[논문 리뷰] Spatial Patterns in Urban Systems

Hoai Nguyen Huynh, Evgeny Makarov외 3명|arXiv (Cornell University)|2016. 04. 25.

Urban Design and Spatial Analysis참고 문헌 26인용 수 6

한 줄 요약

이 연구는 공간점패atters 분석을 통해 73개의 글로벌 도시에서 대중교통 정류장의 공간 분포를 분석하여, 잘 계획된(균일하게 분포된) 및 자연적으로 성장한(집중되거나 산산이 흩어진) 두 가지 유형의 도시 형태를 밝혀냈다. 네트워크 커버리지와 비선형적으로 스케일링되는 특성 거리가 존재하며, 도시 형태 유형에 관계없이 편의시설 분포가 보편적인 지수감소 패턴을 따른다는 것을 발견했다.

ABSTRACT

Understanding the morphology of an urban system is an important step toward unveiling the dynamical processes of its growth and development. At the foundation of every urban system, transportation system is undeniably a crucial component in powering the life of the entire urban system. In this work, we study the spatial pattern of $73$ cities across the globe by analysing the distribution of public transport points within the cities. The analysis reveals that different spatial distributions of points could be classified into four groups with distinct features, indicating whether the points are clustered, dispersed or regularly distributed. From visual inspection, we observe that the cities with regularly distributed patterns do not have apparent centre in contrast to the other two types in which star-node structure, i.e. monocentric, can be clearly observed. Furthermore, the results provide evidence for the existence of two different types of urban system: well-planned and organically grown. We also study the spatial distribution of another important urban entity, the amenities, and find that it possesses universal properties regardless of the city's spatial pattern type. This result has one important implication that at small scale of locality, the urban dynamics cannot be controlled even though the regulation can be done at large scale of the entire urban system. The relation between the distribution of amenities within the city and its spatial pattern is also discussed.

연구 동기 및 목표

• 공공교통 정류장 분포 분석을 통해 도시 시스템의 공간 형태를 이해하기 위해.
• 교통 정류장 구성에 기반하여 도시를 서로 다른 공간 패턴 유형으로 분류하기 위해.
• 도시 계획(잘 계획된 vs. 자연적 성장)이 도시 편의시설의 공간 분포에 영향을 미치는지 조사하기 위해.
• 대규모 도시 계획에도 불구하고 소규모 도시 역학이 제어 가능한지 확인하기 위해.
• 도시 대중교통 시스템에서 특성 거리와 네트워크 커버리지 간의 스케일링 관계를 정량화하기 위해.

제안 방법

• 100km 이내 지역에 대해 허비사이너 기반 근사법을 사용하여 버스 정류장의 구면 GPS 좌표를 준평면 카르테시안 좌표로 변환하였다.
• 10m에서 2000m까지 5m 간격의 이산 버퍼 반경을 사용하여 버퍼 기반 공간 분석을 수행하고 최대 근접 이격거리의 피크를 탐지하였다.
• 노이즈가 많은 피크를 제거하고 높이에 따라 가중치를 적용한 필터링 방법을 사용하여 유의미한 피크를 식별하였다.
• 특성 거리 ρ⋆를 피크 버퍼 반경의 가중 평균으로, 산란도 σξ를 피크 반경의 가중 표준편차로 정의하였다.
• DBSCAN 군집 분석을 비교 분석으로 사용하여 제안된 피크 탐지 방법의 타당성을 검증하였다.
• 모든 도시에서 편의시설과 교통 정류장 간의 거리에 대해 지수분포 피팅을 수행하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 다양한 글로벌 도시에서 대중교통 정류장의 지배적인 공간 패턴은 무엇인가?
• RQ2 잘 계획된 도시와 자연적으로 성장한 도시 시스템은 교통 정류장의 공간 분포에서 어떻게 다를까?
• RQ3 특성 거리와 네트워크 커버리지 면적 사이에 보편적인 스케일링 관계가 존재하는가?
• RQ4 다른 도시 형태를 가진 도시들 간에 편의시설의 공간 분포가 일관된 패턴을 따르는가?
• RQ5 소규모 도시 역학(예: 편의시설 배치)이 대규모 도시 계획에 의해 어느 정도 제어 가능한가?

주요 결과

• 73개 도시의 대중교통 정류장 공간 분포는 네 가지 유형으로 분류될 수 있다: 집중형, 산산이 흩어진, 균일하게 분포된, 혼합형이며, 후자 두 유형은 각각 잘 계획된 도시와 자연적으로 성장한 도시 시스템을 나타낸다.
• 균일하게 분포된 교통 정류장을 가진 도시는 명확한 단핵심(모노센터) 형태를 띠지 않지만, 집중형 및 산산이 흩어진 유형은 명확한 별-노드(단핵심) 패턴을 보인다.
• 특성 거리 ρ⋆와 교통 네트워크 커버리지 면적 간의 비선형적 스케일링 지수를 발견하여, 복잡한 공간 조직을 나타낸다.
• 모든 73개 도시에서 편의시설과 가장 가까운 교통 정류장 간의 거리는 보편적인 지수감소 분포를 따르며, 도시의 공간 패턴 유형과는 무관하다.
• 편의시설과 교통 정류장 간의 거리가 보편적인 지수분포를 따르는 것은 소규모 도시 역학이 대규모 도시 계획에 의해 완전히 제어되지 않음을 시사한다.
• 제안된 방법은 버퍼 반경 프로파일의 피크 탐지 기반으로 특성 거리 ρ⋆와 산란도 σξ를 성공적으로 식별하여 도시 형태의 정량적 분류를 가능하게 하였다.