An Integrated Remote Sensing and Urban Growth Model Approach to Curb Slum Formation in Lagos Megacity

Abstract

Rapid urbanization with limited development has led to slum proliferation in many sub-Saharan African cities. Slums are recognized as a menace to planned cities, as they do not conform to planning standards, thus the need to curb their growth. However, this proves to be a challenge for many of these cities due to unavailability of data on the existing situation. It is against this background that this study aims to contribute ground information and a spatial planning tool to support urban planning to better manage slum formation in Lagos, Nigeria. <br /> Slum growth can be described as spatial or as population growth; hence this study first analyzed and quantified the spatial growth of slums in Lagos using remote sensing techniques and intensity analysis. Then the influence of residential choices of slum dwellers on population growth in Lagos slums was assessed using ethnographic survey approach through questionnaires and focus group discussions. An urban growth model coupling logistic regression with modified cellular automata SLEUTH was used to simulate scenarios of the patterns of slum development in Lagos by 2035. <br /> RapidEye imagery from 2009 and 2015 was used to create maps for each time point for six land-use categories (water, vegetated area, open space, road, slum, and other urban) in the study area. Intensity analysis was applied to quantify the annual intensity of changes at the category and transition level. An overall accuracy (and kappa coefficient) of 94% (0.9) and 89% (0.86) was achieved for the 2009 and 2015 land-use and land-cover maps. The results of this study show that slums in Lagos increased spatially between 2009 and 2015 gaining a land area of 9.14 km² influenced by in-migration. However, the intensity analysis reveals slum as an active land-use category, losing some of its land area but also gaining new land area during this period. The annual gain and loss was 10.08% and 6.41%, respectively, compared to the uniform intensity of 3.15%. A systematic process of transition was observed between slums and other urban areas and open space in the interval studied, and this process was mainly influenced by the Lagos state government. The transition from slum to other land-use categories, such as other urban, is attributed to gentrification and demolition processes, while the transition from other land-use categories to slum is due to poor maintenance of existing buildings and encroachment on available spaces in the city. <br /> Questionnaires administration and focus group discussion were conducted in four communities (Ajegunle, Iwaya, Itire and Ikorodu) in Lagos to investigate the factors influencing the residential choices and reasons of the people to remain in the Lagos slums. Descriptive statistics was used to analyze and describe the factors influencing the residential location choice, and logistic regression was applied to determine the extent to which the neighborhood and household attributes influence slum dwellers’ decisions to remain in the slums. Over 70% of the respondents were migrants from neighboring geopolitical zones (in Nigeria). The movement patterns of slum dwellers in Lagos support two theories of human mobility in slums: slum as a sink and slum as a final destination. Also, the factors that attracted most of the slum dwellers to the slums (cheap housing, proximity to work, etc.) differ from those that made them stay (duration of stay, housing status, etc.). <br /> A hybrid land-use model, which involves the coupling of logistic regression with cellular automata SLEUTH, implemented in XULU, was utilized for the simulation of scenarios of slum growth in Lagos. The scenarios were designed based on the modification of the exclusion layer and the transition rules. The scenario 1 was business as usual with slum development similar to the present trend. The scenario 2 was based on the future population projection for the city, while the scenario 3 was based on limited interference by the government in slum development in the city. Distance to markets, shoreline, and local government administrative buildings, and land prices, etc., were predictors of slum development in Lagos. An overall accuracy of 79.17% and a relative operation characteristics (ROC) value of 0.85 were achieved for the prediction of slum development, based on the logistic regression model. The probability map generated from fitting the coefficients of the estimates in the logistic regression shows that slums can develop within the city and at the fringe, and also in places mostly inaccessible to the Lagos state government. Scenarios 1, 2 and 3 predict that the slum area will increase by 1.18 km², 4.02 km² and 1.28 km², respectively, in 2035 through further densification of the existing slums and new development at the south-eastern fringe of the city. The limited growth is due to the high population density in the city, and thus it is assumed that new slums will probably develop in the neighboring cities due to spill over of the Lagos population.<br /> The outcome of this research shows that the landscape is very dynamic in Lagos, and even over an interval of a few years, changes can be observed. It also shows that the integration of remote sensing, social science method and spatially explicit land-use model can address the challenges of data availability in the slum dynamic, especially in sub-Saharan African countries with high slum proliferation. This can support a comprehensive set of techniques important for the management of existing slums and prevention of new slum development.

<strong>Reduzierung des Slumwachstums in der Megastadt Lagos: Ein integrierter Ansatz aus Fernerkundung und urbanem Wachstumsmodell</strong><br /> Eine schnelle Urbanisierung bei begrenzter Entwicklung hat in vielen afrikanischen Städten südlich der Sahara zu einer Zunahme von Slums geführt. Slums werden dabei als Bedrohung für die Planstädte angesehen, da sie nicht den Planungsstandards entsprechen, ihr Wachstum sollte daher reduziert werden. Dies erweist sich jedoch für viele dieser Länder als Herausforderung, da keine Daten über die aktuelle Situation vorliegen. Vor diesem Hintergrund zielt diese Studie darauf ab, Informationen und ein Raumplanungsinstrument zur Unterstützung der Stadtplanung zur Verfügung zu stellen, dies soll ein besseres Management der Slumbildung in Lagos, Nigeria ermöglichen.<br /> Slumwachstum kann als räumliches Wachstum, oder als Wachstum der Bevölkerung bezeichnet werden; daher hat diese Studie zunächst das räumliche Wachstum von Slums in Lagos mit Hilfe von Fernerkundungstechniken und Intensitätsanalysen analysiert und quantifiziert. Anschließend wurde der Einfluss der Wohnortwahl von Slumbewohnern auf das Bevölkerungswachstum in den Slums von Lagos mit Hilfe eines ethnographischen Erhebung Ansatzes bewertet. Dabei kamen Fragebögen und Fokusgruppendiskussionen zum Einsatz. Ein urbanes Wachstumsmodell, das die logistische Regression mit dem modifizierten zellulären Automaten SLEUTH koppelt, wurde verwendet, um Szenarien und Strukturen der Slumentwicklung in Lagos bis 2035 zu simulieren. <br /> RapidEye-Datenaus den Jahren 2009 und 2015 wurden verwendet, um Karten zu jeden Zeitpunkt für sechs Landnutzungskategorien (Wasser, Vegetationsflächen, Freiflächen, Straßen, Slum und andere städtische Gebiete) zu erstellen. Mit Hilfe der Intensitätsanalyse wurde die jährliche Intensität der Veränderungen hinsichtlich der Kategorien und Veränderungstypen quantifiziert. Für die Landnutzungs- und Bodenbedeckungskarten 2009 und 2015 wurde eine Gesamtgenauigkeit (und ein Kappa-Koeffizient) von 94 % (0,9) und 89 % (0,86) erreicht. Die Ergebnisse dieser Studie zeigen, dass die Slums in Lagos zwischen 2009 und 2015 räumlich gewachsen sind und durch Zuzug eine Landfläche von 9,14 km² erreicht haben. Die Intensitätsanalyse zeigt auch, dass der Slums in Lagos als aktive Landnutzungskategorie einen Teil ihrer Fläche im Beobachtungszeitraum verloren haben. Der jährliche Gewinn und Verlust betrug 10,08 % bzw. 6,41 % im Vergleich zur einheitlichen Intensität von 3,15 %. Ebenfalls wurde ein systematischer Prozess des Übergangs zwischen Slums und anderen städtischen Gebieten sowie Freiraum in der untersuchten Zeitspanne beobachtet. Dieser Prozess wurde hauptsächlich von der Regierung von Lagos beeinflusst. Der Übergang von Slum zu anderen Landnutzungskategorien, wie zum Beispiel andere städtische Gebiete ist auf Gentrifizierung und Abrissprozesse zurückzuführen, während der Übergang von anderen Landnutzungskategorien hin zu Slums auf eine schlechte Instandhaltung bestehender Gebäude und auf die Beeinträchtigung der verfügbaren Flächen in der Stadt zurückzuführen ist.<br /> In vier Gemeinden (Ajegunle, Iwaya, Itire and Ikorodu) in Lagos wurden Umfragen mit Fragebögen und Fokusgruppendiskussionen durchgeführt, um die Faktoren zu untersuchen, welche die Wahl des Wohnortes beeinflussen, und um zu untersuchen, warum die Menschen in den Slums von Lagos bleiben. Mit Hilfe der deskriptiven Statistik wurden die Faktoren analysiert und beschrieben, die die Wahl des Wohnortes beeinflussen, und mit Hilfe der logistischen Regression wurde ermittelt, inwieweit die Nachbarschafts- und Haushaltsattribute die Entscheidung der Slumbewohner, in den Slums zu bleiben, beeinflussen. Über 70 % der Befragten waren Migranten aus benachbarten geopolitischen Zonen (Lagos). Die Bewegungsmuster der Slumbewohner in Lagos unterstützen zwei Theorien der menschlichen Mobilität in Slums: Der Slum als Senke oder Endziel. Auch die Faktoren, die die meisten Slumbewohner in die Slums lockten (günstiger Wohnraum, Nähe zum Arbeitsplatz usw.), unterscheiden sich von denen, die sie am Ende zum Bleiben brachten (Aufenthaltsdauer, Wohnstatus usw.).<br /> Ein hybrides Landnutzungsmodell, das eine Kopplung der logistischen Regression mit den zellulären Automaten SLEUTH in XULU verbindet, wurde für die Simulation von Szenarien des Slumwachstums in Lagos bis zum Jahr 2035 verwendet. Die Szenarien wurden mittels der Ausschlussflächen und Wachstumskoeffizienten implementiert. Das Szenario 1 „business as usual“ simulierte eine Slumentwicklung ähnlich dem aktuellen Trend. Das Szenario 2 basierte auf der generellen Bevölkerungsprognose für die Stadt, während das Szenario 3 eine begrenzte Einmischung der Regierung auf die Slumentwicklung in der Stadt einbezieht. Die Entfernung zu Märkten, Verwaltungseinrichtungen, Küsten sowie die Grundstückspreisen usw. waren Antriebskräfte für die Entwicklung der Slums in Lagos. Für die Vorhersage der Slum-Entwicklung auf Basis des logistischen Regressionsmodells wurden eine Gesamtgenauigkeit von 79,17 % und einem Receiver-Operating-Characteristic-Wert (ROC) von 0,85 erreicht. Die Wahrscheinlichkeitskarte, die durch die Anpassung der Koeffizienten und der Schätzungen in der logistischen Regression erzeugt wurde, zeigt, dass sich Slums innerhalb der Stadt und in der Peripherie entwickeln können, aber auch an Orten, die dem Einfluss der Landesregierung von Lagos weitgehend entzogen sind. Szenarien 1, 2 und 3 prognostizieren, dass das Slumgebiet bis 2035 durch weitere Verdichtung der bestehenden Slums und Neuentwicklung am südöstlichen Stadtrand um 1,18 km², 4,02 km² bzw. 1,28 km² zunehmen wird. Das relativ begrenzte Wachstum ist auf die hohe Bevölkerungsdichte in der Stadt zurückzuführen, so dass davon ausgegangen wird, dass sich in den Nachbarstädten durch das Verlagern der Lagos-Bevölkerung neue Slums entwickeln werden<br /> Das Ergebnis dieser Disertation zeigt, dass die Stadtlandschaft in Lagos sehr dynamisch ist, Veränderungen können selbst über einen Zeitraum von nur wenigen Jahren beobachtet werden. Die Ergebnisse zeigen auch, dass eine Integration von Fernerkundung, sozialwissenschaftlicher Methoden und räumlich explizites Landnutzungsmodells das Problem der geringen Datenverfügbarkeit in dynamischen Slums lösen kann. Dies ist besonders hilfreich in afrikanischen Ländern südlich der Sahara mit hoher Slum,proliferation. Umfassende Techniken des Slum-Managements, insbesondere zur Verhinderung der Entstehung von neuen Slums, können so wirksam unterstützt werden.