[논문 리뷰] Self-organization versus top-down planning in the evolution of a city

Marc Barthélemy, Patrícia Bordin외 2명|arXiv (Cornell University)|2013. 07. 08.

Urban Design and Spatial Analysis참고 문헌 19인용 수 6

한 줄 요약

이 연구는 GIS-지리정보를 기반으로 한 역사적 지ap을 사용하여 1789~2010년 동안 파리의 도로망 변화를 분석하여 하우스만 시대의 상향식 계획이 미친 영향을 정량화한다. 대부분의 네트워크 지표는 부드럽게 변화하지만, 중심성의 대규모 공간 재편성과 블록 형상 분포의 변화는 자율적 성장과는 다를 바 있는 구조적이고 국소적이지 않은 수정의 징후로 나타나며, 이는 하우스만 계획의 특징이다.

ABSTRACT

Interventions of central, top-down planning are serious limitations to the possibility of modelling the dynamics of cities. An example is the city of Paris (France), which during the 19th century experienced large modifications supervised by a central authority, the `Haussmann period'. In this article, we report an empirical analysis of more than 200 years (1789-2010) of the evolution of the street network of Paris. We show that the usual network measures display a smooth behavior and that the most important quantitative signatures of central planning is the spatial reorganization of centrality and the modification of the block shape distribution. Such effects can only be obtained by structural modifications at a large-scale level, with the creation of new roads not constrained by the existing geometry. The evolution of a city thus seems to result from the superimposition of continuous, local growth processes and punctual changes operating at large spatial scales.

연구 동기 및 목표

• 실제 자료를 바탕으로 자율적 성장과 상향식 중앙 집중적 계획의 영향을 분리하여 분석한다.
• 하우스만의 19세기 현대화와 같은 대규모 도시 전환을 정량적 네트워크 측정치로 감지할 수 있는지 평가한다.
• 도시 발전에서 상향식 계획과 지속적인 국소적 성장의 차이를 가리키는 구조적 네트워크 서명을 특정한다.
• 주요 도시 개입에 견딜 수 있는 중심성 패턴과 블록 기하학의 안정성을 평가한다.

제안 방법

• 1789, 1826, 1836, 1888, 1999, 2010년의 6개의 역사적 지도를 디지털화하고 지리정보시스템(GIS) 환경에 정위치하여 도로망을 원시 그래프로 재구성한다.
• 각 시점에 대해 노드를 도로 교차로로, 간선을 도로 세그먼트로 하는 시간 해상도가 있는 원시 그래프 $G_t$를 구축한다.
• 네트워크 교통 흐름에서 노드와 간선의 중요도를 정량화하기 위해 중심성 중간 중심성(BC)을 적용하고, 평균 BC에 미치는 영향을 평가하기 위해 상대적 영향도 측정치 $\delta(e^*)$를 사용한다.
• 블록 이방형을 정량화하기 위해 형상 계수 $\phi = A / (\pi D^2 / 4)$를 정의한다. 여기서 $A$는 블록 면적이고, $D$는 외접 원의 지름이다.
• 노드 수와 인구의 변화를 추적하여 인구 증가와 네트워크 확장 간의 상관관계를 분석하였으며, 선형 관계를 발견하였다 ($dN/dP = 0.0021$).
• 노드 생성 유형에 따른 신규 간선 비율($E_i$: 새로운 노드 $i$개를 생성하는 신규 간선)을 분석하여 네트워크의 조밀화 패턴 변화를 평가한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 도시의 도로망에서 정량적 네트워크 측정치를 통해 상향식 도시 계획을 어느 정도 감지할 수 있는가?
• RQ2 대규모 계획 개입 기간 동안 네트워크 중심성 패턴(노드 및 간선의 중심성)은 자율적 성장과 어떻게 다를까?
• RQ3 중앙 집중적 계획이 블록 기하학(형상 계수)에 미치는 구조적 변화는 무엇이며, 자연적인 도시 진화와 어떻게 다를까?
• RQ4 하우스만 시대 동안 네트워크의 탐색 용이성 증가(평균 중심성 중심성으로 측정)는 인구 증가 때문인가, 아니면 구조적 재편성 때문인가?
• RQ5 다양한 시점과 중심성 임계값에서 가장 중심적인 노드와 간선의 공간 패턴은 얼마나 안정적인가?

주요 결과

• 파리 도로망의 노드 수는 인구 증가와 선형적으로 비례한다 ($dN/dP = 0.0021$), 이는 대부분의 성장이 인구 증가에 의해 이끌리며 자율적 확장과 일치함을 시사한다.
• 노드 생성 유형에 따른 신규 간선 비율($E_i$)은 시간이 지남에 따라 매끄럽게 변화하였으며, 하우스만 시대에 질적인 변화가 없었으므로 국소적 성장 메커니즘에 근본적인 변화가 없음을 시사한다.
• 평균 중심성 중심성이 시간이 지남에 따라 약간 감소하여 네트워크의 탐색 용이성이 향상되었지만, 전체 기간 동안 정점 중심성의 분포는 안정된 상태를 유지하였다.
• 가장 중심적인 노드(가장 큰 $g_v$의 10분의 1 이상)와 간선(가장 큰 $g_e$의 20분의 1 이상)의 공간 패턴은 시간과 임계값에 관계없이 뚜렷하게 유지되었으며, 지속적인 핵심 구조가 있음을 시사한다.
• 하우스만의 상향식 계획에서 가장 뚜렷한 서명은 국소적 네트워크 지표나 블록 형상 분포의 변화가 아니라 중심성의 대규모 공간 재편성임을 시사한다.
• 하우스만 시대 동안 블록의 형상 계수 분포가 크게 변화하였으며, 더 규칙적이고 직사각형인 형태로의 이동이 관찰되어, 기존 기하학적 구조에 얽매이지 않는 구조적 수정이 있었음을 시사한다.