دانلود رایگان ترجمه مقاله قوانین مقیاس بندی (ساینس دایرکت – الزویر 2007)

مبتدی (مناسب برای درک مفهوم کلی مطلب)

F1853

تصور می شود این ویژگی ها که یک ارگانیسم بیولوژیکی آرمانی را مشخص می نمایند، عواقب انتخاب طبیعی هستند: تمام اشکال تابع زندگی به واسطه تبدیل انرژی از منابع فیزیکی یا شیمیایی به مولکولهای آلی که پس از آن برای ایجاد، نگهداری، و تولید مثل سیستم های پیچیده و بسیار سازمان یافته متابولیزه می شوند.
در واقع، نظریه ساختاری بیان می کند که هر سیستم جریان در زمان تکامل می یابد به طوری که معماری جریان را توسعه می دهد که دسترسی جریان را تحت محدودیت های مطرح شده برای جریان حداکثر می نماید. این نظریه در توجیه قوانین مقیاس بندی آلومتریک [4]، ویژگی های جهانی گردش خون و آب و هوا [5]، و حتی اثرات مقیاس بندی در دویدن، شنا، و پرواز [6] نسبتاً موفق بوده است. با این حال، همانطور که مرزها و شرایط در سیستم های پیچیده ممکن است چندان مشهود نیاشند, همانطور که مرجع [7] برای مورد سازمان ترافیک در جوامع مورچه اشاره می کند، باید در تفسیر مراقب بود. ما این این ایده اصلی را بیان می کنیم که سیستم های بسیار پیچیده، دارای شرایط حمل و نقل، مانند موجودات زنده، باید برخی از قوانین مقیاس بندی آلومتریک را دنبال کنند.
هر چند به نظر می رسد شهرها نسبتاً فراتر از موجودات زنده هستند، برخی از فعالیت های عمومی در هر دوی آنها رخ می دهند: در میان این فعالیت ها, می توان تبدیل انرژی، حمل و نقل و انتقال انرژی، اطلاعات و کالاها و تعمیر آسیب را یافت. علاوه بر این، اگر قوانین مقیاس بندی بیولوژیکی, نتیجه محدودیت های بالا باشند، شهرهای مدرن و توسعه یافته نیز به برخی از این انواع محدودیت های مربوط به شبکه قرار دارند، حتی اگر رده هایی از شبکه های پیچیده شهرها ممکن است از شبکه های پیچیده در موجودات زنده متفاوت باشند که این امر موجب مطرح شدن الگوهای متمایز از ارتباطات بین گره ها می شود. حتی اگر این مورد برقرار باشد، مرجع [8] نشان می دهد که این ویژگی های ساختاری را نمی توان با استفاده از مطالعه خواص کلی به دست آورد. بنابراین، تلاش برای مقایسه رفتار ناخالص شهرهای مدرن با سیستم های بیولوژیکی معقول است، حتی اگر این تنها یک رویکرد اول به ملاحظات دقیق تر به عنوان یک راه برای باز کردن ملاحظات در مرجع. [9] باشد. یک روش اول در مرجع. [10] در نظر گرفته شد.
قوانین مقیاس بندی عمومی پیروی شده توسط موجودات زنده در اینجا برای برونیابی ابعاد شهر مدرن مورد بررسی قرار می گیرند، حتی اگر روابط آزادتر انتظار بروند، زیرا یک تفاوت بزرگ در تاریخ (شهرها بسیار جدیدتر از موجودات زنده هستند) و آمار وجود دارد: موجودات زنده همانند حیوانات، در مقایسه با تعداد ساکنان در شهر, معمولاً از تعداد بسیار زیادی از بلوک های عنصری (سلول) تشکیل شده است.
پژوهش در مورد مقیاس بندی در شهرها نیز برای ساختار شهر انجام شده است. هدف در مرجع. [11], روی ساختار برنامه ریزی شهرها، و مقیاس بندی طول ها است. مرجع. [12] همچنین با ویژگی نزدیک به فراکتال شهرها و حمل و نقل در آنها مرتبط است.
علاوه بر این، نشان داده شده است که شبکه های تامین برق شهری از قوانین مقیاس بندی [13] پیروی می کنند. در شکل 3 از مرجع [13], نشان داده شده است که، برای شهرهای آلمان، انرژی برق ارائه شده به خانواده ها تقریبا متناسب با جمعیت رشد می کند. نشان داده شده است که دیگر دامنه ها با جمعیت به روش های مختلف مقیاس بندی می شوند. با این حال، هیچ آزمایشی برای گسترش این داده ها در قوانین مقیاس بندی آلومتریک انجام نشده است

2. مقیاس بندی آلومتریک توان در شهرها
آزمایش برای کنترل قوانین مقیاس بندی آلومتریک در شهرها با جستجوی تعریف یک شهر شروع می شود. پس از آن، باید ” جرم ” و ” سوخت و ساز بدن ” یا مصرف انرژی یک شهر را برای مقایسه آن با قانون مقیاس بندی در موجودات زنده به دست آورد. با این حال، شهرها هیچ مرز و یا پوست روشنی را همانند موجودات زنده ندارند. علاوه بر این، جرم یک شهر و همچنین جرم یک حیوان تعریف نشده است. شهرهای بزرگتر باید جرم بیشتری به عنوان یک نتیجه از داشتن ساکنان بیشتر و ساختمان های بیشتر داشته باشند، و نیز در نتیجه خدمات عمومی و حمل و نقل. حداقل جمعیت برای یک شهر مهم مرکزی که به عنوان یک شهر در نظر گرفته می شود مورد نیاز است. اساساً، ما در نظر می گیریم که یک شهر باید بیمارستان، مدارس در تمام سطوح (از جمله دانشگاه ها، زیرا مردم باید قادر به دستیابی به شایسته ترین پست کاری باشمد)، کتابخانه ها، حمل و نقل عمومی، و حضور مراکز خدمات نسبتا بزرگ داشته باشد. همچنین، ما مناطق متراکم شهری را به عنوان شهر در نظر می گیریم، هر چند که ممکن است با هر شهرداری معین منطبق باشد یا نباشد. بنابراین، ما جرم موثر یک شهر را به عنوان جرم عناصر ساخته شده آن در نظر می گیریم: بتن تشکیل دهنده آن، فولاد و سنگ تراشی؛ امکانات عمومی آن (سطح خیابان ها، میادین، زیرزمینی، و غیره)؛ ماشین آلات و وسایل نقلیه عامل معمول در شهر؛ و ساکنان آن – یعنی, بخش هایی که بیشتر مستعد در تعمیر و یا تعویض در صورت آسیب یا نقص هستند. با این نوع از تعریف، بسیاری از نقاط باید به عنوان روش های ناخالص در نظر گرفته شوند، به عنوان مثال، در مورد جرم بزرگراه های ورودی و راه آهن ها که ما آن را در خارج از منطقه شهری، به عنوان یک روش اول در نظر نمی گیریم. ما همچنین در نظر می گیریم که مورد مهم در قوانین مقیاس بندی باید جرم باشد و نه تعداد مردم، زیرا جرم آن چیزی است که در موجودات زنده استفاده می شود و نه تعداد سلول ها.
برای مورد بارسلونا (اسپانیا)، ما جرم آن را از نقشه های داده شده در وب شورای شهر در نظر می گیریم [14] (بخش شهرسازی)، که در آن تعداد طبقات ساخته شده (و زیر سطح خیابان) را می توان در نقشه یافت. حتی اگر مشخص باشد که برخی از کارها همیشه در راه هستند، و برخی از بی نظمی ها ممکن است وجود داشته باشند، فرض می شود که داده ها باید تا چند درصد حاشیه اصلاح شوند. پس از آن، برآورد مساحت طبقه ساخته شده برای شهرداری (حدود 1.6 میلیون نفر، از مرجع. [10]) نزدیک به است. سطح خیابان, است (از مرجع. [14]). برای به دست آوردن داده ها در تمام منطقه شهری، یک مقیاس بندی تقریبی با تعداد افراد فرض می شود، زیرا نوع شناسی های سازنده در منطقه شهری خیلی متفاوت نیستند. بنابراین، از ویژگی های ساخت و ساز و نوع شناسی ها، یک جرم ساخته شده تقریبی را می توان بدست آورد (جرم متوسط ساختمان طبقه، این یک منبع بسیار قوی از عدم دقت است). جرم برآورد شده از سایر عناصر ساخته شده، فاضلاب، تونل های قطار و مترو، بندر، فرودگاه (اینها نیز منابع عدم دقت هستند)، و سایر خدمات نیز باید همراه با ماشین آلات، اتومبیل، حیوانات، و مردم گنجانده شوند که برآورد حدود کیلوگرم را ارائه می دهد. با توجه به نقاط دوم، تخمین زده می شود که این رقم باید به یک حاشیه باریک تر از بین و کیلوگرم تصحیح شود.
پیشنهاد می شود که گرایش به سمت تراکم های بزرگتر بدان معنی است که یک راندمان بیشتر (از جمله مزایایی مانند سرپناه، در دسترس بودن خدمات، و برخی از بهینه سازی های حمل و نقل) بدست آید. برای یک شهر مدرن، سوخت و ساز بدن و یا مصرف برق را می توان از استفاده مسکونی (از جمله ادارات و مدارس)، حمل و نقل (که در شهرها شدید است)، و استفاده های صنعتی، از جمله منابع مانند برق، بنزین و گاز طبیعی برآورد نمود. محصولات غذایی یک مقدار نسبتاً کوچک (حدود 10 MJ / نفر / روز) را در مقایسه با مورد سابق ارائه می دهد که تخمین زده می شود حدود یک مرتبه از دامنه (یک ضریب 10) در شهرهای مدرن متوسط در آب و هواهای معتدل بیشتر باشد. شهرهای کوچک معمولاً با افزایش هزینه حمل و نقل به ازای هر نفر و سرپناه تا حدودی کمتر روبرو هستند، بنابراین توان بیشتری برای هر ساکن مورد نیاز خواهد بود. شهرهای بزرگ به زیرساخت های معمولاً بیشتر نیاز دارند، بنابراین نسبت جرم به توان ممکن است با اندازه تغییر کند. کل مصرف برق منطقه شهری بارسلونا را می توان از ارقام داده شده در مرجع [15] با میانگین وات برای سال 1999 دست آورد. با این حال، رشد کم مصرف توان (انرژی) با زمان باید با احتیاط صورت گیرد، زیرا داده های اصلی به شهرداری اشاره می کنند و رشد در محیط اطراف (منطقه شهری) قوی تر است، و بنابراین هر برون یابی به عنوان روش ناخالص در نظر گرفته می شود. ما فکر می کنیم مقدار واقعی (2007) باید بین و نزدیک به وات باشد. و نیز، باید توجه داشت که ما بین استفاده های انرژی در جایگزینی، عملکرد، و رشد تمایز قائل نمی شوین و فقط می توانیم یک مقدار کلی را نشان دهیم.
ملاحظات مشابهی نیز برای برخی از شهرها با اندازه های مختلف انجام شده اند. داده ها برای شهر کوچکتر Vic (نزدیک به 40000 نفر ساکن، نیمه راه بین بارسلونا و مرز فرانسه)، از نقشه ها در مرجع. [16] پردازش شده اند. جرم برآورد شده برای Vic, کیلوگرم است و توان متوسط برآورد شده وات است. در این مورد، نقشه ها, عدم قطعیت های بزرگتر (ارتفاع ”؟ ”) را در بسیاری از نقاط نشان می دهند، به طوری که قابلیت اطمینان رقم نهایی پایین تر است. همچنین، اندازه Vic نسبتاً کوچک است، و این یک واقعیت است که برخی خدمات توسط جابجایی به بارسلونا در فاصله 70 کیلومتر به دست می آیند. این, داده ها را برای Vic تولید می کند که در مقایسه با داده ها برای دیگر شهرها با احتیاط در نظر گرفته شوند، زیرا Vic ممکن است با در ملاحظه محدود برای شهر بودن از نظر ما قرار داشته باشد، حتی اگر دارای حمل و نقل عمومی و دانشگاه باشد.