Transcript Modelos de complejidad para la gestión urbana

Modelos de complejidad para la
gestión urbana sostenible
Estado de arte y perspectivas
Dr Carlos Reynoso
UNIVERSIDAD DE BUENOS AIRES
http://carlosreynoso.com.ar
Objetivos
• Presentar un conjunto de algorítmicas
complejas utilizables en el diseño, el
análisis y la gestión urbana.
• Sintetizar sus logros mayores.
• Llamar la atención sobre no pocas
frustraciones y dificultades.
• Establecer un balance y un curso de
acción.
Agenda
• Algoritmos de la complejidad
• Avances y obstáculos en predicción mediante
autómatas celulares
• Logros y polémicas en modelado basado en
agentes
• Aportes y dificultades del análisis de dimensión
fractal
• Estado de arte en diseño y diagnóstico con
gramáticas recursivas
• Casos de éxito y aspectos perfectibles en redes
dinámica y sintaxis espacial
Algoritmos y sus logros en gestión urbana
• Sistemas complejos adaptativos
– Autómatas celulares
• Previsión de drenaje, incendio, crecimiento y uso de la tierra
– Modelos basados en agentes
• Prevención y modelado de contingencias
• Estimación de dimensión fractal
– Correlación entre alta dimensionalidad y factores de planificación/autoorganización
• Gramáticas recursivas complejas
– Síntesis de ciudades y paisajes
• Redes espaciales complejas
– Pequeños mundos, ley de potencia
• Sintaxis espacial
– Tipología de ciudades, lineamientos de diseño
• Metaheurísticas basadas en la naturaleza
• Dinámica no lineal, transiciones de fase, sincronización y teoría del
caos
Autómatas celulares
• Lo bueno, lo malo y lo feo en modelado dinámico con
sistemas complejos adaptativos.
• Excelente herramienta para comprender factores de
complejidad.
– Auto-organización
– Sensitividad a las condiciones iniciales
– Emergencia del orden a partir del desorden
• Prevalencia excesiva de la vecindad sobre otros factores
actuantes.
• Tradeoff entre lo amigable pero caro y lo gratuito pero
complicado.
• Demo
Estudios de casos con SLEUTH
• SLEUTH = Slope, Land use, Exclusion, Urban extent,
Transportation, Hillshade
• Antes llamado Clarke Cellular Automata Urban Growth
Model
• Aplicación de referencia en proyección urbana
• Desarrollado por Keith Clarke en la UC en Santa
Barbara
• Las iniciales del nombre describen los datos de entrada
• Las reglas se basan en 5 coeficientes
Slope – Término de GIS y análisis geoespacial (véase DEM)
• Se pueden generar de bases de datos topográficas
Excluded
• Montañas, aguas, etc
Transportation
• Incluye análisis de conectividad
(sintaxis espacial)
Hillshade
• Usado como fondo para especificar la
extensión espacial
Sitio de referencia
• http://www.ncgia.ucsb.edu/projects/gig/
Proyecciones de uso de la tierra de la NASA
http://earthobservatory.nasa.gov/Newsroom/view.php?id=24480
Proyección de crecimiento (SLEUTH)
Eficiencia aproximada superior al 80%
Predicciones Helsinki 2050*
’Controlled’ Growth
accessibility
roads as lines
railroads + stations
’Free’ Growth
*Ver Urban Generator
main roads + railroads
Proyección de crecimiento e impacto ecológico
http://www.insipub.com/rjss/2007/72-82.pdf
Proyección de crecimiento (SLEUTH)
La hora del balance: Autómatas
• Infinidad de aplicaciones a la problemática
urbana.
• SLEUTH como comunidad y fuente de
inspiración para la proyección del crecimiento
urbano y del impacto de las políticas de
sostenibilidad.
• Situación indefinida en el problemas del tradeoff entre el costo y la viabilidad del modelado.
• Como sea, llegaron para quedarse.
• Aportes fundamentales de la década
Modelos basados en agentes,
sociedades y culturas artificiales
• Entre las balas de plata, el síndrome del
martillo y las frustraciones
• ¿En qué medida la implementación debe
ser realista?
• No hay un modelo matemático inherente.
• Demos
TRANSIMS - Visualizadores
Descubrimientos y acentuaciones
del modelado microscópico
• Observaciones inéditas que permitieron identificar efectos
colectivos
– P. ej. formación de senderos peatonales por analogía con la quimiotaxis
observada por los etólogos.
– Paradoja de Braess
• Esto permitió observar y predecir interesantes fenómenos de autoorganización y no-linealidad
– Surgimiento de atascos desproporcionados, paradoja de Braess,
senderos de contraflujo, cambios oscilatorios en los contraflujos en los
cuellos de botella, brotes de conducta de rebaño, dependencia no
monotónica del tiempo de evacuación respecto de parámetros
inimaginables (el campo dinámico del piso), efectos de fricción, efectos
de más-rápido-es-más-lento en situaciones de pánico o surgimiento de
flujos más ordenados mediante la ampliación de las oscilaciones
• (Helbing, Farkas y Vicsek 2000; Burstedde y otros 2001a y 2001b;
Schadschneider 2001; Kirchner y Schadschneider 2002;
Schadschneider, Kirchner y Nishinari 2002).
• Software de simulación: EXODUS, página de Tamás Vicsek, etc.
• Una vez más, en el diseño de lugares públicos el conocimiento de
estos estudios y herramientas ha llegado a ser indispensable.
La hora del balance: Agentes
• Alternativa muy superior a la del modelo a
ciegas.
• Descubrimiento y mejor comprensión de
diversas paradojas de la dinámica urbana.
• Excesiva libertad en el diseño del modelo.
• Algunas defecciones en el camino.
• Con agentes, problemático; sin agentes,
suicida.
• Aportes fundamentales de la década
NetLogo – Urban Suite
Dimensión fractal
• Alternativa aparente a las paradojas de escala
• Un solo número para medir complejidades
insondables
• La medición está (en teoría) normalizada, pero
no es posible obtener dos medidas iguales.
• Dificultades técnicas de la multifractalidad y el
análisis basado en ondículas
• Demos
Aplicaciones
• Rodina, Rodin, Dumachev – Optimización de
patrullaje policial en Moscú
• Zonas residencias sub-patrulladas: mayor D
La hora del balance: Fractalidad
• Posible e interesante indicador de autoorganización.
• Ningún libro es mejor que el clásico, y éste es de
1984.
– Fractal cities, naturalmente
– Michael Batty: fractalidad  autómatas celularessintaxis
espacial
• La tentación de una numerología ilusoria.
• Recomendación: usarlo con todas las
precauciones del caso y como introducción a
técnicas superficialmente más difíciles pero de
probado rendimiento.
• Aportes fundamentales de la década
Gramáticas complejas
• De la lingüística de Chomsky a los
sistemas de Lindenmayer y a los modelos
del trazado callejaro, el diseño
arquitectónica y la ciudad en sí.
• Una sola herramienta, pero tremenda.
• Demos:
La hora del balance: Gramáticas
• Nada fundamental que objetar
• Excepto la comercialización del producto
• Posibilidad de sintetizar y analizar
cualquier estructura anidada compleja
– A condición que se comprenda cabalmente la
recursividad
Redes temporales y espaciales
• Auge desmedido del modelo estructural en
análisis de redes sociales
• Tiempo y espacio: ¿para cuándo?
• Dificultades de integración de teoría de grafos
como herramienta de gestión
• Necesidad de superar la prisión del lenguaje
– Nodos como cosas, relaciones como verbos,
propiedades relacionales como adjetivos
• Demos:
Pautas que conectan:
Recorridos, recursos, agendas
Teoría cromática
La hora del balance: Redes
• Llegaron para quedarse y están llegando
cada vez más fuertemente.
• Excesivo peso del modelo ortodoxo.
• Pocos lugares de desarrollo de ambientes
reticulares dinámicos
• ORA NetScenes, Carnegie Mellon
• Necesidad de integrar verdaderamente
grafos.
• Aportes fundamentales de la década
Sintaxis espacial
• Grandes promesas y logros tangibles
• Un solo centro de desarrollo de soluciones
de software
• Problemas de integración de la diversidad
de acentuaciones de un mismo paisaje
• El espacio está resuelto pero ¿cuándo
será el momento del tiempo?
• Demo
Indicadores
• Espacios a, b, c y d
• a – Un solo vínculo, callejones
sin salida
• b – Espacios conectados a un
callejón
• c – Espacios que pertenecen
a un anillo
• d – Espacios con más de 2
vínculos, formando complejos
que no tienen ni a ni b,
conteniendo por lo menos 2
anillos con por lo menos un
elemento en común
Indicadores
• Segregación
– Espacios tipo a
y d crean
integración
– Espacios tipo b
y c crean
segregación
Integración visual e inteligibilidad
La hora del balance: Sintaxis
• Dispersión de la iniciativa
• Por fin un modelo que no se centra en
USA y que se adapta a la diversidad
cultural.
• Grandes logros en casos de resonancia.
• Tendencia al tratamiento estructural en
detrimento de la dinámica.
• Aportes fundamentales de la década
Crecimiento de
asentamientos
informales en
Estanbul – 1’
Museo Nacional de Colombia
Valor de Control (AGraf)
•
Rojo – Más alto valor de control – Sala República de Colombia, n° 15 
Conclusiones
• Superada de frustración de los modelos
de arriba hacia abajo y de la “revolución
cuantitativa” los algoritmos de la
complejidad ya están instalados
• Logros a diferentes escalas, demasiado
numerosos para enumerarlos
• Obstáculos que merecen que se le preste
atención
• Numerosos campos de vacancia,
oportunidades y urgencias
Recursos y referencias
• http://carlosreynoso.com.ar/modelado-de-dinamicas-urbanas/
Recursos
http://www.casa.ucl.ac.uk/index.asp
Recursos
• http://www.spacesyntax.com/
Otros recursos
• Carlos Reynoso.
2010. Análisis y
diseño de la ciudad
compleja.
Perspectivas desde
la antropología
urbana. Buenos
Aires, Sb
• Tal vez queden
algunos ejemplares
¿Por dónde empezar?
• http://carlosreynoso.com.ar/modelado-de-dinamicas-urbanas/
¿Preguntas?
Carlos Reynoso
UNIVERSIDAD DE BUENOS AIRES
http://carlosreynoso.com.ar