Network-based urban growth - How centrality and accessibility to places shape land use
Doctoral thesis, 2022
The world is experiencing unprecedented and rapid urbanization. To be able to handle this transformation and guide the design of these cities in the way the inhabitants want to have them, it is necessary to understand the drivers and perform planning beforehand.
Cities are complex systems. That means that one cannot modify an isolated part and expect a precise result from that change. It is therefore necessary to understand and model cities as holistic adaptive systems, where all parts interact and create sometimes unexpected results.
Transport system (streets, roads, and rail) planning and land-use planning ("urban planning") are often seen as separate processes, depending on different levels of political decisions, and performed by different professions. What this thesis show, with support from earlier research, is that these two planning processes interact and affect each other to a large extent. It is maybe intuitive that urban land use that attracts visitors, workers, or inhabitants requires access to a sufficient transport system. What is less well known is that new transport infrastructure, by creating new opportunities for access to previously undeveloped land, can induce urban growth.
Urban research has often treated cities as continuous areas. But the accessibility given by the transport system is far from uniform, it rather forms a network that allows interaction between different land areas. This idea of cities as networks of interacting places has shown to be fruitful to understand how the transportation network, places, and their interaction form cities and induce urban growth. This thesis argues that this network of places can be modeled and understood by using a proposed novel model that incorporates these peculiarities.
Finally, the thesis claims that this way of understanding and modeling urban growth is useful not only to explain the current situation but also to understand the historical development and to calculate potential trajectories of future growth.
Show more
Cities are complex systems. That means that one cannot modify an isolated part and expect a precise result from that change. It is therefore necessary to understand and model cities as holistic adaptive systems, where all parts interact and create sometimes unexpected results.
Transport system (streets, roads, and rail) planning and land-use planning ("urban planning") are often seen as separate processes, depending on different levels of political decisions, and performed by different professions. What this thesis show, with support from earlier research, is that these two planning processes interact and affect each other to a large extent. It is maybe intuitive that urban land use that attracts visitors, workers, or inhabitants requires access to a sufficient transport system. What is less well known is that new transport infrastructure, by creating new opportunities for access to previously undeveloped land, can induce urban growth.
Urban research has often treated cities as continuous areas. But the accessibility given by the transport system is far from uniform, it rather forms a network that allows interaction between different land areas. This idea of cities as networks of interacting places has shown to be fruitful to understand how the transportation network, places, and their interaction form cities and induce urban growth. This thesis argues that this network of places can be modeled and understood by using a proposed novel model that incorporates these peculiarities.
Finally, the thesis claims that this way of understanding and modeling urban growth is useful not only to explain the current situation but also to understand the historical development and to calculate potential trajectories of future growth.
urban growth
transport infrastructure
network
accessibility
Land-use change
agglomeration
complex
urban planning
spatial interaction
GIS
Author
Leonard Carl Staffan Nilsson
Chalmers, Architecture and Civil Engineering, Urban Design and Planning
Included papers
Preferential centrality as a multi-regional model for spatial interaction and urban agglomeration
Preprint
The signature of organic urban growth: Degree distribution patterns of the city’s street network structure
Modeling and Simulation in Science, Engineering and Technology,;(2019)p. 93-121
Book chapter
Preferential centrality - a new measure unifying urban activity, attraction and accessibility
Environment and Planning B: Urban Analytics and City Science,;Vol. 46(2019)p. 1331-1346
Journal article
Nilsson, L. Hellervik, A. Gil, J. Does new transport infrastructure induce urban growth?
Manuscript
Popular science description
Swedish
Hur, varför och var växer städer?
I världen pågår en snabb och aldrig tidigare skådad urbanisering. För att kunna hantera denna och bygga städer på ett önskvärt sätt är det nödvändigt att förstå drivkrafterna bakom städers tillväxt.
Städer är komplexa system, vilket betyder att man inte kan ändra i små avskilda delar och få ett förutsägbart resultat. Det är nödvändigt att undersöka och modellera komplexa system med ett holistiskt perspektiv där alla delar interagerar.
Tidigare forskning har ofta undersökt urbana områden som kontinuerliga fenomen. Men vägar och järnvägar förbinder byggnader och platser på ett sådant sätt att städer snarare är ett nätverk av interagerande platser. Planeringen av vägar och järnvägar har ofta setts som separat från planeringen av den byggda miljön. En vanligt spridd uppfattning är att vägar och järnvägar utgör ett tekniskt system som betjänar byggnader och platser. Vad som är mindre uppmärksammat är att vägar och järnvägar faktiskt styr var ny bebyggelse blir placerad.
Det som visas i denna avhandling är att vägar och järnvägar interagerar med bebyggelse och verksamheter för att på så vis tillsammans skapa vad vi kallar städer. Genom att forska om städer som komplexa nätverk av infrastruktur och bebyggelse kan man komma längre inom förståelsen av urbanisering.
Resultaten av denna avhandling är inte bara användbara för att förstå den nuvarande situationen och hur städer ser ut, utan kan också användas för att förutsäga hur framtida städer kommer att kunna se ut.
I världen pågår en snabb och aldrig tidigare skådad urbanisering. För att kunna hantera denna och bygga städer på ett önskvärt sätt är det nödvändigt att förstå drivkrafterna bakom städers tillväxt.
Städer är komplexa system, vilket betyder att man inte kan ändra i små avskilda delar och få ett förutsägbart resultat. Det är nödvändigt att undersöka och modellera komplexa system med ett holistiskt perspektiv där alla delar interagerar.
Tidigare forskning har ofta undersökt urbana områden som kontinuerliga fenomen. Men vägar och järnvägar förbinder byggnader och platser på ett sådant sätt att städer snarare är ett nätverk av interagerande platser. Planeringen av vägar och järnvägar har ofta setts som separat från planeringen av den byggda miljön. En vanligt spridd uppfattning är att vägar och järnvägar utgör ett tekniskt system som betjänar byggnader och platser. Vad som är mindre uppmärksammat är att vägar och järnvägar faktiskt styr var ny bebyggelse blir placerad.
Det som visas i denna avhandling är att vägar och järnvägar interagerar med bebyggelse och verksamheter för att på så vis tillsammans skapa vad vi kallar städer. Genom att forska om städer som komplexa nätverk av infrastruktur och bebyggelse kan man komma längre inom förståelsen av urbanisering.
Resultaten av denna avhandling är inte bara användbara för att förstå den nuvarande situationen och hur städer ser ut, utan kan också användas för att förutsäga hur framtida städer kommer att kunna se ut.
Research Project(s)
Towards comprehensive urban mobility models - integrating transport modelling and space syntax
Norwegian Public Roads Administration (NPRA) (2011 067932), 2015-01-01 -- 2019-12-31.
Categorizing
Areas of Advance
Transport
Subject Categories (SSIF 2011)
Civil Engineering
Other Civil Engineering
Identifiers
ISBN
978-91-7905-741-1
Other
Series
Doktorsavhandlingar vid Chalmers tekniska högskola. Ny serie: 5207
Publisher
Chalmers
Public defence
2022-11-22 00:00 -- 00:00
SB3-L111
Opponent: Michael Batty, Professor at Center for Advanced Spatial Analysis (CASA) at University collage London