[논문 리뷰] Street access, Informality and Development: A block level analysis across all of sub-Saharan Africa

Luis M. A Bettencourt, Nicholas Marchio|arXiv (Cornell University)|2023. 07. 30.

Urban Transport and Accessibility인용 수 4

한 줄 요약

이 연구는 고정밀 건물 외곽선 및 도로망 데이터를 활용하여 아프리카의 블록 수준 분석을 통해 대륙 규모의 인프라 부족과 비공식 주거지의 지도를 작성한다. 분석 결과, 네트워크 구조적 특성으로 측정된 도로 접근성은 인간 발전의 유일한 주요 성분을 예측할 수 있으며, 이는 지속 가능한 도시 확장을 위한 지역적이고 공정한 전략 수립을 가능하게 한다.

ABSTRACT

Sustainable development is an imperative worldwide but metrics and data on poverty and quality of life have remained too coarse and abstract to characterize challenges adequately and guide practical progress. Nowhere is this challenge greater than in Africa where we still know relatively little about the systematic spatial details and scope of development. Here, we leverage a complete, high-precision dataset of building footprints to identify infrastructure deficits and infer informal settlements down to the street level everywhere in sub-Saharan Africa. We identify a general pattern of informality with urbanized areas showing, on average, greater access to infrastructure and services than rural and periurban areas, each characterized by a statistically consistent spectrum of uneven local development. We show that our physical measures of informality are systematically associated with many indicators of low human development, and that these form a single principal component predicted by specific functional changes of the built environment. These results demonstrate that the localization of sustainable development is possible down to the street level at a continental scale and provide a general distributed strategy for accelerating progress in infrastructure and service expansion that taps local innovations in a way that is equitable and context appropriate.

연구 동기 및 목표

• 아프리카의 블록 수준에서 표준화된 도시 발전 및 비공식성에 관한 정밀한 데이터 부족 문제를 해결하고자 한다.
• 도로 수준에서 인프라 부족과 비공식 주거지의 체계적인 공간적 패턴을 규명하고자 한다.
• 물리적 도시 네트워크 구조(예: 도로 접근성 등)를 다차원 인간 발전 지표와 연결하고자 한다.
• 지역적이고 맥락에 맞는 개입을 통해 지속 가능한 발전을 가속화하는 확장 가능한 데이터 기반 프레임워크를 개발하고자 한다.
• 도로 접근성이 다양한 도시 및 농촌 환경에서 광범위한 발전 결과를 대체로 잘 반영하는가를 검증하고자 한다.

제안 방법

• 2022년 Ecopia Landbase Africa에서 제공한 고해상도 건물 외곽선 데이터를 사용하였으며, 이는 Maxar 위성 영상 자료를 기반으로 DigitizeAfrica 플랫폼를 통해 추출하였다.
• OpenStreetMap의 도로망(보도 제외)을 통합하여, 도로, 강, 해안선에 둘러싸인 땅의 다각형으로 블록을 정의하였다.
• 1km 및 100m 해상도의 인구 데이터(landScan 및 WorldPop)를 건물 면적 비율에 따라 비례할당하여 블록 수준의 인구 추정치를 생성하였다.
• 219개의 하위국가 지역-연도 관측치에서 67개의 발전 지표에 대해 주성분 분석(PCA)을 적용하여 발전 패턴의 주요 추세를 규명하였다.
• DHS 설문조사(2010–2021)에서 확보한 인구 통계 및 건강 지표와 블록 수준의 물리적 지표(예: k-복잡성, 건물 밀도 등) 간 상관관계 분석을 수행하였다.
• 다양한 지리적 환경에서 위성 영상과의 시각적 검토를 통해 데이터의 완전성과 정확성을 검증하였다.

Figure 1: The block decomposition of sub-Saharan Africa. A. The decomposition of the subcontinent into nations, cities and rural areas. B. Lusaka (Zambia), the rectangular highlight is shown in Figure 1 C, and a more detailed regions showing all constituent blocks, in D. We observe a large variety b

실험 결과

연구 질문

• RQ1 아프리카 전역에서 블록 수준의 도로 접근성은 다차원 인간 발전 지표와 어떻게 상관관계가 있는가?
• RQ2 물리적 도시 네트워크 구조(예: 연결성, 복잡성 등)가 발전 결과의 변동성을 얼마나 잘 예측할 수 있는가?
• RQ3 도시, 근도시, 농촌 지역에서 도로 접근성이 없는 지역의 비공식 주거지의 공간 분포는 어떠한가?
• RQ4 인프라 및 서비스 지표에서 유도된 주성분 하나가 발전 결과의 대부분의 변동성을 설명할 수 있는가?
• RQ5 아프리카의 도시 계층 전반에서 인프라 부족과 비공식성은 어떻게 체계적으로 변화하는가?

주요 결과

• 67개의 발전 지표에서 유도된 주성분은 물리적 도시 네트워크 구조, 특히 도로 접근성과 연결성에 의해 강하게 예측된다.
• 비공식성은 도로 접근성 부족으로 정의되며, 이는 불균형한 발전의 통계적으로 일관된 스펙트럼을 보이며, 도시 지역은 농촌 및 근도시 지역보다 더 높은 인프라 접근성을 보인다.
• 도로 접근성이 열악한 블록에서는 의료, 교육, 깨끗한 물, 위생 시설 접근성이 떨어지는 등 인간 발전 수준이 뚜렷이 낮다.
• 이 연구는 전 세계적으로 약 11억 명이 비공식 주거지에 거주하고 있으며, 그 중 상당수는 아프리카에 소재해 있음을 규명하였으며, 도로 접근성이 발전 결과의 핵심 구조적 결정 요소임을 입증하였다.
• 367개의 독립적인 설문 조사 관측치(22개 국가)를 대상으로 한 상관관계 분석을 통해 모델의 예측 능력이 검증되었으며, 물리적 연결성이 발전 변동성의 상당 부분을 설명하고 있음을 보여주었다.
• 인터랙티브 플랫폼(www.millionneighborhoods.africa)을 통해 고공간 해상도에서 블록 수준의 인구, 인프라, 발전 지표를 실시간으로 시각화할 수 있다.

Figure 2: The distribution of population in blocks with different complexity $k$ , by urban levels across sub-Saharan Africa. A. Histogram of total population in blocks with different $k$ and levels of urbanization. We see that extreme infrastructure deficits are relatively rare in cities and occur