Μελέτη αστικής εξάπλωσης με χρήση τηλεπισκόπησης και την εφαρμογή ενός μονοκεντρικού αστικού μοντέλου
Από RemoteSensing Wiki
Πρωτότυπος Τίτλος: Urban expansion using remote-sensing data and a monocentric urban model
Συγγραφείς: Zhenyu Gao, Masanobu Kii, Atsuko Nonomura, Kazuki Nakamura
Πηγή: Computers, Environment and Urban Systems, Vol. 77 (2019), p. 101152
Διαθέσιμο στο: http://dx.doi.org/10.1016/j.compenvurbsys.2017.05.002
Εισαγωγή
Η εξάπλωση των χρήσεων γης για αστικές χρήσεις είναι ένα απαραίτητο εργαλείο άσκησης πολιτικών ειδικά στις αναπτυσσόμενες χώρες που αντιμετωπίζουν την γρήγορη αστικοποίηση. Όμως οι πιο εξειδικευμένες μέθοδοι που χρησιμοποιούνται στις ανεπτυγμένες χώρες δεν είναι εφαρμόσιμες στις αναπτυσσόμενες λόγω της περιορισμένης διαθεσιμότητας χωρικών στατιστικών δεδομένων. Ακολουθώντας την διεθνή τάση αστικοποίησης, η Κίνα έχει μπει σε τροχιά ανάπτυξης από τις αρχές της δεκαετίας του 1990. Το ποσοστό του πληθυσμού που μένει σε αστικές περιοχές αγγίζει το 50% και αναμένεται να φτάσει το 70% έως το 2030, με μεγάλες ελλείψεις σε υποδομές όμως στις αναπτυσσόμενες χώρες που καθιστούν για τις πόλεις δύσκολο να διαχειριστούν τον όγκο των κατοίκων.
Μέσω της τηλεπισκόπησης, που τυπικά απεικονίζει την δυναμική των πόλεων έχουν γίνει αρκετές μελέτες αφού η πρόσβαση στα δεδομένα τα τελευταία έτη είναι ιδιαίτερα εύκολη και μπορούν να αναλυθούν μεταβολές στις χρήσεις γης σε μεγάλες γεωγραφικές εκτάσεις συμπεριλαμβανομένων και περιοχών όπου η αν και τείνουν να χαρακτηρίζονται μητροπολιτικές παρουσιάζουν στην πραγματικότητα ιδιαιτερότητες στην δομή τους.
Οι καλά ανεπτυγμένες γεωγραφικές περιοχές μπορούν να θεωρηθούν ως αδιαπέραστες επιφάνειες και να εκτιμηθούν από τον δείκτη της «Αδιαπέραστης Επιφανειακής Περιοχής» (Impervious Surface Area - ISA) που χρησιμοποιείται για να χαρακτηρίσει τον χωρικό μετασχηματισμό και έχει προταθεί ως βασικός δείκτης της χρήσης αστικής γης. Αυτό παρακινεί την εισαγωγή ενός ακόμα δείκτη, της έντασης αστικής ανάπτυξης (Uban Development Intensity - UDI) ως μέτρου για την ταξινόμηση των αστικών συστημάτων. O UDI μπορεί επίσης να δείξει τάσεις στη δυναμική του πληθυσμού.
Η προσέγγιση της συγεκριμένης μελέτης βασίζεται στο μοντέλο Alonso–Muth–Mills (AMM) (Alonso, 1964; Muth, 1969; Mills, 1972) που παρέχει ένα απλοποιημένο πλαίσιο για την περιγραφή αστικών δραστηριοτήτων και προσφέρει πληροφορίες για αστικές χωρικές δομές, συμπεριφορά ταξιδιού, πολλαπλά πρότυπα τοποθεσίας και αγορές κατοικιών, και είναι κατάλληλο για την ανάλυση αστικής εξάπλωσης σε αυτήν την περίπτωση λόγω της περιορισμένης διαθεσιμότητας χωρικά λεπτομερών στατιστικών δεδομένων στην Κίνα. Το μονοκεντρικό αστικό μοντέλο έχει προσαρμοσθεί για να ληφθεί υπόψη ένας αριθμός πρόσθετων παραγόντων, συμπεριλαμβανομένων των τρόπων μεταφοράς, των προαστιακών ζωνών και των περιβαλλοντικών ανέσεων. Πιο πρόσφατα, το μοντέλο AMM επεκτάθηκε με διάφορους τρόπους, συμπεριλαμβανομένης (α) της εισαγωγής από τον Baum-Snow (2007) ετερογενών ταχυτήτων μετακίνησης για δρόμους και αυτοκινητόδρομους για την ανάλυση της επίδρασης των αυτοκινητοδρόμων στην επέκταση των πόλεων και (β) η ενσωμάτωση από τους Gubins και Verhoef (2014) κυκλοφοριακών σημείων συμφόρησης στην είσοδο μιας κεντρικής επιχειρηματικής περιοχής για την ανάλυση του αντίκτυπου των οδών στις τιμές των κατοικιών και στην κατανομή του χρόνου δραστηριότητάς των κατοίκων τους.
Καθώς οι πόλεις είναι δυναμικές οντότητες, και επίσης οι αστικές περιοχές τείνουν να γίνονται πιο πολυκεντρικές με την πάροδο του χρόνου, τα πολυκεντρικά μοντέλα που αντιπροσωπεύουν πραγματικές αστικές δομές ήταν το επίκεντρο της αυξανόμενης προσοχής. Πολλά εξελιγμένα αστικά μοντέλα έχουν προταθεί και εφαρμοστεί στις ανεπτυγμένες χώρες για σκοπούς αστικού σχεδιασμού. Οι επιπτώσεις της εφαρμογής πολιτικών συνήθως καθυστερούν στους τομείς της στέγασης και της κυκλοφορίας, και αυτό μπορεί να επιδεινωθεί από την επιταχυνόμενη αστικοποίηση, δημιουργώντας ένα κενό προσφοράς-ζήτησης και σοβαρή συμφόρηση. Αυτά τα ζητήματα έχουν επηρεάσει πολλούς τομείς της κοινωνικής ζωής και έχουν προκαλέσει βαθιές αλλαγές στον τρόπο ζωής. Οι συγκρίσεις μεταξύ των παρατηρούμενων δεδομένων και των θεωρητικών προβλέψεων ενθαρρύνουν συχνά βελτιώσεις στον πολεοδομικό σχεδιασμό και τη διαμόρφωση πολιτικής.
Αυτή η μελέτη ασχολείται με την αστική επέκταση σε χωροχρονικά πλαίσια και διερευνά ποσοτικά την αστική επέκταση μέσω του μονοκεντρικού αστικού οικονομικού μοντέλου. Όπως σημειώθηκε παραπάνω, διάφορες επεκτάσεις του μοντέλου AMM έχουν μελετηθεί μέχρι σήμερα. Ωστόσο, το μεγαλύτερο μέρος αυτής της έρευνας παραμένει ποιοτικό και τα κενά παραμένουν μεταξύ θεωρητικών και εμπειρικών ευρημάτων. Έτσι, επιδιώxθηκε καταρχήν η επέκταση του μοντέλου AMM για να είναι εφαρμόσιμο στην αστική κατάσταση στις Κινεζικές πόλεις σήμερα, των οποίων τα χαρακτηριστικά περιλαμβάνουν μαζική αστικοποίηση, αύξηση του πληθυσμού, κατασκευή κτιρίων και επέκταση των πόλεων.
Μεθοδολογία
Κατά την προβολή της αστικής ανάπτυξης στις αναπτυσσόμενες χώρες, αντιμετωπίζει έλλειψη στατιστικών βάσεων δεδομένων, και έτσι η πρώτη απαίτηση οποιασδήποτε μελέτης είναι μια αξιόπιστη και αντικειμενική πηγή δεδομένων. Αρχικά έγινε η επεξεργασία εικόνων Landsat Thematic Mapper (TM) που περιλαμβάνουν πληροφορίες κάλυψης γης. Σε κάθε σύνολο δεδομένων χρησιμοποιήθηκαν όλα τα φασματικά κανάλια για την ταξινόμηση των χρήσεων γης, μέσω της μεθόδου μέγιστης πιθανοφάνειας με μια εποπτευόμενη διαδικασία εκπαίδευσης του αλγορίθμου. Οι περιοχές εκπαίδευσης κάθε συνόλου δεδομένων επιλέχθηκαν με χρήση του φυσικού συνθέτου χρωμάτων (κανάλια 3-2-1 για Landsat ΤΜ & Enhanced TM και κανάλια 4-3-2 για Landsat OLI). Στην συνέχεια έγινε σύμπτυξη των ταξινομημένων εικόνων (επαναταξινόμηση) ώστε κάθε εικονοστοιχείο να ταξινομείται σε μία από τις τρεις κατηγορίες: «αστικό», «νερό» και «καλλιεργήσιμο έδαφος και άλλα» Η ακρίβεια αυτής της διαδικασίας ταξινόμησης επαληθεύτηκε μετά την ολοκλήρωσή της. Ο δείκτης UDI που αναπτύχθηκε από το ISA εξετάστηκε για την ταξινόμηση των αστικών κατασκευών στο ποσοστό των κατοικημένων περιοχών σε κάθε πλέγμα 1 km × 1 km με βάση χάρτες αστικής κάλυψης 30 m × 30 m.
Δεδομένα
Σε αυτή την μελέτη εξετάστηκαν τρεις πόλεις, η μεγάλη πόλη του Πεκίνου, η μητρόπολη Ναντσίνγκ και η μεσαία παραλιακή πόλη του Χαϊκού, ως αντιπροσωπευτικές πόλεις τόσο από άποψη χωρικής έκτασης αλλά και πληθυσμού για την εκτίμηση της απόδοσης του προτεινόμενου μοντέλου σε δυο χρονικές περιόδους: το 2003 και το 2013. Για κάθε πόλη συλλέχθηκαν τα αντίστοιχα κοινωνικοοικονομικά δεδομένα από τις κυβερνητικές στατιστικές εκθέσεις των αντίστοιχων ετών (ανα πολίτη).
Ανάλυση
Και στις τρεις πόλεις που εξετάστηκαν τόσο ο πληθυσμός όσο και η έκτασή τους έχουν αυξηθεί εκθετικά. Μια σύγκρισή μεταξύ των δεδομένων 2003 και 2013 δείχνει ότι εντός μιας δεκαετίας στο Πεκίνο, την Ναντσίγκ και το Χαϊκού η περι-αστική περιοχή έχει επεκταθεί κατά 1.51, 1.67, και 1.61 φορές αντίστοιχα, ενώ ο πληθυσμός έχει αυξηθεί κατά 2.15, 2.09, και 2.34 φορές. Η αύξηση του πληθυσμού και η αστική επέκταση συνδέονται στενά και αλληλοενισχύονται. Ο συνολικός όγκος της αστικοποίησης είναι μεγαλύτερος στο Πεκίνο από ό, τι στη Ναντσίνγκ ή στο Χαϊκού. Ωστόσο, η πληθυσμιακή πυκνότητα του Πεκίνου φαίνεται να είναι χαμηλότερη από εκείνη των άλλων δύο πόλεων. Η ανάπτυξη νέων υποδομών και κατασκευής κατοικιών καταλαμβάνει μεγαλύτερη έκταση και οδηγεί σε μια ταχύτερη επέκταση του πληθυσμού
Το μέσο κόστος μετακίνησης και των υπηρεσιών κοινής ωφέλειας ανα πολίτη καθορίζεται συνολικά με βάση τα δεδομένα σε ισορροπία μεταξύ του συνολικού πληθυσμού και της αστικής περιοχής για κάθε πόλη. Υπολογίστηκαν επίσης ενδογενείς μεταβλητές όπως η κατανάλωση αγαθών και τα ενοίκια σπιτιών. Το μονοκεντρικό αστικό μοντέλο που χρησιμοποιήθηκε σε αυτήν τη μελέτη βασίζεται σε πολλές σημαντικές υποθέσεις και παραδοχές, των οποίων η εγκυρότητα πρέπει να διερευνηθεί. Για απλότητα, έγινε η υπόθεση ότι οι αστικές περιοχές είναι μονοκεντρικές δομές με ομοιογενή νοικοκυριά και ενιαίο χώρο.
Συμπεράσματα
Η συγκεκριμένη μελέτη θεώρησε ένα απλό μοντέλο με έμφαση στις μακροπρόθεσμες συνέπειες στην ποιότητα και τις συνθήκες ζωής και την κυκλοφορία. Αν και το μοντέλο κάνει κάποιες παραδοχές προκειμένου να απλοποιήσει σύνθετες στην πραγματικότητα διεργασίες προσφέρει μια καλή προσέγγιση των επιπτώσεων από πολλές οπτικές γωνίες που θα πρέπει να ληφθούν υπόψιν στον αστικό σχεδιασμό. Οι χρόνοι μετακίνησης δεν πρέπει να αμεληθούν καθώς καθορίζουν τις επιλογές των κατοίκων ως προς τις περιοχές κατοικίας. Οι κυβερνήσεις στις πόλεις που εξετάστηκαν προσφέρουν στην πραγματικότητα διάφορες πολιτικές στέγασης που επηρεάζουν τον σχηματισμό του αστικού ιστού. Τελικώς εξετάστηκε η εφαρμογή του μονοκεντρικού αστικού οικονομικού μοντέλου σε πολλαπλές περιοχές και βγήκαν κάποιες πιθανές συνέπειες των πολιτικών σχετικά με την αστική εξάπλωση. Η ενσωμάτωση δεδομένων τηλεπισκόπησης στο μονοκεντρικό μοντέλο είναι χρήσιμη για την εφαρμογή του σε χώρες υπο ανάπτυξη αλλά πρέπει να ακολουθηθεί από συλλογή χωρικών δεδομένων κατά περίπτωση.
