[논문 리뷰] Elementary processes governing the evolution of road networks

Emanuele Strano, Vincenzo Nicosia외 3명|Strathprints: The University of Strathclyde institutional repository (University of Strathclyde)|2012. 03. 01.

Urban Design and Spatial Analysis참고 문헌 28인용 수 32

한 줄 요약

이 연구는 이탈리아 밀라노 북부의 도로망이 200년 동안 진화하는 데 지배적인 두 가지 기본 과정—밀도 증가와 탐색—을 규명한다. 역사적 지ap도 자료를 활용하여 도시화가 땅 세포의 형태를 균일화하고, 높은 중심성 도로의 장기적 안정성을 초래함으로써 기존 구조에 뿌리를 둔 내재적이고 점진적인 성장 패턴을 드러낸다.

ABSTRACT

Urbanisation is a fundamental phenomenon whose quantitative characterisation is still inadequate. We report here the empirical analysis of a unique data set regarding almost 200 years of evolution of the road network in a large area located north of Milan (Italy). We find that urbanisation is characterised by the homogenisation of cell shapes, and by the stability throughout time of high-centrality roads which constitute the backbone of the urban structure, confirming the importance of historical paths. We show quantitatively that the growth of the network is governed by two elementary processes: (i) `densification', corresponding to an increase in the local density of roads around existing urban centres and (ii) `exploration', whereby new roads trigger the spatial evolution of the urbanisation front. The empirical identification of such simple elementary mechanisms suggests the existence of general, simple properties of urbanisation and opens new directions for its modelling and quantitative description.

연구 동기 및 목표

• 두 세기 동안 대도시 지역에서의 도시화의 공간적 및 구조적 역학을 정량화하기 위해.
• 지역적 역사, 문화 또는 인구 요인과 무관하게 도로망 진화를 이끄는 기본 메커니즘을 규명하기 위해.
• 도시 성장이 급격하고 근본적인 변화가 아닌 단순하고 반복 가능한 국지적 과정에 의해 이뤄지는지 테스트하기 위해.
• 도시화 과정에서 높은 중심성 도로가 얼마나 오랫동안 구조적 뼈대를 유지하는지 평가하기 위해.

제안 방법

• ArcGIS10에서 몬테 마리오(로마) 투영을 사용한 지오레퍼런싱된 벡터 자료를 활용해 1833~2007년 기간의 역사적 지도 및 항공사진에서 일곱 개의 시간적 도로망 원시 그래프를 구축하였다.
• 사용자 정의 파이썬 스크립트를 적용하여 노드 및 링크 데이터를 추출하고, 간선 가중치가 실제 도로 길이를 나타내는 가중치가 부여된 인접 리스트를 생성하였다.
• 네트워크 상태를 Gₜ = (Vₜ, Eₜ)로 정의하였으며, ΔVₜ와 ΔEₜ는 각 시간 간격 동안 추가된 신규 노드와 링크를 나타내었다.
• 노드 및 링크 수, 교차점 유형 분포(예: 4방향 대비 3방향), 땅 세포 형태의 진화 등 네트워크 위상의 변화를 추적하였다.
• 중심성 측정법을 사용하여 시간이 지남에 따라 핵심 도로의 안정성을 평가하였으며, 2007년의 위치를 이전 기간과 비교하였다.
• 도시 세포의 형태적 변화를 분석하여 시간이 지남에 따라 정사각형에 가까운 형태로의 균일화 정도를 정량화하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 장기적인 도시 도로망 진화를 지배하는 기본 과정은 무엇인가?
• RQ2 교차점 유형과 중심성과 같은 도로망의 구조적 특성은 시간이 지남에 따라 어떻게 변화하는가?
• RQ3 높은 중심성 도로가 도시화 과정에서 얼마나 오랫동안 안정적으로 유지되며, 지속적인 뼈대를 형성하는가?
• RQ4 도시 확장 과정에서 도시 땅 세포의 형태와 분포는 어떻게 변화하는가?
• RQ5 도시 성장은 국지적이고 점진적인 변화에 의해 이뤄지는가, 아니면 대규모의 비연속적 전환에 의해 이뤄지는가?

주요 결과

• 도로망의 진화는 밀도 증가와 탐색이라는 두 가지 주요 과정에 의해 지배된다. 밀도 증가는 도시 중심부 주변의 국지적 도로 밀도를 증가시키며, 탐색은 도시화의 전면을 외곽으로 확장하는 데 기여한다.
• 도시 지역의 땅 세포는 시간이 지남에 따라 점점 정사각형에 가까운 형태로 변화하여, 체계적인 도로망 개발으로 인한 도시 형태의 균일화가 나타난다.
• 3방향 및 사각형 교차점에서 4방향 교차점으로의 전환이 뚜렷하게 발생하여, 더 연결성이 높고 효율적인 도로 배치로의 전환을 반영한다.
• 2007년 기준 가장 중심적인 도로들은 대부분 네트워크에서 가장 오래된 도로들과 일치하여, 높은 중심성 도로의 장기적인 구조적 안정성을 입증한다.
• 산업화 및 후산업화 도시 확장과 겹치는 1933년에서 1994년 사이에 네트워크는 급격한 성장 단계를 경험하였다.
• 중앙 도로의 지속성과 변화의 점진적 성격은 도시화가 근본적인 재구성보다는 유기적이고 누적적인 과정을 따름을 시사한다.