في أول مشاركة () لقد وصفنا كيف يمكن استخدام الإمكانات الحرارية لتحليل المناطق بشكل عام. في المنشورات التالية ، تم التخطيط لوصف كيفية تخزين المعلومات حول الكائنات المكانية في قواعد البيانات ، وكيف يتم بناء النماذج من المكونات الرئيسية ، وبشكل عام ما هي مهام تحليل المنطقة التي يمكن أن تكون. لكن أول الأشياء أولاً.
إن استخدام طريقة الإمكانات الحرارية ، أولاً وقبل كل شيء ، يجعل من الممكن تكوين فكرة عامة عن المنطقة التي تهمنا. على سبيل المثال ، بأخذ المعلومات الأولية من OSM لبرشلونة (كاتالونيا) ، وبعد إجراء تحليل متكامل دون تحديد المعلمات ، يمكننا الحصول على صور "حرارية" للمكونات الرئيسية الأولى. تحدثنا أيضًا عن خرائط "الحرارة" في المقالة الأولى ، ولكن لن يكون من غير الضروري أن نتذكر أن مصطلح "خريطة الحرارة" نشأ بسبب المعنى المادي للإمكانيات المستخدمة في التحليل المتكامل. أولئك. في مشاكل الفيزياء ، الاحتمال هو درجة الحرارة ، وفي مشاكل تحليل الأراضي ، فإن الاحتمال هو التأثير الكلي لجميع عوامل التأثير على نقطة معينة من الإقليم.
يوجد أدناه مثال لخريطة "الحرارة" لبرشلونة ، تم الحصول عليها نتيجة لتحليل متكامل.
خريطة "الحرارة" للمكون الرئيسي الأول ، بدون اختيار البارامترات ، برشلونة
ومن خلال تحديد معلمة محددة (في هذه الحالة ، اخترنا الصناعة) ، يمكنك الحصول على خريطة "حرارة" مباشرة منها.
خريطة "الحرارة" للمكون الرئيسي الأول ، الصناعة ، برشلونة
بالطبع ، مهام التحليل أوسع بكثير وأكثر تنوعًا من الحصول على تقييم عام للمنطقة المختارة ، لذلك ، على سبيل المثال ، في هذه المقالة سننظر في مشكلة العثور على أفضل مكان عند وضع كائن جديد والتنفيذ الفني من طريقة الجهد الحراري لحلها ، وفي المنشورات التالية سنلقي نظرة على المنشورات الأخرى.
سيساعد حل مشكلة العثور على أفضل مكان عند وضع كائن جديد في تحديد مدى "استعداد المنطقة لقبول" هذا الكائن الجديد ، ومدى ارتباطه بالعناصر الأخرى الموجودة بالفعل في المنطقة ، ومدى قيمة هذا الكائن الجديد للإقليم وما القيمة التي ستضيفها.
مراحل التنفيذ الفني
يمكن تمثيل التنفيذ الفني من خلال تسلسل تنفيذ الإجراءات المذكورة أدناه:
- إعداد بيئة المعلومات.
- البحث عن المعلومات الأولية وجمعها ومعالجتها.
- بناء شبكة من العقد في المنطقة التي تم تحليلها.
- تقسيم عوامل الإقليم إلى شظايا.
- حساب الإمكانات من العوامل.
- اختيار العوامل لإنشاء خصائص متكاملة موضوعية للإقليم.
- تطبيق طريقة المكونات الرئيسية للحصول على مؤشرات متكاملة للإقليم.
- إنشاء نماذج لاختيار مكان لبناء منشأة جديدة.
المرحلة 1. إعداد بيئة المعلومات
في هذه المرحلة ، من الضروري اختيار نظام إدارة قواعد البيانات (DBMS) ، وتحديد مصادر المعلومات ، وطرق جمع المعلومات ، وكمية المعلومات التي تم جمعها.
بالنسبة للعمل ، استخدمنا قاعدة بيانات PostgeSql (DB) ، ولكن تجدر الإشارة إلى أن أي قاعدة بيانات أخرى تعمل مع استعلامات SQL ستفي بالغرض.
ستقوم قاعدة البيانات بتخزين المعلومات الأولية - البيانات المكانية حول الكائنات: أنواع البيانات (النقاط والخطوط والمضلعات) وإحداثياتها وخصائصها الأخرى (الطول والمساحة والرقم) ، بالإضافة إلى جميع القيم المحسوبة التي تم الحصول عليها على النحو التالي نتيجة العمل المنجز ونتائج العمل نفسها.
يتم تقديم المعلومات الإحصائية أيضًا كبيانات مكانية (على سبيل المثال ، مناطق إقليم مع بيانات إحصائية مخصصة لهذه المناطق).
نتيجة لتحويل ومعالجة المعلومات الأولية التي تم جمعها ، يتم تشكيل جداول تحتوي على معلومات حول العوامل الخطية والنقطية والمساحة ومعرفاتها وإحداثياتها.
المرحلة الثانية. البحث عن المعلومات الأولية وجمعها ومعالجتها
كمعلومات أولية لحل هذه المشكلة ، نستخدم المعلومات من مصادر الخرائط المفتوحة التي تحتوي على معلومات حول المنطقة. القائد ، في رأينا ، هو معلومات OSM ، والتي يتم تحديثها يوميًا في جميع أنحاء العالم. ومع ذلك ، إذا تمكنت من جمع المعلومات من مصادر أخرى ، فلن يكون الأمر أسوأ.
تتمثل معالجة المعلومات في جعلها موحدة ، والقضاء على المعلومات الخاطئة وإعدادها للتحميل في قاعدة البيانات.
المرحلة 3. بناء شبكة من العقد في المنطقة التي تم تحليلها
لضمان استمرارية المنطقة التي تم تحليلها ، من الضروري بناء شبكة عليها ، يكون لعقدها إحداثيات في نظام إحداثيات معين. في كل عقدة من الشبكة ، سيتم تحديد قيمة الإمكانات لاحقًا. سيسمح لك ذلك بتصور المناطق المتجانسة والمجموعات والنتائج النهائية للتحليل.
اعتمادًا على المهام المطلوب حلها ، يوجد خياران لإنشاء شبكة:
- شبكة بخطوة منتظمة (S1) - لمحة عامة في جميع أنحاء الإقليم. يتم استخدامه لحساب الإمكانات من العوامل ، وتحديد الخصائص المتكاملة للإقليم (المكونات والعناقيد الرئيسية) ، وعرض نتائج المحاكاة.
عند اختيار هذه الشبكة ، يجب عليك تحديد:
- خطوة الشبكة - الفاصل الزمني الذي سيتم من خلاله تحديد موقع العقد الشبكية ؛
- حدود المنطقة التي تم تحليلها ، والتي قد تتوافق مع التقسيم الإداري الإقليمي ، أو قد تكون منطقة على الخريطة تحدد مساحة الحساب في شكل مضلع.
- شبكة غير منتظمة (S2) يصف نقاط منفصلة من الإقليم (على سبيل المثال ، النقط الوسطى). كما يحسب الإمكانات من العوامل ، ويحدد الخصائص المتكاملة للإقليم (المكونات والعناقيد الرئيسية). يتم تنفيذ النمذجة باستخدام المكونات الرئيسية المحسوبة على شبكة بخطوة غير منتظمة ، ولتخيل نتائج المحاكاة ، يتم نقل أعداد المجموعات من العقد الشبكية ذات الخطوة غير المنتظمة إلى العقد الشبكية بخطوة منتظمة وفقًا لمبدأ التنسيق القرب.
في قاعدة البيانات ، يتم تخزين المعلومات حول إحداثيات العقد الشبكية في شكل جدول يحتوي على المعلومات التالية لكل عقدة:
- معرف العقدة
- إحداثيات العقدة (س ، ص).
أمثلة للشبكات بخطوة منتظمة إلى مناطق مختلفة بخطوات مختلفة موضحة في الأشكال أدناه.
شبكة تغطية مدينة نيجني نوفغورود (النقاط الحمراء). شبكة تغطية منطقة نيجني نوفغورود (النقاط الزرقاء).
المرحلة الرابعة. تقسيم عوامل الإقليم إلى أجزاء
لمزيد من التحليل ، يجب تحويل العوامل الممتدة للمنطقة إلى مجموعة من العوامل المنفصلة بحيث تحتوي كل عقدة شبكة على معلومات حول كل عامل موجود فيها. تنقسم العوامل الخطية إلى شرائح ، المنطقة - إلى أجزاء.
يتم تحديد خطوة التقسيم بناءً على مساحة الإقليم وخصائص العامل ، بالنسبة للمناطق الكبيرة (المنطقة) ، يمكن أن تكون خطوة التقسيم 100-150 مترًا ، وبالنسبة للمناطق الأصغر (المدينة) يمكن أن تكون خطوة التقسيم 25- 50 م.
في قاعدة البيانات ، يتم تخزين المعلومات حول نتائج التقسيم في شكل جدول يحتوي على المعلومات التالية لكل جزء:
- معرّف العامل
- إحداثيات النقط الوسطى للأجزاء التي تم الحصول عليها من القسم (س ، ص) ؛
- طول / مساحة أجزاء التقسيم.
المرحلة الخامسة. حساب الإمكانات من العوامل
أحد الأساليب الممكنة والمفهومة لتحليل المعلومات الأولية هو النظر في العوامل كإمكانات من كائنات التأثير.
نستخدم الحل الأساسي لمعادلة لابلاس للحالة ثنائية الأبعاد - لوغاريتم المسافة من النقطة.
مع الأخذ في الاعتبار متطلبات القيمة المحدودة للإمكانات عند الصفر وحدود قيمة الإمكانات على مسافات كبيرة ، يتم تعريف الإمكانات على النحو التالي:
في ص (1)
لـ r2> r> = r1
لـ r> = r2
نوع التأثير المحتمل من كائن نقطي
يجب أن تكون الوظيفة اللوغاريتمية محدودة بصفر ومحدودة بشكل معقول على مسافة ما من العوامل. إذا لم تحد من الإمكانات على مسافات كبيرة من العامل ، فسيتعين عليك أن تأخذ في الاعتبار قدرًا هائلاً من المعلومات بعيدًا عن النقطة التي تم تحليلها ، والتي لا تؤثر عمليًا على التحليل. لذلك ، نقدم قيمة نصف قطر عمل العامل ، والتي بعدها تكون المساهمة في الإمكانات من العامل تساوي الصفر.
بالنسبة للمدينة ، يتم أخذ نصف قطر العامل بمقدار نصف ساعة مشاة إمكانية الوصول - 2 متر. بالنسبة للمنطقة يجب الحديث عن نصف ساعة ينقل إمكانية الوصول - 20 متر.
وبالتالي ، نتيجة لحساب القيم المحتملة ، لدينا إجمالي الإمكانات من كل عامل في كل عقدة في الشبكة العادية.
المرحلة 6. اختيار العوامل لإنشاء خصائص متكاملة موضوعية للإقليم
في هذه المرحلة ، يتم اختيار العوامل الأكثر أهمية وغنية بالمعلومات لإنشاء خصائص موضوعية متكاملة للمنطقة.
يمكن أن يتم اختيار العوامل تلقائيًا عن طريق تعيين حدود معينة للمعلمات (الارتباط ، النسبة المئوية للتأثير ، إلخ) ، أو عن طريق وسائل الخبراء ، مع معرفة موضوع المشكلة والحصول على فكرة عن المنطقة.
بعد تحديد العوامل الأكثر أهمية وغنية بالمعلومات ، يمكنك المتابعة إلى المرحلة التالية - تفسير المكونات الرئيسية.
المرحلة 7. تطبيق طريقة المكونات الرئيسية للحصول على مؤشرات متكاملة للإقليم. تجمع
يتم دمج المعلومات الأولية حول عوامل المنطقة ، التي تم تحويلها في المرحلة السابقة إلى الإمكانات المحسوبة لكل عقدة شبكة ، في مؤشرات متكاملة جديدة - المكونات الرئيسية.
تحلل طريقة المكون الرئيسي تنوع العوامل في منطقة الدراسة ، وبناءً على نتائج هذا التحليل ، تجد المجموعة الخطية الأكثر تنوعًا ، مما يجعل من الممكن حساب قياس تغيرها - التشتت على المنطقة.
لنأخذ مهمة عامة لتجميع نموذج لتقريب وظيفة النموذج الخطي إلى القيم المعطاة
(2)
حيث أنا هو رقم المكون ،
ن هو عدد المكونات المشاركة في الحساب
j - مؤشر عقدة نقطة الإقليم ، j = 1..k
ك - عدد جميع العقد الشبكية للمنطقة ، والتي تم استخدامها لحساب المكونات الرئيسية
- المعامل في المكون الرئيسي i للنموذج
- قيمة المكون الرئيسي i عند النقطة j
B هو المصطلح المجاني للنموذج
هي الإمكانية عند النقطة j من العامل الذي نبني له نموذجًا
حدد المجهول في المعادلة (2) بطريقة المربعات الصغرى ، باستخدام خصائص المكونات الرئيسية:
(3)
حيث i و i2 أرقام مكونة ، i <> i2
j هو فهرس عقدة المنطقة
k هو عدد جميع العقد الإقليمية
(4)
(3) يعني عدم وجود ارتباط بين المكونات
(4) - القيمة الإجمالية لأي مكون تساوي الصفر.
نحصل على:
(5)
الترميز هنا هو نفسه الموجود في المعادلة (2), تعني متوسط قيمة الإمكانات
يمكن تفسير هذه النتيجة على النحو التالي:
النموذج عبارة عن تعبير بسيط يتكون من متوسط قيمة القيمة النموذجية ، وتصحيحات بسيطة لها بواسطة كل مكون. كحد أدنى ، يجب أن تتضمن النتيجة التقاطع B والمكون الأساسي الأول. فيما يلي أمثلة على الخرائط الحرارية للمكونات الرئيسية الأولى لمنطقة نيجني نوفغورود.
بناءً على المكونات الرئيسية المحسوبة ، من الممكن بناء مناطق متجانسة. يمكن القيام بذلك من حيث جميع المعلمات ، وعلى سبيل المثال ، فقط من حيث التسعير - أي أداء التجميع. لهذا ، يمكنك استخدام . لكل منطقة متجانسة ، يتم حساب متوسط قيمة المكون الرئيسي الأول ، الذي يميز مستوى تطور الإقليم.
فيما يلي مثال على التجميع حسب معلمات التسعير لمنطقة نيجني نوفغورود.
أيضًا ، باستخدام المكونات الرئيسية التي تم الحصول عليها كمعلمات لنموذج التكلفة ، يمكننا الحصول على سطح السعر للمنطقة.
سعر سطح مدينة نيجني نوفغورود
المرحلة 8. إنشاء نماذج لاختيار موقع لبناء منشأة جديدة
لتحديد المكان الأكثر جاذبية لموقع كائن جديد (يشار إليه فيما يلي باسم "الكائن") ، من الضروري مقارنة موقع "الكائن" بالبنية التحتية المحيطة. من أجل تشغيل "الكائن" يجب أن تكون هناك موارد كافية لضمان عمله ، يجب مراعاة عدد كبير من العوامل ذات التأثير الإيجابي والسلبي على "الكائن". يمكن تعريف مجموع هذه العوامل على أنها بيئة "مغذية" لعمل "الكائن". إن مطابقة عدد الأشياء مع كمية موارد الإقليم هو أساس الأداء المستقر لـ "الكائن".
نتيجة هذه المقارنة هي القدرة المحسوبة لكل نقطة في الإقليم والسماح بصريًا وتحليليًا بتحليل اختيار الموقع لوضع "كائن" جديد.
بالنسبة للتجارة ، على سبيل المثال ، من بين أمور أخرى ، يعد التدفق المستمر للمشترين أمرًا مهمًا ، مما يعني أن قائمة العوامل التي يجب مراعاتها للأغراض التجارية يجب أن تتضمن أيضًا تلك التي توفر هذا التدفق (على سبيل المثال ، مرافق البنية التحتية الاجتماعية ، أماكن العمل وأماكن الإقامة والطرق السريعة وما إلى ذلك).
من ناحية أخرى ، إذا تم استيفاء جميع الشروط لضمان عمل الأشياء التجارية ، فمن الضروري مراعاة كثافة الأشياء التجارية ، لأن "استهلاك" البيئة يؤدي إلى انخفاض في إمكانية الشراء. تدفق الناس ليس بلا حدود ، الأمر نفسه ينطبق على مواردهم المالية وقدراتهم المادية.
يتم تقليل خوارزمية حل مشكلة اختيار أفضل موقع لجسم ما إلى حقيقة أن الإمكانات التي تم الحصول عليها كدالة للمكونات الرئيسية أقرب ما يمكن إلى إمكانات مجموعة من الكائنات من نوع "الكائن" ؛ ثم يتم حساب الفرق بين إمكانات النموذج وإمكانات كائنات من نوع "الكائن" ؛ يتم طرح قيمة مساهمة "كائن" واحد من الفرق الذي تم الحصول عليه ؛ يتم استبدال القيم السالبة التي تم الحصول عليها في هذه الحالة بصفر ، أي تلك الأماكن التي لا توجد فيها موارد كافية لتشغيل "الكائن" الجديد.
نتيجة للإجراءات المتخذة ، نحصل على نقاط من المنطقة ذات قيمة إيجابية للإمكانات ، أي أماكن الموقع المناسب لـ "كائننا".
بمعنى آخر ، لدينا الإمكانات المحسوبة لجميع العوامل الموجودة تحت تصرفنا والعامل الذي نريد من خلاله بناء نموذج وإجراء تحليل للمجال المواضيعي المختار (التجارة ، الصناعة ، الثقافة ، المجال الاجتماعي ، إلخ.)
للقيام بذلك ، يلزم تحديد عوامل بناء المتغيرات البيئية - المكونات الرئيسية - ثم حساب النماذج بناءً عليها.
يُقترح اختيار العوامل من خلال تحليل ارتباطات جميع العوامل مع العامل المرجعي للمجال الموضوعي. على سبيل المثال ، بالنسبة للثقافة ، يمكن أن تكون المسارح ونظام التعليم والمدارس وما إلى ذلك.
نحسب ارتباط الإمكانات القياسية بإمكانيات جميع العوامل. نختار تلك العوامل التي تكون معاملات الارتباط الخاصة بها بالقيمة المطلقة أكبر من قيمة معينة (غالبًا ما يتم أخذ قيمة الحد الأدنى لمعامل الارتباط = 0).
(6)
حيث - القيمة المطلقة لمعامل الارتباط للعامل i بالمعيار.
يتم حساب الارتباط على جميع عقد الشبكة التي تغطي المنطقة.
الفرق بين إمكانات النموذج وإمكانات كائنات من نفس نوع الكائن الجديد في المعادلة (2) يوضح إمكانات المنطقة ، والتي يمكن استخدامها لتحديد موقع المرافق الجديدة.
ونتيجة لذلك نحصل على قيمة الإمكانات التي تميز درجة الاستفادة من موقع "الشيء" في منطقة الدراسة.
فيما يلي مثال لكيفية عرض المناطق الموصى بها بيانياً لموقع "كائن" جديد.
وبالتالي ، يمكن تمثيل نتيجة حل مشكلة اختيار أفضل موقع لكائن جديد كتقييم للمنطقة في نقاط عند كل نقطة ، مما يعطي فكرة عن إمكانية تحديد موقع كائن استثماري ، أي كلما ارتفع النتيجة ، كلما كان تحديد موقع الكائن أكثر ربحية.
في الختام ، يجب أن يقال أنه في هذه المقالة نظرنا في مشكلة واحدة فقط يمكن حلها باستخدام تحليل المناطق ، مع وجود بيانات من مصادر مفتوحة. في الواقع ، هناك الكثير من المهام التي يمكن حلها بمساعدتها ، وعددها محدود فقط بخيالك.
المصدر: www.habr.com