Characterization of mobility patterns and collective behavior through the analytical processing of real-world complex networks.

• Main Author: Souza, Gabriel Spadon de
• Other Authors: Rodrigues Junior, José Fernando
• Format: Others
• Language: en
• Published: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP 2017
• Subjects: Collective behavior; Complex networks; Comportamento coletivo; Mobilidade; Mobility; Pattern recognition; Reconhecimento de padrões; Redes complexas; Urban networks
• Online Access: http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/55/55134/tde-29092017-100417/

Cities are complex systems of transportation and social activity; their structure can be used to model urban street networks i.e. complex network that represents the geometry of a city allowing analytical activities for data-driven decision-making. The geometry of a city holds intrinsic information that can support activities related to the analysis of the urban scenario; of higher importance is the use of such information to enhance the quality of life of its inhabitants and/or to understand the dynamics of an urban center. Several of these analytical processes lacks in-depth methodologies to analyze crime patterns and ill-designed urban structures, which can provide for public safety and urban design. Consequently, it is our goal to provide means for the structural and topological analysis of highly criminal regions of cities represented as complex networks, and for the identification of urban planning inconsistencies that point to regions that lack access from/to points of interest in a city. In this regard, we devised a set of algebraic and algorithmic procedures that are capable of revealing patterns and provide for data comprehension. More specifically, we introduced pre-processing techniques to transform georeferenced electronic maps into graph representations of cities; we used metric-based and epidemic processes to understand the dynamics of cities in what refers to criminality; finally, we introduced a novel set of formalisms and operations based on set theory to identify design flaws concerning access in urban centers. Our results refer to approaches to preprocess and prepare maps in the form of urban street networks; to the analyses of crimes based on their spatial disposition; to the development of a model to describe criminal activities; and, to the advance of a concept based on critical problems in the urban design. === As cidades são sistemas complexos de interação social e de transporte. Suas estruturas podem ser usadas para modelar redes de mobilidade urbana i.e. redes complexas que representam a geometria de uma cidade permitindo a consecução de atividades analíticas para descoberta de padrões e para a tomada de decisão baseada em dados. A geometria da cidade carrega informações intrínsecas que auxiliam atividades relacionadas à análise de dados provenientes do cenário urbano. As informações inerentes a tais análises podem ser usadas para melhorar a qualidade de vida dos habitantes de uma região, ou para entender a dinâmica de centros urbanos. Diversos processos analíticos aplicados a tais cenários carecem de metodologias para analisar o padrão criminal e para identificar estruturas urbanas mal planejadas. Deste modo, este trabalho tem por objetivo prover meios para análise topológica de regiões criminais e para a identificação de inconsistências urbanas, as quais apontam para regiões que carecem de mobilidade e acesso para outras regiões de uma cidade. Neste sentido, foi desenvolvido um conjunto de procedimentos algébricos e algorítmicos capazes de revelar padrões e meios para compreensão e análise dos dados. Mais especificamente, foram desenvolvidos métodos de pré-processamento para transformar mapas eletrônicos georreferenciados em grafos que representam cidades, foi utilizado um conjunto métrico analítico e outro com base em processos epidêmicos para entender a dinâmica intrínseca à criminalidade de uma cidade, e por fim, foi desenvolvido um conjunto de formalismos e operações baseados em teoria dos conjuntos para identificar falhas no desenho das estruturas urbanas que impactam no acesso viário em centros urbanos. Os resultados deste trabalho versam sobre o desenvolvimento de novos métodos para preparar mapas na forma de redes de mobilidade urbana; na análise de crimes baseada em sua disposição espacial; no desenvolvimento de um modelo capaz de descrever a atividade criminal de uma cidade; e, em um conceito baseado na análise de regiões críticas identificadas a partir do desenho urbano.