Геоурбанистика

Геоурбанистика
Модели городов и городских систем
Геоурбанистика
МОДЕЛЬ ЦИПФА – правило «ранг-размер»
Если расположить все города некоторой страны (региона) в
списке в порядке убывания численности населения, то каждому
городу можно приписать некоторый ранг или номер, который он
получает в данном списке.
Численность населения и ранг города подчиняются простой
закономерности, выражаемой формулой
Рn = Р1/n,
где Рn - население города n-ого ранга;
Р1 - население главного города страны (1-го ранга)
Геоурбанистика
Закономерность между численностью населения города и его рангом в
системе расселения впервые эмпирическим путем была обнаружена
Ауэрбахом (Auerbach) в 1913 году.
Позднее она изучалась рядом специалистов, наиболее значимые
обобщения по этому поводу были сделаны Георгом Ципфом (G. Zipf) в
работе, опубликованной в 1949 году.
Данная закономерность получила название «правило Ципфа» или закон
«ранг-размер» («rank - size» rule).
Геоурбанистика
Для повышения достоверности результатов применяется более общая
форма зависимости, где вместо Р1 используют константу С, а
знаменатель дроби возводят в некоторую степень q.
Рn = С • n-q, где С и q - некоторые (характерные для данной страны и
данного периода времени) константы
Геоурбанистика
График зависимости «ранг-размер» (закон Ципфа) в логарифмической шкале.
Геоурбанистика
Были предприняты многочисленные попытки проверки правила Ципфа.
Исследования по Бразилии, Италии, Канаде, Мексике и Франции (по
каждой стране рассматривалось от 13 до 30 городов) позволяют
выдвинуть гипотезу об устойчивости во времени типа распределения
городского населения страны по городам разного ранга.
Параметр q: при достаточно хорошем соответствии с реальными
данными, q близко к 1.
Для высших уровней иерархии характерна недооценка моделью реальной
численности населения, что свидетельствует о наличии особых
факторов, которые она не учитывает.
Данный закон не проверялся для совокупного списка городов мира
Геоурбанистика
Закон Ципфа хорошо соответствовал распределению численности
городского населения СССР, хотя наблюдалась существенная
близость численности городов с номерами в диапазоне 5 – 10.
В результате распада СССР произошла резкая смена рангов городов
и возникло существенное отклонение от модели Ципфа.
год
Среднее отклонение
расчетной численности
населения от реальной, %
Соотношение между
реальным и идеальным
размером крупнейшего
города
Ранг города с наибольшим
отклонением
численности населения о
расчетной
1959
8,6
1,3
3 (Киев)
1970
8,5
1,0
3 (Киев)
1989
10,9
0,8
3 (Киев)
1992
12,3
1,2
3 (Новосибирск)
1997
12,6
1,1
3 (Новосибирск)
2000
12,8
1,1
3 (Новосибирск)
Расчеты Е.С.Юр, 2003
Геоурбанистика
Государственные программы «выравнивания» городов и
попытки деформации сложившихся соотношений «ранг размер»:
•сдерживание роста главного города;
•стимулирование развития крупных городов (в противовес
главному) либо средних и мелких (в противовес крупным)
Попытки
совершенствования
городского
предпринимались в СССР, Франции и др. странах.
каркаса
Геоурбанистика
Транспортные иерархические модели
Модель Леона Лаланна, «Очерк теории сетей железных дорог, основанной
на наблюдении фактов и на основных законах, управляющих сгущением
населения» (Lalanne, 1863).
Из каждого города должно выходить по 6 или 12 транспортных лучей,
образующих правильные треугольные ячейки дорожной сети вокруг
центра
Модель Коля «Транспорт и поселения в их
зависимости от форм земной поверхности»
(Kohl,1841)
В основе модели Коля лежит
реальная иерархическая система
транспортных магистралей
некоторой страны:
общенационального, областного и
районного значения.
• В России формулировка закона размещения городов
различной людности относительно друг друга
впервые была сделана В.П. Семеновым-Тян-Шанским.
• В работах «Город и деревня в Европейской России» (1910 г.) и
«Район и страна» (1928 г.) он выявил «географический закон»,
согласно которому город представляет собой «как бы центр
планетарной системы, ибо вокруг него по радиусам, на известных
расстояниях, вырастают вспомогательные к нему города меньших
размеров, находящиеся в экономической зависимости от главного
города» (Семенов-Тян-Шанский, 1928, с. 207).
Геоурбанистика
Общая концепция функциональной иерархии
Распределение производства товаров и услуг на национальном и
региональном уровне объясняется функциональной иерархией,
связанной с размерами городов и с «весом» их зон влияния.
В классической теории центральных мест предполагается
иерархическая вложенность мелких ячеек - зон обслуживания
нижнего уровня и более крупные ячейки второго уровня, которые, в
свою очередь, вложены в еще более крупные ячейки третьего уровня и
т.д.
В центре ячеек каждого уровня лежат города, осуществляющие это
обслуживание, соответственно получается иерархия таких городовцентров.
Иерархический ранг города обусловливает его центральность.
Геоурбанистика
Концепция центральных мест создана в Германии в период 192030-х годов трудами В. Кристаллера (1933) и А. Лёша (1940).
Первоначальное ядро этой концепции параллельно возникло в
Великобритании (1932), в связи с политикой развития ее регионов в
Англии и Шотландии.
В модели Кристаллера эффективная организация торговли выступает
как основная причина существования города (розничная торговля как
градообразующая отрасль).
Площадь и население, характеризующие рынок сбыта, являются
зависимой переменной, значение которой определяется четырьмя
группами факторов:
1.
Уровень экономии, вызванной эффектом масштаба.
2.
Численность обслуживаемого населения.
3.
Экономическое расстояние.
4.
Частота покупок.
Пороговый размер рынка
Зона сбыта центральных товаров
Варианты
положения
обслуживаемых
поселений
относительно
центральных мест
k =3, k =4, k =7
Принцип Кристаллера: «Центр, стоящий во главе большой зоны
влияния, не бывает второстепенным пунктом для зоны влияния
меньшего размера» (Медведков, 1967, с. 20).
В теории центральных мест существует представление о
допустимом количестве центральных мест в зонах влияния
разного размера и пропорции между населением центральных
мест, принадлежащих смежным уровням иерархии.
Эти пропорции выражены уравнением Беккманна-Парра
P(m)
K k

P(m  1) 1  k
, где
Р (m) – население центральных мест уровня иерархии m (уровни нумеруются
сверху),
Р (m+1) – то же для следующего, нижележащего уровня m+1;
k – доля центрального места в населении обслуживаемой им зоны,
К – избранный вариант системы центральных мест (3, 4 или 7).
m – число иерархических уровней в системе центральных мест,
с – число отсутствующих уровней иерархии (если таковых нет, то с = 0).
Релятивистская теория
Уравнение изостатического равновесия
Rn (t )
 R (e)  m  1  c
n
, где
Rn(е) - эмпирический радиус для уровня иерархии n;
Rn(t) - теоретический радиус для уровня иерархии n;
m – число иерархических уровней в системе центральных мест,
с – число отсутствующих уровней иерархии (если таковых нет, то с = 0);
Эмпирический радиус - соотношение реальных (в долях от единицы) расстояний
от главного центра до всех центров соответствующего уровня иерархии и
теоретических значений этих расстояний, найденных для идеальной
кристаллеровской решетки как доля отрезка прямой от центра до границы
шестиугольника.
Теоретический радиус вычисляется как отношение эмпирической численности
населения центральных мест данного уровня иерархии к теоретически
рассчитанной численности населения этого уровня: Rn(t) = Pn(e) / Pn(t).
Если центральные места уровня иерархии n сгущаются вблизи главного центра,
Rn(e) < 1, если они сдвинуты к периферии, то Rn(e) > 1.
• Ориентирована на выявление взаимосвязи между
пространственным строением системы центральных мест и
распределением населения между уровнями кристаллеровской
иерархии.
• Релятивистские эффекты проявляются в случае выпадения в
системе расселения городов, которые должны были бы
образовать второй по величине уровень иерархии.
• Системы расселения в ходе эволюции переходят из
квазиаморфного состояния (в соответствии с правилом «ранг
– размер»), в квазикристаллическое (в соответствии с теорией
центральных мест).
• Системы расселения движутся как бы «по пути» от Зипфа
(образование целостной системы) к Кристаллеру
(формирование четкой иерархии).
Регион
Сычуань
Прикубанье
Эстония
Южная
Германия
Тип системы
К=3
К=3
К=4К=5
К-6
Уровень урбанизации, %
> 30
45
около 70
>80
Зависимость модификаций систем центральных мест от уровня урбанизации
• При изменении уровня урбанизации системы расселения
стремятся определенным образом поддерживать
распределение «ранг-размер».
• Наиболее точное соответствие правилу Зипфа при доле
городского населения, близкой к 50%.
• Наблюдается определенное соответствие числа K и доли
городского населения: К = 2 при 10% городского населения, К = 3
при 30% городского населения, К = 4 при 50% городского
населения, К = 5 при 70% городского населения, К = 6 при 90%
городского населения.
Геоурбанистика
ТЕОРИЯ ЭКОНОМИЧЕСКОГО ЛАНДШАФТА А. ЛЁША
Модель А. Лёша (конец 1930-х годов) основана на системе уравнений
пространственного равновесия, описывающих пространственную
локализацию функций городов.
Она объясняет экономическую концентрацию в городе присутствием в
нем функций промышленного производства, что объясняется общим
эффектом экономии агломерации и минимизацией суммарных
транспортных издержек.
Лёш учитывает неоднородность экономического пространства
(месторождения полезных ископаемых, узлы коммуникаций).
Геоурбанистика
Приводя дополнительные рассуждения о возможных вариантах
распределения потребителей, Лёш приходит к пространству, разбитому
регулярным образом такой сетью шестиугольников, которая содержит
как богатые, так и бедные центрами производства секторы.
Наибольшее возможное совпадение секторов, богатых городами, может
быть достигнуто при подходящих поворотах вокруг центра зоны этого
рынка.
• Теорию центральных мест применяли при проектировании
населенных пунктов на вновь осваиваемых территориях,
например, в 30-40-х гг. на осушенных землях Зюдерзее
(Нидерланды) при выборе мест для новых населенных пунктов.
• Теорию центральных мест использовали в региональном
планировании во многих странах запада: в 80-е гг. в Германии
в ряде земельных региональных планов; для административнотерриториального деления в Швеции.
• В СССР расчёты, выполненные на основе теории центральных
мест, использовались для оценки устойчивости
перспективных систем расселения, для анализа иерархического
строения систем городов и прогнозов роста городов (Шупер,
1983, 1984).
Геоурбанистика
ИНТЕНСИВНОСТЬ ВЗАИМОСВЯЗИ ГОРОДОВ.
ГРАВИТАЦИОННЫЕ МОДЕЛИ
Гравитационная модель была предложена Рейли (1929) и затем
развита Конверсом (1938).
В основе ее лежит концепция пространственного взаимодействия
городов. Эта модель была выведена на основе эмпирических
исследований 20-х годов по зонам торговой привлекательности городов
США и затем была применена во многих исследованиях по различным
странам.
При рассмотрении двух крупных городов (1 и 2), которые борются
за рынок сбыта некоторого малого города (3) Рейли предположил, что
значения интенсивности двух рассматриваемых товарных потоков в
этот город (F13 и F23) будут прямо пропорциональны населению
городов-поставщиков
и
обратно
пропорциональны
квадрату
расстояния от каждого из поставщиков до рынка сбыта (R13 и R23).
Геоурбанистика
Аналогия с силами тяготения позволяет перейти к более общей
формулировке модели, получив описание всех парных товарных
потоков рассматриваемого национального рынка.
Fik = b (PiPk)s / (Rik)q, где
b - некоторая константа (единая для описания всех парных
взаимодействий системы городов в пределах единого
национального рынка);
i - номер города-поставщика, k - номер города-рынка для всех
возможных пар (i, k);
q – поправка на расстояние, определяемая эмпирически для
конкретного национального рынка в конкретный период времени;
s – поправка на численность населения каждого из городов Р .
Геоурбанистика
для описания «экономической массы» используют:
•
•
•
•
•
численность активного населения;
объем продукции, производимой в городе;
показатель совокупного дохода населения этого города;
сумма денежных средств на счетах жителей города;
численность занятых в сфере услуг.
для
описания
экономического
расстояния между
городами вместо геометрического показателя расстояния используют:
•
расстояние, измеренное по транспортной сети;
•
учет затрат, связанных с транспортировкой товаров (затраты
на топливо, пошлины за проезд по платным дорогам и т.д.);
•
время проезда (при исследовании пассажиропотоков).
Геоурбанистика
ЛОКАЛИЗАЦИЯ РАЗЛИЧНЫХ ВИДОВ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ
ДЕЯТЕЛЬНОСТИ В ЗОНЕ ВЛИЯНИЯ ГОРОДА
(МИКРОЭКОНОМИЧЕСКИЙ ПОДХОД ФОН ТЮНЕНА)
Одним из важнейших понятий систем городов является понятие зоны
влияния города.
Первой попыткой теоретического исследования зоны влияния города
являются работы фон Тюнена (1826 г., «Изолированное государство в
его отношении к сельскому хозяйству и национальной экономии»)
Геоурбанистика
В теоретической модели фон Тюнена рассматривается
абстрактная, однородная, непрерывная, изолированная от
внешнего мира равнина, на которой расположен единственный
город.
Основная деятельность на равнине - различные виды
сельскохозяйственного производства,
основная деятельность города - производство товаров,
необходимых для жителей равнины, и торговля.
Город
является
единственным
рынком
сбыта
сельскохозяйственной продукции для окружающей местности.
Геоурбанистика
Каждая технология i характеризуется в двух аспектах:
производимая
продукция
и
тип
интенсивности
производства.
Экономические условия процесса производства при одинаковых
вариантах технологии одинаковы для любых участков.
Единственное отличие одного участка от другого сводится к
различию в их положении и уровню транспортных издержек.
Геоурбанистика
Решение о выборе технологии i основано на критерии прибыльности
производства
График функции прибыли Bi(d) для различных вариантов технологий i (i =1,
2, 3) в модели фон Тюнена
Геоурбанистика
Фон Тюнен определил оптимальную структуру землепользования
вокруг города Ростока:
1 - овощные огородные культуры и интенсивное молочное производство;
2 – лесоводство;
3 - зерновые культуры с особенно интенсивными технологиями;
4 - зерновые культуры с луговым севооборотом («менее интенсивные»);
5 - экстенсивные зерновые культуры с трехпольным севооборотом;
6 - экстенсивное пастбищное животноводство
Фон Тюнен ввел в теорию концепцию полюса экономической
активности и концепцию зоны влияния.
Это первая модель цены земли, представляющая класс моделей, в
которых основным фактором является экономическое
расстояние.
Геоурбанистика
КЛАССИЧЕСКАЯ КОНЦЕПЦИЯ КАРКАСА ТЕРРИТОРИИ
(«КАРКАС - ТКАНЬ»).
Каркас городов (urban framework) - одно из важнейших понятий
пространственного экономического анализа.
Сам этот термин был введен во Франции П. Жоржем (Р. George) в 1950-е
годы, в рамках исследований регионов страны.
В основе этой концепции лежат два главных тезиса:
1.
Города не являются изолированными экономическими агентами, они
включены в систему связей с другими городами (эти связи могут быть
иерархического, взаимодополняющего или конкурентного типа).
2. В совокупности города и их взаимосвязи определяют характер
экономического пространства страны (ее региона и т.п.).
Геоурбанистика
Города характеризуются высокой интенсивностью экономической жизни
и соответственно высокой плотностью освоения территории.
По сравнению с ними территория сельскохозяйственных полей полей
предстает как экономически мало интенсивное, мало освоенное
пространство.
Города и связывающие их дороги (а в дальнейшем линии телеграфа и
телефона, авиалинии и т.д.) уподобляют каркасу, некоторой решетчатой
(рамочной) структуре, на которую «натянута» ткань полей.
Геоурбанистика
«Каркас –
набор городов некоторой территориальной зоны,
рассматриваемой вместе с системой отношений между
самими городами, между городами и окружающими их
сельскими зонами влияния, а также с внешними связями этих
городов (с прочими городами, лежащими вне исходной зоны)»,
Дерик (Derycke, 1979)
Геоурбанистика
Переход к новым формам пространственной организации
связей городов
Изучение реальной морфологии сетей городов свидетельствует об
усилении роли сетевой формы связи горизонтального типа, которая
сочетается с иерархическими отношениями.
Такая конструкция сети звезд (hubs & spokes; рассматривается как
наиболее перспективная пространственная форма каркасов городов.
В основе конструкции - узлы (фокусы активности) и лучи,
соответствующие потокам товаров, людей и информации.
Геоурбанистика
В современных условиях становятся менее значимыми связи между
центрами разного уровня
Возникает менее жесткая концепция каркаса городов, в которой
существенна их взаимодополнительность, которая проявляется на
высших уровнях каркаса.
Сети международных городов, к каждому из которых сходятся лучи из его
национальной зоны влияния, по своей пространственной организации
соответствуют новой конфигурации сети звезд.
Реальное экономическое функционирование таких сетей связано с
переходом производства на принципиально новые, глобализированные
организационные схемы.
Геоурбанистика
Схема каркаса городов типа «сеть звезд»
е
Схема каркаса городов типа «сеть звезд»