From Space to Place: A Computational Model of Functional Place

  • This research is motivated by the discrepancy between the spatial model underlying current geographical information systems (GIS) and the human way of structuring space into meaningful spatial units, which are generally referred to as places. Focusing on their functional dimension with regards to human action, this thesis presents a computational model of functional place, and conceptualizes it as a subset of geo-atoms, primitives of geographic representations, which are bound by a functional unity condition with regards to a complex spatial action. Of the variety of challenges which accompany the endeavor of integrating place into GIS, two are explicitly addressed: the compound nature of places, and the subjectivity of place formation processes. Thus, in contrast to the high presence of places in our daily life, activities, and communication, they typically do not refer to a distinct geo-object, but rather consist of multiple geo-spatial entities, and might therefore not exist as aThis research is motivated by the discrepancy between the spatial model underlying current geographical information systems (GIS) and the human way of structuring space into meaningful spatial units, which are generally referred to as places. Focusing on their functional dimension with regards to human action, this thesis presents a computational model of functional place, and conceptualizes it as a subset of geo-atoms, primitives of geographic representations, which are bound by a functional unity condition with regards to a complex spatial action. Of the variety of challenges which accompany the endeavor of integrating place into GIS, two are explicitly addressed: the compound nature of places, and the subjectivity of place formation processes. Thus, in contrast to the high presence of places in our daily life, activities, and communication, they typically do not refer to a distinct geo-object, but rather consist of multiple geo-spatial entities, and might therefore not exist as a distinct entity in a geo-spatial database. Furthermore, functional places are mentally constructed by the individual, and thus prone to subjective variations in terms of their location, usage pattern and allocated meaning among different people. Inherited from its Euclidean spatial tradition, however, space is generally assumed to be an objective, mathematical reality in GIS, which is why possibilities to incorporate subjective differences in human perception and use of the world are still rare. Applying an agent-based approach to modeling place, the concepts developed in this thesis allow for the dynamic construction of functional, agent-specific places from geo-spatial data. For this, a simulation framework is created which, based on concepts derived from ecological psychology, describes how an individual human agent assesses the suitability of its environment with regards to complex actions. On this basis, suitability, expressed as a scaled numeric value, can be computed in a way which is specific to the particular system of agent, environment and action. In a second step, this framework is embedded within a larger model of functional place formation, which enables the dynamic generation of functional places based on optimizing their resulting suitability with regards to a complex action. On this conceptual basis, a software agent with the ability to dynamically construct functional places from its sensory inputs, and demonstrate the according spatial behavior, is developed and tested for its functionality in the context of a pedestrian simulation.show moreshow less
  • Die Motivation für die vorliegende Dissertation ergibt sich aus der existierenden Diskrepanz zwischen dem heutigen Geographischen Informationssystemen (GIS) zugrunde liegenden Raummodell einerseits, und der menschlichen Konzeptualisierung von Raum, welche eine Strukturierung desselben in einzelne räumliche Bedeutungseinheiten, bezeichnet mit dem englischen Begriff der places, beinhaltet, andererseits. Mit dem Fokus auf der funktionalen Dimension von places präsentiert diese Arbeit ein computer-basiertes Modell eines functional place als Teilmenge sogenannter geo-atoms, Primitive geographischer Repräsentationen, die in Bezug auf eine komplexe räumliche Aktion eine funktionale Einheit darstellen. Von den vielfältigen Herausforderungen, die sich bei der Integration von places in GIS ergeben, werden 2 explizit adressiert: ihr Kompositumcharakter und die Subjektivität ihrer Formierungsprozesse. Tatsächlich verweisen places im Kontrast zu ihrer starken Präsenz in unserem täglichen Leben,Die Motivation für die vorliegende Dissertation ergibt sich aus der existierenden Diskrepanz zwischen dem heutigen Geographischen Informationssystemen (GIS) zugrunde liegenden Raummodell einerseits, und der menschlichen Konzeptualisierung von Raum, welche eine Strukturierung desselben in einzelne räumliche Bedeutungseinheiten, bezeichnet mit dem englischen Begriff der places, beinhaltet, andererseits. Mit dem Fokus auf der funktionalen Dimension von places präsentiert diese Arbeit ein computer-basiertes Modell eines functional place als Teilmenge sogenannter geo-atoms, Primitive geographischer Repräsentationen, die in Bezug auf eine komplexe räumliche Aktion eine funktionale Einheit darstellen. Von den vielfältigen Herausforderungen, die sich bei der Integration von places in GIS ergeben, werden 2 explizit adressiert: ihr Kompositumcharakter und die Subjektivität ihrer Formierungsprozesse. Tatsächlich verweisen places im Kontrast zu ihrer starken Präsenz in unserem täglichen Leben, unseren Aktivitäten und unserer Kommunikation typischerweise nicht auf ein distinktes Geo-Objekt, sondern bestehen aus mehreren geographischen Entitäten. Es ist daher möglich, dass sie nicht als eindeutige Entität in einer räumlichen Datenbank existieren. Zusätzlich dazu werden places individuell mental konstruiert, weswegen in ihrer Wahrnehmung durch verschiedene Personen Unterschiede bezüglich ihrer Lokalität, ihren Nutzungsmustern und ihrer allokierten Bedeutung auftreten können. Im GIS wird Raum jedoch, bedingt durch das Erbe des traditionellen Euklidischen Raumverständnisses, generell als objektive mathematische Realität konzeptualisiert, was dazu führt, dass Möglichkeiten der Einbeziehung subjektiver Unterschiede in der menschlichen Wahrnehmung und Nutzung ihrer Umwelt noch weitgehend fehlen. Einem agenten-basierten Ansatz folgend werden in dieser Arbeit Konzepte entwickelt, die eine dynamische Konstruktion von funktionalen, agenten-spezifischen places auf der Basis geographischer Daten ermöglichen. Für diesen Zweck wird, fundiert durch Konzepte der ökologischen Psychologie, simuliert wie ein individueller menschlicher Agent, die Eignung seiner Umwelt bezogen auf komplexe Aktionen evaluiert. Auf dieser Basis kann eine räumliche Eignung, repräsentiert durch skalierte numerische Werte, spezifisch für das spezielle System aus Agent, Umwelt und Aktion berechnet werden. Diese Methode wird in einem zweiten Schritt in ein größeres Modell der Formierung von functional places integriert. Dieses ermöglicht schließlich, deren dynamische Generierung basierend auf einer Optimierung der resultierenden Eignungswerte in Hinblick auf eine komplexe Aktion. Diese Konzepte dienen als Grundlage für die Entwicklung eines Software Agenten mit der Fähigkeit, functional places in dynamischer Weise aus seinen sensorischen Eindrücken zu konstruieren und das entsprechende Raumverhalten zu demonstrieren. Im Anschluss wird dieser im Rahmen einer Fußgängersimulation auf seine Funktionalität hin getestet.show moreshow less

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Metadaten
Author:David Jonietz
URN:urn:nbn:de:bvb:384-opus4-37108
Frontdoor URLhttps://opus.bibliothek.uni-augsburg.de/opus4/3710
Advisor:Sabine Timpf
Type:Doctoral Thesis
Language:English
Publishing Institution:Universität Augsburg
Granting Institution:Universität Augsburg, Fakultät für Angewandte Informatik
Date of final exam:2016/03/22
Release Date:2016/05/12
Tag:agentbased simulation; geographical information system; pedestrian; place
GND-Keyword:Geoinformationssystem; Raumvorstellung; Raumwahrnehmung; Computersimulation; Agent <Informatik>; Fußgänger
Institutes:Fakultät für Angewandte Informatik
Fakultät für Angewandte Informatik / Institut für Geographie
Dewey Decimal Classification:0 Informatik, Informationswissenschaft, allgemeine Werke / 00 Informatik, Wissen, Systeme / 004 Datenverarbeitung; Informatik
5 Naturwissenschaften und Mathematik / 55 Geowissenschaften, Geologie / 550 Geowissenschaften
Licence (German):Deutsches Urheberrecht mit Print on Demand