Modelos de complejidad para la gestión urbana sostenible Estado de arte y perspectivas

1. Modelos de complejidad para la gestión urbana sostenibleEstado de arte y perspectivas Dr Carlos ReynosoUNIVERSIDAD DE BUENOS AIREShttp://carlosreynoso.com.ar

2. 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.

3. 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

4. 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/auto-organización • 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

5. 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

6. 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

7. Slope – Término de GIS y análisis geo-espacial (véase DEM) • Se pueden generar de bases de datos topográficas

8. Excluded • Montañas, aguas, etc

9. Transportation • Incluye análisis de conectividad (sintaxis espacial)

10. Hillshade • Usado como fondo para especificar la extensión espacial

11. Sitio de referencia • http://www.ncgia.ucsb.edu/projects/gig/

12. Proyecciones de uso de la tierra de la NASA http://earthobservatory.nasa.gov/Newsroom/view.php?id=24480

13. Proyección de crecimiento (SLEUTH) Eficiencia aproximada superior al 80%

14. Predicciones Helsinki 2050* • ’Controlled’ Growth • accessibility • roads as lines • railroads + stations • main roads + railroads • ’Free’ Growth *Ver Urban Generator

15. Proyección de crecimiento e impacto ecológicohttp://www.insipub.com/rjss/2007/72-82.pdf

16. Proyección de crecimiento (SLEUTH)

17. 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 trade-off entre el costo y la viabilidad del modelado. • Como sea, llegaron para quedarse. • Aportes fundamentales de la década

19. 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

21. TRANSIMS - Visualizadores

22. 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 auto-organización 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.

23. 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

24. NetLogo – Urban Suite

25. 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

26. Aplicaciones • Rodina, Rodin, Dumachev – Optimización de patrullaje policial en Moscú • Zonas residencias sub-patrulladas: mayor D

27. La hora del balance: Fractalidad • Posible e interesante indicador de auto-organización. • 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

28. 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:

29. 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

31. 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:

32. Pautas que conectan:Recorridos, recursos, agendas

33. Teoría cromática

35. 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

39. 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

40. 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

41. Indicadores • Segregación • Espacios tipo a y d crean integración • Espacios tipo b y c crean segregación

42. Integración visual e inteligibilidad

43. 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

44. Crecimiento de asentamientos informales en Estanbul – 1’

45. Museo Nacional de ColombiaValor de Control (AGraf) • Rojo – Más alto valor de control – Sala República de Colombia, n° 15 

48. 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

49. Recursos y referencias • http://carlosreynoso.com.ar/modelado-de-dinamicas-urbanas/

50. Recursos http://www.casa.ucl.ac.uk/index.asp