[논문 리뷰] Urban Morphometrics: Towards a Science of Urban Evolution

Jacob Dibble, Alexios Prelorendjos외 5명|arXiv (Cornell University)|2015. 06. 16.

Land Use and Ecosystem Services참고 문헌 27인용 수 13

한 줄 요약

이 논문은 공공 빅데이터를 활용한 통계적으로 탄탄하고 보편적으로 적용 가능한 도시 섬유를 정량화하는 분류 체계인 '유저브 모포메트릭스(urban morphometrics)'를 소개한다. 40개의 영국 도시에서 형태적 요소를 측정함으로써 진화 생물학 모델을 적용하여 역사적 도시 형태와 연관된 명확한 구조적 군집을 밝혀내며, 제2차 세계대전 이전과 이후의 도시 진화 간 명백한 차이를 입증한다.

ABSTRACT

Urban theorists, social reformists and philosophers have considered the city as a living organism since Plato. However, despite extraordinary advancements in evolutionary biology, now being used to explain social and cultural phenomena, a proper science of evolution in cities has never been established since Geddes' work at the dawn of the Town Planning discipline. Commencing in the tradition of Urban Morphology, this research develops and validates a statistically reliable and universally applicable urban taxonomy. The research solidifies existing definitions of built form at the scale of the urban fabric and identifies the constituent elements of form in 40 contemporary UK cities. Quantifiable measurements of these elements allow mathematical descriptions of their organization and mutual relationships. Further, an optimized list of indices with maximum discriminatory potential distinguishes between cases from four historically characterised categories: 1) Historical, 2) Industrial, 3) New Towns, 4) Sprawl. Finally, a dendrogram is produced that shows the tree of similarity between cases, where the great divide between pre and post WWII war urban form is demonstrated. This work shows that: a) it is conceptually sound and viable to measure urban fabric utilizing public, big-data repositories, b) the proposed urban morphometrics system accurately characterises the structure of urban form and clusters cases properly based on their historical origins, c) scientific models of biological evolution can be applied to urban analysis to understand underlying structural similarities.

연구 동기 및 목표

• 도시 형태를 측정 가능하고 정량화 가능한 실체로 체계화하여, 생물학적 진화에 유사한 과학적 프레임워크를 구축하기 위해.
• 현대 도시에서 도시 형태학에 대한 표준화되고 통계적으로 신뢰할 수 있는 분류 체계의 부족을 해결하기 위해.
• 40개 영국 도시의 실제 데이터를 활용하여 방법의 타당성을 검증함으로써 보편적 적용 가능성과 재현 가능성을 확보하기 위해.
• 진화 모델이 도시 형태의 구조적 유사성과 역사적 연원을 정확히 포착할 수 있는지 입증하기 위해.
• 역사적 발전 패턴에 따라 도시 형태를 구분하기 위해: 역사적, 산업화, 신도시, 확장형 도시

제안 방법

• 도시 섬유 척도에서 기본적인 형태적 요소를 식별하고 측정하여 체계적인 도시 분류 체계를 개발한다.
• 공공의 빅데이터 레포지토리(예: 오픈스트리트맵, 어던런스 서베이)를 활용하여 건축 형태 구성 요소의 정량적 지표를 추출한다.
• 다변량 통계 분석을 적용하여 최적화된 형태적 지표 집합을 계산하고 최대의 구분 능력을 확보한다.
• 계층적 군집 분석(dendrogram)을 활용하여 형태적 지표 기반으로 도시 간의 구조적 유사성과 차이를 시각화한다.
• 진화 생물학의 원리(예: 계통수 분석)를 응용하여 도시 형태의 진화와 연원을 모델링한다.
• 역사적으로 정의된 카테고리에 따라 도시를 정확히 군집화할 수 있는 능력을 시험하여 시스템을 검증한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 공공의 빅데이터 자원을 활용하여 도시 형태를 체계적으로 정량화할 수 있는가? 이를 통해 과학적 분석이 가능해지는가?
• RQ2 도시 섬유에서 유도된 형태적 지표가 역사적 도시 발전 패턴을 얼마나 정확히 반영하는가?
• RQ3 진화 모델을 도시 형태에 의미 있게 적용하여 구조적 유사성과 연원을 드러낼 수 있는가?
• RQ4 제2차 세계대전 이전과 이후의 도시 형태 간에 통계적으로 유의미한 차이가 존재하는가?
• RQ5 역사적 주요 도시 유형을 구분할 수 있는 보편적이고 재현 가능한 도시 형태 분류 체계를 개발할 수 있는가?

주요 결과

• 제안된 유저브 모포메트릭스 시스템은 높은 통계적 신뢰도로 공공적으로 이용 가능한 빅데이터를 활용하여 도시 섬유를 성공적으로 특성화한다.
• 이 방법은 형태적 유사성 기반으로 역사적으로 정의된 네 가지 카테고리—역사적, 산업화, 신도시, 확장형 도시—로 도시를 정확히 군집화한다.
• 계층적 군집 분석(dendrogram)을 통해 확인된 바, 제2차 세계대전 이전과 이후의 도시 형태 간에 명백한 형태적 갈림길이 존재함을 입증한다.
• 최적화된 형태적 지표 집합은 최대의 구분 능력을 보이며, 도시 형태의 정확한 분류를 가능하게 한다.
• 진화 모델을 도시 형태에 적용함으로써 유사성에 기반한 계통수 유사 트리가 도출되며, 생물학적 진화와 도시 진화 간의 유사성에 대한 타당성을 입증한다.
• 이 연구는 도시 형태가 측정 가능하고 진화하는 시스템으로 간주될 수 있음을 확인하여, 시간에 따른 도시 발전에 대한 과학적 분석이 가능하다는 점을 입증한다.