Simulating infrastructure networks in the Yangtze River Delta (China) using generative urban network models

This paper explores the urban-geographical potential of simulation approaches combining spatial and topological processes. Drawing on Vértes et al.'s (2012) economical clustering model, we propose a generative network model integrating factors captured in traditional spatial models (e.g., gravity models) and more recently developed topological models (e.g., actor-oriented stochastic models) into a single framework. In our urban network-implementation of the generative network model, it is assumed that the emergence of inter-city linkages can be approximated through probabilistic processes that speak to a series of contradictory forces. Our exploratory study focuses on the outline of the infrastructure networks connecting prefecture-level cities in the highly urbanized Yangtze River Delta (China). Possible hampering factors in the emergence of these networks include distance and administrative boundaries, while stimulating factors include a measure of city size (population, gross domestic product) and a topological rule stating that the formation of connections between cities sharing nearest neighbors is more likely (i.e., a transitive effect). Based on our results, two wider implications of our research are discussed: (1) it confirms the potential of the proposed method in urban network simulation in that the inclusion of a topological factor alongside geographical factors generates an urban network that better approximates the observed network; (2) it allows exploring the differential extent to which driving forces influence the structure of different urban networks. For instance, in the Yangtze River Delta, transitivity plays a less important role in the Internet-network formation; GDP and boundaries more strongly affect the rail network; and distance decay effects play a more prominent role in the road network.Dit artikel analyseert het potentieel binnen stadsgeografisch onderzoek van simulatiebenaderingen die zowel ruimtelijke als topologische processen in rekening brengen. Op basis van Vértes et al.'s (2012) economisch clustering-model stellen we een generatief netwerk-model voor dat factoren samenbrengt die doorgaans apart worden geanalyseerd in meer traditionele ruimtelijke modellen (bvb. zwaartekrachtmodellen) en in meer recente topologische modellen (bvb. actor-georiënteerde stochastische modellen). In onze stedelijke netwerk-implementatie van het generatief netwerk-model wordt aangenomen dat de totstandkoming van inter-stedelijke verbindingen kan ingeschat worden door middel van stochastische processen die analyseren hoe bepaalde krachten in variërende mate de vorming van die verbindingen versterken of afzwakken. Onze verkennende studie focust op de geografische structuur van de infrastructuurnetwerken die de voornaamste steden in de sterk geurbaniseerde Yangtze River Delta (China) met elkaar verbinden. Mogelijke afremmende factoren in de totstandkoming van deze netwerken zijn afstand en administratieve grenzen. Mogelijke stimulerende factoren zijn het belang van de stad (bevolkingsomvang of bruto regionaal product) en een topologische regel die aangeeft dat de vorming van connecties tussen steden waarschijnlijker is wanneer zij een ‘dichtste buur’ delen (m.n. een transitief effect). Twee bredere implicaties van ons onderzoek worden besproken aan de hand van de resultaten: (1) de resultaten bevestigen het potentieel van de voorgestelde methode voor de simulatie van stedelijke netwerken in de zin dat het opnemen van een topologische factor naast geografische factoren een stedelijk netwerk genereert dat een betere inschatting geeft van het geobserveerde netwerk; (2) de methode laat toe om de differentiële impact te meten van de verschillende stuwende factoren. In de Yangtze River Delta speelt transitiviteit bijvoorbeeld een minder belangrijke rol in de totstandkoming van het Internet-netwoerk; economische output en grenzen spelen een belangrijkere rol in de totstandkoming van het spoorweg-netwerk; en afstandsverval speelt een prominentere rol in de totstandkoming van het wegennetwerk