Urban expansion in Estonia: monitoring, analysis, and modeling

Abstract

Linnade laienemine, mida iseloomustab vähese tihedusega, ruumiliselt ebaühtlane ja hajutatud areng linna piiridest välja. Kuna linnade laienemine muudab põllumajandus- ja metsamaid ning väikesed muutused linnapiirkondades võivad pikaajaliselt mõjutada elurikkust ja maastikku, on hädavajalik seirata linnade ruumilist laienemist ning modelleerida tulevikku, saamaks ülevaadet suundumustest ja tagajärgedest pikemas perspektiivis. Eestis võeti pärast taasiseseisvumist 1991. aastal vastu maareformi seadus ning algas “maa” üleandmine riigilt eraomandisse. Sellest ajast peale on Eestis toimunud elamupiirkondade detsentraliseerimine, mis on mõjutanud Tallinna ümbruse põllumajandus- ja tööstuspiirkondade muutumist, inimeste elustiili muutusi ning jõukate inimeste elama asumist ühepereelamutesse Tallinna, Tartu ja Pärnu lähiümbruse. Selle aja jooksul on Eesti rahvaarv vähenenud 15,31%. Käesoleva doktoritöö eesmärgiks on "jälgida, analüüsida ja modelleerida Eesti linnade laienemist viimase 30 aasta jooksul ning modelleerida selle tulevikku", kasutades paljusid modelleerimismeetodeid, sealhulgas logistilist regressiooni, mitmekihilisi pertseptronnärvivõrke, rakkautomaate, Markovi ahelate analüüsi, mitme kriteeriumi. hindamist ja analüütilise hierarhia protsesse. Töö põhineb neljal originaalartiklil, milles uuriti linnade laienemist Eestis. Tegu on esimese põhjaliku uuringuga Eesti linnade laienemise modelleerimisel, kasutades erinevaid kaugseireandmeid, mõjutegureid, parameetreid ning modelleerimismeetodeid. Kokkuvõtteks võib öelda, et uusehitiste hajumismustrid laienevad jätkuvalt suuremate linnade ja olemasolevate elamupiirkondade läheduses ning põhimaanteede ümber.

Urban expansion is characterized by the low–density, spatially discontinued, and scattered development of urban-related constructions beyond the city boundaries. Since urban expansion changes the agricultural and forest lands, and slight changes in urban areas can affect biodiversity and landscape on a regional scale in the long-term, spatiotemporal monitoring of urban expansion and modeling of the future are essential to provide insights into the long-term trends and consequences. In Estonia, after the regaining independence in 1991, the Land Reform Act was passed, and the transfer of “land” from the state to private ownership began. Since then, Estonia has experienced the decentralization of residential areas affecting the transformation of agricultural and industrial regions around Tallinn, changes in people's lifestyles, and the settling of wealthy people in single-family houses in the suburbs of Tallinn, Tartu, and Pärnu. During this period, Estonia's population has declined dramatically by 15.31%. Therefore, this dissertation aims to "monitor, analyze and model Estonian urban expansion over the last 30 years and simulate its future" using many modeling approaches including logistic regression, multi-layer perceptron neural networks, cellular automata, Markov chain Analysis, multi-criteria evaluation, and analytic hierarchy process. The thesis comprises four original research articles that studied urban expansion in Estonia. So far, this is the first comprehensive study of modeling Estonian urban expansion utilizing various sets of remotely sensed data, driving forces and predictors, and modeling approaches. The scattering patterns of new constructions are expected to continue as the infilling form, proximate to main cities and existing residential areas and taking advantage of main roads in future.