Nijni Novqorodda bir küçə şəbəkəsi üçün istilik potensialının hesablanması nümunəsi
Şəhər ərazisi daim dəyişkən olan mürəkkəb, heterojen bir sistemdir. Siz ərazini təsvir edə və məkan obyektlərindən (amillərdən) istifadə edərək şəhər mühitini qiymətləndirə bilərsiniz. Ərazini təsvir edən amillər təsir xüsusiyyətlərinə (müsbət, mənfi) və həndəsi konfiqurasiyasına (nöqtələr, xətlər, çoxbucaqlılar) görə fərqlənir.
Hər bir fərdi obyektin bütövlükdə ərazinin inkişaf səviyyəsinə və ya onun hər hansı konkret aspektinə təsir dərəcəsini müəyyən etmək çox vaxt olduqca çətindir. Bu gün “mədəniyyət”, “sosial sfera”, “sosial gərginlik”, “yaxşı həyat”, “iqtisadi inkişaf”, “əhali sağlamlığı” kimi anlayışların müəyyənləşdirilməsi və təsviri problemi getdikcə aktuallaşır. Bu anlayışları müxtəlif sosial qruplara, müxtəlif yaş və cinslərə aid əhaliyə tətbiq etmək istəsək, onların qeyri-müəyyənliyi artır.
Həmçinin qeyd etmək lazımdır ki, müasir konsepsiyada şəhərin sərhədləri kifayət qədər özbaşınadır. Əhalinin gündəlik miqrasiyası, ucqar ərazilərin nəqliyyat əlçatanlığı şəhərin sərhədlərini daha da “qarışdırır”. Hal-hazırda geniş istifadə olunan aqlomerasiya anlayışı ümumiyyətlə şəhərin sərhədlərini əks etdirir, lakin eyni zamanda şəhər sərhədi anlayışının özünü daha da qeyri-müəyyən edir.
Yuxarıda göstərilən problemlərə baxmayaraq, ərazilərin təhlili və qiymətləndirilməsi bu gün şəhər mühitinin bir çox aktual problemlərini həll etməyə imkan verən ən perspektivli və maraqlı sahələr sırasındadır.
Məqalədə "termal" modeldən istifadə edərək ərazinin təhlili metodu nəzərdən keçirilir. Bu metod müxtəlif təbiətli (nöqtə, xətti və sahə) obyektlərin (amillərin) yaratdığı potensialların öyrənilməsinə əsaslanır. Bu metoddan istifadə etməklə ərazinin təhlili ərazini təsvir edən məkan məlumatlarının (amillərinin) toplusundan ərazinin hər bir nöqtəsində dəqiq ədədi (bal) qiymətləndirməyə keçməyə imkan verir.
Ərazi təhlilinin bir hissəsi kimi öyrənilən potensiallar fiziki şərhə malikdir - müxtəlif ölçülü mühitlərdə istilik yayılması (2D, 3D). Bu fenomen, təsvirin rəng intensivliyindən asılı olaraq ərazinin inkişaf dərəcəsi haqqında fikir verən "termal" təsvirlər (ərazinin istilik xəritələri) şəklində təqdim edilə bilər.
Ərazi faktorları
Ərazi təhlili əraziyə təsir edən amillər və onların göstəriciləri haqqında məlumatların axtarışını və işlənməsini nəzərdə tutur. Təsir edən amillər ətraf əraziyə təsir edən və bir sıra xüsusiyyətlərə və məkan koordinatlarına malik olan obyektlərdir. Təsir edən amillərə dükanlar, sənaye obyektləri, yollar, meşələr və su obyektləri misal ola bilər.
Təsir göstəriciləri obyektlərdir əks etdirən obyektlərin təsiri, həmçinin bir sıra xüsusiyyətlərə və məkan koordinatlarına malik olan. Təsir göstəricilərinə nümunələr: bankomatlar, reklam lövhələri, abidələr.
Növbəti təqdimatda hər iki termini - amilləri və təsir göstəricilərini birləşdirən təsir amilləri anlayışından istifadə edəcəyik.
Aşağıda təsir edən amillər kimi çıxış edən məkan məlumatlarının nümunəsi verilmişdir.
Ərazilərin təhlili üzrə işlərin aparılmasının mühüm mərhələlərindən biri ilkin məlumatların toplanması və emalı mərhələsidir. Bu gün müxtəlif dərəcədə detallı əraziyə təsir edən amillər haqqında çoxlu məlumatlar var.
Məlumat açıq mənbələrdən və ya məhdud mənbələrdən əldə edilə bilər. Bir çox hallarda açıq məlumat təhlil üçün kifayətdir, baxmayaraq ki, bir qayda olaraq, kifayət qədər əmək tələb edən emal tələb olunur.
Açıq mənbələr arasında lider, fikrimizcə, OpenStreetMap (OSM) resursudur. Bu mənbədən əldə edilən məlumatlar bütün dünyada hər gün yenilənir.
OpenStreetMap (OSM) resurs məlumatı aşağıdakı formatlarda təqdim olunur:
- OSM formatı. “.osm” uzantısı olan əsas format XML qrafik şəkillərini – qovşaqları, yolları, əlaqələri təsvir etmək üçün istifadə olunur.
- “Polşa formatı”. Qrafiklərlə işləmək üçün “.mp” uzantılı mətn formatından istifadə olunur.
- PBF formatı. “.osm.pbf” uzantılı məlumat saxlama formatı.
Siz həmçinin məlumat mənbəyi kimi aşağıdakılardan istifadə edə bilərsiniz:
- 2 GIS
Resursda müəssisə və təşkilatlar üçün əla 3-səviyyəli klassifikatoru olan yüksək keyfiyyətli, aylıq işlənmiş məlumat var.
- KML (Keyhole Markup Language) faylları
KML (Keyhole Markup Language) faylları Google Earth, Google Maps və mobil cihazlar üçün Google Maps-də coğrafi məlumatları göstərmək üçün istifadə olunan fayl formatıdır.
KML faylları ilə siz:
- müxtəlif nişanlar quraşdırın və Yer səthindəki yerləri göstərmək üçün imzalar edin
— kameranın mövqeyini dəyişdirərək seçilmiş obyektlər üçün müxtəlif bucaqlar yaradın
- müxtəlif üst-üstə düşən şəkillərdən istifadə edin
— obyektin ekranını fərdiləşdirmək üçün üslubları müəyyənləşdirin, hiperlinklər və daxili şəkillər yaratmaq üçün HTML kodu tətbiq edin
— elementlərin iyerarxik qruplaşdırılması üçün qovluqlardan istifadə edin
— uzaq və ya yerli şəbəkə qovşaqlarından KML fayllarını dinamik olaraq qəbul edin və yeniləyin
- XNUMXD görüntüleyicidə dəyişikliklərə uyğun olaraq KML məlumatlarını alın
- Dövlət Qeydiyyatı, Kadastr və Xəritəçəkmə üzrə Federal Xidmət "Rosreestr"
Rosreestr portalındakı məlumatlar məzmunu və aktuallığı ilə qiymətlidir, lakin təəssüf ki, əsaslı tikinti layihələri və torpaq sahələri üçün qrafikləri pulsuz əldə etməyə imkan vermir. Rosreestr portalı həmçinin çoxlu sayda məhdud giriş məlumatını ehtiva edir.
- Statistika orqanları
Statistik məlumatlar ərazi haqqında qanuni məlumat mənbəyidir, lakin bu gün statistika orqanlarının məlumatları yalnız müəyyən sayda göstəricilər üçün, əsasən statistika orqanlarının hesabatlarında və regional hakimiyyət orqanlarının hesabatlarında mövcuddur.
- Hakimiyyət orqanlarının informasiya sistemləri
Yüksək keyfiyyətli məlumat dövlətin informasiya sistemlərində yer alır, lakin onun yalnız kiçik bir hissəsi ictimai sahədə dərc olunur və təhlil üçün əlçatandır.
Ərazilərin təhlilinin aparılması məlumatın tərkibinə heç bir xüsusi tələblər qoymur, əslində tapılan hər şeydən istifadə edə bilərsiniz, açıq mənbələrdən alınan məlumatlar adətən bir-birini əvəz edir. Lakin qeyd etmək lazımdır ki, hətta yalnız OSM resursundan əldə edilən məlumat da tanış olmayan ərazinin təhlilini aparmaq üçün kifayətdir.
“Termal” modeldən istifadə edərək ərazinin təhlili. Potensialların fiziki təfsiri
Daha əvvəl qeyd edildiyi kimi, ərazinin təhlili bu gün ən aktual mövzudur və müxtəlif şəhər mühitlərində infrastrukturun inkişafına sərmayələrin əsaslandırılmış cəlb edilməsi üçün güclü vasitədir.
Ərazi təhlilindən istifadə etməklə həll olunan müxtəlif problemlər bir neçə əsas sahəyə birləşdirilə bilər:
— Hər bir nöqtədə ərazinin ən şərh edilə bilən və ətraflı qiymətləndirilməsinin əldə edilməsi.
Problemi həll etməklə, ümumilikdə ərazinin, eləcə də müəyyən bir mövzu sahəsindəki inkişaf səviyyəsi haqqında fikir verən ərazinin hər bir nöqtəsində bir sıra nöqtələr əldə edə bilərsiniz. Belə bir mövzu sahəsi, məsələn, mədəniyyət, sənaye, ticarət və s. ola bilər.
— Seçilmiş ərazidə müəyyən növ investisiya obyektlərinin (məsələn, banklar, ixtisaslaşmış mağazalar, ticarət və əyləncə mərkəzləri və s.) yerləşdirilməsi üçün ən sərfəli yerlərin müəyyən edilməsi.
— Ərazidən ən səmərəli istifadənin təhlili.
Bu istiqamət ərazinin xüsusiyyətlərini, tədqiq olunan ərazidə formalaşmış bazar vəziyyətini ətraflı öyrənməyə və populyar variantları müəyyən etməyə imkan verir.
— Yeni yolların və yeni marşrutların yaranması nümunəsindən istifadə etməklə bir amilin xərc modelinə töhfəsinin müəyyən edilməsi.
— Bir ərazinin müxtəlif aspektlərinin təhlili və müxtəlif ərazilərin təhlili (ərazilərin müqayisəsi).
Məqalədə “istilik” modelindən istifadə etməklə təklif olunan ərazi təhlili metodunun orijinallığı ərazinin inkişaf göstəricilərindən - ədədi ifadələrlə təqdim olunan və obyektin əraziyə təsir dərəcəsini (təsir amili) əks etdirən potensiallardan istifadə edilməsindədir.
Tədqiqatın mahiyyətini başa düşmək üçün istilik potensialının özü haqqında bir neçə söz demək və onun fiziki şərhini vermək lazımdır.
Fizikada belə anlayışlar var güc sahəsi и güc funksiyası. Qüvvə sahəsi enerji ölçüsünə malikdir, güc funksiyası güc ölçüsünə malikdir.
Ümumdünya cazibə qanunu üçün qüvvə sahəsi düsturla müəyyən edilir:
F=k/r2, burada
k – sabit;
r – qarşılıqlı əlaqədə olan obyektlər arasındakı məsafə.
ϕ qüvvə funksiyası aşağıdakı ifadə ilə müəyyən edilir:
dϕ=-F*dr, harada
ϕ—güc sahəsinin potensialı;
dϕ, dr – diferensiallar;
r - qarşılıqlı təsir göstərən obyektlər arasındakı məsafə,
buna görə də ϕ=k/r.
Qüvvə sahəsi potensialının ϕ fiziki mənası müəyyən bir yol keçərkən qüvvə sahəsinin yerinə yetirdiyi E işidir. Ümumdünya cazibə qanunu vəziyyətində, cismə olan məsafə r2-dən r1-ə dəyişdikdə, qüvvə funksiyası düsturla müəyyən edilir.
E=k*(1/r1-1/r2), burada
E müəyyən bir yol keçərkən qüvvə sahəsinin gördüyü işdir;
r1, r2 – obyektin ilkin və son vəziyyəti.
Ərazinin təhlili vəzifəsi üçün obyektlərin (amillərin) əraziyə təsiri bir qüvvə kimi qəbul edilə bilər (güc funksiyası) və ümumi istilik potensialı kimi ərazinin inkişaf səviyyəsi (güc sahəsi) bütün obyektlərdən (amillərdən). Fizika problemlərində istilik potensialı temperatur, “termal” modeldən istifadə etməklə ərazinin təhlili məsələlərində isə potensial bütün təsir edən amillərin ərazinin bir nöqtəsinə ümumi təsirini təmsil edir.
Məkan məlumatları nöqtələrdən, xətlərdən və çoxbucaqlılardan ibarətdir. Potensialları hesablamaq üçün genişləndirilmiş məkan məlumatları kiçik fraqmentlərə bölünür. Hər bir fraqment üçün nöqtədən gələn potensial obyekt fraqmentinin (amilinin) ölçüsünə bərabər olan çarpanla hesablanır.
Məlumatlar yaxın oxşarlıq prinsipi əsasında semantik qruplara bölünür. Məsələn, ticarət obyektləri məhsul üzrə birləşdirilir. Burada meşə obyektlərinin qrupları, su obyektləri, yaşayış məntəqələri, nəqliyyat dayanacaqları və s. Məna ilə birləşən qruplar amili təmsil edir. Bütün obyektləri (amilləri) keçərək, sonrakı emal üçün uyğun bir sıra istilik potensialı əldə edirik.
Potensialların istifadəsi (“istilik xəritələri”) məkan məlumatlarından əraziyə təsir edən obyektlərin (faktorların) “istilik” təsvirlərinə keçməyə imkan verir (potensialların vizuallaşdırılması). Belə bir keçid ərazinin hər bir nöqtəsində faktorun mövcudluq dərəcəsini müəyyən etməyə və əlavə təhlil aparmağa imkan verir, yəni. şəhər inkişafının müxtəlif istiqamətlərini rəngli şəkildə nümayiş etdirir. Beləliklə, ərazinin hər bir nöqtəsi üçün müxtəlif intensivlikdə bir parıltı əldə edirik.
Aşağıda bir neçə amil kontekstində Nijni Novqorod ərazisinin "termal" görüntülərinin nümunələri verilmişdir.
"Aptek zənciri" faktorunu əks etdirən Nijni Novqorodun "termal" xəritəsi
"Böyüklər üçün poliklinikalar" faktorunu əks etdirən Nijni Novqorodun "istilik" xəritəsi
"Uşaq klinikaları" faktorunu əks etdirən Nijni Novqorodun "termal" xəritəsi
"Sənaye zonaları" faktorunu əks etdirən Nijni Novqorodun "termal" xəritəsi
Ərazinin “termal” təsvirləri müxtəlif təsir obyektlərindən potensialların konsentrasiyasını müəyyən etməyə imkan verir. Bundan sonra, əldə edilmiş potensialları çox sayda amillərə əsaslanaraq ərazini qiymətləndirməyə imkan verən inteqral xarakteristikaya birləşdirmək lazımdır. Bu, böyük miqdarda məlumatı təhlil etməyə, obyektləri tanımağa, həmçinin məlumatların ölçüsünü azaltmağa, ən az məlumatı itirməyə imkan verən bir üsul tələb edir. Bu üsullardan biri də əsas komponent analizidir (PCA). Bu üsul haqqında daha ətraflı məlumatı burada tapa bilərsiniz .
Metodun mahiyyəti analiz sahəsində ən güclü şəkildə dəyişən ilkin parametrlərin xətti birləşməsini tapmaqdır. Məkan məlumatları üçün - ərazi üzrə ən güclü dəyişən.
Əsas komponent metodu ərazi üzərində ən güclü şəkildə dəyişən obyektləri (amilləri) müəyyən edir. Metod nəticəsində yeni dəyişənlər - ilkin məlumatlarla müqayisədə daha informativ olan əsas komponentlər meydana çıxır, onların köməyi ilə ərazini təhlil etmək, təsvir etmək və vizuallaşdırmaq daha asandır, üzərində modellər qurmaq daha asandır. .
Əsas komponentlər analitik ifadələrdir - müəyyən əmsallara malik ilkin amillərin potensiallarının cəmi. Bununla belə, hər hansı amil əraziyə əhəmiyyətli təsir göstərirsə, lakin təhlil edilən ərazi üzrə dəyişməzsə, əsas komponent metodu bu amili əsas komponentlərin tərkibinə daxil etməyəcək.
Əsas komponentlər məlumatın azalan ardıcıllığı ilə sıralanır - yəni. ərazisinə yayılır. Birinci əsas komponentlər fərdi amillərdən əhəmiyyətli dərəcədə daha çox məlumat daşıyır və ərazini yaxşı təsvir edir. Bir qayda olaraq, yüzə yaxın amildən istifadə edərkən, birinci əsas komponent ərazi üçün bütün məlumatların (variasiyanın) təxminən 50% -ni daşıyır. Əsas komponentlər bir-biri ilə əlaqəli deyil və hər bir nöqtədə ərazinin xüsusiyyətləri kimi modellər üçün istifadə edilə bilər.
Əsas komponent ərazinin bəzi mücərrəd hesablanmış göstəricisi kimi aydın adı və təsnifatı yoxdur. Bununla belə, əsas komponentlə güclü əlaqədə olan amillər toplusu əsas komponentləri şərh etməyə imkan verir. Bir qayda olaraq, aşağıdakı amillər əsas komponentlərlə əlaqələndirilir:
— infrastrukturun inkişaf səviyyəsi;
— ərazinin nəqliyyat komponenti;
- iqlim zonaları;
— kənd təsərrüfatının inkişaf səviyyəsi;
— ərazinin iqtisadi potensialı.
Əlavə təhlil, o cümlədən qruplaşma, ilk bir neçə mühüm əsas komponentlə davam edir.
Rəqəmlərdə Rusiya Federasiyasının bir neçə şəhərinin ərazisində ilk əsas komponentlərin qrafik təsvirini görə bilərsiniz.
Nijni Novqorodda şəhər infrastrukturunun inkişaf səviyyəsini xarakterizə edən ilk əsas komponent
Yekaterinburqda şəhər infrastrukturunun inkişaf səviyyəsini xarakterizə edən ilk əsas komponent
Kazanda şəhər infrastrukturunun inkişaf səviyyəsini xarakterizə edən birinci əsas komponent
Permdə şəhər infrastrukturunun inkişaf səviyyəsini xarakterizə edən ilk əsas komponent
Samarada şəhər infrastrukturunun inkişaf səviyyəsini xarakterizə edən ilk əsas komponent
Xabarovskda şəhər infrastrukturunun inkişaf səviyyəsini xarakterizə edən ilk əsas komponent
İnteqral xüsusiyyətlər: qruplaşma
Ərazinin təhlili üzrə işin sonrakı mərhələsi keyfiyyətcə homojen olan şəhər mühitinin zonalarının axtarışıdır. Bu axtarış ərazinin hər bir nöqtəsində əsas komponentlərin dəyərlərinin təhlilinə əsaslanır. Bu homojen zonaların axtarışı problemi klasterləşdirmədən istifadə etməklə həll edilə bilər - bir sıra xüsusiyyətlər toplusunun yaxınlığı prinsipi əsasında ərazilərin qruplaşdırılması prosesi.
Ərazi qruplaşmasının iki məqsədi var:
— ərazinin daha yaxşı qavranılan vizual görünüşünün yaradılması;
— ayrı-ayrı modellərin tərtibi üçün sahələrin ayrılması.
Təhlil üçün seçilmiş amillərə uyğun olaraq ərazilər qruplaşdırılır. Bu amillər qiymətə təsir edən amillər və ya ərazinin inkişafının bəzi aspektlərini, məsələn, sosial sahəni təsvir edən amillər ola bilər.
İki ümumi klassik klaster metodu var: K-vasitəsi metodu və dendroqramma metodu. Ərazilərlə işləyərkən K-vasitələri metodu özünü yaxşı sübut etdi, onun xüsusiyyəti böyümə nöqtələrinə yeni obyektlər əlavə etməklə klasterin “böyüməsi”dir. K-vasitələri metodunun üstünlüyü onun işinin ərazinin formalaşmasının təbii prosesinə oxşarlığındadır: oxşar olmayanların ayrılması deyil, oxşarların inteqrasiyası.
Nijni Novqorod üçün hesablamalar üçün K-vasitələri metodundan istifadə edilmişdir (aşağıdakı şəkil).
Nijni Novqorod nümunəsindən istifadə edərək, klasterlərin ərazinin inkişaf səviyyəsinə uyğunluğu
Təklif olunan yanaşma ilə müxtəlif mövzularda ərazinin icmalını əldə etmək mümkündür. Bizi maraqlandıran mövzular, məsələn, şəhər infrastrukturunun inkişaf səviyyəsi, ərazinin “elitarlıq” səviyyəsi, mədəni inkişaf səviyyəsi, ərazinin inkişafının sosial komponenti ola bilər. Bu mövzular düzgün müəyyən edilməmiş inteqral anlayışlardır və bir-biri ilə əlaqəli bir çox amillərdən ibarətdir.
Təhlil üçün parametrlərin seçilməsi üçün bəzi alqoritmlərdən istifadə edərək (o cümlədən mütəxəssislərin iştirakı ilə) ərazinin inkişafının bir aspekti haqqında fikir verən tematik xəritələr əldə edəcəyik.
İnteqral xarakteristikalar dedikdə ilk əsas komponentlər, ilk növbədə ən informativ birinci əsas komponent və seçilmiş parametrlərə görə ərazinin qruplaşdırılması başa düşülür.
İnkişafın müxtəlif aspektləri üçün ilk əsas komponentlərin tematik xəritələri aşağıdakı rəqəmlərdə təqdim olunur.
Nijni Novqorod nümunəsindən istifadə edərək "Mədəni obyektlər" tematik xəritəsi
Nijni Novqorod nümunəsindən istifadə edərək "Sosial sahə" tematik xəritəsi
İnteqral xüsusiyyətlər minimum məlumat itkisi ilə bir çox amillərdən istifadə edərək ərazinin xüsusiyyətlərini başa düşməyə imkan verir.
Sonda bir daha qeyd etmək yerinə düşər ki, bu gün ərazilərin təhlili şəhər mühitinin inkişafı, tikintiyə sərmayə qoymaq üçün yerlərin seçilməsi, yeni obyektlər üçün ən sərfəli yerlərin tapılması və digər vəzifələrin həllində son dərəcə mühüm mərhələdir.
Müxtəlif xarakterli amillərdən “termal” modeldən istifadə etməklə məqalədə təklif olunan ərazi təhlili metodu amillər toplusu üçün kritik əhəmiyyət kəsb etmir, yəni ilkin məlumatlara məhdudiyyətlər və ya tələblər qoymur.
Mənbə məlumatlarının müxtəlifliyi və artıqlığı, eləcə də açıq məlumatlardan istifadə imkanı təmin edir istənilən ərazini təhlil etmək üçün qeyri-məhdud perspektivlər dünya.
Ərazi təhlili problemlərinə həsr olunmuş aşağıdakı nəşrlərdə biz əsas komponentlərdən istifadə edərək modellərin tərtibinin xüsusiyyətlərini və bu kimi vəzifələr üçün onların həyata keçirilməsi üsullarını aşkar etməyi planlaşdırırıq:
— yeni obyekt yerləşdirərkən ən yaxşı yerin seçilməsi;
— bazar dəyərindən istifadə etməklə müəyyən kateqoriya obyektlər üçün qiymət səthinin tikintisi;
- obyektlərin yerləşdiyi yerdən asılı olaraq müəyyən fəaliyyət növünün gəlirliliyinin qiymətləndirilməsi.
Əsas komponentlərdən amillərə tərs keçid üsullarının təqdim edilməsi də planlaşdırılır ki, bu da öz növbəsində müəyyən ərazi üçün amillərdən model əldə etməyə imkan verir.
Mənbə: www.habr.com