Evaluación de algoritmos de inteligencia artificial para predecir la expansión urbana

Autores/as

  • Ignacio Iturrioz Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas - Instituto de Geografía, Historia y Ciencias Sociales (IGEHCS). Centro de Investigaciones Geográficas - Facultad de Ciencias Humanas - Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires. https://orcid.org/0000-0003-0000-7811
  • Santiago Linares Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas - Instituto de Geografía, Historia y Ciencias Sociales (IGEHCS). Centro de Investigaciones Geográficas - Facultad de Ciencias Humanas - Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires. https://orcid.org/0000-0003-4989-1230
  • Liliana Ramírez Instituto de Investigación para el Desarrollo Territorial y del Hábitat Humano (IIDTHH) - (Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas-Universidad Nacional del Nordeste). Instituto y Departamento de Geografía, Facultad de Humanidades, Universidad Nacional del Nordeste https://orcid.org/0000-0002-6312-1657

DOI:

https://doi.org/10.48162/rev.55.072

Palabras clave:

crecimiento urbano, inteligencia artificial, modelo de simulación

Resumen

El crecimiento urbano y su modelización es un fenómeno que ha sido objeto de numerosos estudios por parte de la comunidad científica durante décadas (Linares, 2016). Podemos identificar que un proceso de modelización de la expansión urbana se necesita como mínimo de una secuenciación de seis fases: adquisición y normalización de datos de entrada, ponderación de los factores y construcción de mapas de transición potencial, elección del método para calcular la cantidad de cambio, inclusión de parámetros adicionales, validación del modelo y simulación de escenarios. Son amplios los antecedentes que aplican esta secuenciación, aunque resultan aún escasas las contribuciones que comparan y discuten la sensibilidad de modelos implementados sobre una misma área de estudio. A los fines de contribuir sobre este aspecto es que presentamos en este artículo una aplicación de modelización de la expansión urbana sobre la Ciudad de Tandil (provincia de Buenos Aires, Argentina), con el objetivo de realizar una comparación y discusión de seis algoritmos basados en inteligencia artificial que permiten ponderar diferencialmente factores para predecir la expansión. A partir de dicha aplicación fue posible construir seis mapas de transición potencial de suelo no edificado a edificado, utilizando el software TerrSet y su módulo Land Change Modeler.

Citas

Adams, J. S. (2005). Hoyt, H. 1939: The structure and growth of residential neighborhoods in American cities. Washington, DC: Federal Housing Administration. Progress in Human Geography, 29(3), 321-325. https://doi.org/10.1191/0309132505ph552xx

Aguayo, M. I., Wiegand, T., Azocar, G. D., Wiegand, K. y Vega, C. E. (2007). Revealing the driving forces of mid-cities urban growth patterns using spatial modelling: A case study of Los Angeles, Chile. Ecology and Society, 12(1), 13-42.

Aguilera, B. F. (2006). Predicción del crecimiento urbano mediante sistemas de información geográfica y modelos basados en autómatas celulares. GeoFocus, 6, 81-112. https://www.geofocus.org/index.php/geofocus/article/view/90

Alastal, A. I., y Shaqfa, A. H. (2022). GeoAI technologies and their application areas in urban planning and development: Concepts, opportunities and challenges in smart city (Kuwait, study case). Journal of Data Analysis and Information Processing, 10, 110-126. https://www.scirp.org/journal/paperinformation?paperid=116308

Alcamo, J. (2001). Scenarios as tools for international environmental assessments. Environmental Issue Report No. 24. Office for the Official Publications of the European Communities.

Beltrão Spósito, M. E. (2007). Cidades médias: reestructuração das cidades e reestructuração urbana. En M. E. Beltrão Spósito (Ed.), Cidades Médias, espaços em transição (pp. 233-257). Expressão Popular.

Burgess, E. W. (2008). The Growth of the City: An Introduction to a Research Project. En J. M. Marzluff, E. Shulenberger y C. ZumBrunnen (Eds.), Urban Ecology: An International Perspective on the Interaction Between Humans and Nature (pp. 71-78). Springer International Publishing. https://doi.org/10.1007/978-0-387-73412-5_5

Buzai, G. D. (2014). Mapas Sociales Urbanos. Lugar Editorial.

Camacho Olmedo, M. T., Paegelow, M., Mas, J.-F. y Escobar, F. (Eds.). (2018). Geomatic Approaches for Modeling Land Change Scenarios. Springer International Publishing. https://doi.org/10.1007/978-3-319-60801-3

Cheng, J., y Masser, I. (2003). Urban growth pattern modeling: a case study of Wuhan city, PR China. Landscape and Urban Planning, 62(4), 199-217. https://doi.org/10.1016/S0169-2046(02)00150-0

Chiu, H.-Y., Chao, H.-S. y Chen, Y.-M. (2022). Application of Artificial Intelligence in Lung Cancer. Cancers, 14(6), 1370. https://doi.org/10.3390/cancers14061370

Clark Labs. (2020). TerrSet Geospatial Monitoring and Modeling System (2020). Clark University.

Clarke, K. C. (2014). Why simulate cities? GeoJournal, 79(2), 129-136. https://doi.org/10.1007/s10708-013-9499-5

Di Virgilio, M. M. y Perelman, M. (2014). Ciudades latinoamericanas: desigualdad, segregación y tolerancia. Consejo Latinoamericano de Ciencias Sociales.

Dubovyk, O., Sliuzas, R. y Flacke, J. (2011). Spatio-temporal modelling of informal settlement development in Sancaktepe district, Istanbul, Turkey. ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing, 66(2), 235-246. https://doi.org/10.1016/j.isprsjprs.2010.10.002

Eastman, J. R., Crema, S. C., Rush, H. R. y Zhang, K. (2019). A weighted normalized likelihood procedure for empirical land change modeling. Modeling Earth Systems and Environment, 5(3), 985-996. https://doi.org/10.1007/s40808-019-00584-0

Eastman, R. J. (2012). IDRISI Selva GIS and image processing software version 17.0 [software]. Clark Labs, Clark University.

Engelen, G., White, R. y Nijs, T. (2003). Environment Explorer: Spatial Support System for the Integrated Assessment of Socio-Economic and Environmental Policies in the Netherlands. Integrated Assessment, 4(2), 97-105. https://doi.org/10.1076/iaij.4.2.97.16707

ESRI. (2016). ArcGIS Desktop (10.5) [software]. Environmental Systems Research Institute.

Gallardo, M. (2018). Revisión y análisis de estudios de modelos de cambios de usos del suelo y de escenarios a futuro. Geographicalia, (70), 1-26. https://doi.org/10.26754/ojs_geoph/geoph.2018703278

Gómez Delgado, M. y Rodríguez Espinosa, V. M. (2012). Análisis de la dinámica urbana y simulación de escenarios de desarrollo futuro con tecnologías de la información geográfica. RA-MA Editorial.

Gómez, L. F. (2020). Simulación de escenarios futuros de cambios de usos del suelo usando Redes Neuronales Artificiales. Aplicación en la ciudad de Curuzú Cuatiá, Corrientes, Argentina. Estudios Socioterritoriales. Revista de Geografía, 28, 1-21. https://repositorio.unne.edu.ar/handle/123456789/53092

Harris, C. D. y Ullman, E. L. (1945). The nature of cities. The Annals of the American Academy of Political and Social Science, 242(1), 7-17. https://journals.sagepub.com/doi/10.1177/000271624524200103

Hassan, M. I. y Elhassan, S. M. M. (2020). Modelling of Urban Growth and Planning: A Critical Review. Journal of Building Construction and Planning Research, 8(4), 245-262. https://doi.org/10.4236/jbcpr.2020.84016

Henríquez Ruiz, C. (2014). Modelando el crecimiento de ciudades medias. Hacia un desarrollo urbano sostenible. Ediciones UC. https://doi.org/10.2307/j.ctt17t772d

Henríquez, C. e Hidalgo, R. (2023). Escenarios de crecimiento en ciudades medias chilenas: lectura de trayectorias futuras para diferentes tipologías urbanas. En C. Henríquez, W. Ribeiro da Silva, V. Aprigliano Fernandes y G. Salazar (Eds.), Urbanización y ciudades medias, territorios y espacialidades en cuestionamiento (pp.135-153) (Serie GEOlibros, 39). Instituto de Geografía, Pontificia Universidad Católica de Chile.

Janoschka, M. (2002). El nuevo modelo de la ciudad latinoamericana: fragmentación y privatización. EURE (Santiago), 28(85), 11-20. https://doi.org/10.4067/S0250-71612002008500002

Li, W., Arundel, S. T., Gao, S. Goodchild, M. F., Hu, Y., Wang, S. y Zipf, A. (2024). GeoAI for Science and the Science of GeoAI. Journal of Spatial Information Science, (29), 1-17. https://doi.org/10.5311/JOSIS.2024.29.349

Li, X. y Gong, P. (2016). Urban growth models: progress and perspective. Science Bulletin, 61(21), 1637-1650. https://doi.org/10.1007/S11434-016-1111-1

Linares, S. (2017). Evolución histórica sobre la modelización del espacio urbano en geografía. Sociedade e Território, 28(2), 23-41. https://ri.conicet.gov.ar/handle/11336/27002

Linares, S., Iturrioz, I. y Di Nucci, J. (2022). La expansión urbana de la ciudad de Tandil 1991-2020 mediante el uso del Landscape Expansion Index (LEI). Pleamar, 2(2), 59-77. https://fh.mdp.edu.ar/revistas/index.php/pleamar/article/view/6437

Liu, X., Li, X., Shi, X., Wu, S. y Liu, T. (2008). Simulating complex urban development using kernel-based non-linear cellular automata. Ecological Modelling, 211(1-2), 169-181. https://doi.org/10.1016/j.ecolmodel.2007.08.024

Meentemeyer, R. K., Tang, W., Dorning, M. A., Vogler, J. B., Cunniffe, N. J. y Shoemaker, D. A. (2013). FUTURES: Multilevel Simulations of Emerging Urban–Rural Landscape Structure Using a Stochastic Patch-Growing Algorithm. Annals of the Association of American Geographers, 103(4), 785-807. http://dx.doi.org/10.1080/00045608.2012.707591

Müller, U. y Mertins G. (2005). Tendencias recientes del desarrollo estructural urbano y de los conflictos sociales en las aglomeraciones del Cono Sur. En Experiencias de Inclusión Social con Jóvenes de Sectores Carenciados en las Mercociudades (pp. 37-51). Deutsche Gesellschaft für Technische Zusammenarbeit.

Ordenanza N.º 9865 del año 2005 [Municipio de Tandil]. Plan de Desarrollo Territorial. Concejo Deliberante de Tandil, 2005.

Pauleit, S., Ennos, R., y Golding, Y. (2005). Modeling the environmental impacts of urban land use and land cover change—a study in Merseyside, UK. Landscape and Urban Planning, 71(2-4), 295-310. https://doi.org/10.1016/J.LANDURBPLAN.2004.03.009

Potocko, A. y Tella, G. (2019). Expansión urbana en Argentina. Lógicas, oportunidades y desafíos. Cámara Argentina de la Construcción.

Rindfuss, R. R., Walsh, S. J., Turner, B. L. I., Fox, J. y Mishra, V. (2004). Developing a science of land change: Challenges and methodological issues. Proceedings of the National Academy of Sciences, 101(39), 13976-13981. https://doi.org/10.1073/pnas.0401545101

Rojas, C., Opazo, S. y Jaque, E. (2009). Dinámica de crecimiento urbano del área metropolitana de Concepción: tendencias de las últimas décadas. En R. Hidalgo, C. De Mattos y F. Arenas (Eds.), Chile: del país urbano al país metropolitano (pp. 257-268). Pontificia Universidad Católica de Chile.

Sangermano, F., Eastman, J. R. y Zhu, H. (2010). Similarity Weighted Instance‐based Learning for the Generation of Transition Potentials in Land Use Change Modeling. Transactions in GIS, 14(5), 569-580. https://doi.org/10.1111/j.1467-9671.2010.01226.x

Spósito, E. S. y Spósito, M. E. B. (2020). Sociospacial Fragmentation. Mercator, 19(6), 1-12. https://doi.org/10.4215/rm2020.e19015

Triantakonstantis, D. y Mountrakis, G. (2012). Urban Growth Prediction: A Review of Computational Models and Human Perceptions. Journal of Geographic Information System, 4(6), 555-587. https://doi.org/10.4236/jgis.2012.46060

van Notten, P. W. F., Rotmans, J., van Asselt, M. B. A. y Rothman, D. S. (2003). An updated scenario typology. Futures, 35(5), 423-443. https://doi.org/10.1016/S0016-3287(02)00090-3

Veldkamp, A. y Verburg, P. H. (2004). Modelling land use change and environmental impact. Journal of Environmental Management, 72(1-2), 1-3. https://doi.org/10.1016/J.JENVMAN.2004.04.004

Wack, P. (1985). Scenarios: uncharted waters ahead. Harvard business review, 63(5), 72-89. https://hbr.org/1985/09/scenarios-uncharted-waters-ahead

Wegener, M. (1994). Operational Urban Models State of the Art. Journal of the American Planning Association, 60(1), 17-29. https://doi.org/10.1080/01944369408975547

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Publicado

22-07-2025

Cómo citar

Iturrioz, I., Linares, S., & Ramírez, M. L. (2025). Evaluación de algoritmos de inteligencia artificial para predecir la expansión urbana. Proyección, 19(37), 96–126. https://doi.org/10.48162/rev.55.072