Cómo Comprender y Medir la Expansión Urbana

Transcripción

1 Cómo Comprender y Medir la Expansión Urbana LA CLASIFICACIÓN DE LAS IMÁGENES DE SATÉLITE Los mapas de la huella urbana de las ciudades colombianas en el programa Pot Modernos se crearon utilizando las imágenes gratuitas de Landsat, que han estado disponibles desde principios de 1970 y cuya calidad ha mejorado en el tiempo. Para el Atlas, hemos utilizado imágenes sin nubes de los satélites Landsat 5 (1984), Landsat 6 (1993), Landsat 7 (1999) y Landsat 8 (2013). Las imágenes están disponibles cada 16 días en escenas de 185 por 185 kilómetros cada una con un tamaño típico de pixel de 30 por 30 metros. Estas imágenes tienen varias bandas espectrales que pueden usarse para identificar superficies impermeables, que corresponden a áreas construidas, así como para identificar superficies de agua. Esto permite su clasificación, a través de un algoritmo con supervisión humana, en tres clases: área construida, espacio abierto y cuerpos de agua con un alto grado de precisión. La clasificación de la zona de estudio de Bogotá, en 1990 en estas tres clases área construida, espacio abierto y cuerpos de agua, se muestra en la figura 1. En esta figura, los pixeles construidos se identifican en grupos grandes y pequeños de aglomeraciones o parches. La mayoría de los píxeles construidos son contiguos y están claramente asociados con el clúster urbano principal de la ciudad, pero algunos se encuentran a lo largo de las vías entre municipios conurbados y otros en pequeñas concentraciones dispersas a lo largo de la zona de estudio. Los sistemas de información geográfica (GIS por sus siglas en inglés) nos permiten contar los píxeles construidos dentro del área de estudio y por lo tanto se puede calcular el área total construida dentro del área de estudio. FIGURA 1: Píxeles 30 por 30 metros en imágenes de satélite Landsat para el área de estudio de Bogotá, Colombia, en 1990, clasificadas en área construido (negro), espacio abierto (marrón claro) y cuerpos de agua (azul). MAPAS Y MEDICIONES DE LA HUELLA URBANA DE LAS CIUDADES

2 Diferenciamos los pixeles de las imágenes Landsat que clasificamos como área construida para todas las ciudades POT Modernos en tres tipos: urbanos, suburbanos y rurales dependiendo de la proporción de píxeles construidos dentro de lo que denominamos el Círculo de Caminabilidad definido como un círculo con un área de un km2 y un radio de 584 metros, en el que todos los puntos se encuentran a una distancia alcanzable a pie en aproximadamente diez minutos alrededor de cada uno de ellos: Los píxeles urbanos son píxeles con la mayoría de píxeles construidos (50% o más) en su círculo de caminibilidad; Los píxeles suburbanos son píxeles aquellos que tienen un 25-50% de píxeles construidos en su círculo de caminabilidad; y Los píxeles rurale son píxeles con menos del 25% de píxeles construidos en su círculo de caminabilidad. Los porcentajes de corte para esta división son algo arbitrarios. Fueron elegidos para corresponder con las percepciones de lo que investigadores consideran constituye áreas urbanas, rurales y suburbanas en un gran número de ciudades del mundo real. De hecho, cabe señalar aquí que en la versión 2012 del Atlas, el punto de corte entre píxeles suburbanos y rurales se eligió para ser del 10%, en lugar del 25%. Este punto de corte llevó a la identificación de grandes áreas rurales a las afueras de las ciudades como suburbanas, lo que después de una inspección minuciosa evidenció lo generoso y equivocado del parámetro. Por lo tanto, el punto de corte se corrigió al 25%. Claramente, una ciudad contiene no sólo las áreas construidas sino también los espacios abiertos en y alrededor de estas. Actualmente tanto la ciudad como el campo se compenetran y se fragmentan mutuamente en una gran escala. Como señalan Gottman y Harper: "Rompiendo los antiguos límites, muros, bulevares o límites administrativos que los diferencia, la ciudad ha invadido masivamente el campo abierto, aunque algunas partes del campo puedan haber mantenido su apariencia rural." (1990, 101). Por lo tanto, es particularmente difícil determinar qué espacios abiertos "pertenecen" a una ciudad contemporánea y cuáles no, o alternativamente, qué espacios abiertos son "perturbados" por la ciudad, y cuáles no. Los estudios de ecología del paisaje sostienen que los asentamientos desarrollados cerca de un bosque o pradera afectan a la vegetación y la vida silvestre a lo largo de sus bordes, a menudo en un cinturón de hasta 100 metros de ancho (Brand and George, 2001; Chen, Franklin and Spies, 1992; Winter, Johnson and Faaborg, 2000). Esta visión se utilizó para distinguir espacios abiertos urbanizados de espacios abiertos rurales e identificar tres tipos distintos de espacios abiertos que juntos forman todo el espacio abierto en un área de estudio dada: Frontera de Espacio Abierto consiste en todos los píxeles de espacio abierto a 100 metros de píxeles urbanos o suburbanos; Espacio Abierto Capturado consiste en todas las aglomeraciones de espacios abiertos que están completamente rodeadas de píxeles urbanos y suburbanos y de la frontera de espacio abierto que a su vez rodea a estos últimos y tienen un área menor a 200 hectáreas; y Espacio Abierto Rural consiste en todos los espacios abiertos que no son frontera o espacios abiertos capturados.

3 La Frontera de Espacio Abierto y el Espacio Abierto Capturado forman el Espacio Abierto Urbanizado en un área de estudio dada. En otras palabras, el Espacio Abierto Urbanizado y el Espacio Abierto Rural forman todo el espacio abierto dentro de un área de estudio dada. Infortunadamente, no podemos diferenciar el Espacio Abierto Urbanizado en espacios abiertos públicos y privados usando imágenes satelitales. Sin embargo, usando el software GIS podemos calcular las áreas de los diferentes tipos de espacios abiertos dentro del área de estudio. El Área Construida Urbana y Suburbana, junto con el Espacio Abierto Urbanizado dentro y alrededor de estos, conforman el Clúster Urbano. Pueden existir diferente Clústeres Urbanos dentro de un área de estudio dada, no todos ellos asociados con una ciudad en particular. Los Clústers Urbanos dentro del área de estudio de Bogotá, Colombia en 1990, señalando el espacio abierto diferenciándolo entre espacio abierto urbanizado (Verde Claro) y espacio abierto de periferia (Verde Oscuro) se muestran en la Figura 2: FIGURA 2. Clústers Urbanos de Bogotá, Colombia en El Clúster Urbano más grande en un área de estudio dada se asocia con la ciudad principal dentro de esta, para asegurar que efectivamente se encuentra dentro de este Clúster Urbano la Alcaldía de la ciudad principal es identificada y localizada. En caso de que existan Clústeres Urbanos adicionales cercanos es necesario determinar si "pertenecen" a este clúster principal o forman asentamientos independientes que no hacen parte de este clúster. Una vez más, no hay un procedimiento riguroso para lograr determinar lo anterior más allá del análisis de las imágenes de satélite. A menudo los residentes locales saben si dos clústeres separados forman una o dos ciudades distintas. En ausencia del conocimiento local, nos basamos en la proximidad geográfica de los clústeres cercanos para determinar si incluirlos en el clúster principal o no, utilizando una regla de inclusión. La regla de inclusión opera dibujando un buffer -una zona con un borde equidistante del borde del clúster- alrededor de cada clúster urbano con un área igual a una cuarta parte del área del respectivo clúster. La regla de inclusión une todos los clústeres cuyos buffers se intersectan. El Clúster Urbano más grande en un área de estudio dada, junto con los clústeres agregados a este por la regla de inclusión es definido como la Huella Urbana de la ciudad. Los Clústeres Urbanos por fuera de la Huella Urbana se definen como Áreas Ex Urbanas.

4 FIGURA 3. La Huella Urbana de Bogotá, Colombia en 1990, junto con las áreas Ex-Urbanas en la zona de estudio se muestran a continuación: Utilizamos el mismo procedimiento para generar mapas de la Huella Urbana de todas las ciudades en la muestra Colombiana para tres períodos: cerca de 1990, cerca de 2000 y cerca de Esto nos permitió identificar nuevas áreas de expansión entre 1990 y 2015 y calcular la Huella Urbana de cada periodo, así como también las tasas anuales de expansión entre cada uno de estos periodos. FIGURA 4. Las zonas de expansión de Bogotá, Colombia. Finalmente, crear mapas de la huella urbana de las ciudades en dos o más periodos nos permite investigar la composición del área agregada en mayor detalle. De esta manera, podemos determinar qué porcentaje de la composición del área edificada entre los dos periodos fue agregado rellenando espacio abierto urbanizado dentro de la huella urbana; qué porcentaje fue agregado expandiendo la huella hacia fuera de una manera contigua; qué porcentaje fue agregado en crecimiento discontinuo en suelo clasificado como espacio abierto rural en zonas nuevas, qué porcentaje fue agregado incorporando suelo ex-urbano y asentamientos rurales que ya estaban construidos en periodos anteriores en la nueva huella urbana. Entonces podemos definir cuatro tipos de áreas edificadas que en su conjunto constituyen todo el suelo construido agregado a la versión anterior de la huella urbana entre los dos periodos:

5 Relleno: consiste en todos los pixeles agregados en el nuevo periodo que ocupan Espacio Abierto Urbanizado en la Huella Urbana del periodo inmediatamente anterior; Extensión: consiste en todos los pixeles construidos agregados en el nuevo periodo que son contiguos a la Huella Urbana del periodo anterior. Crecimiento discontinuo: consiste en todos los pixeles construidos agregados en el nuevo periodo que constituyen nuevos Clústeres Urbanos contiguos que no son adyacentes a la Huella Urbana de del periodo anterior o a nuevos clústeres, y; Inclusión: consiste en todos los pixeles construidos sea urbanos, rurales o suburbanos que estaban afuera de la Huella Urbana del periodo anterior y que ahora están en la Huella Urbana del nuevo periodo. Podemos mapear las áreas de Relleno, Extensión, Crecimiento Discontinuo e Inclusión para todas las ciudades del Proyecto durante dos periodos entre 1990 aprox. Y 2000 aprox; y entre 2000 aprox y 2015 aprox. Así podemos calcular la composición del área agregada durante estos periodos. MÉTRICAS DE DENSIDAD, FRAGMENTACIÓN Y COMPACIDAD. Los mapas y las métricas asociadas descritas en la sección previa nos permiten medir un número importante de atributos espaciales de las ciudades de una manera consistente, haciendo posible su comparación entre ciudades, así como su comparación entre periodos de tiempo. Tres de estos atributos se mapean en la Fase 1 del estudio: Densidad, Fragmentación y Compacidad. La densidad mide la intensidad del uso de las huellas urbanas o de las áreas edificadas de una ciudad por su población. La fragmentación mide hasta qué punto el área edificada satura la huella urbana de la ciudad o en oposición, hasta qué punto el área edificada es fragmentada por su espacio abierto urbanizado. La compacidad mide el grado en el que la forma general de la huella urbana se aproxima a la figura de un círculo, la forma geométrica que minimiza la distancia promedio de cualquier punto al centro del mismo, pero también la forma que minimiza la distancia promedio entre todos los puntos contenidos por el mismo. Densidad La Densidad se define típicamente como la razón del número de habitantes por unidad de área. Este estudio utiliza la hectárea como unidad de medida en donde la hectárea constituye una centésima parte de un kilómetro cuadrado. Nuestro interés en el estudio de expansión urbana sugiere que una medida apropiada de densidad es la densidad promedio de la totalidad de la Huella Urbana de una ciudad, porque esta medida traduce la población de la ciudad a toda el área que ésta ocupa. Eso dicho también podríamos estar interesados en medir la densidad del Área Edificada dentro de la Huella Urbana puesto que esta medida es independiente del nivel de fragmentación de cada ciudad. Por esta razón el presente estudio presenta dos tipos de métricas de Densidad para los dos periodos de tiempo:

6 Densidad de la Huella Urbana es la razón del total de la población de la ciudad y su Huella Urbana, medida en personas por hectárea. Densidad del Área Edificada es la razón del total de la población y su Área Edificada, medida en personas por hectárea. Los cálculos poblacionales son un insumo fundamental para el cálculo de la densidad. La metodología para calcular la población en los diferentes periodos de análisis del presente estudio y los mecanismos en que dichos cálculos son distribuidos en el espacio se pueden encontrar en el capítulo 3 del Volumen 1 del Atlas de Expansión Urbana: Edición 2016, Angel et al. Fragmentación Como se mencionó anteriormente el presente Atlas también provee información sobre la fragmentación de las Huellas Urbanas de las Ciudades estudiadas. La fragmentación importa por varias razones. Entre más fragmentada es un Área Edificada, menor es la densidad de su Huella Urbana. Contrariamente, entre más fragmentada una ciudad, más cerca estarán sus áreas construidas a espacio abierto, probablemente un equipamiento importante. Este Atlas presenta dos métricas relacionadas con la fragmentación: Saturación: es la razón del Área Edificada entre la Huella Urbana de una ciudad y su huella urbana. Índice de Apertura: es el promedio del porcentaje de pixeles clasificados como espacio abierto a distancia caminable en cada pixel clasificado como construido en la huella urbana. Ambos índices tienen valores entre 0 y 1. La saturación está en su máximo nivel cuando su Huella Urbana no contiene espacio abierto y en su nivel mínimo cuando solo contiene espacio abierto. Contrariamente, el Índice de Apertura está en su nivel máximo cuando su Huella Urbana solo contiene espacio abierto y en su nivel mínimo cuando no contiene ningún espacio abierto. Claramente, los pixeles urbanos tienen valores menores del índice de apertura que los suburbanos. Compacidad Finalmente, el Atlas provee información de la compacidad de las Huellas urbanas de las ciudades. Está, en el sentido que se utiliza en este estudio, se asume como una métrica de dos dimensiones en el espacio. Se debe distinguir de otras métricas de compacidad que sea asocian con densidad o con métricas que incorporan tres dimensiones del espacio. Un círculo perfecto es considerado como la figura más compacta de todas las figuras con dos dimensiones en varios respectos (Ver Angel et al., 2010). De esta manera la Huella Urbana de una ciudad es considerada más compacta en la medida en que su forma se acerque a ser la de un círculo perfecto. Si bien la literatura ha sugerido otras formas de medir compacidad, esto se hace en un sentido más amplio de la palabra y alejándose del significado literal. En este Atlas, producimos métricas para dos atributos de la compacidad que están altamente correlacionados entre sí. Ambos dependen de comparar la forma de la Huella Urbana con la forma de un círculo de la misma área, un círculo con la misma área de la Huella Urbana que tiene su centro en el centro de la ciudad. El Centro de la ciudad se entiende como la ubicación de la alcaldía.

7 Índice de Proximidad es la razón de la distancia promedio en línea recta a todos los puntos de un área igual a la de la Huella Urbana -pero en forma de círculo- hasta la alcaldía de la ciudad, y la distancia promedio en línea recta a todos los puntos de la Huella Urbana con la forma real de la ciudad, hasta la alcaldía. El Índice de Cohesión es la razón de la distancia promedio en línea recta de todos los puntos de una ciudad a todos los otros puntos de la misma en un área equivalente a la de la Huella Urbana, pero con forma de círculo y la distancia promedio en línea recta de todos los puntos de una cuidad a todos los puntos de la misma en la forma real de la Huella Urbana. Ambos Índices varían entre 0 y 1, siendo los valores más altos aquellos que observan Huellas Urbanas con una forma más cercana a la de un círculo. Hay dos páginas en la Fase 1 del presente Atlas para cada una de las ciudades parte del estudio. Estas se encuentran en orden alfabético. La página de la derecha provee tres mapas y sus Huellas Urbanas para periodos aproximados correspondientes a 1990, 2000 y La página derecha provee una tabla y seis gráficos con métricas con valores asociados a los diferentes atributos asociados con área y densidad descritos con anterioridad; sus cambios en el tiempo y su comparación con otras ciudades del estudio y con el promedio global. A continuación, ejemplos de cada una de las páginas.

8 FIGURA 5: Página Mapas Expansión Urbana Aguachica, Cesar.

9 FIGURA 6: Página Métricas de Expansión Urbana Florencia, Caquetá.

10 A continuación, se hace una breve explicación del contenido algunas de las gráficas contenidas en las de métricas de huella urbana FIGURA 7. Comparaciones Regionales Cambio en Densidad Densidad Promedio Compacidad La gráfica de Cambio de Densidad evidencia cómo en el contexto global, la ciudad de Valledupar es una minoría, en tanto que solo aproximadamente un tercio de las ciudades parte de la muestra tuvo un cambio de aumento porcentual en su densidad. De la misma manera se evidencia que la tasa de cambio de densidad de la ciudad está por encima del promedio global. La mayoría de las ciudades de la muestra global representativa disminuyeron su densidad. Se observa así mismo que Valledupar es una de las ciudades con mejor desempeño en este indicador en la muestra de América Latina. La gráfica de Densidad Promedio como la ciudad es la tercera en desempeño en la región y está bien por encima de la media global. En la figura 6, se evidencia la tendencia al alza en la densidad del área urbana que era de 79, 88 y 108 habitantes por hectárea, para los años de 1989, 2001 y 2011 respectivamente. La gráfica de Compacidad muestra que Valledupar también tiene un gran desempeño en el índice de proximidad calculado lo que la convierte en una ciudad altamente compacta. En el contexto latinoamericano esta de primera en este indicador, muy cerca de las ciudades de la muestra que tienen mejor desempeño. El Presente Atlas realizará comparaciones a nivel nacional y global.