[論文レビュー] City ecosystem resilience analysis in case of disasters

Domenico Asprone, Massimo Cavallaro+3 more|arXiv (Cornell University)|Feb 13, 2013

Urban Design and Spatial Analysis参考文献 20被引用数 1

ひとこと要約

本稿では、都市のレジリエンスを定量化するために、街路網と市民、住宅用建物、サービス施設を統合し、複雑ネットワーク理論にインspiredされたネットワーク効率指標を用いたハイブリッド社会的・物理的ネットワークモデルを提案する。イタリアのアチェラでシミュレートされた地震に適用された結果、都市システムの機能回復能力に基づいて、復旧戦略を効果的に評価・比較できることが示された。

ABSTRACT

One of the most important tasks of urban and hazard planning is to mitigate the damages and minimize the costs of the recovery process after catastrophic events. The rapidity and the efficiency of the recovery process are commonly referred to as resilience. Despite the problem of resilience quantification has received a lot of attention, a mathematical definition of the resilience of an urban community, which takes into account the social aspects of a urban environment, has not yet been identified. In this paper we provide and test a methodology for the assessment of urban resilience to catastrophic events which aims at bridging the gap between the engineering and the ecosystem approaches to resilience. We propose to model a urban system by means of different hybrid social-physical complex networks, obtained by enriching the urban street network with additional information about the social and physical constituents of a city, namely citizens, residential buildings and services. Then, we introduce a class of efficiency measures on these hybrid networks, inspired by the definition of global efficiency given in complex network theory, and we show that these measures can be effectively used to quantify the resilience of a urban system, by comparing their respective values before and after a catastrophic event and during the reconstruction process. As a case study, we consider simulated earthquakes in the city of Acerra, Italy, and we use these efficiency measures to compare the ability of different reconstruction strategies in restoring the original performance of the urban system.

研究の動機と目的

• 社会的および物理的側面を統合した統一的な数学的定義が不足している都市のレジリエンスを解決すること。
• 都市システムにおける工学的レジリエンスとエコシステムベースのレジリエンスの間のギャップを埋めること。
• 災害発生時および発生後の都市レジリエンスを定量的に評価するための手法を開発すること。
• 都市システムの機能回復において、異なる復旧戦略の有効性を評価すること。

提案手法

• 都市システムを、物理的街路網と市民、住宅用建物、サービス施設などの社会的および物理的要因を統合することで、ハイブリッド複雑ネットワークとしてモデル化する。
• 複雑ネットワーク理論のグローバル効率指標にインspiredした、これらのハイブリッドネットワークにおけるグローバル効率測度のクラスを定義する。
• 災害発生前の、発生中の、および発生後の効率値を用いて、システムのパフォーマンスおよびレジリエンスを定量化する。
• 異なる復旧戦略の効率の変化経路を比較することで、都市機能の回復における相対的な有効性を評価する。
• 実際の都市データを用いて、イタリアのアチェラにおける地震のシミュレーションを用いた事例研究にフレームワークを適用する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 都市の社会的および物理的要因を含めた形で、都市のレジリエンスを数学的に定義する方法は何か？
• RQ2 異なる復旧戦略は、災害後の都市システムの機能的パフォーマンスをどの程度回復できるか？
• RQ3 ネットワーク効率指標は、災害回復ライフサイクル全体を通じて都市システムのパフォーマンス変化を効果的に捉えることができるか？

主な発見

• 提案されたハイブリッドネットワークモデルは、社会的および物理的都市的要因を統合した統一的なレジリエンス評価フレームワークを成功裏に構築した。
• ネットワーク効率指標は、災害発生前、発生中、発生後の都市システムのパフォーマンスを追跡するための定量的かつ解釈可能な指標を提供した。
• 異なる復旧戦略は、それぞれ異なる効率回復経路を示し、それらの有効性を客観的に比較可能となった。
• 本手法は、重要なサービス施設および住宅ノードを優先的に復旧させる戦略が、システム全体の機能回復をより迅速に達成できることを示した。