Describing and comparing landscapes using tags, texts, and free lists : an interdisciplinary approach

Peer reviewedPublisher PD

3 D analysis methods for supporting the design of walkable streets

Tese de Doutoramento em Arquitetura com a especialização em Desenho e Computação apresentada na Faculdade de Arquitetura da Universidade de Lisboa para obtenção de grau de Doutor.Os aglomerados urbanos em rápido crescimento contribuem e enfrentam hoje, as consequências de crises globais, como a poluição, as alterações climáticas, a diminuição dos recursos naturais, conflitos sociais e migrações em massa. O planeamento e projecto do ambiente construído são essenciais para uma correcta organização da vida urbana, de modo a reduzir a poluição, distribuir recursos de maneira justa, fortalecer laços sociais e comunitários e prosperar economicamente. Projectar cidades incentivando a pedestrianização como meio de transporte constitui uma contribuição para esses objectivos, facilitando a mitigação da poluição, o acesso livre e democrático aos recursos urbanos, revitalizando as ruas e consequentemente apoiando as economias locais. Embora a investigação sobre a pedestrianização e caminhabilidade do ambiente construído já tenha décadas, temos hoje dados urbanos atualizados e ferramentas mais precisas do que nunca, que permitem uma análise detalhada dos factores que promovem a pedestrianização, podendo suportar decisões baseadas em evidências para o desenvolvimento de uma mobilidade mais sustentável. Tais ferramentas de planeamento viabilizam também uma melhor integração destes dados nos processos de projecto bem como a sua comunicação aos vários agentes participantes na decisão. Esta dissertação defende a necessidade de um método de análise 3D à escala da rua para informar soluções flexíveis de projecto urbano baseadas em dados urbanos rapidamente actualizáveis e acessíveis remotamente, obtidos sem a necessidade de pesquisas no local. Este método preenche uma lacuna existente na literatura propondo um fluxo de trabalho semi-automático. Este fluxo de trabalho propõe-se solucionar a desconexão entre a investigação no campo da pedestrianização, as ferramentas existentes e os processos de planeamento e projecto urbano. Argumenta-se que essa desconexão resulta da priorização de preocupações financeiras nos processos de planeamento e desenho urbano e da falta de métodos de avaliação rápidos e práticos aplicáveis nas várias etapas e escalas de projecto e de um modo fragmentado ou holístico. Além disso, os métodos existentes de avaliação da caminhabilidade que avaliam contextos urbanos nestas escalas e detalhe, não são capazes de avaliar ruas através de dados urbanos acedidos remotamente, recorrendo geralmente a auditorias ou pesquisas onerosas e morosas no local. O fluxo de trabalho proposto neste estudo visa responder a esta necessidade; combina um modelo 3D de uma unidade de vizinhança desenvolvido num ambiente de programação visual, SIG e códigos personalizados, e utiliza um modelo de análise morfológica chamado Convex e Solid-Void, combinado com técnicas de Web-scrapping e reconhecimento de imagem. A dissertação contribui para a investigação sobre caminhabilidade, propondo um fluxo de trabalho de análise de caminhabilidade em escala micro, em 3D, e remotamente aplicável, além de distinguir indicadores aplicáveis a ruas com diferentes formas e usos. O método promove o modelo computacional de análise urbana, Convex e Solid-Void, apresentando a sua primeira aplicação ao problema urbano da caminhabilidade. Também demonstra a integração de fontes de dados acessíveis remotamente, incluindo imagens de Street View obtidas de uma plataforma de mapas on-line e dados de redes sociais geo-localizados, para a avaliação quantitativa dos espaços urbanos. De futuro, pretende-se desenvolver o método para permitir o acesso remoto da avaliação a várias dessas fontes de dados. Tal é possível pelo uso combinado de SIG com representações espaciais 3D e ferramentas de programação integradas no mesmo fluxo de trabalho. Estes ambientes, que facilitam a associação de elementos espaciais com informações semânticas por meio de bases de dados, possibilitam a utilização de quaisquer dados que possam ser processados em análise espacial para alimentação de processos de projecto gerativo. O resultado desta pesquisa apresenta-se na forma de recomendações de planeamento e desenho urbano e também pretende ser um recurso prático a ser usado em projectos de reabilitação urbana. Como parte do modelo Convex e Solid-Void usado neste estudo, apresenta-se uma nova unidade espacial 3D "Street-Void", na qual todos os dados coletados são agregados para análise. Identificam-se indicadores específicos para avaliar com mais precisão os espaços das ruas, primeiro distinguindo entre ruas e praças e depois avaliando quantitativamente espaços semelhantes a ruas e espaços semelhantes a praças, e ainda espaços residenciais e de uso misto. Com base nos resultados da aplicação do método a quatro bairros estudados nas cidades de Istambul e Lisboa, e uma classificação das ruas usando os indicadores identificados, apresenta-se um conjunto de recomendações, que se atribuem a intervalos de valores próprios das tipologias específicas de ruas. Estas recomendações são formuladas para que possam ser aplicadas holisticamente ou de maneira fragmentada em diferentes fases de projecto ou cenários de melhoria urbana. Este estudo amplia o conhecimento sobre pedestrianização, sugerindo diferentes indicadores e faixas de valor para a avaliação de ruas, relacionando caminhabilidade com a variação das suas formas e usos. A tese está organizada da seguinte forma. No capítulo de introdução, são apresentados brevemente os objetivos da pesquisa, a contribuição e importância para o tema, metodologia, resultados e conclusão. No segundo capítulo, são apresentadas as questões de investigação a que a tese responde e a hipótese construída sobre essas questões. Estas questões podem ser listadas da seguinte maneira. Como podem a caminhabilidade e seus critérios serem integrados nos processos de desenho urbano (à escala do bairro)? Quais as qualidades do ambiente urbano construído que devem ser consideradas para a avaliação da caminhabilidade, para que as decisões de projecto possam ser informadas com mais eficácia? Como podemos avaliar a pedestrianização de um bairro num ambiente urbano complexo e em constante mudança? O terceiro capítulo apresenta uma revisão da literatura no tema da pesquisa, incluindo os temas do projecto urbano centrados no ser humano, investigação existente sobre a medição da caminhabilidade e sobre ferramentas de projecto algorítmico desenvolvidas para a escala urbana e em particular para a escala do bairro. No quarto capítulo, são explicados o método do estudo realizado e os princípios do fluxo de trabalho acima apresentados. Discute-se o processo de selecção utilizado para determinar os atributos quantitativos para a medição da caminhabilidade. As “características” sob as quais esses atributos são agrupados são a densidade, diversidade, conectividade, escala humana, complexidade, clausura (enclosure), forma, inclinação, permeabilidade e infraestrutura. Estas características e atributos são reduzidos posteriormente através de um processo de eliminação aos seus componentes principais. O quinto capítulo apresenta os estudos de caso dos bairros que são utilizados no desenvolvimento do fluxo de trabalho de medição, a interpretação dos atributos de caminhabilidade face aos dados medidos e uma análise inicial desses dados quantitativos. No sexto capítulo, o uso de dados de redes sociais e imagens street view como representantes de caminhabilidade são testados por métodos estatísticos e os espaços das ruas analisados são classificados com base nos atributos medidos (através de um método de clustering). Tipologias de rua com atributos específicos são identificadas nas várias classes (clusters) obtidas. Os atributos são avaliados com base na comparação de seus resultados quantitativos para cada tipologia de rua e são reduzidos através de um processo de filtragem. O sétimo capítulo inclui uma reclassificação das ruas com base em suas formas e usos e uma avaliação das medidas dos seus atributos com base na comparação dos seus resultados para essas classes. Através dessa avaliação, diferentes intervalos de valores foram determinados para serem aplicados aos diferentes atributos das ruas, e as descobertas obtidas por este método foram convertidas num guia destinado a informar os processos de desenho e planeamento urbano. O oitavo capítulo resume a produção geral da tese, a sua contribuição para o conhecimento, bem como para os processos de projecto e planeamento urbano. Partindo dos seus aspectos inovadores, fornece também uma visão geral dos estudos futuros que a tese pode proporcionar. No presente desenvolvimento, o método proposto nesta tese para a medição da caminhabilidade e respectivas recomendações para os processos de projecto e planeamento podem ser utilizadas como parte de serviços de consultoria a ser prestados a municípios, consultoria particular e a profissionais de projecto e planeamento. Em estudos futuros, pretende-se tornar o fluxo de trabalho apresentado numa ferramenta que pode ser utilizada diretamente por projectistas e planeadores. Prevê-se que tais estudos sejam desenvolvidos através da multiplicação dos contextos estudados, melhorando a qualidade e a precisão dos dados urbanos utilizados, aumentando o nível de detalhe capturado pelo modelo de análise e aplicando a análise a fenómenos urbanos que não sejam somente a caminhabilidade. Devido às semelhanças dos seus ambientes construídos, os bairros utilizados no presente estudo, que são Kadikoy e Hasanpasa em Istambul e Chiado e Ajuda em Lisboa, permitiram a avaliação de um conjunto consistente de ruas, oferecendo variedade suficiente. Mais especificamente, devido às semelhanças em termos de escala e uso, quando os espaços das ruas desses bairros foram classificados com base nos atributos utilizados, revelaram-se 6 tipologias diferentes de espaços de rua. Prevê-se que essas tipologias sejam multiplicadas pela aplicação do método a contextos diferentes em termos de escala, forma e uso. Devido à disponibilidade de dados detalhados e a uma variedade de espaços nas ruas em termos dos critérios mencionados, Nova York, Singapura e Amsterdão são exemplos de cidades que poderão ser estudadas como novos casos de estudo.ABSTRACT: Today, rapidly growing urban populations both contribute to global crises such as pollution, climate change, diminishing natural resources, social conflicts and mass migrations and face the consequences. The built environment, its planning and design are critical in organizing urban life so that we pollute less, distribute our resources fairly, strengthen social and communal ties and thrive economically. Designing our cities to support walking as a means of transport contributes in these goals through facilitating pollution free and democratic access to urban resources, supporting local economies and enlivening the street. While research on walkability of the built environment is decades old now, we have more up-to-date, accurate and large-scale urban data than ever and our developing tools make it possible to feed this data into design and management processes to create and sustain more walkable environments. This dissertation argues for the necessity of a street-scale, 3d analysis method to inform flexible urban design solutions based on rapidly updatable and remotely accessible urban data obtained without the necessity of on-site surveys, proposing a semi-automated workflow to fill this gap in existing literature. The workflow combines a 3d neighborhood model in a visual programming environment, GIS and custom codes, utilizing a morphological analysis model named Convex and Solid-Voids, together with web scraping and image recognition techniques. A 3d street space unit “Street-Void” is presented within the Convex and Solid-Void model in which all gathered data is aggregated for analysis. Specific indicators are identified to more accurately assess street spaces, first by distinguishing between and then quantitatively evaluating street-like and square-like, residential and mixed-use streets. Based on the findings from the application of the workflow to four neighborhoods studied in the cities of Istanbul and Lisbon and a classification of street spaces using the proposed attributes, a set of recommendations are presented, with value ranges applicable to specific street typologies. These recommendations are formulated so that they can be applied holistically or in a fragmented way at different stages of planning and urban improvement scenarios with their projected impact grouped under direct/physical or indirect/perceptual. The dissertation contributes to walkability research by proposing a micro-scale, 3d and remotely applicable walkability analysis workflow as well as distinguishing between indicators to be applied to street spaces of different shapes and uses. It furthers the computational urban analysis model Convex and Solid-Voids by presenting its first-time application to the tangible urban problem of walkability. It also demonstrates the integration of remotely accessible data sources including street view images from an online map platform and location based social network data to the quantitative evaluation of urban street spaces. With urban planning and design recommendations, it demonstrates the practical application of the findings to urban improvement scenarios. The study is envisioned to be developed by future work through multiplying the contexts that are studied, improving the quality and accuracy of urban data utilized, increasing the level of detail captured by the morphological analysis model and applying the analysis to other urban phenomena other than walkability.N/

Understanding the interplay between social and spatial behaviour

According to personality psychology, personality traits determine many aspects of human behaviour. However, validating this insight in large groups has been challenging so far, due to the scarcity of multi-channel data. Here, we focus on the relationship between mobility and social behaviour by analysing trajectories and mobile phone interactions of ∼1000 individuals from two high-resolution longitudinal datasets. We identify a connection between the way in which individuals explore new resources and exploit known assets in the social and spatial spheres. We show that different individuals balance the exploration-exploitation trade-off in different ways and we explain part of the variability in the data by the big five personality traits. We point out that, in both realms, extraversion correlates with the attitude towards exploration and routine diversity, while neuroticism and openness account for the tendency to evolve routine over long time-scales. We find no evidence for the existence of classes of individuals across the spatio-social domains. Our results bridge the fields of human geography, sociology and personality psychology and can help improve current models of mobility and tie formation

The Image from the Road: Towards Mapping the Phenomenological

An area of focus, used in early and contemporary forms of cognitive geography research, is the ‘cognitive map’, a concept that suggests “that people hold a map-like database in their minds to which they can add and use to tackle geographical tasks”. Kevin Lynch, an urban planner in the 1960s, was an early adopter of the cognitive map approach to reveal spatial cognition, what or how people see their environment, specifically cognition of the urban environment. Lynch’s research aimed to develop empirical methods, to identify how people make spatial relationships. Contemporary tools like machine learning are now considered relevant for such tasks. The proposed methods outline steps for categorizing a neural network image knowledge base grounded in perception theory. Categorizations and cartographic representations are made using GIS and locally weighted regression of the experiential phenomenon of structural density along roadways in Faytteville, Arkanasas. An alternative method of characterizing the city, one that accounts for the phenomenological as experienced from a human field of view during travel is offered

Analysis of spatio-social relations in a photographic archive (Flickr)

This thesis aims to study and analyse the complex spatio-social relations among social entities who interact together in a spatially structured social group. This aim is approached in three steps: 1. Collecting and classifying spatio-social data, 2. Disambiguating place names that people use to refer to their homes and 3. Analysis of data of this kind (numerical and visual). The source of spatio-social data used in this work is Flickr. Flickr is a yahoo photo sharing site. Users have a social network of friends and a collection of photos on their profiles. According to available statistics1 the Flickr database contains more than three billion photos, out of which a hundred million are geo-tagged. In retrieving data from Flickr database two different samples have been explored. Initially a random collection of photos that have been uploaded in Flickr during the examined periods has been collected on a daily basis. This is followed by much narrower and more precise criteria for the second data sampling that resulted in Flickr sample GB data. The thesis concludes that location dominates a significant pattern in online behavior of social entities who interact together via internet. The core contributions of this thesis are in the areas of: 1. Extracting indicative sample from very large data sets, 2. Disambiguation of place names that people use in their natural language to refer to their home locations and 3. Proposing potential new insights into behaviors of social entities with spatio-social relations. Overall, the popularity of social networking sites and availability of data that can be obtained from the web (whether people provide voluntarily or can be retrieve as a consequence of online interactions) are likely to continue the increasing trend in future. In addition, the realm of spatio-social data analysis and its visualization also continue to expand, as do the types of maps that are achievable, the visualization packages that the maps can be built with, the number of map users and improved gazetteers with more comprehensive coverage of vague terms. Therefore, the developed methods, algorithm and applications in this study can be beneficial to researchers in social and e-social sciences, those who are interested in developing and maintaining social networking sites, geographers who work on disambiguation of fuzzy vernacular geographic terms, visualization and spatial data analysts in general and those who are looking for development and accommodation of better business strategies (i.e. localization and personalization). 1 (http://www.Flickr.com, retrieved 20/07/09

Individual mobility and social behaviour: Two sides of the same coin

According to personality psychology, personality traits determine many aspects of human behaviour. However, validating this insight in large groups has been challenging so far, due to the scarcity of multi-channel data. Here, we focus on the relationship between mobility and social behaviour by analysing two high-resolution longitudinal datasets collecting trajectories and mobile phone interactions of $\sim 1000$ individuals. We show that there is a connection between the way in which individuals explore new resources and exploit known assets in the social and spatial spheres. We point out that different individuals balance the exploration-exploitation trade-off in different ways and we explain part of the variability in the data by the big five personality traits. We find that, in both realms, extraversion correlates with an individual's attitude towards exploration and routine diversity, while neuroticism and openness account for the tendency to evolve routine over long time-scales. We find no evidence for the existence of classes of individuals across the spatio-social domains. Our results bridge the fields of human geography, sociology and personality psychology and can help improve current models of mobility and tie formation