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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. - PowerPoint PPT Presentation
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Modelos de complejidad para la Modelos de complejidad para la gestión urbana sosteniblegestión urbana sostenible
Estado de arte y perspectivasEstado de arte y perspectivas
Dr Carlos ReynosoDr Carlos ReynosoUNIVERSIDAD DE BUENOS AIRESUNIVERSIDAD DE BUENOS AIRES
http://carlosreynoso.com.ar
ObjetivosObjetivos
• Presentar un conjunto de algorítmicas Presentar un conjunto de algorítmicas complejas utilizables en el diseño, el complejas utilizables en el diseño, el análisis y la gestión urbana.análisis y la gestión urbana.
• Sintetizar sus logros mayores.Sintetizar sus logros mayores.
• Llamar la atención sobre no pocas Llamar la atención sobre no pocas frustraciones y dificultades.frustraciones y dificultades.
• Establecer un balance y un curso de Establecer un balance y un curso de acción.acción.
AgendaAgenda
• Algoritmos de la complejidadAlgoritmos de la complejidad• Avances y obstáculos en predicción mediante Avances y obstáculos en predicción mediante
autómatas celularesautómatas celulares• Logros y polémicas en modelado basado en Logros y polémicas en modelado basado en
agentesagentes• Aportes y dificultades del análisis de dimensión Aportes y dificultades del análisis de dimensión
fractalfractal• Estado de arte en diseño y diagnóstico con Estado de arte en diseño y diagnóstico con
gramáticas recursivasgramáticas recursivas• Casos de éxito y aspectos perfectibles en redes Casos de éxito y aspectos perfectibles en redes
dinámica y sintaxis espacialdinámica y sintaxis espacial
Algoritmos y sus logros en gestión urbanaAlgoritmos y sus logros en gestión urbana
• Sistemas complejos adaptativosSistemas complejos adaptativos– Autómatas celularesAutómatas celulares
• Previsión de drenaje, incendio, crecimiento y uso de la tierraPrevisión de drenaje, incendio, crecimiento y uso de la tierra– Modelos basados en agentesModelos basados en agentes
• Prevención y modelado de contingenciasPrevención y modelado de contingencias• Estimación de dimensión fractalEstimación de dimensión fractal
– Correlación entre alta dimensionalidad y factores de planificación/auto-Correlación entre alta dimensionalidad y factores de planificación/auto-organizaciónorganización
• Gramáticas recursivas complejasGramáticas recursivas complejas– Síntesis de ciudades y paisajesSíntesis de ciudades y paisajes
• Redes espaciales complejasRedes espaciales complejas– Pequeños mundos, ley de potenciaPequeños mundos, ley de potencia
• Sintaxis espacialSintaxis espacial– Tipología de ciudades, lineamientos de diseñoTipología de ciudades, lineamientos de diseño
• Metaheurísticas basadas en la naturalezaMetaheurísticas basadas en la naturaleza• Dinámica no lineal, transiciones de fase, sincronización y teoría del Dinámica no lineal, transiciones de fase, sincronización y teoría del
caoscaos
Autómatas celularesAutómatas celulares
• Lo bueno, lo malo y lo feo en modelado dinámico con Lo bueno, lo malo y lo feo en modelado dinámico con sistemas complejos adaptativos.sistemas complejos adaptativos.
• Excelente herramienta para comprender factores de Excelente herramienta para comprender factores de complejidad.complejidad.– Auto-organizaciónAuto-organización– Sensitividad a las condiciones inicialesSensitividad a las condiciones iniciales– Emergencia del orden a partir del desordenEmergencia del orden a partir del desorden
• Prevalencia excesiva de la vecindad sobre otros factores Prevalencia excesiva de la vecindad sobre otros factores actuantes.actuantes.
• TradeoffTradeoff entre lo amigable pero caro y lo gratuito pero entre lo amigable pero caro y lo gratuito pero complicado.complicado.
• DemoDemo
Estudios de casos con SLEUTHEstudios de casos con SLEUTH
• SLEUTH = Slope, Land use, Exclusion, Urban extent, SLEUTH = Slope, Land use, Exclusion, Urban extent, Transportation, HillshadeTransportation, Hillshade
• Antes llamado Clarke Cellular Automata Urban Growth Antes llamado Clarke Cellular Automata Urban Growth ModelModel
• Aplicación de referencia en proyección urbanaAplicación de referencia en proyección urbana• Desarrollado por Keith Clarke en la UC en Santa Desarrollado por Keith Clarke en la UC en Santa
BarbaraBarbara• Las iniciales del nombre describen los datos de entradaLas iniciales del nombre describen los datos de entrada• Las reglas se basan en 5 coeficientesLas reglas se basan en 5 coeficientes
Slope – Término de GIS y análisis geo-espacial (véase DEM)
• Se pueden generar de bases de datos topográficasSe pueden generar de bases de datos topográficas
ExcludedExcluded
• Montañas, aguas, etcMontañas, aguas, etc
TransportationTransportation
• Incluye análisis de conectividad Incluye análisis de conectividad (sintaxis espacial)(sintaxis espacial)
HillshadeHillshade• Usado como fondo para especificar la Usado como fondo para especificar la
extensión espacialextensión espacial
Sitio de referenciaSitio de referencia• http://www.ncgia.ucsb.edu/projects/gig/http://www.ncgia.ucsb.edu/projects/gig/
Proyecciones de uso de la tierra de la NASA Proyecciones de uso de la tierra de la NASA http://earthobservatory.nasa.gov/Newsroom/view.php?id=24480http://earthobservatory.nasa.gov/Newsroom/view.php?id=24480
Proyección de crecimiento (SLEUTH)Proyección de crecimiento (SLEUTH)
Eficiencia aproximada superior al 80%Eficiencia aproximada superior al 80%
Predicciones Helsinki 2050*’Controlled’ Growth
’Free’ Growth
railroads + stations main roads + railroadsaccessibility roads as lines
*Ver Urban Generator*Ver Urban Generator
Proyección de crecimiento e impacto ecológicoProyección de crecimiento e impacto ecológico http://www.insipub.com/rjss/2007/72-82.pdf http://www.insipub.com/rjss/2007/72-82.pdf
Proyección de crecimiento (SLEUTH)Proyección de crecimiento (SLEUTH)
La hora del balance: AutómatasLa hora del balance: Autómatas
• Infinidad de aplicaciones a la problemática Infinidad de aplicaciones a la problemática urbana.urbana.
• SLEUTH como comunidad y fuente de SLEUTH como comunidad y fuente de inspiración para la proyección del crecimiento inspiración para la proyección del crecimiento urbano y del impacto de las políticas de urbano y del impacto de las políticas de sostenibilidad.sostenibilidad.
• Situación indefinida en el problemas del trade-Situación indefinida en el problemas del trade-off entre el costo y la viabilidad del modelado.off entre el costo y la viabilidad del modelado.
• Como sea, llegaron para quedarse.Como sea, llegaron para quedarse.• Aportes fundamentales de la década Aportes fundamentales de la década
Modelos basados en agentes, Modelos basados en agentes, sociedades y culturas artificialessociedades y culturas artificiales
• Entre las balas de plata, el síndrome del Entre las balas de plata, el síndrome del martillo y las frustracionesmartillo y las frustraciones
• ¿En qué medida la implementación debe ¿En qué medida la implementación debe ser realista?ser realista?
• No hay un modelo matemático inherente.No hay un modelo matemático inherente.
• DemosDemos
TTRANSIMSRANSIMS - Visualizadores - Visualizadores
Descubrimientos y acentuaciones del modelado microscópico
• Observaciones inéditas que permitieron identificar efectos Observaciones inéditas que permitieron identificar efectos colectivoscolectivos– P. ej. formación de senderos peatonales por analogía con la quimiotaxis P. ej. formación de senderos peatonales por analogía con la quimiotaxis
observada por los etólogos.observada por los etólogos.– Paradoja de Braess Paradoja de Braess
• Esto permitió observar y predecir interesantes fenómenos de auto-Esto permitió observar y predecir interesantes fenómenos de auto-organización y no-linealidadorganización y no-linealidad– Surgimiento de atascos desproporcionados, paradoja de Braess, Surgimiento de atascos desproporcionados, paradoja de Braess,
senderos de contraflujo, cambios oscilatorios en los contraflujos en los senderos de contraflujo, cambios oscilatorios en los contraflujos en los cuellos de botella, brotes de conducta de rebaño, dependencia no cuellos de botella, brotes de conducta de rebaño, dependencia no monotónica del tiempo de evacuación respecto de parámetros monotónica del tiempo de evacuación respecto de parámetros inimaginables (el campo dinámico del piso), efectos de fricción, efectos inimaginables (el campo dinámico del piso), efectos de fricción, efectos de más-rápido-es-más-lento en situaciones de pánico o surgimiento de de más-rápido-es-más-lento en situaciones de pánico o surgimiento de flujos más ordenados mediante la ampliación de las oscilaciones flujos más ordenados mediante la ampliación de las oscilaciones
• (Helbing, Farkas y Vicsek 2000; Burstedde y otros 2001a y 2001b; (Helbing, Farkas y Vicsek 2000; Burstedde y otros 2001a y 2001b; Schadschneider 2001; Kirchner y Schadschneider 2002; Schadschneider 2001; Kirchner y Schadschneider 2002; Schadschneider, Kirchner y Nishinari 2002). Schadschneider, Kirchner y Nishinari 2002).
• Software de simulación: EXODUS, página de Tamás Vicsek, etc.Software de simulación: EXODUS, página de Tamás Vicsek, etc.• Una vez más, en el diseño de lugares públicos el conocimiento de Una vez más, en el diseño de lugares públicos el conocimiento de
estos estudios y herramientas ha llegado a ser indispensable.estos estudios y herramientas ha llegado a ser indispensable.
La hora del balance: AgentesLa hora del balance: Agentes
• Alternativa muy superior a la del modelo a Alternativa muy superior a la del modelo a ciegas.ciegas.
• Descubrimiento y mejor comprensión de Descubrimiento y mejor comprensión de diversas paradojas de la dinámica urbana.diversas paradojas de la dinámica urbana.
• Excesiva libertad en el diseño del modelo.Excesiva libertad en el diseño del modelo.• Algunas defecciones en el camino.Algunas defecciones en el camino.• Con agentes, problemático; sin agentes, Con agentes, problemático; sin agentes,
suicida.suicida.• Aportes fundamentales de la década Aportes fundamentales de la década
NetLogo – Urban SuiteNetLogo – Urban Suite
Dimensión fractalDimensión fractal
• Alternativa aparente a las paradojas de escalaAlternativa aparente a las paradojas de escala• Un solo número para medir complejidades Un solo número para medir complejidades
insondablesinsondables• La medición está (en teoría) normalizada, pero La medición está (en teoría) normalizada, pero
no es posible obtener dos medidas iguales.no es posible obtener dos medidas iguales.• Dificultades técnicas de la multifractalidad y el Dificultades técnicas de la multifractalidad y el
análisis basado en ondículasanálisis basado en ondículas• DemosDemos
Aplicaciones• Rodina, Rodin, Dumachev – Optimización de Rodina, Rodin, Dumachev – Optimización de
patrullaje policial en Moscúpatrullaje policial en Moscú• Zonas residencias sub-patrulladas: mayor DZonas residencias sub-patrulladas: mayor D
La hora del balance: FractalidadLa hora del balance: Fractalidad• Posible e interesante indicador de auto-organización.Posible e interesante indicador de auto-organización.• Ningún libro es mejor que el clásico, y éste es de Ningún libro es mejor que el clásico, y éste es de
1984.1984.– Fractal cities, naturalmenteFractal cities, naturalmente– Michael Batty: fractalidad Michael Batty: fractalidad autómatas celulares autómatas celularessintaxis sintaxis
espacialespacial
• La tentación de una numerología ilusoria.La tentación de una numerología ilusoria.• Recomendación: usarlo con todas las precauciones Recomendación: usarlo con todas las precauciones
del caso y como introducción a técnicas del caso y como introducción a técnicas superficialmente más difíciles pero de probado superficialmente más difíciles pero de probado rendimiento.rendimiento.
• Aportes fundamentales de la décadaAportes fundamentales de la década
Gramáticas complejasGramáticas complejas
• De la lingüística de Chomsky a los De la lingüística de Chomsky a los sistemas de Lindenmayer y a los modelos sistemas de Lindenmayer y a los modelos del trazado callejaro, el diseño del trazado callejaro, el diseño arquitectónica y la ciudad en sí.arquitectónica y la ciudad en sí.
• Una sola herramienta, pero tremenda.Una sola herramienta, pero tremenda.
• Demos:Demos:
La hora del balance: GramáticasLa hora del balance: Gramáticas
• Nada fundamental que objetarNada fundamental que objetar
• Excepto la comercialización del productoExcepto la comercialización del producto
• Posibilidad de sintetizar y analizar Posibilidad de sintetizar y analizar cualquier estructura anidada complejacualquier estructura anidada compleja– A condición que se comprenda cabalmente la A condición que se comprenda cabalmente la
recursividadrecursividad
Redes temporales y espaciales
• Auge desmedido del modelo estructural en Auge desmedido del modelo estructural en análisis de redes socialesanálisis de redes sociales
• Tiempo y espacio: ¿para cuándo?Tiempo y espacio: ¿para cuándo?• Dificultades de integración de teoría de grafos Dificultades de integración de teoría de grafos
como herramienta de gestióncomo herramienta de gestión• Necesidad de superar la prisión del lenguajeNecesidad de superar la prisión del lenguaje
– Nodos como cosas, relaciones como verbos, Nodos como cosas, relaciones como verbos, propiedades relacionales como adjetivospropiedades relacionales como adjetivos
• Demos:Demos:
Pautas que conectan:Pautas que conectan:Recorridos, recursos, agendasRecorridos, recursos, agendas
Teoría cromáticaTeoría cromática
La hora del balance: Redes
• Llegaron para quedarse y están llegando Llegaron para quedarse y están llegando cada vez más fuertemente.cada vez más fuertemente.
• Excesivo peso del modelo ortodoxo.Excesivo peso del modelo ortodoxo.• Pocos lugares de desarrollo de ambientes Pocos lugares de desarrollo de ambientes
reticulares dinámicosreticulares dinámicos• ORA NetScenes, Carnegie MellonORA NetScenes, Carnegie Mellon• Necesidad de integrar verdaderamente Necesidad de integrar verdaderamente
grafos.grafos.• Aportes fundamentales de la década Aportes fundamentales de la década
Sintaxis espacialSintaxis espacial
• Grandes promesas y logros tangiblesGrandes promesas y logros tangibles
• Un solo centro de desarrollo de soluciones Un solo centro de desarrollo de soluciones de softwarede software
• Problemas de integración de la diversidad Problemas de integración de la diversidad de acentuaciones de un mismo paisajede acentuaciones de un mismo paisaje
• El espacio está resuelto pero ¿cuándo El espacio está resuelto pero ¿cuándo será el momento del tiempo? será el momento del tiempo?
• DemoDemo
IndicadoresIndicadores
• Espacios Espacios a, b, c a, b, c yy d d• a – Un solo vínculo, callejones a – Un solo vínculo, callejones
sin salidasin salida• b – Espacios conectados a un b – Espacios conectados a un
callejóncallejón• c – Espacios que pertenecen c – Espacios que pertenecen
a un anilloa un anillo• d – Espacios con más de 2 d – Espacios con más de 2
vínculos, formando complejos vínculos, formando complejos que no tienen ni que no tienen ni aa ni ni bb, , conteniendo por lo menos 2 conteniendo por lo menos 2 anillos con por lo menos un anillos con por lo menos un elemento en comúnelemento en común
IndicadoresIndicadores
• SegregaciónSegregación– Espacios tipo Espacios tipo aa
y y dd crean crean integraciónintegración
– Espacios tipo Espacios tipo bb y y cc crean crean segregaciónsegregación
Integración visual e inteligibilidadIntegración visual e inteligibilidad
La hora del balance: SintaxisLa hora del balance: Sintaxis
• Dispersión de la iniciativaDispersión de la iniciativa
• Por fin un modelo que no se centra en Por fin un modelo que no se centra en USA y que se adapta a la diversidad USA y que se adapta a la diversidad cultural.cultural.
• Grandes logros en casos de resonancia.Grandes logros en casos de resonancia.
• Tendencia al tratamiento estructural en Tendencia al tratamiento estructural en detrimento de la dinámica.detrimento de la dinámica.
• Aportes fundamentales de la década Aportes fundamentales de la década
Crecimiento de Crecimiento de asentamientos asentamientos informales en informales en Estanbul – 1’Estanbul – 1’
Museo Nacional de ColombiaMuseo Nacional de Colombia Valor de Control (AGraf)Valor de Control (AGraf)
• RojoRojo – Más alto valor de control – Sala República de Colombia, n° 15 – Más alto valor de control – Sala República de Colombia, n° 15
ConclusionesConclusiones
• Superada de frustración de los modelos Superada de frustración de los modelos de arriba hacia abajo y de la “revolución de arriba hacia abajo y de la “revolución cuantitativa” los algoritmos de la cuantitativa” los algoritmos de la complejidad ya están instaladoscomplejidad ya están instalados
• Logros a diferentes escalas, demasiado Logros a diferentes escalas, demasiado numerosos para enumerarlosnumerosos para enumerarlos
• Obstáculos que merecen que se le preste Obstáculos que merecen que se le preste atenciónatención
• Numerosos campos de vacancia, Numerosos campos de vacancia, oportunidades y urgenciasoportunidades y urgencias
Recursos y referencias• http://http://carlosreynoso.com.ar/modelado-de-dinamicas-urbanas/carlosreynoso.com.ar/modelado-de-dinamicas-urbanas/
RecursosRecursos• http://www.spacesyntax.com/
Otros recursosOtros recursos
• Carlos Reynoso. Carlos Reynoso. 2010. 2010. Análisis y Análisis y diseño de la ciudad diseño de la ciudad compleja. compleja. Perspectivas desde Perspectivas desde la antropología la antropología urbanaurbana. Buenos . Buenos Aires, SbAires, Sb
• Tal vez queden Tal vez queden algunos ejemplaresalgunos ejemplares
¿Por dónde empezar?¿Por dónde empezar?• http://carlosreynoso.com.ar/modelado-de-dinamicas-urbanas/http://carlosreynoso.com.ar/modelado-de-dinamicas-urbanas/
¿Preguntas?¿Preguntas?
Carlos ReynosoCarlos ReynosoUNIVERSIDAD DE BUENOS AIRESUNIVERSIDAD DE BUENOS AIRES
http://carlosreynoso.com.ar
