Matematik kan hjælpe byer med at håndtere ustrukturerede kvarterer

Nye matematiske modeller udviklet af Department of Energy's Oak Ridge National Laboratory med samarbejdspartnere ved Sam Houston State University og University of Chicago kan hjælpe med at guide ændringer i layoutet af fattige bykvarterer for at forbedre adgangen til ressourcer med minimale forstyrrelser og omkostninger.

Forskerne etablerede en ny måde at matematisk analysere fattige og uformelt udviklede bysamfund, afsløre forhindringer mellem uplanlagte områder og den infrastruktur, der giver ressourcer til basale menneskelige fornødenheder. I deres papir udgivet i Videnskabens fremskridt , de brugte satellitbilleder og kommunale data til at udvikle matematiske algoritmer, der afslører slumkvarterer og planlagte kvarterer er fundamentalt forskellige.

Deres modeller identificerer tydeligt skellene mellem det uformelle arrangement af underservicerede byområder og den formelle struktur i bykvarterer. I to casestudier, forskerne brugte data fra den virkelige verden til at vise, at det fysiske layout af nogle uplanlagte kvarterer ikke tillader plads til kloakledninger, veje eller vandrør.

Af de anslåede fire milliarder mennesker, der i øjeblikket bor i byområder verden over, omkring en milliard bor i slumkvarterer. Med utilstrækkelig infrastruktur til sundhed, sanitet og adgang til nødtjenester, disse områder bliver humanitære og bæredygtighedsspørgsmål i kølvandet på den hurtige urbanisering. Christa Brelsford, en ORNL Liane Russell Fellow og hovedforfatter, mener, at denne forskning kan ændre slumkvarterernes fremtid.

"For mig, denne forskning var en mulighed for at se på byer fra et nyt og spændende matematisk perspektiv, " sagde Brelsford. "Ved at lægge disse værktøjer i hænderne på lokale samfundsorganisationer og beboere, indsats for tilgængelig infrastruktur giver beboerne mulighed for at træffe beslutninger om deres kvarterer og lokalsamfund."

"Alt, hvad vi kan gøre for at forbedre liv ud fra et menneskerettighedsperspektiv, er både godt for verden og understøtter også USA's nationale sikkerhed, fordi jo flere mennesker får opfyldt deres basale behov, jo mere sikre er vi alle sammen, " tilføjede hun.

Selvom undertjente fællesskaber er den første ansøgning, forskernes algoritme giver en matematisk måde at beskrive alle byer på. Holdet brugte en ny topologisk teknik, baseret på forbindelser mellem steder, at karakterisere førstegangsslummen frem for en traditionel geometrisk tilgang.

"Ved at forstå den grundlæggende topologi - forholdet mellem bopæl og arbejde til byinfrastrukturnetværk - kan vi fastslå, at dele af byer kun forbliver begyndende forbundet, " sagde medforfatter Luís Bettencourt, direktør for Mansueto Institute for Urban Innovation ved University of Chicago.

”Det er en situation, der kan kortlægges, målt og løst med minimal indblanding for at skabe nye menneskecentrerede byplanlægningsløsninger og byer, der har historie og karakter, " han tilføjede.