Geopronósticos de asentamientos con construcción civil en áreas periféricas basado en autómatas celulares, caso zona crítica de Quito - Ecuador

Abstract

La present tesi doctoral demostra que els estudis espacials d'expansió urbana exerceixen un paper estratègic en la planificació, disseny, monitoratge i prevenció de riscos en les perifèries urbanes de la ciutat de Quito. L'objectiu principal de la recerca és generar un model geoestadístico que permeti pronosticar els possibles assentaments futurs en perifèriques crítiques de la ciutat de Quito, prenent com a cas d'estudi la perifèria nord de la parròquia de Calderón. Per al disseny del model, en primer lloc, es realitza la revisió d'estudis precedents per a indagar les metodologies, tècniques i eines; A més d'investigar els factors conductors utilitzats que estimulen l'expansió urbana. Conseqüentment, es construeix el model geoestadístico estructurat amb: 1) les taxes de canvi entre “sòl sense construcció” i “sòl amb construcció” a través de matrius de transició (Markov); 2) mapes de probabilitat (transició) a través de pesos d'evidència elaborats amb base en la combinació dels factors conductors (variables predictores); 4) simulacions de nous assentaments (expansió urbana) amb base en autòmats cel·lulars (AC); 5) validació del model, i; 6) projeccions d'escenaris futurs del creixement urbà als pròxims 30 anys. Els resultats de l'aplicació del model han permès quantificar, dimensionar i situar el probable creixement urbà, aconseguint per a 2050 (9 km²) tres vegades més l'àrea construïda en la zona d'estudi que en 2018 (3 km²). Així, s'ha pogut comprovar la hipòtesi plantejada sobre “les anàlisis espacials multivariables complementats amb la metodologia d'Autòmats Cel·lulars emmarcats en un sistema d'informació geogràfica són capaces de generar models predictius eficaços que ajuden a entendre, monitorar i controlar la densificación urbana en les perifèries de les ciutats, i; conseqüentment, l'expansió urbana.”, i; s'ha validat que el mètode ocupat s'ajusta amb precisió a l'estudi geoespacial d'expansió urbana.

La presente tesis doctoral demuestra que los estudios espaciales de expansión urbana desempeñan un papel estratégico en la planificación, diseño, monitoreo y prevención de riesgos en las periferias urbanas de la ciudad de Quito. El objetivo principal de la investigación es generar un modelo geoestadístico que permita pronosticar los posibles asentamientos futuros en periféricas críticas de la ciudad de Quito, tomando como caso de estudio la periferia norte de la parroquia de Calderón. Para el diseño del modelo, en primer lugar, se realiza la revisión de estudios precedentes para indagar las metodologías, técnicas y herramientas; Además de investigar los factores conductores utilizados que estimulan la expansión urbana. Consecuentemente, se construye el modelo geoestadístico estructurado con: 1) las tasas de cambio entre “suelo sin construcción” y “suelo con construcción” a través de matrices de transición (Markov); 2) mapas de probabilidad (transición) a través de pesos de evidencia elaborados con base en la combinación de los factores conductores (variables predictoras); 4) simulaciones de nuevos asentamientos (expansión urbana) con base en autómatas celulares (AC); 5) validación del modelo, y; 6) proyecciones de escenarios futuros del crecimiento urbano a los próximos 30 años. Los resultados de la aplicación del modelo han permitido cuantificar, dimensionar y ubicar el probable crecimiento urbano, alcanzando para 2050 (9 km2) tres veces más el área construida en la zona de estudio que en 2018 (3 km2). Así, se ha podido comprobar la hipótesis planteada sobre “los análisis espaciales multivariables complementados con la metodología de Autómatas Celulares enmarcados en un sistema de información geográfica son capaces de generar modelos predictivos eficaces que ayudan a entender, monitorear y controlar la densificación urbana en las periferias de las ciudades, y; consecuentemente, la expansión urbana.”, y; se ha validado que el método ocupado se ajusta con precisión al estudio geoespacial de expansión urbana.

This doctoral thesis demonstrates that spatial studies of urban expansion play a strategic role in the planning, design, monitoring and prevention of risks in the urban peripheries of the city of Quito. The main objective of the research is to develop a geostatistical model that allows the prediction of possible future settlements in critical outskirts of the city of Quito, using the northern outskirts of the Calderón parish as a case study. To develop the model, in the first place, the review of previous studies is carried out to investigate the methods, techniques, and tools; in addition, to investigating the driving factors used that stimulate urban sprawl. Consequently, the structured geostatistical model is built with the following elements: 1) the rates of change between "land without construction" and "land with construction" through transition matrices (Markov); 2) probability maps (transition) through weights of evidence elaborated based on the combination of driving factors (predictor variables); 4) simulations of new settlements (urban expansion) based on cellular automata (CA); 5) model validation; and 6) projections of future scenarios of urban growth for the next 30 years. The results of the application of the model have made it possible to quantify, dimension and locate the probable urban growth so that the built-up area in the study area will be three times larger by 2050 (9 km2) than in 2018 (3 km2). In this way, it was possible to verify the hypothesis that "multivariate spatial analysis, complemented by the methodology of cellular automata in a geographic information system, is able to generate effective predictive models that contribute to the understanding, monitoring and control of urban densification in the periphery of cities and, consequently, of urban sprawl", and it was confirmed that the method used fits precisely to the geographic study of urban sprawl.