[論文レビュー] Urban Morphometrics: Towards a Science of Urban Evolution

Jacob Dibble, Alexios Prelorendjos+5 more|arXiv (Cornell University)|Jun 16, 2015

Land Use and Ecosystem Services参考文献 27被引用数 13

ひとこと要約

本稿では、公共のビッグデータを用いた統計的に堅牢で普遍的に適用可能な都市素材の定量的評価手法「アーバンモーフォメトリクス」を提案する。40の英国都市における形態的要素の測定を通じて、進化的生物学のモデルを応用し、歴史的都市形態と関連する明確な構造的クラスタを明らかにした。これは、第二次世界大戦前後における都市進化の明確な分岐を示している。

ABSTRACT

Urban theorists, social reformists and philosophers have considered the city as a living organism since Plato. However, despite extraordinary advancements in evolutionary biology, now being used to explain social and cultural phenomena, a proper science of evolution in cities has never been established since Geddes' work at the dawn of the Town Planning discipline. Commencing in the tradition of Urban Morphology, this research develops and validates a statistically reliable and universally applicable urban taxonomy. The research solidifies existing definitions of built form at the scale of the urban fabric and identifies the constituent elements of form in 40 contemporary UK cities. Quantifiable measurements of these elements allow mathematical descriptions of their organization and mutual relationships. Further, an optimized list of indices with maximum discriminatory potential distinguishes between cases from four historically characterised categories: 1) Historical, 2) Industrial, 3) New Towns, 4) Sprawl. Finally, a dendrogram is produced that shows the tree of similarity between cases, where the great divide between pre and post WWII war urban form is demonstrated. This work shows that: a) it is conceptually sound and viable to measure urban fabric utilizing public, big-data repositories, b) the proposed urban morphometrics system accurately characterises the structure of urban form and clusters cases properly based on their historical origins, c) scientific models of biological evolution can be applied to urban analysis to understand underlying structural similarities.

研究の動機と目的

• 都市形態を測定可能で定量可能な実体として形式化することで、生物学的進化に類似した都市進化の科学的枠組みを確立すること。
• 現代の都市における都市形態の標準化され、統計的に信頼性のある分類法の欠如を解消すること。
• 40の英国都市からの実世界データを用いて手法を検証し、普遍的適用性と再現可能性を保証すること。
• 進化的モデルが都市形態の構造的類似性と歴史的系統を正確に捉えることができることを示すこと。
• 歴史的発展パターンに基づく都市形態の区別：歴史的都市、産業都市、ニュービルジン、スプロールを明確にすること。

提案手法

• 都市素材スケールにおける基本的形態的要素の特定と測定を通じて、体系的な都市分類法を構築する。
• 公共のビッグデータリポジトリ（例：OpenStreetMap、Ordnance Survey）を活用し、建築物の構成要素の定量的指標を抽出する。
• 多変量統計解析を用いて、最大の識別力を持つ最適化された形態的インデックスのセットを計算する。
• 階層的クラスタリング（デンドログラム）を用いて、形態的インデックスに基づく都市間の構造的類似性と相違を可視化する。
• 系統発生解析などの進化的生物学の原則を応用し、都市形態の進化と系統をモデル化する。
• 都市が歴史的に定義されたカテゴリに正しくクラスタリングできるかをテストすることで、システムの妥当性を検証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 公共のビッグデータソースを用いて都市形態を体系的に定量化可能であり、科学的分析を可能にするか？
• RQ2 都市素材から導出された形態的インデックスは、どの程度正確に歴史的都市発展パターンを反映しているか？
• RQ3 都市形態に進化的モデルを意味的に適用可能であり、構造的類似性と系統を明らかにできるか？
• RQ4 第二次世界大戦前後における都市形態に統計的に有意な差が存在するか？
• RQ5 歴史的都市、産業都市、ニュービルジン、スプロールといった主要都市タイプを区別できる普遍的かつ再現可能な都市形態分類法を構築可能か？

主な発見

• 提案されたアーバンモーフォメトリクス手法は、公共のビッグデータを用いて都市素材を高い統計的信頼性で特徴付けることに成功した。
• この手法は、形態的類似性に基づき、都市を歴史的に定義された4つのカテゴリ（歴史的都市、産業都市、ニュービルジン、スプロール）に正しくクラスタリングした。
• 階層的クラスタリング（デンドログラム）により確認されたように、第二次世界大戦前と後の都市形態には明確な形態的分岐が存在し、それぞれが別個の進化系統を示している。
• 最適化された形態的インデックスのセットは、最大の識別可能性を示し、都市形態の正確な分類を可能にした。
• 都市形態に進化的モデルを適用することで、系統的類似性を示すツリーが得られ、生物学的進化と都市進化の類似性が裏付けられた。
• 本研究は、都市形態が測定可能で進化するシステムとして扱えることを確認し、都市発展の時間的推移における科学的分析を可能にした。