Den här bilden av en sydafrikansk stadsdel är överlagd med färger som indikerar antalet hinder mellan ett hem och tillgång till resurser. Kredit:Christa Brelsford/Oak Ridge National Laboratory, USA:s energidepartement; Luis Bettencourt, University of Chicago
Nya matematiska modeller utvecklade av Department of Energy's Oak Ridge National Laboratory med samarbetspartners vid Sam Houston State University och University of Chicago kan hjälpa till att vägleda förändringar i layouten av fattiga stadskvarter för att förbättra tillgången till resurser med minimala störningar och kostnader.
Forskarna etablerade ett nytt sätt att matematiskt analysera fattiga och informellt utvecklade stadssamhällen, avslöjar hinder mellan oplanerade områden och den infrastruktur som tillhandahåller resurser för grundläggande mänskliga förnödenheter. I deras tidning publicerad i Vetenskapens framsteg , de använde satellitbilder och kommunal data för att utveckla matematiska algoritmer som visar att slumområden och planerade grannskap är fundamentalt annorlunda.
Deras modeller identifierar tydligt skillnaderna mellan det informella arrangemanget av underbetjänade stadsområden och den formella strukturen i stadsdelar. I två fallstudier, forskarna använde verkliga data för att visa att den fysiska utformningen av vissa oplanerade stadsdelar inte tillåter utrymme för avloppsledningar, vägar eller vattenledningar.
Av de uppskattningsvis fyra miljarder människor som för närvarande bor i stadsområden över hela världen, cirka en miljard bor i slumområden. Med otillräcklig infrastruktur för hälsa, sanitet och tillgång till räddningstjänst, dessa områden håller på att bli humanitära frågor och hållbarhetsfrågor i spåren av den snabba urbaniseringen. Christa Brelsford, en ORNL Liane Russell Fellow och huvudförfattare, tror att denna forskning kan förändra slummens framtid.
Taylor Martin från Sam Houston State University, vänster, och Christa Brelsford från ORNL diskuterar en grafik över ett stadsområde med färger som indikerar antalet hinder mellan ett hem och tillgång till resurser. Kredit:Carlos Jones/Oak Ridge National Laboratory, USA:s energidepartement
"För mig, denna forskning var ett tillfälle att titta på städer från ett nytt och spännande matematiskt perspektiv, ", sa Brelsford. "Genom att lägga dessa verktyg i händerna på lokala samhällsorganisationer och invånare, ansträngningar för tillgänglig infrastruktur ger invånarna möjlighet att fatta beslut om sina stadsdelar och samhällen."
"Allt vi kan göra för att förbättra liv ur ett människorättsperspektiv är både bra för världen och stödjer också USA:s nationella säkerhet, för ju fler människor får sina grundläggande behov tillgodosedda, desto säkrare är vi alla, " tillade hon.
Även om undertjänade samhällen är den första applikationen, forskarnas algoritm ger ett matematiskt sätt att beskriva alla städer. Teamet använde en ny topologisk teknik, baserat på kopplingar mellan platser, att karakterisera förstagångsslummen snarare än ett traditionellt geometriskt tillvägagångssätt.
"Genom att förstå den grundläggande topologin – förhållandet mellan bostäder och arbete till urbana infrastrukturnätverk – kan vi avgöra att delar av städer endast är begynnande anslutna, " sa medförfattaren Luís Bettencourt, chef för Mansueto Institute for Urban Innovation vid University of Chicago.
"Det är en situation som kan kartläggas, mätt och löst med minimal störning för att skapa nya människorcentrerade stadsplaneringslösningar och städer som har historia och karaktär, " han lade till.
