Αστική εξάπλωση: οι διαδικασίες αστικού μετασχηματισμού μέσα από τη μορφοκλασματική (fractal) γεωμετρία και τα μοντέλα προσομοίωσης

Abstract

The object of the doctoral dissertation is the examination of urban sprawl through fractal geometry and cellular automata (CA) based simulation models. Urban sprawl is considered as a form of dispersed, leapfrog and low-density periurban development, a form opposite to the compact city model. Through the proposed methodology we develop a) a way of quantifying urban sprawl in a certain area combining fractal dimensions with other widely used quantitative indexes b) a simulation model of urban land use expansion in the periurban hinterland, where an examination of the general urban structure is combined with the analysis of factors applying at the local level. Based on this logic, a statistical model applying at the macroscale is combined with a microdynamic CA model based on a disaggregated field of small-scale spatial units. The model incorporates spatial, population, socioeconomic and urban planning data. The model is mentioned with the acronym DYNAMA and has been developed in a CA programming platform. The case study area is the city of Thessaloniki in Greece. A GIS database, combined with satellite image data and statistical data, has been used to quantify urban sprawl from the start of the ‘90s to the period of 2010. According to the results, urban sprawl in Thessaloniki has accelerated during the last decades. However, the compact and monocentric structure of the city is maintained. The simulation model has been calibrated for the same period. From the results we observe that the model describes well the observed characteristics of urban land use patterns. At a next and final step, the model is used to explore future scenarios of urban development and specifically: a) a scenario of current trends b) a scenario of policy interventions against development in ‘outside of the plan’ areas c) a sustainable scenario towards compact periurban development. The results are evaluated and conclusions are drawn concerning the methodology used, the particularities of the case study area and the spatial planning policies able to contain sprawl.

Αντικείμενο της διδακτορικής διατριβής, αποτελεί η εξέταση της αστικής εξάπλωσης μέσα από το πρίσμα της γεωμετρίας των fractals και των μοντέλων προσομοίωσης που βασίζονται στα κυψελοειδή αυτόματα. Η αστική εξάπλωση θεωρείται ως μία μορφή διεσπαρμένης, ασυνεχούς και με χαμηλές πυκνότητες, περιαστικής ανάπτυξης, αντίθετη με τα πρότυπα της συμπαγούς πόλης. Μέσα από την παρουσιαζόμενη μεθοδολογία διαμορφώνεται: α) ένα πλαίσιο ποσοτικοποίησης του βαθμού αστικής εξάπλωσης με αξιοποίηση των fractal διαστάσεων και συνδυασμό τους με άλλους ευρέως διαδεδομένους ποσοτικούς δείκτες β) ένα μοντέλο προσομοίωσης της εξάπλωσης των αστικών χρήσεων στην περιαστική ενδοχώρα, όπου συνδυάζεται η εξέταση της γενικότερης αστικής διάρθρωσης, με την ανάλυση παραγόντων που επιδρούν σε τοπικό επίπεδο. Με βάση τη λογική αυτή, συνδυάζεται ένα στατιστικό μοντέλο που αναφέρεται στην μακροκλίμακα της πόλης, με ένα μικροδυναμικό μοντέλο κυψελοειδών αυτόματων που εξετάζει την κατανομή της αστικής εξάπλωσης σε τοπικό επίπεδο και αντιμετωπίζει το χώρο της πόλης ως ένα αναλυτικό πεδίο πολυάριθμων μικρών χωρικών μονάδων. Στο μοντέλο ενσωματώνονται μία σειρά από χωρικά, πληθυσμιακά, κοινωνικοοικονομικά, πολεοδομικά και άλλα δεδομένα. Το μοντέλο αναφέρεται με την κωδική ονομασία ΔΥΝΑΜΑ και διαμορφώνεται σε μία πλατφόρμα προγραμματισμού για κυψελοειδή αυτόματα. Πεδίο εφαρμογής αποτελεί η περιοχή της Θεσσαλονίκης. Με χρήση Σύστηματων Γεωγραφικών Πληροφοριών (GIS), αξιοποίηση δορυφορικών εικόνων και στατιστικών στοιχείων και εφαρμογή της μεθοδολογίας που προτείνεται στα πλάισια της διατριβής, ποσοτικοποιείται ο βαθμός αστικής εξάπλωσης της περιοχής, στο διάστημα από τις αρχές της δεκαετίας του ’90 έως την περίοδο του 2010. Με βάση τα στοιχεία, η αστική εξάπλωση της Θεσσαλονίκης παρουσιάζει στοιχεία επιτάχυνσης κατά το τελευταίο διάστημα, χωρίς ωστόσο να μεταβάλλεται σημαντικά η συμπαγής και μονοκεντρική δομή της. Για την ίδια περίοδο βαθμονομείται το μοντέλο προσομοίωσης, μέσα από ένα στατιστικό μοντέλο πολλαπλής παλινδρόμησης και μία αυτοματοποιημένη διαδικασία βαθμονόμησης. Από τα αποτελέσματα και τους ελέγχους προκύπτει ότι το μοντέλο μπορεί να προσεγγίσει σε ικανοποιητικό βαθμό τα παρατηρούμενα χαρακτηριστικά των κατανομών των αστικών χρήσεων γης. Στο επόμενο και τελικό στάδιο εφαρμογής του μοντέλου, εξετάζονται και συγκρίνονται μελλοντικά σενάρια αστικής ανάπτυξης και συγκεκριμένα: α) ένα σενάριο υφιστάμενων τάσεων αστικής εξάπλωσης β) ένα σενάριο παρεμβάσεων περιορισμού της εκτός σχεδίου δόμησης γ) ένα βιώσιμο σενάριο συμπαγούς περιαστικής ανάπτυξης. Τα αποτελέσματα αξιολογούνται και εξάγονται συμπεράσματα ως προς τις μεθόδους ανάλυσης, τα χαρακτηριστικά και τις ιδιαιτερότητες της περιοχής μελέτης, αλλά και ως προς τις πολιτικές χωρικού σχεδιασμού για ανάσχεση της αστικής εξάπλωσης.