Straßenmuster-Analyse Der Fingerabdruck großer Städte

Was haben Paris und Berlin gemeinsam? Zwei französische Forscher haben die Straßenmuster von 131 Städten weltweit analysiert. Das Ergebnis: Jede Metropole hat ihren eigenen Fingerabdruck, es gibt vier Typen von Städtemustern.
Fingerabdrücke (im Uhrzeigersinn): Links oben Buenos Aires, es folgen Athen, Mogadischu, New Orleans

Fingerabdrücke (im Uhrzeigersinn): Links oben Buenos Aires, es folgen Athen, Mogadischu, New Orleans

Foto: CNRS/ URA

Städte sind die wohl prägnantesten Muster, die der Mensch auf der Erdoberfläche hinterlässt. Das Geflecht der Straßen und Plätze zu verstehen, ist allerdings nicht leicht. Was unterscheidet Rom von Barcelona? Weshalb fühlt sich Boston europäischer an als Los Angeles?

Nun haben zwei Physiker aus Paris eine Methode vorgestellt, mit der sie quasi auf Knopfdruck den Fingerabdruck einer Stadt berechnen können. Rémi Louf und Marc Barthelemy vom CNRS -Institut de Physique Théorique in Gif-sur-Yvette bei Paris nutzen dabei Daten der Plattform Open Street Map . Ihre Analyse von 131 Städten weltweit ist im Fachblatt "Journal of the Royal Society Interface"  erschienen.

Was aber charakterisiert das Straßenmuster einer Stadt? "Das ist ein altes Problem der Urbanistik", sagt Barthelemy im Gespräch mit SPIEGEL ONLINE. Es habe Versuche gegeben, Städte zu kategorisieren und zu vergleichen, "aber sie waren nicht wirklich wissenschaftlich". Er habe das Problem quantitativ lösen wollen. "Ein Algorithmus sollte die Kategorisierung übernehmen."

Die beiden Physiker gehen in ihrer Untersuchung einen ungewöhnlichen Weg. Statt auf die Straßen konzentrieren sie sich auf die Blöcke, die von den Straßen gebildet werden - siehe Abbildung unten. In einer typischen US-Metropole sind das Rechtecke oder Quadrate. In mittelalterlich geprägten deutschen Städten sind die Blöcke hingegen kleiner und unregelmäßiger geformt. Zudem schauten sich die Forscher an, wie häufig kleine, mittlere und große Straßenblöcke überhaupt auftauchen.

Stadtteil Shibuya in Tokio: Der Fokus der Forscher lag nicht auf Straßen (links), sondern auf die durch sie gebildeten Blöcken

Stadtteil Shibuya in Tokio: Der Fokus der Forscher lag nicht auf Straßen (links), sondern auf die durch sie gebildeten Blöcken

Foto: CNRS/ URA

So verschieden die 131 untersuchten Städte - darunter Berlin, New York und Mogadischu - auch erscheinen mögen, in der Analyse erkennen die Forscher vier Gruppen, die sich deutlich voneinander unterscheiden:

  • In Gruppe 1 befindet sich nur Buenos Aires. Hier dominieren quadratische Blöcke und Rechtecke mittlerer Größe. Kleine Blöcke sind fast ausschließlich Quadrate.
  • Athen, Istanbul und Tokio sind typische Vertreter der Gruppe 2. Diese Städte bestehen überwiegend aus kleinen Blöcken ganz unterschiedlicher Form.
  • In Gruppe 3 finden sich Berlin, Paris, Hamburg, New York und Melbourne. Die Vielfalt der Blockformen ist ähnlich groß wie in Gruppe 2, allerdings sind alle Größen ähnlich häufig vertreten.
  • Mogadischu ist der einzige Vertreter der Gruppe 4. Die Stadt in Somalia ist fast ausschließlich geprägt von kleinen Rechtecken und Quadraten.

"Die Unterschiede innerhalb der vier Gruppen sind viel kleiner als die Unterschiede zwischen den Gruppen", sagt Barthelemy. Die meisten Städte gehörten zu den Gruppen 2 und 3. Aber das könne sich ändern, wenn noch mehr Städte analysiert werden. "Vielleicht ergibt sich sogar noch eine neue Gruppe."

Gruppe 3 lässt sich nochmals in zwei Untergruppen aufteilen. Eine wird von amerikanischen Städten gebildet, die andere von europäischen. Portland, Boston und Washington sortiert der Algorithmus interessanterweise in die europäische Untergruppe. "Wenn man dort ist, fühlt man sich wie in einer europäischen Stadt", sagt Barthelemy. Dieser subjektive Eindruck bestätige die vom Algorithmus vorgenommene Einteilung.

Berechnung des Formfaktors: Phi ist der Quotient aus der Blockfläche und der Umkreisfläche. Je länger ein Block ist, umso kleiner ist Phi

Berechnung des Formfaktors: Phi ist der Quotient aus der Blockfläche und der Umkreisfläche. Je länger ein Block ist, umso kleiner ist Phi

Foto: SPIEGEL ONLINE

Bei der Charakterisierung der Straßenblöcke nutzen die Forscher einen sogenannten Formfaktor Phi. Dieser ist das Verhältnis von Blockfläche zur Fläche des ihn umgebenden Umkreises. Für ein Quadrat ist Phi am größten, bei langgezogenen Formen wird Phi immer kleiner - siehe Abbildung oben.

Der Fingerabdruck einer Stadt gibt an, wie sich die Straßenblöcke nach dem Formfaktor Phi und nach absoluter Größe verteilen. Die Forscher nutzen dazu ein spezielles Diagramm.

Die Studie sei vielversprechend, weil sie die Daten nutze, die über immer mehr Städten verfügbar seien, sagt Stephen Marshall von der Bartlett School of Planning am University College London. "Es ist beeindruckend, dass Städte von allen Kontinenten untersucht wurden."

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Mathematik: Die Geometrie der Metropolen

Foto: CNRS/ URA

Marshall, der an der Studie nicht beteiligt war, sieht die Arbeit als gute Ausgangsbasis für weitere Untersuchungen der Blockmuster. Man könne beispielsweise Metropolen detailliert miteinander vergleichen und auch fragen, warum sie sich unterscheiden. Der Urbanistik-Experte denkt dabei etwa an die Frage, was eine vor allem am Reißbrett geplante Stadt von Siedlungen unterscheidet, die über Jahrhunderte gewachsen sind. "Die Studie zeigt einen möglichen Fingerabdruck von Straßenmustern - aber es gibt sicher noch weitere."

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