U prvoj publikaciji () opisali smo kako se termalni potencijali mogu koristiti za analizu teritorija općenito. U narednim publikacijama planirano je da se opiše kako se informacije o prostornim objektima pohranjuju u baze podataka, kako se grade modeli iz glavnih komponenti i općenito koji zadaci analize teritorija mogu biti. Ali prvo stvari.
Korištenje metode termičkog potencijala prije svega omogućava da se dobije opća predodžba o teritoriji koja nas zanima. Na primjer, uzimajući početne informacije od OSM-a za grad Barcelonu (Katalonija), i izvodeći integralnu analizu bez odabira parametara, možemo dobiti “termalne” slike prvih glavnih komponenti. U prvom članku smo govorili i o “toplotnim” kartama, ali ne bi bilo loše podsjetiti da je termin “toplotna” karta nastao zbog fizičkog značenja potencijala koji se koriste za integralnu analizu. One. u problemima fizike potencijal je temperatura, au problemima teritorijalne analize potencijal je ukupni efekat svih uticajnih faktora na određenu tačku na teritoriji.
Ispod je primjer „toplotne“ karte grada Barcelone dobivene kao rezultat integralne analize.
“Heat” mapa prve glavne komponente, bez odabira parametara, Barcelona
A postavljanjem određenog parametra (u ovom slučaju smo odabrali industriju), možete dobiti "toplotnu" kartu direktno za nju.
Toplotna karta prve glavne komponente, industrije, Barcelona
Naravno, problemi analize su mnogo širi i raznovrsniji od dobijanja opće procjene odabrane teritorije, stoga ćemo, kao primjer, u ovom članku razmotriti problem pronalaženja najbolje lokacije prilikom postavljanja novog objekta i tehničke karakteristike. implementacija metode termičkog potencijala za njegovo rješavanje, au budućim publikacijama ćemo se osvrnuti na druge.
Rješavanje problema pronalaženja najbolje lokacije prilikom postavljanja novog objekta pomoći će u određivanju koliko je teritorija „spremna“ da prihvati ovaj novi objekt, kako će korelirati s drugim objektima koji već postoje na teritoriji, koliko će ovaj novi objekat biti vrijedan za teritoriju i koju vrijednost će to dodati.
Faze tehničke implementacije
Tehnička implementacija se može predstaviti nizom dolje navedenih postupaka:
- Priprema informacionog okruženja.
- Pretraga, prikupljanje i obrada izvornih informacija.
- Izgradnja mreže čvorova na analiziranoj teritoriji.
- Rastavljanje faktora teritorije na fragmente.
- Proračun potencijala iz faktora.
- Izbor faktora za kreiranje tematskih integralnih karakteristika teritorije.
- Primena metode glavne komponente za dobijanje integralnih indikatora teritorije.
- Izrada modela za odabir lokacije za izgradnju novog objekta.
Faza 1. Priprema informacionog okruženja
U ovoj fazi potrebno je odabrati sistem za upravljanje bazom podataka (DBMS), odrediti izvore informacija, metode prikupljanja informacija i količinu prikupljenih informacija.
Za naš rad koristili smo PostgeSql bazu podataka (DB), ali je vrijedno napomenuti da će to učiniti bilo koja druga baza podataka koja radi sa SQL upitima.
Baza podataka će pohranjivati početne informacije - prostorne podatke o objektima: tipove podataka (tačke, linije, poligoni), njihove koordinate i druge karakteristike (dužina, površina, količina), kao i sve izračunate vrijednosti dobijene kao rezultat obavljeni radovi i sami rezultati rada.
Statističke informacije se također predstavljaju kao prostorni podaci (na primjer, regioni regiona sa statističkim podacima koji su dodijeljeni tim regijama).
Kao rezultat transformacije i obrade prikupljenih početnih informacija formiraju se tabele koje sadrže informacije o linearnim, tačkastim i površinskim faktorima, njihovim identifikatorima i koordinatama.
Faza 2. Pretraga, prikupljanje i obrada izvornih informacija
Kao početne informacije za rješavanje ovog problema koristimo informacije iz otvorenih kartografskih izvora koji sadrže podatke o teritoriji. Vodeći, po našem mišljenju, je OSM informacija, koja se svakodnevno ažurira širom svijeta. Međutim, ako uspijete prikupiti informacije iz drugih izvora, neće biti ništa gore.
Obrada informacija se sastoji od dovođenja u uniformnost, eliminisanja lažnih informacija i pripreme za učitavanje u bazu podataka.
Faza 3. Izgradnja mreže čvorova na analiziranoj teritoriji
Da bi se osigurao kontinuitet analizirane teritorije, potrebno je na njoj konstruisati mrežu čiji čvorovi imaju koordinate u datom koordinatnom sistemu. Na svakom čvoru mreže potencijalna vrijednost će se naknadno odrediti. Ovo će vam omogućiti da vizualizirate homogena područja, klastere i konačne rezultate analize.
Ovisno o zadacima koje treba riješiti, moguće su dvije opcije za izgradnju mreže:
— Mreža sa pravilnim korakom (S1) – vidljivo je na cijeloj teritoriji. Koristi se za izračunavanje potencijala iz faktora, određivanje integralnih karakteristika teritorije (glavne komponente i klasteri) i prikaz rezultata modeliranja.
Prilikom odabira ove mreže morate navesti:
- razmak mreže – interval u kojem će se nalaziti čvorovi mreže;
- granica analizirane teritorije, koja može odgovarati administrativno-teritorijalnoj podjeli, ili može biti područje na karti koje ograničava računsko područje u obliku poligona.
— Mreža s nepravilnim razmacima (S2) opisuje pojedinačne tačke teritorije (na primjer centre). Takođe se koristi za izračunavanje potencijala iz faktora i određivanje integralnih karakteristika teritorije (glavne komponente i klasteri). Modeliranje sa izračunatim glavnim komponentama vrši se upravo na mreži s nepravilnim korakom, a za vizualizaciju rezultata simulacije brojevi klastera iz čvorova mreže s nepravilnim korakom prenose se u čvorove mreže sa pravilnim korakom po principu blizine koordinata. .
U bazi podataka, informacije o koordinatama čvorova mreže pohranjuju se u obliku tablice koja sadrži sljedeće informacije za svaki čvor:
- ID čvora;
- koordinate čvora (x, y).
Primjeri mreža s pravilnim razmakom za različite teritorije sa različitim razmacima prikazani su na slikama ispod.
Mreža pokrivenosti Nižnjeg Novgoroda (crvene tačke). Mreža pokrivenosti regije Nižnji Novgorod (plave tačke).
Faza 4 Rastavljanje faktora teritorije na fragmente
Za dalju analizu, prošireni faktori teritorije moraju se pretvoriti u niz diskretnih faktora tako da svaki čvor mreže sadrži informacije o svakom faktoru koji je prisutan u njemu. Linearni faktori su podijeljeni na segmente, faktori površine na fragmente.
Korak pregrade se bira na osnovu površine teritorije i specifičnog faktora; za velike površine (region) korak pregrade može biti 100-150 m; za manje oblasti (grad) korak pregradnje može biti 25-50 m .
U bazi podataka, informacije o rezultatima cijepanja pohranjuju se u obliku tablice koja sadrži sljedeće informacije za svaki fragment:
- identifikator faktora;
- koordinate centara rezultujućih fragmenata particije (x, y);
- dužina/površina fragmenata particije.
Faza 5 Proračun potencijala iz faktora
Jedan od mogućih i razumljivih pristupa analizi početnih informacija je razmatranje faktora kao potencijala od objekata uticaja.
Koristimo osnovno rješenje Laplaceove jednadžbe za dvodimenzionalni slučaj - logaritam udaljenosti od tačke.
Uzimajući u obzir zahtjev za konačnu vrijednost potencijala na nuli i ograničenje vrijednosti potencijala na velikim udaljenostima, potencijal se određuje na sljedeći način:
za r<r1 (1)
za r2>r>=r1
za r>=r2
Vrsta uticajnog potencijala od tačkastog objekta
Logaritamska funkcija mora biti ograničena na nulu i razumno ograničena na nekoj udaljenosti od faktora. Ako ne bismo ograničili potencijal na velikim udaljenostima od faktora, tada bismo morali uzeti u obzir ogromnu količinu informacija daleko od analizirane tačke, što praktički nema efekta na analizu. Stoga uvodimo vrijednost radijusa djelovanja faktora, iznad koje je doprinos potencijalu faktora jednak nuli.
Za grad se pretpostavlja da je radijus faktora jednak pola sata pešak pristupačnost - 2 metara. Za region bi trebalo da pričamo oko pola sata transport pristupačnost - 20 metara.
Dakle, kao rezultat izračunavanja vrijednosti potencijala, imamo ukupan potencijal svakog faktora u svakom čvoru regularne mreže.
Faza 6. Izbor faktora za kreiranje tematskih integralnih karakteristika teritorije
U ovoj fazi odabiru se najznačajniji i informativni faktori za kreiranje tematskih integralnih karakteristika teritorije.
Selekcija faktora se može izvršiti automatski postavljanjem određenih granica za parametre (korelacija, procenat uticaja, itd.), ili se može uraditi stručno, poznavajući temu problema i imajući izvesno razumevanje teritorije.
Nakon što su najvažniji i informativni faktori odabrani, možete preći na sljedeće korake - tumačenje glavnih komponenti.
Faza 7 Primena metode glavne komponente za dobijanje integralnih indikatora teritorije. Grupiranje
Početne informacije o faktorima teritorije, pretvorene u prethodnoj fazi u potencijale izračunate za svaki čvor mreže, kombinuju se u nove integralne indikatore - glavne komponente.
Metodom glavne komponente analizira se varijabilnost faktora na istraživanom području i na osnovu rezultata ove analize pronalazi njihova najvarijabilnija linearna kombinacija, koja omogućava izračunavanje mjere njihove promjene – disperzije po teritoriji.
Uzmimo opšti problem za kreiranje modela za aproksimaciju funkcije linearnog modela datim vrijednostima
(2)
gdje je i broj komponente,
n – broj komponenti uključenih u proračun
j – indeks čvora tačke teritorije, j=1..k
k – broj svih čvorova mreže teritorija za koje je izvršen proračun glavnih komponenti
— koeficijent za i-tu glavnu komponentu modela
– vrijednost i-te glavne komponente u j-toj tački
B – slobodni termin modela
— potencijal u j-toj tački faktora za koji gradimo model
Odredimo nepoznanice u jednačini (2) metoda najmanjih kvadrata, koristeći svojstva glavnih komponenti:
(3)
Gdje su i i i2 brojevi komponenti, i<>i2
j — indeks čvora teritorije
k je broj svih čvorova teritorije
(4)
(3) znači da nema korelacije između komponenti
(4) – ukupna vrijednost bilo koje komponente je nula.
Dobijamo:
(5)
Ovdje je notacija ista kao u jednadžbi. (2), znači prosječnu vrijednost potencijala
Ovaj rezultat se može protumačiti na sljedeći način:
Model je jednostavan izraz koji se sastoji od prosječne vrijednosti simulirane vrijednosti i jednostavnih korekcija za svaku od komponenti. U najmanju ruku, rezultat mora uključivati lažni termin B i prvu glavnu komponentu. Ispod su primjeri toplotnih karata prvih glavnih komponenti za regiju Nižnji Novgorod.
Na osnovu izračunatih glavnih komponenti mogu se konstruisati homogena područja. to se može učiniti i za sve parametre i, na primjer, samo za one s cijenama - tj. izvršiti grupisanje. Za to možete koristiti . Za svaki homogeni region izračunava se prosječna vrijednost 1. glavne komponente, koja karakteriše stepen razvijenosti teritorije.
Primjer grupiranja prema parametrima cijena za regiju Nižnji Novgorod dat je u nastavku.
Takođe, koristeći dobijene glavne komponente kao parametre troškovnog modela, možemo dobiti cjenovnu površinu teritorije.
Cijena površine Nižnjeg Novgoroda
Faza 8. Izrada modela za odabir lokacije za izgradnju novog objekta
Za odabir najatraktivnijeg mjesta za lokaciju novog objekta (u daljem tekstu „objekat“) potrebno je uporediti lokaciju „objekta“ sa okolnom infrastrukturom. Da bi „objekt“ funkcionisao, mora postojati dovoljno resursa da se obezbedi njegovo funkcionisanje, mora se uzeti u obzir veliki broj faktora, kako pozitivnih tako i negativnih uticaja na „objekat“. Čitav skup ovih faktora može se definisati kao „hranljiva“ sredina za funkcionisanje „objekta“. Korespondencija broja objekata sa brojem resursa teritorije je osnova za stabilno funkcionisanje „objekta“.
Rezultat ovog poređenja je potencijal izračunat za svaku tačku teritorije i omogućava vizuelnu i analitičku analizu izbora lokacije za postavljanje novog „objekta“.
Za trgovinu je, na primjer, između ostalog bitan i stalan protok kupaca, što znači da spisak faktora koji se moraju uzeti u obzir za trgovinske objekte treba uključiti i one koji obezbjeđuju taj protok (npr. objekti socijalne infrastrukture, mjesta rada, mjesta stanovanja, transportnih puteva itd.).
S druge strane, kada se steknu svi uslovi za obezbjeđivanje funkcionisanja maloprodajnih objekata, potrebno je voditi računa o gustini maloprodajnih objekata, jer „potrošnja“ okoline dovodi do smanjenja mogućnosti kupovine. Protok ljudi nije neograničen, a isto važi i za njihova finansijska sredstva i fizičke mogućnosti.
Algoritam za rješavanje problema izbora najbolje lokacije za objekat svodi se na to da potencijal dobijen kao funkcija glavnih komponenti bude što bliži potencijalu skupa objekata tipa „objekat“; zatim se izračunava razlika između potencijala modela i potencijala objekata tipa „objekat“; vrijednost potencijala doprinosa jednog “objekta” oduzima se od nastale razlike; Negativne vrijednosti dobivene u ovom slučaju zamjenjuju se nulom, odnosno eliminiraju se ona mjesta na kojima nema dovoljno resursa za funkcioniranje novog "objekta".
Kao rezultat preduzetih radnji dobijamo tačke teritorije sa pozitivnom potencijalnom vrednošću, odnosno mesta povoljne lokacije našeg „objekta“.
Drugim riječima, na raspolaganju su nam proračunati potencijali svih faktora i faktor za koji želimo da izgradimo model i analiziramo odabranu tematsku oblast (trgovina, industrija, kultura, društvena sfera itd.)
Da bi se to postiglo, potrebno je odabrati faktore za konstruisanje varijabli okruženja – glavne komponente – a zatim izračunati modele na osnovu njih.
Predlažemo odabir faktora analizom korelacije svih faktora sa referentnim faktorom tematske oblasti. Na primjer, za kulturu to mogu biti pozorišta, za obrazovni sistem, škole itd.
Izračunavamo korelaciju standardnog potencijala sa potencijalima svih faktora. Odabiremo one faktore čiji su koeficijenti korelacije po veličini veći od određene vrijednosti (često se uzima vrijednost minimalnog koeficijenta korelacije = 0).
(6)
gdje — apsolutna vrijednost koeficijenta korelacije i-tog faktora sa standardom.
Korelacija se izračunava za sve čvorove mreže koji pokrivaju teritoriju.
Razlika između potencijala modela i potencijala objekata istog tipa kao i novi objekt u jednadžbi (2) prikazuje potencijal teritorije koji se može iskoristiti za lociranje novih objekata.
Kao rezultat, dobijamo potencijalnu vrijednost, koja karakterizira stepen koristi lokacije „objekta“ u području istraživanja.
Primjer kako možete grafički prikazati preporučene lokacije za novi "objekat" dat je u nastavku.
Dakle, rezultat rješavanja problema izbora najbolje lokacije za novi objekat može se predstaviti kao procjena teritorije u tačkama na svakoj tački, dajući predstavu o potencijalu za lociranje investicionog objekta, tj. rezultat, to je isplativije locirati objekat.
U zaključku, vrijedno je reći da smo u ovom članku razmotrili samo jedan problem koji se može riješiti analizom teritorija, imajući pri ruci podatke iz otvorenih izvora. U stvari, postoji mnogo problema koji se mogu riješiti uz njegovu pomoć, njihov broj je ograničen samo vašom maštom.
izvor: www.habr.com