Table Of ContentUNIVERSIDAD COMPLUTENSE DE MADRID
FACULTAD DE GEOGRAFÍA E HISTORIA
DEPARTAMENTO DE GEOGRAFÍA HUMANA
TESIS DOCTORAL
Ciudades, autómatas celulares y sistemas complejos:
Evaluación de un modelo dinámico de cambio de usos de suelo urbano
de Madrid
MEMORIA PARA OPTAR AL GRADO DE DOCTOR
PRESENTADA POR
Jaime Díaz Pacheco
Directores
Javier Gutiérrez Puebla
Juan Carlos García Palomares
Madrid, 2015
© Jaime Díaz Pacheco, 2015
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TESIS DOCTORAL
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PRESENTADA POR
Jaime Díaz Pacheco
DIRECTORES
Javier Gutiérrez Puebla
Juan Carlos García Palomares
Madrid, 2015
" Viento del Este y niebla gris
anuncian que viene lo que ha de venir.
No me imagino lo que va a suceder,
mas lo que ahora pase ya pasó otra vez"
P.L. Travers, 1934
RESUMEN
Los modelos geográficos y dinámicos de cambio de usos del suelo han tenido un
desarrollo innegable unido al perfeccionamiento de las bases de datos y los programas
informáticos de tratamiento de la información espacial. En un principio, como en el
mismo desarrollo de la informática, los modelos geográficos computacionales, basados
en teorías positivistas y econométricas, comenzaron a operar de la mano de la
estadística, la linealidad, el equilibrio y el reduccionismo. Posteriormente, y también
unido al modo en que evolucionaba la programación informática y los algoritmos
adaptativos, los modelos geográficos comienzan a introducir la teoría de la complejidad
para el estudio de los sistemas dinámicos no lineales, lejos del equilibrio y emergentes.
Las ciudades observadas como artefactos humanos cargados de intencionalidad (sobre
todo en las ciudades modernas), emergen sin embargo, fruto de la interacción de
multitud de elementos, expresando auto-organización. Aún cuando su desarrollo se
efectúa bajo directrices de planificación, la ciudad surge y se desarrolla bajo un cúmulo
de decisiones colectivas, políticas, intervenciones, gobiernos, departamentos de
planificación y administración, para satisfacer multitud de carencias y deseos. Además
las ciudades son el mejor ejemplo de sistema humano social dinámico y adaptativo,
capaz de responder a cualquier perturbación externa o interna a través de multitud de
transformaciones observadas en su comportamiento macroscópico surgido de multitud
de interacciones locales.
Los cambios de usos de suelo urbano son uno de los efectos de la evolución adaptativa
de las ciudades que se manifiestan localmente y reflejan el tipo de desarrollo y las
transformaciones que tienen lugar en un área metropolitana. La dinámica de cambio de
usos de suelo urbano puede ser tratada como un sistema complejo y mostrada en
modelos simples geográficos basados en autómatas celulares.
En este trabajo se valoran las posibilidades de aplicación de este tipo de modelo
dinámica en regiones urbanas mediterráneas tomando el caso de la Comunidad de
Madrid como área de estudio. Al mismo tiempo, se pretende analizar la sensibilidad de
estos modelos a los cambios de escala-resolución.
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ABSTRACT
The geographic land use dynamic models have experienced an undeniable development
joint with the improvement of the databases and the software for the treatment of the
spatial information. In principle, like on the software development, the computational
geographic models started to be operative supported by the statistic, the linearity, the
equilibrium and the reductionism, based on positivist and econometric theories. Later,
and also together with the software programming evolution and the adaptive algorithms,
the geographic models began to introduce the Complexity theory for studying the non
linear dynamic systems, far of the equilibrium and emergent.
Despite the cities are observed as human artefacts full of intentionality (over all in the
modern cities), they emerge resulting from the interaction of multiple elements, and
embody self-organization. Even when its development is produced under planning, the
city arises and expands under a lot of collective decisions, politic, policies,
governments, land planning departments and administrative agencies, in order to satisfy
many lacks and desires. Moreover, the cities are the best example of a human social
dynamic and adaptive system, able to respond to any external or internal perturbation
through a huge number of transformations that can be observed on their macroscopic
behaviour arisen from a large number of local interactions.
The urban land use changes are one of visible effects of the adaptive evolution of the
cities that have a local incidence and reveal the kind of development and the
transformations on a metropolitan area. The urban land use change dynamic could be
treated as complex system, showed on geographic simple models based on cellular
automata.
This work assesses the possibilities of application of this kind of dynamic model on
urban Mediterranean regions, taken the Community of Madrid as study area. By the
way, it attempts to evaluate the sensitivity of these models to the scale-resolution.
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AGRADECIMIENTOS
La presentación de este trabajo es la culminación de un trabajo de dedicación constante
de una persona. Sin embargo, los grandes avances que se han producido durante el
transcurso de esta investigación han tenido siempre que ver con el apoyo y la ayuda de
otras instituciones, compañeros, amigos y familia a los cuales debo agradecer
enormemente su contribución y sus interacciones.
Mi primer agradecimiento va dirigido al profesor Roger White de la Universidad de
Terranova en Canadá. Indudablemente este trabajo está bastante influenciado por su
pensamiento y me siento afortunado por ello. A fin de cuentas, para un doctorando que
centra su investigación en la evaluación de un modelo dinámico de cambios de usos de
suelo, lo mejor que le puede pasar es que pueda compartir sus inquietudes con el padre
de ese modelo. Sin lugar a dudas, a él debo agradecerle el recorrido hacia el fondo
teórico de esta investigación, el seguimiento de la misma, además de las maravillosas
discusiones en bicicleta a lo largo de los canales belgas.
En segundo lugar, aunque no con menor intensidad, estoy ampliamente agradecido con
el Catedrático Javier Gutiérrez Puebla, mi codirector de tesis, quien me planteó la
existencia de estos modelos basados en autómatas celulares sobre los que hoy he
adquirido tanta experiencia, gracias también a su labor constante de impulso y revisión
sobre mis trabajos. Además, a él debo agradecerle su apoyo en la búsqueda de
financiación para el desarrollo de este trabajo, quién en todo momento no ha dejado de
abrirme puertas dentro del mundo académico y profesional, a través de la divulgación
de mi trabajo. El desarrollo de esta investigación no hubiera sido posible de ningún
modo sin el constante seguimiento del profesor Gutiérrez Puebla, pero sobre todo debo
agradecerle todo el aprendizaje necesario para avanzar académicamente y saber
adaptarme a la continua evolución de este ámbito.
Mis agradecimientos también a mi codirector de tesis, el Doctor Juan Carlos García
Palomares, quién sobre todo en la última fase de la investigación se ha volcado
enormemente en el codesarrollo y revisión de mi trabajo. Con él he compartido también
innumerables conversaciones que me han ayudado a orientar mi estudio. Una de sus
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mejores inversiones ha sido su confianza, a través de la cual siempre he contando con
una gran flexibilidad para desarrollar mi investigación.
Mi reconocimiento al Departamento de Geografía Humana de la Universidad
Complutense, y a todos sus doctores, profesores y personal con quien he compartido
mis inquietudes y quienes me han apoyado enormemente. En especial tengo que
agradecer el compañerismo, la amistad y el cariño de Eduardo Rodríguez, Ana
Condeço, Eloy Solís, Massimiliano Farris, Iván Velasco, Marta la Torre, Estrella del
Mar, Obdulia Monteserín, Carmen Mínguez, Libertad Troitiño, y en los últimos años a
Henar Salas, Gustavo Romanillos y Borja Moya. Todos ellos han compartido espacio
de trabajo, discusiones académicas, pero sobre todo humor, alegría y buenas energías.
En este sentido, debo destacar a Richard Hewitt, el que sin duda ha contribuido con
mayor entusiasmo a alimentar el desarrollo tecno-científico de mi investigación, a través
de trabajos y discusiones que han dado fruto a una amistad perenne. Jamás podré
agradecer lo suficiente su ayuda con la lengua inglesa y su humanidad científica.
Debo agradecer al Ministerio de Ciencia e Innovación por su financiación, así como su
apoyo para la realización de estancias breves en otros centros de investigación europeos.
Y también expreso mi enorme agradecimiento a la buena acogida del centro I+D VITO
en Mol, Bélgica y a los compañeros Inge Uljee, Jean-Luc De Kok , Leen Van Esch,
Lien Poelmans y en especial al profesor Guy Engelen, pero sobre todo a Hans van der
Kwast quién me ayudó mucho e influyó en mis perspectivas sobre la investigación. En
Holanda en el centro I+D RIKS, doy gracias a la maravillosa colaboración de su
directora Hedwig van Delden, y al aprendizaje que con ella tuve acerca del calibrado del
modelo dinámico de usos de suelo, que no hubiera sido posible sin el inmenso apoyo de
los compañeros Christy, Jelle y Roel.
Por último mi infinita gratitud a mis amigos más cercanos durante el proceso, Juan
Pablo, Fernando López, Frechi y Sebastián Martín, y desde luego a mi familia y al amor
recíproco de mis padres Jaime y Albania y mi hermano Héctor, así como de mi
compañera Fayna y de su hija Daniela, cuyo apoyo en todo los sentidos cobra especial
valor, porque sin comprender a veces del todo en qué consiste mi dedicación, siempre se
han volcado en apoyar la consecución de mis objetivos.
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Contenido
Resumen………………. .................................................................................................. 5
Abstract……………. ........................................................................................................ 6
Agradecimientos ............................................................................................................... 7
BLOQUE I.- INTRODUCTORIO, TEÓRICO Y METODOLÓGICO .......................... 13
I.1.- INTRODUCCIÓN............................................................................................ 14
I.1.1.- Presentación .............................................................................................. 14
I.1.2.- Interés Científico ....................................................................................... 15
I.1.3.- Interés Social ............................................................................................. 18
I.2.- OBJETIVOS Y PREGUNTAS DE INVESTIGACIÓN .................................. 20
I.2.1.- Objetivo general ........................................................................................ 20
I.2.2.- Objetivos específicos ................................................................................. 20
I.2.3.- Preguntas de investigación. ....................................................................... 22
I.3.- ESTRUCTURA DE LA INVESTIGACIÓN. .................................................. 24
I.3.1.- Bloque introductorio, teórico y metodológico. ......................................... 24
I.3.2.- Bloque central en formato de artículos científicos .................................... 25
I.3.3.- Bloque final de conclusiones ..................................................................... 25
I.4.- MARCO TEÓRICO DE LA INVESTIGACIÓN. ........................................... 25
I.4.1.- La observación de los usos de suelo como elemento de aproximación al
fenómeno urbano. ................................................................................................... 26
I.4.2.- La ciencia de la complejidad aplicada a las ciudades y a la dinámica de
cambio de los usos de suelo urbano. ...................................................................... 30
I.4.3.- La simulación del crecimiento de las ciudades como sistemas complejos a
través de modelos basados en autómatas celulares ................................................ 37
I.5.- PRESENTACIÓN DEL ÁREA GEOGRÁFICA DE ESTUDIO .................... 44
I.5.1.- Una región heterogénea ............................................................................. 44
I.5.2.- Un espacio de continua expansión urbana ................................................ 49
I.5.3.- La dinámica de cambio de usos de suelo urbano en Madrid ..................... 50
I.5.4.- Sprawl. La dispersión de los usos residenciales. ....................................... 52
I.5.5.- La descentralización concentrada de los nuevos espacios de producción y
servicios. ................................................................................................................. 54
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