[논문 리뷰] City ecosystem resilience analysis in case of disasters

Domenico Asprone, Massimo Cavallaro외 3명|arXiv (Cornell University)|2013. 02. 13.

Urban Design and Spatial Analysis참고 문헌 20인용 수 1

한 줄 요약

이 논문은 도시 복원력을 수치적으로 평가하기 위해 도로망과 시민, 주거 건물, 서비스를 통합하여 하이브리드 사회-물리 네트워크 모델을 제안한다. 이는 복잡한 네트워크 이론에 기반한 네트워크 효율성 측도를 사용한다. 이 방법은 이탈리아 아체라에서 시뮬레이션된 지진에 적용되었으며, 도시 시스템 기능 회복 능력에 따라 복구 전략을 효과적으로 평가하고 비교할 수 있었다.

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.

연구 동기 및 목표

• 사회적 요소와 물리적 요소를 모두 포함하는 통합된 수학적 정의가 부족한 도시 복원력 문제를 해결하기 위해.
• 도시 시스템에서 공 ingeneering 기반 접근과 생태계 기반 접근 사이의 격차를 메우기 위해.
• catastrophic 사건 기간 및 이후 도시 복원력을 수량화할 수 있는 방법론을 개발하기 위해.
• 재해 이후 도시 시스템의 功能 회복 능력을 복구 전략의 효과성에 따라 평가하기 위해.

제안 방법

• 도시 시스템을 물리적 도로망과 시민, 주거 건물, 서비스와 같은 사회적 및 물리적 구성 요소를 통합하여 하이브리드 복잡한 네트워크로 모델링한다.
• 복잡한 네트워크 이론의 전역 효율성 측도에 영감을 받아 이러한 하이브리드 네트워크에 전역 효율성 측도의 클래스를 정의한다.
• 재해가 발생하기 전, 동안, 후에 효율성 값을 사용하여 시스템 성능과 복원력을 수량화한다.
• 다양한 복구 전략의 효율성 궤적을 비교하여 시스템 기능 회복 능력에 대한 상대적 효과성을 평가한다.
• 실제 도시 데이터를 사용하여 이탈리아 아체라의 시뮬레이션 지진 사례 연구에 이 프레임워크를 적용한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 도시의 사회적 요소와 물리적 요소를 모두 포함하는 방식으로 도시 복원력을 수학적으로 정의할 수 있는가?
• RQ2 다양한 복구 전략은 재해 이후 도시 시스템의 기능적 성능을 어느 정도 회복하는가?
• RQ3 네트워크 효율성 측도는 재해 복구 생애주기 동안 도시 시스템 성능의 변화를 효과적으로 포착할 수 있는가?

주요 결과

• 제안된 하이브리드 네트워크 모델은 사회적 요소와 물리적 도시 요소를 통합하여 통합된 복원력 평가 프레임워크를 성공적으로 구현하였다.
• 네트워크 효율성 측도는 재해 발생 전, 중, 후의 도시 시스템 성능을 추적하는 수량화 가능하고 해석 가능한 지표를 제공한다.
• 다양한 복구 전략은 서로 다른 효율성 회복 궤적을 보였으며, 이는 전략의 효과성에 대한 객관적 비교를 가능하게 하였다.
• 이 방법은 핵심 서비스 및 주거 노드를 우선적으로 복구하는 전략이 전체 시스템 기능 회복 속도를 빠르게 한다는 것을 입증하였다.