則無法實現大都市的效能。

對交通的影響

城市形態的演變（城市區域內就業和人口的分佈）受經濟集聚導致的城市發展過程的影響。對城市區域內土地利用的整體影響會影響交通系統的使用方式。例如，美國大都市形態模式的研究表明，城市開發密度低且土地利用分散，因此鼓勵使用汽車。而歐洲更為普遍的相反情況（高開發密度和集中土地利用）則鼓勵步行和騎腳踏車。這些例子也暗示了有效的城市形態設計如何解決交通問題。因此，有人建議交通政策應基於不同階段城市的人口特徵和空間結構。

與交通系統構建的4種主要城市空間結構型別

在都市區內，有4種主要的空間網路結構型別需要考慮

• 完全機動化網路：一個以汽車為導向的大型網路（土地利用密度介於低到中等），擁有高容量高速公路，而公共交通系統在網路中發揮著次要作用。該網路旨在象徵城市效率，並設計為方便任何兩個地點之間的出行。例如，1950年以後的洛杉磯和達拉斯等北美城市。
• 弱中心：一箇中等密度（就土地利用而言）的同心圓模式網路，其中許多位於外圍的中心透過環路與中央商務區競爭經濟活動。網路的中心是中央商務區的所在地，汽車更容易到達，但透過一個使用率低且資金不足的公交服務連線。例如，20世紀初的墨爾本和舊金山等城市。
• 強中心：一個高密度網路，可以透過高容量的公交系統輕鬆到達，該系統負責滿足中心城區經濟生產力的出行需求。輻射狀和環形道路以及與中央商務區相關的成本較高，促使二級中心沿著環路遠離該區出現。例如，19世紀尤其是在商業和金融中心發達的城市，例如巴黎。
• 交通限制：實施交通管制和模式偏好策略的網路。其中心城區由公交系統服務，作為交通擁堵管理政策的一部分，限制了汽車的使用。透過個人交通（汽車）相對於到中心區域的距離來說明“漏斗效應”：隨著人們向中心區域移動而減少，隨著人們向外圍移動而增加。而集體交通（公交）的使用則相反：隨著人們向中心城區移動而增加，隨著人們向外圍移動而減少。此外，交通系統在郊區和中心區域之間存在介面，允許個人和集體交通方式（汽車和公交）之間以及高容量和低容量集體交通方式（公交和鐵路）之間進行轉換。例如，擁有這種空間結構的城市可能包括新加坡和香港。

塑造城市景觀中交通系統的一個重要過程是城市化——人口從農村地區向城市地區遷移。其特徵透過不同規模的活動集中印刻在城市形態上：當它相對於整個城市區域發生時，它是集中化；但城市區域的一部分內的焦點是指叢集。城市空間結構可以用網路元素抽象出來，節點代表經濟活動中心（火車站和機場等交通設施），連線線連線這些中心。需要注意的是，節點和連線線也說明了可達性和流動性（城市交通系統），這些因素有助於城市形態的演變。歷史上，交通技術的侷限性導致了在城市中心區域集中活動的許多動機，因為汽車的缺乏和限制城市區域內的人們依靠步行作為主要的交通方式。由於步行（作為一種交通方式）在實現城市出行方面的效率低下，過去許多城市的的空間結構都非常緊湊且易於到達；歐洲和東亞的許多城市至今仍保留著類似的結構。此外，城市形態的演變也表明了交通技術對城市形態的影響。一個體現這一點的現象是，新的叢集出現在城市區域的外圍，預示著許多城市區域在汽車使用量高的前提下所採用的多中心形態。

進一步閱讀

• ISUF
• 網路上的分形維數
• 元胞自動機
• 城市形態與功能