Tager byens puls med bevægelige sensorer

Antag, at du har 10 taxaer på Manhattan. Hvilken del af bydelens gader dækker de på en typisk dag?

Før vi svarer på det, lad os undersøge, hvorfor det ville være nyttigt at vide dette faktum. Byer har mange ting, der skal måles:luftforurening, vejr, trafikmønstre, vejkvalitet, og mere. Nogle af disse kan måles med instrumenter knyttet til bygninger. Men forskere kan også sætte billige sensorer på taxaer og fange målinger på tværs af en større del af en by.

Så, hvor mange taxaer skal der til for at dække en vis mængde jord?

At finde ud af, et MIT-baseret team af forskere analyserede trafikdata fra ni større byer på tre kontinenter, og kom frem med flere nye resultater. Nogle få taxaer kan dække en overraskende stor mængde jord, men det kræver mange flere taxaer at dække en by mere omfattende end som så. Spændende nok, dette mønster ser ud til at kopiere sig selv i metroområder rundt om i verden.

Mere specifikt:Kun 10 taxaer dækker typisk en tredjedel af Manhattans gader på en dag. Det tager også omkring 30 taxaer at dække halvdelen af ​​Manhattan på en dag. Men fordi taxaer har tendens til at have konvergerende ruter, over 1, Der kræves 000 taxaer for at dække 85 procent af Manhattan på en dag.

"Taxaers følekraft er uventet stor, " siger Kevin O'Keeffe, en postdoc ved MIT Senseable City Lab og medforfatter til et nyligt offentliggjort papir, der beskriver undersøgelsens resultater.

Imidlertid, O'Keeffe bemærker, "Der er en lov om faldende afkast" på spil. "Du får den første tredjedel af gaderne næsten gratis, med 10 tilfældige taxaer. Men ... så bliver det gradvist sværere."

Et lignende numerisk forhold forekommer i Chicago, San Francisco, Wien, Beijing, Shanghai, Singpore, og nogle andre større globale byer.

"Vores resultater viste, at sansekraften af ​​taxaer i hver by var meget ens, " O'Keeffe observerer. "Vi gentog analysen, og se, og se, alle kurverne [plotting af taxadækning] havde samme form."

Papiret, "Kvantificering af sansekraften i bilflåder, " optræder i denne uge i Proceedings of the National Academy of Sciences . Ud over O'Keeffe, hvem er den tilsvarende forfatter, medforfatterne er Amin Anjomshoaa, en forsker ved Senseable City Lab; Steven Strogatz, en professor i matematik ved Cornell University; Paolo Santi, en forsker ved Senseable City Lab og Institute of Informatics and Telematics of CNR i Pisa, Italien; og Carlo Ratti, direktør for Senseable City Lab og professor i praksis i MIT's Department of Urban Studies and Planning (DUSP).

Medlemmer af Senseable City Lab har længe studeret byer baseret på data fra sensorer. Derved, de har observeret, at nogle traditionelle implementeringer af sensorer kommer med afvejninger. Sensorer på bygninger, for eksempel, kan levere konsistente daglige data, men deres rækkevidde er meget begrænset.

"De er gode til tiden, men ikke plads, " siger O'Keeffe om sensorer med fast placering. "Luftbårne sensorer har omvendte egenskaber. De er gode i rummet, men ikke i tiden. En satellit kan tage et billede af en hel by – men kun når den passerer over byen, hvilket er et relativt kort tidsinterval. Vi stillede spørgsmålet, 'Er der noget, der kombinerer styrkerne ved de to tilgange, der udforsker denne by godt i både rum og tid?'"

At sætte sensorer på køretøjer er en løsning. Men hvilke køretøjer? Busser, som har faste ruter, dække begrænset terræn. Medlemmer af Senseable City Lab har fastgjort sensorer til skraldebiler i Cambridge, Massachusetts, blandt andet, men alligevel, de indsamlede ikke så meget data, som taxaer måske.

Denne forskning var med til at føre til den aktuelle undersøgelse, som bruger data fra en række forskellige kommuner og forskningsindsatser fra den private sektor til bedre at forstå taxidækningsmønstre. Det første sted forskerne undersøgte var Manhattan, som de delte i omkring 8, 000 gadesegmenter, og opnåede deres første resultater.

Stadig, Manhattan har nogle distinkte træk - et normalt almindeligt gadenet, for eksempel – og der var ingen garanti for, at de målinger, den producerede, ville være ens andre steder. Men i by efter by, det samme fænomen dukkede op:Et lille antal taxaer kan cirkulere over en tredjedel af en by på en dag, og et lidt større antal kan nå halvdelen af ​​byen, men efter det, en meget større flåde er nødvendig.

"Det er et meget stærkt resultat, og jeg er overrasket over at se det, både fra et praktisk synspunkt og et teoretisk synspunkt, " siger O'Keeffe.

Den praktiske side af undersøgelsen er, at byplanlæggere og politikere, blandt andre, har nu potentielt en mere konkret idé om den nødvendige investering til visse niveauer af mobil sensing, samt omfanget af de resultater, de sandsynligvis ville opnå. En undersøgelse af luftforurening, for eksempel, kunne udarbejdes med denne form for data i tankerne.

"Sansning af bymiljøet er afgørende for menneskers sundhed, " siger Ratti. "Indtil i dag, sensing er primært blevet udført med et mindre antal faste og dyre målestationer. … dog en omfattende ramme til at forstå kraften ved mobil sansning mangler stadig og er motivationen for vores forskning. Resultaterne har været utroligt overraskende, i forhold til, hvor godt vi kan dække en stor by med blot nogle få bevægelige sonder."

Som O'Keeffe let erkender, en praktisk måde at konstruere et mobilsensorprojekt på kunne være at placere sensorer på taxaer, indsæt derefter en relativt lille flåde af køretøjer (som Google gør til kortlægningsprojekter) for at nå gader, hvor taxaer stort set aldrig vover sig.

"Du partiskhed, næsten per definition, populære områder, "O'Keeffe siger. "Og du er potentielt underbetjente områder. Måden at komme rundt på er med en hybrid tilgang. [Hvis] du sætter sensorer på taxaer, så udvider du det med nogle få dedikerede køretøjer."

For hans vedkommende, O'Keeffe, uddannet fysiker, mener, at resultatet lover godt for den fortsatte brug af mobile sensorer i bystudier, verden over.

"Der er en videnskab om, hvordan byer fungerer, og vi kan bruge det til at gøre tingene bedre, " siger O'Keeffe.

Denne historie er genudgivet med tilladelse fra MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), et populært websted, der dækker nyheder om MIT-forskning, innovation og undervisning.