'n Voorbeeld van die berekening van termiese potensiaal vir 'n straatnetwerk in Nizhny Novgorod
Die stadsgebied is 'n komplekse, heterogene stelsel wat voortdurend verander. Jy kan die gebied beskryf en die stedelike omgewing assesseer deur ruimtelike voorwerpe (faktore) te gebruik. Faktore wat die gebied beskryf verskil in die aard van hul invloed (positief, negatief) en geometriese konfigurasie (punte, lyne, veelhoeke).
Dit is dikwels nogal moeilik om die mate van invloed van elke individuele voorwerp op die ontwikkelingsvlak van die gebied as geheel of enige spesifieke aspek daarvan te bepaal. Vandag word die probleem om konsepte soos "kultuur", "sosiale sfeer", "sosiale spanning", "goeie lewe", "ekonomiese ontwikkeling", "bevolkingsgesondheid" al hoe meer relevant te definieer en te beskryf. Die dubbelsinnigheid van hierdie konsepte neem toe as ons dit op verskillende sosiale groepe, bevolkings van verskillende ouderdomme en geslagte wil toepas.
Daar moet ook op gelet word dat die grense van die stad in die moderne konsep redelik arbitrêr is. Daaglikse migrasie van die bevolking, vervoertoeganklikheid van afgeleë gebiede "vervaag die grens" van die stad selfs meer. Die nou algemeen gebruikte konsep van agglomerasie weerspieël oor die algemeen die grense van die stad, maar maak terselfdertyd die konsep van die stadsgrens selfs meer vaag.
Ten spyte van die probleme wat hierbo beskryf is, is ontleding en beoordeling van gebiede vandag een van die mees belowende en interessante gebiede wat dit moontlik maak om baie dringende probleme van die stedelike omgewing op te los.
Die artikel stel vir oorweging 'n metode voor om die gebied te ontleed deur 'n "termiese" model te gebruik. Hierdie metode is gebaseer op die studie van potensiaal wat geskep word deur voorwerpe (faktore) van verskillende aard (punt, lineêr en area). Ontleding van die gebied met behulp van hierdie metode maak dit moontlik om van 'n stel ruimtelike data (faktore) wat die gebied beskryf na 'n akkurate numeriese (telling) assessering by elke punt van die gebied te beweeg.
Die potensiaal wat as deel van die gebiedsanalise bestudeer word, het 'n fisiese interpretasie - hittevoortplanting in omgewings van verskillende dimensies (2D, 3D). Hierdie verskynsel kan voorgestel word in die vorm van "termiese" beelde ("hitte" kaarte van die gebied), wat 'n idee gee van die mate van ontwikkeling van die gebied, afhangende van die kleurintensiteit van die beeld.
Grondgebied faktore
Gebiedsanalise behels die soek en verwerking van inligting oor die faktore wat die gebied beïnvloed en hul aanwysers. Beïnvloedende faktore is voorwerpe wat die omliggende gebied beïnvloed en 'n stel kenmerke en ruimtelike koördinate het. Voorbeelde van beïnvloedende faktore sluit winkels, industriële fasiliteite, paaie, woude en waterliggame in.
Aanwysers van invloed is voorwerpe reflektief invloed van voorwerpe en het ook 'n stel kenmerke en ruimtelike koördinate. Voorbeelde van invloedsaanwysers: OTM'e, advertensieborde, monumente.
In die volgende aanbieding gaan ons die konsep van faktore van invloed gebruik, wat beide terme kombineer – faktore en aanwysers van invloed.
Hieronder is 'n voorbeeld van ruimtelike data wat as beïnvloedende faktore optree.
Een van die belangrike stadiums van die uitvoering van werk op die ontleding van gebiede is die stadium van die insameling en verwerking van aanvanklike inligting. Vandag is daar baie inligting oor die faktore wat die gebied beïnvloed van verskillende grade van detail.
Inligting kan van oop bronne of beperkte bronne verkry word. In baie gevalle is oop inligting voldoende vir ontleding, hoewel dit as 'n reël redelik arbeidsintensiewe verwerking vereis.
Onder oop bronne is die leier, na ons mening, die hulpbron OpenStreetMap (OSM). Die inligting wat uit hierdie bron verkry word, word daagliks regoor die wêreld opgedateer.
OpenStreetMap (OSM) hulpbroninligting word in die volgende formate aangebied:
- OSM-formaat. Die hoofformaat met die uitbreiding ".osm" word gebruik om XML grafiese beelde te beskryf - nodusse, paaie, verwantskappe.
- "Poolse formaat". Die teksformaat met die “.mp”-uitbreiding word gebruik om met grafika te werk.
- PBF-formaat. Databergingsformaat met die uitbreiding “.osm.pbf”.
Jy kan ook die volgende as inligtingsbronne gebruik:
- 2 GIS
Die hulpbron bevat maandelikse verwerkte inligting van hoë gehalte, met 'n uitstekende 3-vlak klassifiseerder vir ondernemings en organisasies.
- KML (Keyhole Markup Language) lêers
KML (Keyhole Markup Language)-lêers is 'n lêerformaat wat gebruik word om geografiese data in Google Earth, Google Maps en Google Maps vir mobiele toestelle te vertoon.
Met KML-lêers kan jy:
- installeer verskeie ikone en maak handtekeninge om plekke op die oppervlak van die aarde aan te dui
- skep verskillende hoeke vir geselekteerde voorwerpe deur die kameraposisie te verander
- gebruik verskillende oorlegbeelde
- definieer style om die vertoon van 'n voorwerp aan te pas, pas HTML-kode toe om hiperskakels en inlynbeelde te skep
- gebruik dopgehou vir hiërargiese groepering van elemente
- ontvang en werk KML-lêers dinamies op vanaf afgeleë of plaaslike netwerknodes
- Ontvang KML-data volgens veranderinge in die XNUMXD-kyker
- Federale Diens vir Staatsregistrasie, Kadaster en Kartografie "Rosreestr"
Die inligting op die Rosreestr-portaal is waardevol vir die inhoud en relevansie daarvan, maar dit maak dit ongelukkig nie moontlik om grafika vir kapitaalkonstruksieprojekte en erwe gratis te bekom nie. Die Rosreestr-portaal bevat ook 'n groot hoeveelheid inligting met beperkte toegang.
- Statistiese liggame
Statistiese data is 'n wettige bron van inligting oor die gebied, maar van vandag af is data van statistiese liggame slegs beskikbaar vir 'n sekere aantal aanwysers, hoofsaaklik in die verslae van statistiese liggame en verslae van streeksowerhede.
- Inligtingstelsels van owerhede
Inligting van hoë gehalte is in staatsinligtingstelsels vervat, maar slegs 'n klein deel daarvan word in die publieke domein gepubliseer en is beskikbaar vir ontleding.
Om 'n ontleding van gebiede uit te voer, stel geen spesifieke vereistes aan die samestelling van inligting nie; jy kan eintlik alles gebruik wat gevind is; inligting van oop bronne is gewoonlik uitruilbaar. Daar moet egter op gelet word dat selfs die inligting wat verkry word uit die OSM-hulpbron alleen genoeg is om 'n ontleding van onbekende gebied te maak.
Ontleding van die gebied met behulp van 'n "termiese" model. Fisiese interpretasie van potensiaal
Soos vroeër genoem, is gebiedsontleding vandag 'n warm onderwerp en 'n kragtige instrument vir beredeneerde aantrekking van beleggings in die ontwikkeling van infrastruktuur in verskeie stedelike omgewings.
Die verskeidenheid probleme wat opgelos word deur gebiedsanalise te gebruik, kan in verskeie hoofareas gekombineer word:
— Die verkryging van die mees interpreteerbare en gedetailleerde beoordeling van die gebied by elke punt.
Deur die probleem op te los, kan u 'n stel punte op elke punt van die gebied kry, wat 'n idee gee van die vlak van ontwikkeling van die gebied in die algemeen, sowel as in 'n sekere vakgebied. So 'n vakgebied kan byvoorbeeld kultuur, nywerheid, handel, ens.
— Die bepaling van die mees voordelige plekke vir die plasing van beleggingsvoorwerpe van 'n sekere soort (byvoorbeeld banke, gespesialiseerde winkels, winkel- en vermaaklikheidsentrums, ens.) In die geselekteerde gebied.
— Ontleding van die doeltreffendste gebruik van die gebied.
Hierdie rigting maak voorsiening vir 'n gedetailleerde studie van die kenmerke van die gebied, die marksituasie wat ontwikkel het in die gebied wat bestudeer word, en die identifisering van gewilde opsies.
— Bepaling van die bydrae van een faktor tot die kostemodel, deur die voorbeeld van die ontstaan van nuwe paaie en nuwe roetes te gebruik.
— Ontleding van verskillende aspekte van een gebied en ontleding van verskillende gebiede (vergelyking van gebiede).
Die oorspronklikheid van die metode van gebiedsanalise wat in die artikel voorgestel word deur die "termiese" model te gebruik, lê in die gebruik van gebiedsontwikkelingsaanwysers - potensiale, aangebied in numeriese terme en weerspieël die mate van invloed van die voorwerp (invloedfaktor) op die gebied.
Om die kern van die studie te verstaan, is dit nodig om 'n paar woorde oor die termiese potensiaal self te sê en die fisiese interpretasie daarvan te gee.
In fisika is daar konsepte soos kragveld и krag funksie. Die kragveld het die dimensie van energie, die kragfunksie het die dimensie van krag.
Vir die wet van universele gravitasie word die kragveld gedefinieer deur die formule:
F=k/r2, waar
k – konstante;
r – afstand tussen interaktiewe voorwerpe.
Die kragfunksie ϕ word bepaal deur die uitdrukking:
dϕ=-F*dr, waar
ϕ—kragveldpotensiaal;
dϕ, dr – differensiale;
r is die afstand tussen interaktiewe voorwerpe,
daarom ϕ=k/r.
Die fisiese betekenis van die kragveldpotensiaal ϕ is die werk E wat deur die kragveld verrig word terwyl dit deur 'n sekere pad beweeg. In die geval van die wet van universele gravitasie, wanneer die afstand na 'n voorwerp van r2 na r1 verander, word die kragfunksie bepaal deur die formule
E=k*(1/r1-1/r2), waar
E is die werk wat deur die kragveld verrig word terwyl 'n sekere pad verbygaan;
r1, r2 – aanvanklike en finale posisie van die voorwerp.
Vir die taak om 'n gebied te analiseer, kan die invloed van voorwerpe (faktore) op die gebied as 'n mag (krag funksie), en die vlak van ontwikkeling van die gebied as die totale termiese potensiaal (kragveld) van alle voorwerpe (faktore). In fisika-probleme is termiese potensiaal temperatuur, en in probleme van gebiedsanalise wat 'n "termiese" model gebruik, verteenwoordig die potensiaal die totale impak van alle beïnvloedende faktore op 'n punt in die gebied.
Ruimtelike data bestaan uit punte, lyne en veelhoeke. Om potensiale te bereken, word uitgebreide ruimtelike data in klein fragmente verdeel. Vir elke fragment word die potensiaal vanaf die punt bereken met 'n vermenigvuldiger gelyk aan die grootte van die voorwerpfragment (faktor).
Die data word in semantiese groepe verdeel op grond van die beginsel van noue ooreenkoms. Handelsvoorwerpe word byvoorbeeld volgens produk gekombineer. Daar is groepe woudvoorwerpe, waterliggame, nedersettings, vervoerstoppe, ens. Groepe verenig deur betekenis verteenwoordig 'n faktor. Nadat ons deur alle voorwerpe (faktore) gegaan het, verkry ons 'n stel termiese potensiaal wat geskik is vir verdere verwerking.
Die gebruik van potensiaal ("hittekaarte") laat jou toe om van ruimtelike data na "termiese" beelde van voorwerpe (faktore) van invloed op die gebied te beweeg (visualisering van potensiaal). So 'n oorgang maak dit moontlik om die mate van teenwoordigheid van die faktor op elke punt van die gebied te bepaal en verdere analise uit te voer, d.w.s. vertoon verskillende rigtings van stadsontwikkeling in kleur. Dus verkry ons 'n gloed van wisselende intensiteit vir elke punt van die gebied.
Voorbeelde van "termiese" beelde van die gebied van Nizhny Novgorod in die konteks van verskeie faktore word hieronder aangebied.
"Termiese" kaart van Nizhny Novgorod, wat die "Apteekketting" faktor weerspieël
"Heat" kaart van Nizhny Novgorod, wat die faktor "Poliklinieke vir volwassenes" weerspieël
"Termiese" kaart van Nizhny Novgorod, wat die "Kinderklinieke" faktor weerspieël
"Termiese" kaart van Nizhny Novgorod, wat die faktor "industriële sones" weerspieël
"Termiese" beelde van die gebied maak dit moontlik om die konsentrasie van potensiaal van verskeie voorwerpe van invloed te bepaal. Vervolgens is dit nodig om die verkrygde potensiaal te kombineer in 'n integrale eienskap wat 'n beoordeling van die grondgebied moontlik maak gebaseer op 'n groot aantal faktore. Dit vereis 'n metode wat jou toelaat om 'n groot hoeveelheid inligting te ontleed, voorwerpe te herken en ook die dimensie van data te verminder en die minste hoeveelheid inligting te verloor. Een van hierdie metodes is die hoofkomponent-analise (PCA). Meer besonderhede oor hierdie metode kan gevind word in .
Die essensie van die metode is om 'n lineêre kombinasie van aanvanklike parameters te vind wat die sterkste verander op die gebied van analise. Vir ruimtelike data – die sterkste verander oor die gebied.
Die hoofkomponentmetode identifiseer voorwerpe (faktore) wat die sterkste oor die gebied verander. As gevolg van die metode verskyn nuwe veranderlikes - die hoofkomponente, wat meer insiggewend is in vergelyking met die oorspronklike data, met behulp waarvan dit makliker is om die gebied te ontleed, te beskryf en te visualiseer, waarop dit makliker is om modelle te bou. .
Die hoofkomponente is analitiese uitdrukkings - die som van die potensiaal van die aanvanklike faktore met sekere koëffisiënte. Indien enige faktor egter 'n beduidende impak op die gebied het, maar nie oor die geanaliseerde gebied verander nie, sal die hoofkomponentmetode nie hierdie faktor by die samestelling van die hoofkomponente insluit nie.
Die hoofkomponente word in dalende volgorde van inligting georden – m.a.w. versprei oor die gebied. Die eerste hoofkomponente dra aansienlik meer inligting as individuele faktore en beskryf die gebied goed. As 'n reël, wanneer ongeveer honderd faktore gebruik word, dra die eerste hoofkomponent ongeveer 50% van alle inligting (variansie) vir die gebied. Die hoofkomponente korreleer nie met mekaar nie en kan vir modelle as kenmerke van die gebied by elke punt gebruik word.
Die hoofkomponent, as een of ander abstrak berekende aanwyser van die gebied, het nie 'n duidelike naam en klassifikasie nie. 'n Stel faktore wat sterk gekorreleer is met die hoofkomponent laat ons egter toe om die hoofkomponente te interpreteer. As 'n reël korreleer die volgende faktore met die hoofkomponente:
— vlak van infrastruktuurontwikkeling;
— vervoerkomponent van die grondgebied;
- klimaatsones;
— vlak van landbou-ontwikkeling;
— ekonomiese potensiaal van die gebied.
Verdere ontleding, insluitend groepering, gaan voort met die eerste paar belangrike hoofkomponente.
In die figure kan u 'n grafiese voorstelling van die eerste hoofkomponente in die gebied van verskeie stede van die Russiese Federasie sien.
Die eerste hoofkomponent wat die vlak van ontwikkeling van stedelike infrastruktuur in Nizhny Novgorod kenmerk
Die eerste hoofkomponent wat die vlak van ontwikkeling van stedelike infrastruktuur in Jekaterinburg kenmerk
Die eerste hoofkomponent wat die vlak van ontwikkeling van stedelike infrastruktuur in Kazan kenmerk
Die eerste hoofkomponent wat die vlak van ontwikkeling van stedelike infrastruktuur in Perm kenmerk
Die eerste hoofkomponent wat die vlak van ontwikkeling van stedelike infrastruktuur in Samara kenmerk
Die eerste hoofkomponent wat die vlak van ontwikkeling van stedelike infrastruktuur in Khabarovsk kenmerk
Integrale kenmerke: groepering
Die verdere stadium van werk op grondgebiedontleding is die soeke na sones van die stedelike omgewing wat homogeen in kwaliteit is. Hierdie soektog is gebaseer op die ontleding van die waardes van die hoofkomponente op elke punt in die gebied. Die probleem om na hierdie homogene sones te soek kan opgelos word deur gebruik te maak van groepering - die proses van groepering van gebiede gebaseer op die beginsel van nabyheid van 'n stel eienskappe.
Gebiedgroepering het twee doelwitte:
- die skep van 'n beter waargenome visualisering van die gebied;
— toekenning van gebiede vir die samestelling van individuele modelle.
Gebiede word gegroepeer in ooreenstemming met die geselekteerde faktore vir ontleding. Hierdie faktore kan faktore wees wat pryse beïnvloed of faktore wat een of ander aspek van die ontwikkeling van die gebied beskryf, byvoorbeeld die sosiale sfeer.
Daar is twee algemene klassieke groeperingsmetodes: die K-beteken-metode en die dendrogram-metode. Wanneer daar met gebiede gewerk word, het die K-means-metode homself goed bewys, waarvan die kenmerk die "groei" van 'n groep is deur nuwe voorwerpe by groeipunte te voeg. Die voordeel van die K-beteken metode lê in die ooreenkoms van sy werk met die natuurlike proses van grondgebiedvorming: integrasie van soortgelykes, eerder as skeiding van ongelyksoortiges.
Die K-gemiddelde metode is gebruik vir berekeninge vir Nizhny Novgorod (figuur hieronder).
Voldoening van groepe aan die vlak van ontwikkeling van die gebied deur die voorbeeld van Nizhny Novgorod te gebruik
Met die voorgestelde benadering is dit moontlik om 'n oorsig van die gebied oor verskeie onderwerpe te verkry. Onderwerpe van belang vir ons kan byvoorbeeld die vlak van ontwikkeling van stedelike infrastruktuur, die vlak van "elite" van die gebied, die vlak van kulturele ontwikkeling, die sosiale komponent van die ontwikkeling van die gebied wees. Hierdie temas is swak gedefinieerde integrale konsepte, en bestaan uit baie onderling verwante faktore.
Met behulp van 'n algoritme om parameters vir analise te kies (insluitend met die betrokkenheid van kundiges), sal ons tematiese kaarte kry wat 'n idee gee van een aspek van die ontwikkeling van die gebied.
Integrale kenmerke word verstaan as die eerste hoofkomponente, hoofsaaklik die mees insiggewende eerste hoofkomponent, en groepering van die gebied volgens geselekteerde parameters.
Tematiese kaarte van die eerste hoofkomponente vir verskeie aspekte van ontwikkeling word in die figure hieronder aangebied.
Tematiese kaart "Kultuurvoorwerpe" met die voorbeeld van Nizhny Novgorod
Tematiese kaart "Sosiale sfeer" met die voorbeeld van Nizhny Novgorod
Integrale kenmerke maak dit moontlik om die kenmerke van 'n gebied te verstaan deur baie faktore te gebruik met minimale verlies aan inligting.
Ten slotte is dit weer die moeite werd om daarop te let dat die ontleding van gebiede vandag 'n uiters belangrike stadium is in die oplossing van die probleme van die ontwikkeling van die stedelike omgewing, die keuse van plekke om in konstruksie te belê, die vind van die mees voordelige ligging vir nuwe fasiliteite en ander take.
Die metode van gebiedsanalise wat in die artikel voorgestel word deur 'n "termiese" model van faktore van verskillende aard te gebruik, is nie krities vir die stel faktore nie, dit wil sê dit stel nie beperkings of vereistes op die aanvanklike inligting nie.
Die diversiteit en oortolligheid van broninligting, sowel as die geleentheid om oop data te gebruik, bied onbeperkte vooruitsigte vir die ontleding van enige gebied vrede.
In die volgende publikasies wat aan die probleme van territoriale analise gewy word, beplan ons om die kenmerke van die samestelling van modelle te openbaar deur hoofkomponente en metodes vir die implementering daarvan vir take soos:
- die keuse van die beste ligging wanneer 'n nuwe voorwerp geplaas word;
— konstruksie van 'n prysoppervlak vir 'n sekere kategorie voorwerpe met behulp van markwaarde;
- beoordeling van die winsgewendheid van 'n sekere tipe aktiwiteit, afhangende van die ligging van die voorwerpe.
Daar is ook planne om metodes aan te bied vir die omgekeerde oorgang van hoofkomponente na faktore, wat dit weer moontlik maak om 'n model uit faktore vir 'n gegewe gebied te verkry.
Bron: will.com