19. november 2020

Forskere sætter menneskers bevægelsesmønstre på ny formel

Mobilitet

Forskere ved DTU og Københavns Universitet har udviklet en ny model, som ikke bare giver ny viden om, hvordan vi som mennesker bevæger os rundt i hverdagen, men også bygger bro mellem natur- og samfundsvidenskabens forståelse af mobilitet. Modellen er netop offentliggjort i Nature.

Dummy
Foto: Colourbox

For de fleste mennesker er hverdagens mobilitet noget konkret og letforståeligt. I det daglige bevæger vi os typisk rundt i lokalområdet, tager ind imellem til en anden by og rejser kun mere sporadisk længere væk.

Med lokaliseringsdata fra mobiltelefoner kan man i dag kortlægge disse bevægelser præcist, og data er inden for den statistiske fysik blevet brugt til at udvikle helt nye matematiske modeller for menneskers bevægelsesmønstre.

Men lige så revolutionerende modellerne har været, lige så dybe videnskabelige kløfter har de skabt.

For mens samfundsforskere på linje med os andre inddeler verden i geografiske størrelser som byer og lande, har fysikerne i deres modeller ikke kunnet påvise, at vi bevæger rundt mellem sådanne relativt veldefinerede områder. Faktisk har de alene fundet, at vores bevægelser følger en såkaldt potenslov, hvor chancen for at befinde sig et bestemt sted falder eksponentielt med afstanden. De er skalafri.

Det strider mod alle hverdagserfaringer, og det er også misvisende, mener forskere tilknyttet DTU og Københavns Universitet, som i en artikel i Nature, et af verdens absolut førende tidsskrifter, nu gør op med de herskende matematiske modeller.

”De potenslove, som fysikere har fundet inden for mobilitetsforskningen, er ’state-of-the-art’ i fysikken og meget robuste. Men samtidig siger den sunde fornuft jo, at der findes geografiske skalaer. Vi har f.eks. kort over kontinenter, lande og byer, så påstanden om, at skalaer ikke findes, virker som gak i låget. Det er et paradoks,” siger Sune Lehmann, professor ved DTU og Copenhagen Center for Social Science Data (SODAS) under Københavns Universitet.

Drivet for Sune Lehmann og hans kolleger har derfor været en undren over to spørgsmål: Hvordan kan en række forskere få artikler i førende tidsskrifter, som alle konkluderer, at menneskelig mobilitet er skalafri? Og hvorfor har vi ikke kunnet finde skalaer i mobildata?

Men det sidste kan man faktisk. Hvis man kigger efter.

Ny model finder naturlige skalaer

I tæt samarbejde med medforfatterne på artiklen, adjunkt Laura Alessandretti og postdoc Ulf Aslak, har han udviklet en ny matematisk model, der udleder geografiske størrelser af mobile trackingdata, som matcher normale forestillinger om bydele, byer og lande.

Dermed bygger de tre forskere i Nature-artiklen bro mellem naturvidenskabens matematiske modeller og samfundsvidenskabens geografiske begreber, og det er ifølge Sune Lehmann det helt store gennembrud.

”Modellen bringer to akademiske verdener sammen: Den klassiske tilgang, som vi ser inden for bl.a. geografien og transportforskningen, og så de nye forskningstilgange drevet frem af 'big-data'. De to sider fik forskellige resultater, ingen kunne forklare. Det kan vi nu, og det er en ny indsigt, vi håber kan drive videnskaben fremad inden for begge felter.”

Matematikken i modellen er ret teknisk. Men simpelt sagt kan modellen ud fra mobildata identificere, hvornår vi befinder os inden for bestemte områder af en typisk størrelse ved bl.a. at inddrage et tidsperspektiv. Samtidig er den i stand til at beskrive, hvordan vi bevæger os fra et område til et andet. Om vi f.eks. flytter os mellem to kvarterer i den samme by eller til et kvarter i en anden by.

Forskerne kalder områderne for ’containers’, men ved at samkøre individuelle bevægelsesmønstre kan de oversættes til almindelige geografiske størrelser. Faktisk identificerer modellen endog meget præcist størrelsen på kvarterer, byer, regioner og landsdele, når man lægger mobildata fra mere end 700.000 enkeltpersoner i Danmark og udlandet ind i modellen (se figur).

Figur: Eksempel på en persons bevægelsesmønstre (figur i stort format)

Figur
Figuren viser modellens afbildning af en persons bevægelsesmønstre på forskellige niveauer og dermed skalaer (her i og uden for London). Ved at samkøre data fra mange tusinde mennesker kan modellen identificere kvarterer, byer osv.

Kan få stor praktisk betydning

Problemet med de tidligere modeller er ifølge Sune Lehmann, at de har blandet bevægelser inden for et område sammen med bevægelser på tværs af områder. Men med den rigtige matematiske linse, genfinder man de naturlige skalaer.

Spørgsmålet er så, om det har anden betydning end at bygge bro i en teoretisk diskussion mellem fysikere og geografer.

Ja, mener Sune Lehmann. Den nye model kan ikke kun beskrive menneskers bevægelsesmønstre mere præcist, herunder størrelsen på de områder, folk typisk befinder sig i, og hvor lang tid de bliver der. Den kan også generere ny viden om, hvordan vi bevæger os rundt.

”Bedre modeller af mobilitet kan altid bruges. F.eks. i trafikplanlægningen, transportsektoren og ved bekæmpelse af epidemier. Alle disse ting kan vi både måle og forstå bedre med mere retvisende modeller,” siger Sune Lehmann.

I artiklen prøver de tre forskere selv deres model af ved at undersøge mobilitetsforskelle i forskellige befolkningsgrupper og geografiske områder. De finder blandt andet, at kvinder i 21 af de 53 undersøgte lande i det daglige skifter mellem flere geografiske niveauer end mænd. Det er nyt.

Andre resultater bekræfter kendt viden. F.eks., at kvinder generelt bevæger sig inden for mindre geografiske områder end mænd, og at landbefolkningens nærområder er større end byboernes.

Læs mere hos Nature:
The Scales of Human Mobility (artikel) 
Hierarchies defined through human mobility (redaktionel artikel)