Fricção de distância - Friction of distance

O atrito da distância é um princípio fundamental da Geografia que afirma que o movimento incorre em algum tipo de custo , na forma de esforço físico , energia , tempo e / ou gasto de outros recursos , e que esses custos são proporcionais à distância percorrida. Esse custo é, portanto, uma resistência ao movimento, análoga (mas não diretamente relacionada) ao efeito do atrito contra o movimento na mecânica clássica . A preferência subsequente por minimizar a distância e seu custo fundamentam uma vasta gama de padrões geográficos da aglomeração econômica à migração da vida selvagem , bem como muitas das teorias e técnicas de análise espacial , como a primeira lei da geografia de Tobler , roteamento de rede e distância de custo análise . Em grande medida, o atrito da distância é a principal razão pela qual a geografia é relevante para muitos aspectos do mundo, embora sua importância (e talvez a importância da geografia) tenha diminuído com o desenvolvimento das tecnologias de transporte e comunicação.

História

Não se sabe quem cunhou o termo "fricção da distância", mas o efeito dos custos baseados na distância na atividade geográfica e nos padrões geográficos tem sido um elemento central da geografia acadêmica desde seu surgimento inicial no século XIX. O modelo de estado isolado de von Thünen de uso da terra exurbana (1826), possivelmente a teoria geográfica mais antiga, incorporou diretamente o custo de transporte de diferentes produtos agrícolas como um dos determinantes de quão longe de uma cidade cada tipo de bem poderia ser produzido com lucro. A teoria da localização industrial de Alfred Weber (1909) e a teoria do lugar central de Walter Christaller (1933) também foram basicamente otimizações de espaço para minimizar os custos de viagem.

Na década de 1920, os cientistas sociais começaram a incorporar princípios da física (mais precisamente, algumas de suas formalizações matemáticas), como a gravidade , especificamente a lei do inverso do quadrado encontrada na lei da gravitação universal de Newton . Geógrafos rapidamente identificou uma série de situações em que a interação entre os lugares, se a migração entre cidades ou a distribuição de residências dispostos a apadrinhar uma loja, exibiram esta decadência distância devido às vantagens de minimizar a distância percorrida. Modelos de gravidade e outros modelos de otimização de distância se espalharam durante a revolução quantitativa da década de 1950 e o subsequente surgimento da análise espacial . Gerald Carrothers (1956) foi um dos primeiros a usar explicitamente a analogia de "atrito" para conceituar o efeito da distância, sugerindo que essas otimizações de distância precisavam reconhecer que o efeito varia de acordo com fatores localizados. Ian McHarg , conforme publicado em Design with Nature (1969), foi um dos que desenvolveram a natureza multifacetada dos custos à distância, embora inicialmente não tenha empregado métodos matemáticos ou computacionais para otimizá-los.

Na era dos sistemas de informações geográficas , a partir da década de 1970, muitos dos modelos de proximidade existentes e novos algoritmos foram automatizados como ferramentas de análise, tornando-os significativamente mais fáceis de usar por um conjunto mais amplo de profissionais. Essas ferramentas tendem a se concentrar em problemas que podem ser resolvidos de forma determinística , como buffers , análise de distância de custo , interpolação e roteamento de rede . Outros problemas que aplicam o atrito da distância são muito mais difíceis (ou seja, NP-difícil ), como o problema do caixeiro viajante e análise de cluster , e ferramentas automatizadas para resolvê-los (geralmente usando algoritmos heurísticos como agrupamento de k-médias ) são menos amplamente disponível, ou apenas recentemente disponível, em software GIS.

Custos de distância

Como ilustração, imagine um caminhante parado na encosta de uma montanha isolada e arborizada, que deseja viajar para o outro lado da montanha. Há essencialmente um número infinito de caminhos que ela poderia seguir para chegar lá. Viajar diretamente sobre o pico da montanha é "caro", pois cada dez metros gastos para escalar exige um esforço significativo. Viajar de dez metros através do campo através da floresta requer muito mais tempo e esforço do que viajar dez metros ao longo de uma trilha desenvolvida ou através de um prado aberto. Tomar uma rota nivelada ao longo de uma estrada que contorna a montanha tem um custo muito menor (tanto em esforço quanto em tempo) a cada dez metros, mas o custo total se acumula em uma distância muito maior. Em cada caso, a quantidade de tempo e / ou esforço necessário para viajar dez metros é uma medida do atrito da distância. Determinar a rota ideal requer o equilíbrio desses custos e pode ser resolvido usando a técnica de análise de distância de custo .

Em outro exemplo muito comum, uma pessoa deseja dirigir de sua casa até o hospital mais próximo. Das muitas (mas finitas) rotas possíveis através da rede rodoviária, a que possui a menor distância passa por bairros residenciais com baixos limites de velocidade e paragens frequentes. Uma rota alternativa segue uma estrada de contorno em torno dos bairros, tendo uma distância significativamente maior, com limites de velocidade muito maiores e paradas raras. Assim, esta alternativa tem um atrito unitário de distância muito menor (neste caso, tempo), mas se acumula em uma distância maior, exigindo cálculos para determinar o ideal (tomando o menor tempo total de viagem), talvez usando os algoritmos comumente encontrados em mapas da web , como o Google Maps .

Os custos proporcionais à distância podem assumir várias formas, cada uma das quais pode ou não ser relevante em uma determinada situação geográfica:

• Custo de viagem , os recursos necessários para se mover através do espaço. Este é mais comumente o consumo de tempo, energia ou combustível, mas também pode incluir custos mais subjetivos, como incômodo.
• Custo de tráfego , a impedância resultante do volume agregado de viajantes excedendo a capacidade ótima do espaço (normalmente uma rede linear neste caso).
• Custo de construção , os recursos necessários para construir a infraestrutura que torna possível a viagem pelo espaço, como estradas, tubulações e cabos.
• Impactos ambientais , os efeitos negativos no ambiente natural ou humano causados ​​pela infraestrutura ou pelas viagens ao longo dela. Por exemplo, seria desejável minimizar a extensão de um bairro residencial ou de um pântano destruído para construir uma rodovia.

Alguns desses custos são facilmente quantificáveis ​​e mensuráveis, como tempo de trânsito, consumo de combustível e custos de construção, portanto, se prestam naturalmente a algoritmos de otimização . Dito isso, pode haver uma quantidade significativa de incerteza na previsão deles devido à variabilidade ao longo do tempo (por exemplo, tempo de viagem através de uma rede rodoviária dependendo da mudança do volume de tráfego) ou variabilidade em situações individuais (por exemplo, a velocidade com que uma pessoa deseja dirigir) . Outros custos são muito mais difíceis de mensurar devido à sua natureza qualitativa ou subjetiva, como protesto político ou impacto ecológico; estes normalmente requerem a criação de "pseudo-medidas" na forma de índices ou escalas para operacionalizar .

Todos esses custos são campos no sentido de que são espacialmente intensivos (uma "densidade" de custo por unidade de distância) e variam no espaço. O campo de custo (geralmente chamado de superfície de custo ) pode ser uma função contínua e suave ou pode ter mudanças abruptas. Essa variabilidade de custo ocorre tanto em espaço irrestrito (bidimensional ou tridimensional), quanto em redes restritas, como estradas e telecomunicações a cabo.

Formulários

Um grande número de teorias geográficas, técnicas de análise espacial e aplicações GIS são baseadas diretamente nos efeitos práticos do atrito de distância:

• A primeira lei da geografia de Tobler , formalizada como autocorrelação espacial , afirma que os locais próximos são mais propensos a se assemelharem em muitos aspectos do que os locais distantes, normalmente sendo o resultado de uma história de maiores interações entre eles.
• modelos de gravidade , deterioração distância e outros modelos de interacção espacial baseiam-se na tendência do volume de interacção entre dois locais para diminuir à medida que a distância entre eles aumenta devido à fricção da distância, muitas vezes num padrão que é análogo (matematicamente, não fisicamente) à lei do inverso do quadrado de muitas das propriedades da física , como iluminância e gravidade .
• Aglomeração econômica é a tendência das instituições que freqüentemente interagem entre si de se moverem próximas umas das outras no espaço físico, como a concentração de serviços comerciais ( publicidade , finanças , etc.) nas grandes cidades por estarem próximos a sedes corporativas.
• A teoria da localização inclui uma série de teorias e técnicas para determinar o local ideal para localizar uma atividade particular, com base na minimização dos custos de viagem. Exemplos notáveis ​​incluem as teorias clássicas do início do século 20 de Johann Heinrich von Thünen , Walter Christaller e Alfred Weber e algoritmos da era GIS para alocação de localização .
• A análise de rede inclui vários problemas e técnicas para modelar viagens restritas a uma rede ou gráfico linear , como estradas , serviços públicos ou riachos . Muitos deles são problemas de otimização para minimizar o custo de viagem, como o algoritmo de Dijkstra onipresente para encontrar o caminho de custo mínimo entre dois locais.
• Análise de distância de custo , uma série de algoritmos para encontrar caminhos de custo mínimo por meio de um espaço irrestrito no qual o custo varia conforme o campo .
• A migração de humanos e animais é freqüentemente vista como o resultado de equilibrar as vantagens de permanecer estacionário (devido ao atrito da distância) com fatores de "empurra / puxa" que encorajam alguém a deixar um local ou mover-se para outro.
• A difusão espacial é a disseminação gradual de cultura, ideias e instituições através do espaço ao longo do tempo, na qual a conveniência de um lugar adotar as características de um lugar separado supera o atrito da distância.
• A geografia do tempo explora como a atividade humana é afetada pelas restrições de movimento, especialmente os custos temporais.

Convergência espaço-temporal

Historicamente, o atrito da distância era muito alto para a maioria dos tipos de movimento, tornando o movimento e a interação de longa distância relativamente lentos e raros (mas não inexistentes). O resultado foi uma geografia humana fortemente localizada , manifestada em aspectos tão variados quanto linguagem e economia . Um dos efeitos mais profundos dos avanços tecnológicos desde 1800, incluindo a ferrovia , o automóvel e o telefone , foi a redução drástica dos custos de transporte de pessoas, mercadorias e informações por longas distâncias. Isso levou a uma ampla difusão e integração, resultando em muitos dos aspectos da globalização . O efeito geográfico dessa diminuição da fricção da distância é chamado de convergência espaço-tempo ou convergência espaço-custo .

Dessas tecnologias, as telecomunicações , especialmente a Internet , tiveram talvez o efeito mais profundo. Embora ainda existam custos com base na distância de transmissão de informações, como a colocação de cabos e a geração de energia de sinal eletromagnético (tradicionalmente manifestando-se em formas como tarifas telefônicas de longa distância ), eles agora são tão pequenos para qualquer unidade significativa de informação que eles não são mais gerenciados em uma forma baseada na distância, mas são agrupados em custos de serviço fixos (não baseados na distância). Por exemplo, uma parte da tarifa do serviço de telefonia móvel cobre os custos mais elevados do serviço de longa distância, mas o cliente não vê e, portanto, não toma decisões de comunicação com base na distância. O aumento do frete grátis tem causas e efeitos semelhantes no comércio varejista.

Argumentou-se que a eliminação virtual do atrito da distância em muitos aspectos da sociedade resultou na "morte da Geografia", na qual a localização relativa não é mais relevante para muitas tarefas nas quais anteriormente desempenhava um papel crucial. Agora é possível conduzir muitas interações em distâncias globais quase tão facilmente quanto em distâncias locais, incluindo comércio varejista , serviços business-to-business e alguns tipos de empregos . Assim, esses serviços poderiam teoricamente ser prestados de qualquer lugar com o mesmo custo. A pandemia COVID-19 de 2020 testou e até acelerou muitas dessas tendências.

Por outro lado, outros viram um fortalecimento nos efeitos geográficos de outros aspectos da vida, ou talvez o foco crescente neles, visto que os aspectos tradicionais baseados na distância tornaram-se menos relevantes. Isso inclui as amenidades de estilo de vida de um lugar, como paisagens naturais locais ou vida noturna urbana que devem ser vivenciadas pessoalmente (exigindo assim viagens físicas e, portanto, acarretando o atrito da distância). Além disso, muitas pessoas preferem interações pessoais que tecnicamente poderiam ser conduzidas remotamente, como reuniões de negócios, educação, turismo e compras, o que deve tornar os efeitos baseados na distância relevantes para o futuro previsível. As tendências contrastantes de fatores "friccionais" e "sem atrito" exigiram uma análise mais sutil da geografia do que as declarações tradicionais de localização sempre importantes, ou as recentes afirmações de que a localização não importa de forma alguma.

Referências