[논문 리뷰] Precise mapping, spatial structure and classification of all the human settlements on Earth

Emanuele Strano, Filippo Simini외 3명|arXiv (Cornell University)|2020. 06. 11.

Human Mobility and Location-Based Analysis인용 수 6

한 줄 요약

이 논문은 세계 도시화 발자국 2015를 제시하며, 10m 해상도의 전 세계적 도시 및 농촌 패atters를 정밀하게 매핑하고 분류할 수 있는 전 세계적 인벤토리이다. 산만 분포와 중심 집중형 도시화에 기반한 최소한의 공간 모델을 사용하여, 인류의 주거지가 지구의 가용 가능한 갈라진 땅의 1.47%를 차지하고 있으며, 네 가지의 명확한 형태유형을 보이며, 이는 전 세계 땅 이용 모델링 및 인간 활동에 의한 환경 변화 이해를 향상시킨다.

ABSTRACT

Human settlements (HSs) on Earth have a direct impact on all natural and societal systems but detailed and quantitative measurements of the locations and spatial structures of all HSs on Earth are still under debate. We provide here the World Settlement Footprint 2015, an unprecedented 10 m resolution global spatial inventory of HSs and a precise quantitative analysis and spatial model of their coverage, geography and morphology. HSs are estimated to cover 1.47% of the habitable global dry-land surface and can be classified, by means of their deviation from scaling structure, into four main pattern typologies. A minimal spatial model, based on dynamic interactions between dispersal and centralized urbanization, is able to reproduce all the settlement patterns across regions. Our dataset and settlement model can be used to improve the modelling of global land use changes and human land use cycles and interactions and can ultimately advance our understanding of global anthropization processes and human-induced environmental changes.

연구 동기 및 목표

• 지구 전역의 모든 주거지를 정밀하고 고해상도로 전 세계적으로 인벤토리화하는 것.
• 가용 가능한 갈라진 땅 전역에서 주거지의 공간적 범위와 지리적 분포를 정량화하는 것.
• 스케일링 법칙에서의 편차를 기반으로 주거지를 형태학적 구조에 따라 분류하는 것.
• 산만 분포와 중심 집중형 도시화를 통한 주거지 패턴 형성 원리를 설명하는 동적 공간 모델을 개발하는 것.
• 전 세계 땅 이용 변화 및 인간 활동에 기인한 환경 영향을 향상된 모델링을 지원하는 것.

제안 방법

• 모든 주거지를 전 세계적으로 매핑하기 위해 10m 해상도의 위성 영상을 활용하여 높은 공간 정밀도를 달성한다.
• 원격 감지 데이터에서 개별 주거지를 식별하고 경계를 설정하기 위해 공간 군집화 및 분할 알고리즘을 적용한다.
• 스케일링 구조에서의 편차를 기반으로 한 형태학적 분류 체계를 활용하여 주거지를 네 가지 유형으로 분류한다.
• 인구의 산만 분포와 중심 집중형 도시 성장 간의 동적 상호작용을 시뮬레이션하는 최소한의 공간 모델을 개발한다.
• 시뮬레이션과 비교를 통해 모델이 관측된 지역적 주거지 패턴을 재현할 수 있는 능력을 검증한다.
• 데이터셋과 모델을 융합하여 전 세계 땅 이용 주기와 인위적 환경 변화 과정 분석을 위한 프레임워크를 구축한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 가용 가능한 갈라진 땅 전역에서 주거지의 정밀한 전 세계 공간 범위와 분포는 어떻게 되는가?
• RQ2 주거지는 공간적 구조와 형태 패턴에 기반해 어떻게 체계적으로 분류될 수 있는가?
• RQ3 산만 분포와 중심 집중형 도시화에 기반한 최소한의 동적 모델이 관측된 전 세계 주거지 패턴을 어느 정도 재현할 수 있는가?
• RQ4 주거지는 전 세계 땅 이용 변화와 환경 전환에 대해 어떤 정량적 기여를 하는가?
• RQ5 고해상도 주거지 매핑은 인간 땅 이용 주기와 인위적 환경 변화 모델링을 어떻게 향상시킬 수 있는가?

주요 결과

• 주거지는 지구의 가용 가능한 갈라진 땅 표면의 1.47%를 차지하며, 인간 활동에 의한 땅 이용의 정밀한 전 세계 정량화를 제공한다.
• 스케일링 법칙에서의 구조적 편차를 기반으로 네 가지의 명확한 형태학적 유형이 식별되며, 이는 도시화 양상의 지역적 차이를 반영한다.
• 산만 분포와 중심 집중형 도시화 동적 특성에 기반한 최소한의 공간 모델은 다양한 지리적 지역 전역에서 관측된 주거지 패턴의 전 범위를 성공적으로 재현한다.
• 세계 도시화 발자국 2015 데이터셋은 인간 땅 이용에 대한 고해상도 분석을 가능하게 하며, 향상된 전 세계 땅 이용 모델링의 기초를 제공한다.
• 이 연구는 주거지 형태학, 공간적 구조, 인간 활동에 기인한 환경 변화 간의 정량적 연결 고리를 확립한다.
• 이 데이터셋과 모델은 높은 공간 해상도에서 전 세계 인위적 환경 변화 과정을 모니터링하고 이해할 수 있는 확장 가능한 프레임워크를 제공한다.