Un esempiu di calculà u putenziale termale per una reta di strada in Nizhny Novgorod
U tarritoriu di a cità hè un sistema cumplessu è eterogeneu chì hè in cambiamentu constante. Pudete discrìviri u tarritoriu è valutà l'ambienti urbani cù l'uggetti spaziali (fatturi). Fattori chì descrizanu u territoriu sò diffirenti in a natura di a so influenza (pusitiva, negativa) è a cunfigurazione geomètrica (punti, linee, poligoni).
Hè spessu assai difficiuli di determinà u gradu di influenza di ogni ughjettu individuale nantu à u livellu di sviluppu di u territoriu cum'è un sanu o qualsiasi aspettu particulari di questu. Oghje, u prublema di definisce è discrizzione tali cuncetti cum'è "cultura", "sfera suciale", "tensione suciale", "bona vita", "sviluppu ecunomicu", "salute di a pupulazione" diventa sempre più pertinente. L'ambiguità di sti cuncetti aumenta s'è no vulemu applicà à diversi gruppi suciali, pupulazioni di età è sessi diffirenti.
Inoltre, deve esse nutatu chì i cunfini di a cità in u cuncettu mudernu sò abbastanza arbitrarie. A migrazione di ogni ghjornu di a pupulazione, l'accessibilità di u trasportu di e zoni remoti "sfonda a fruntiera" di a cità ancu di più. U cuncettu d'agglomerazione oghji largamente utilizatu riflette in generale i cunfini di a cità, ma à u stessu tempu rende u cuncettu stessu di u cunfini di a cità ancu più vaga.
Malgradu i prublemi descritti sopra, l'analisi è a valutazione di i tarritorii oghje sò trà e zone più promettenti è interessanti chì permettenu di risolve parechji prublemi pressanti di l'ambiente urbanu.
L'articulu prupone per cunsiderà un metudu per analizà u territoriu cù un mudellu "termale". Stu metudu hè basatu annantu à u studiu di i putenziali creati da l'uggetti (fatturi) di diverse nature (puntu, lineari è area). L'analisi di u tarritoriu cù stu metudu permette di passà da un inseme di dati spaziali (fatturi) chì discrivinu u territoriu à una valutazione numerica precisa (score) in ogni puntu di u tarritoriu.
I putenziali studiati cum'è parte di l'analisi di u territoriu anu una interpretazione fisica - propagazione di u calore in ambienti di diverse dimensioni (2D, 3D). Stu fenominu pò esse rapprisintatu in forma d'imaghjini "termali" ("calore" carte di u territoriu), chì dà una idea di u gradu di sviluppu di u territoriu secondu l'intensità di u culore di l'imaghjini.
Fattori di u territoriu
L'analisi di u territoriu implica a ricerca è a trasfurmazioni di l'infurmazioni nantu à i fatturi chì influenzanu u territoriu è i so indicatori. I fattori influenzanti sò ogetti chì influenzanu u territoriu circundante è anu un inseme di caratteristiche è coordenate spaziali. Esempii di fatturi chì influenzanu include buttreghi, installazioni industriali, strade, boschi è corpi d'acqua.
L'indicatori di influenza sò oggetti riflettente influenza di l'uggetti è ancu avè un inseme di caratteristiche è coordenate spaziali. Esempii di indicatori di influenza: ATM, billboards, monumenti.
In a presentazione seguente avemu aduprà u cuncettu di fatturi di influenza, chì combina i dui termini - fatturi è indicatori di influenza.
Quì sottu hè un esempiu di dati spaziali chì agisce cum'è fattori influenzanti.
Una di e tappe impurtanti di a realizazione di u travagliu nantu à l'analisi di i territorii hè a tappa di cullizzioni è di trasfurmazioni di l'infurmazioni iniziali. Oghje ci hè assai infurmazione nantu à i fatturi chì influenzanu u territoriu di varii gradi di dettagliu.
L'infurmazione pò esse acquistata da fonti aperti o fonti ristretti. In parechji casi, l'infurmazione aperta hè abbastanza per l'analisi, ancu s'ellu, in regula, hè bisognu di un prucessu assai intensivu di travagliu.
Trà i fonti aperti, u capu, in u nostru parè, hè a risorsa OpenStreetMap (OSM). L'infurmazione ottenuta da sta fonte hè aghjurnata ogni ghjornu in u mondu.
L'infurmazione di risorse OpenStreetMap (OSM) hè presentata in i seguenti formati:
- Formatu OSM. U formatu principalu cù l'estensione ".osm" hè utilizatu per discrive l'imaghjini gràfiche XML - nodes, chjassi, relazioni.
- "Formato polacco". U furmatu di testu cù l'estensione ".mp" hè utilizatu per travaglià cù gràfiche.
- Formatu PBF. Format di almacenamentu di dati cù l'estensione ".osm.pbf".
Pudete ancu aduprà i seguenti com'è fonti d'infurmazioni:
- 2 GIS
A risorsa cuntene infurmazioni processate mensili di alta qualità, cù un eccellente classificatore di 3 livelli per l'imprese è l'urganisazione.
- I schedari KML (Keyhole Markup Language).
I schedari KML (Keyhole Markup Language) sò un furmatu di schedariu chì hè utilizatu per vede e dati geugrafici in Google Earth, Google Maps è Google Maps per i dispositi mobili.
Cù i schedari KML pudete:
- installate diverse icone è fate firme per indicà i posti nantu à a superficia di a Terra
- crea diverse anguli per l'uggetti selezziunati cambiendu a pusizione di a camera
- Aduprate diverse imagine overlay
- definisce stili per persunalizà a visualizazione di un ughjettu, applicà u codice HTML per creà hyperlinks è imagine inline
- Aduprate cartulare per u gruppu gerarchicu di elementi
- riceve è aghjurnà dinamicamente i fugliali KML da i nodi di rete remoti o lucali
- Riceve dati KML secondu i cambiamenti in u visore XNUMXD
- Serviziu Federale di Registrazione Statale, Cadastru è Cartografia "Rosreestr"
L'infurmazione nantu à u portale Rosreestr hè preziosa per u so cuntenutu è a pertinenza, ma, sfurtunatamenti, ùn permette micca di ottene gràfiche per i prughjetti di custruzzione di capitale è terreni gratuiti. U portale Rosreestr cuntene ancu una grande quantità di informazioni d'accessu ristrettu.
- Organismi di statistiche
I dati statistichi sò una fonti legittima d'infurmazioni nantu à u territoriu, in ogni modu, à l'oghje, i dati di i corpi statistichi sò dispunibuli solu per un certu nùmeru d'indicatori, principarmenti in i rapporti di l'organi statistici è i rapporti di l'autorità regiunale.
- Sistemi d'infurmazione di l'autorità
L'infurmazione d'alta qualità hè cuntenuta in i sistemi d'infurmazione di u guvernu, ma solu una piccula parte hè publicata in u duminiu publicu è hè dispunibule per l'analisi.
Realizà una analisi di territorii ùn impone micca esigenze specifiche à a cumpusizioni di l'infurmazioni; in fatti, pudete aduprà tuttu ciò chì hè statu trovu; l'infurmazioni da e fonti aperte sò generalmente intercambiabili. Tuttavia, deve esse nutatu chì ancu l'infurmazioni ottenute da a risorsa OSM solu hè abbastanza per fà un analisi di u territoriu scunnisciutu.
Analisi di u tarritoriu cù un mudellu "termale". Interpretazione fisica di i putenziali
Cumu l'esitatu prima, l'analisi di u tarritoriu oghje hè un tema caldu è un strumentu putente per l'attrazione ragiunata di l'investimenti in u sviluppu di l'infrastruttura in diversi ambienti urbani.
A varietà di prublemi risolti cù l'analisi di u territoriu pò esse cumminati in parechji spazii maiò:
— Ottene a valutazione più interpretabile è dettagliata di u territoriu in ogni puntu.
Per risolve u prublema, pudete ottene un inseme di punti in ogni puntu di u tarritoriu, chì dà una idea di u livellu di sviluppu di u tarritoriu in generale, è ancu in un certu sughjettu. Un tali sughjettu pò esse, per esempiu, cultura, industria, cummerciu, etc.
- Determinazione di i posti più vantaghji per a piazza di l'oggetti d'investimentu di un certu tipu (per esempiu, banche, magazzini specializati, centri di shopping è di divertimentu, etc.) in u territoriu sceltu.
— Analisi di l'usu più efficaci di u tarritoriu.
Questa direzzione permette un studiu detallatu di e caratteristiche di u tarritoriu, a situazione di u mercatu chì hà sviluppatu in u tarritoriu studiatu, è l'identificazione di l'opzioni populari.
- Determinazione di a cuntribuzione di un fattore à u mudellu di costu, utilizendu l'esempiu di l'emergenza di novi strade è novi rotte.
— Analisi di diversi aspetti di un territoriu è analisi di diversi territorii (paragone di territorii).
L'uriginale di u metudu di l'analisi di u territoriu prupostu in l'articulu cù u mudellu "termale" si trova in l'usu di indicatori di sviluppu di u territoriu - putenziali, presentati in termini numerichi è riflettendu u gradu di influenza di l'ughjettu (fattore di influenza) nantu à u territoriu.
Per capisce l'essenza di u studiu, hè necessariu di dì uni pochi di parolle nantu à u putenziale termale stessu è dà a so interpretazione fisica.
In fisica ci sò tali cuncetti cum'è campu di forza и funzione di forza. U campu di forza hà a dimensione di l'energia, a funzione di forza hà a dimensione di a forza.
Per a lege di gravitazione universale, u campu di forza hè definitu da a formula:
F = k/r2, induve
k - custanti;
r - distanza trà l'uggetti chì interagiscenu.
A funzione di forza ϕ hè determinata da l'espressione:
dϕ=-F*dr, induve
ϕ - potenziale di campu di forza;
dϕ, dr - differenziali;
r hè a distanza trà l'uggetti chì interagiscenu,
donc ϕ=k/r.
U significatu fisicu di u potenziale di u campu di forza ϕ hè u travagliu E realizatu da u campu di forza mentre passa una certa strada. In u casu di a lege di gravitazione universale, quandu a distanza à un ughjettu cambia da r2 à r1, a funzione di forza hè determinata da a formula.
E=k*(1/r1-1/r2), induve
E hè u travagliu fattu da u campu di forza mentre passa una certa strada;
r1, r2 - a pusizione iniziale è finali di l'ughjettu.
Per u compitu di analizà un territoriu, l'influenza di l'uggetti (fatturi) nantu à u territoriu pò esse cunsideratu cum'è una forza (funzione di putenza), è u livellu di sviluppu di u territoriu cum'è u putenziale termale tutale (campu di forza) da tutti l'uggetti (fatturi). In i prublemi di fisica, u putenziale termale hè a temperatura, è in i prublemi di l'analisi di u tarritoriu cù un mudellu "termale", u putenziale rapprisenta l'impattu tutale di tutti i fatturi chì influenze nantu à un puntu di u territoriu.
I dati spaziali sò custituiti da punti, linee è poligoni. Per calculà i putenziali, i dati spaziali estesi sò spartuti in picculi frammenti. Per ogni fragmentu, u putenziale da u puntu hè calculatu cù un multiplicatore uguale à a dimensione di u fragmentu di l'ughjettu (fattore).
I dati sò spartuti in gruppi semantichi basatu annantu à u principiu di a similitudine stretta. Per esempiu, l'uggetti di u cummerciu sò cumminati da u pruduttu. Ci sò gruppi di oggetti di furesta, corpi d'acqua, insediamenti, tappe di trasportu, etc. I gruppi uniti da u significatu rapprisentanu un fattore. Dopu avè passatu per tutti l'uggetti (fatturi), ottenemu un inseme di putenziali termali adattati per un ulteriore prucessu.
L'usu di putenziali ("heat maps") permette di passà da e dati spaziali à l'imaghjini "termale" di l'uggetti (fatturi) di influenza nantu à u territoriu (visualizazione di putenziali). Una tale transizione permette di determinà u gradu di prisenza di u fattore in ogni puntu di u tarritoriu è fà più analisi, i.e. mostra diverse direzzione di u sviluppu di a cità in culore. Cusì, ottenemu un splendore di intensità variata per ogni puntu di u territoriu.
Esempii di imagine "termale" di u territoriu di Nizhny Novgorod in u cuntestu di parechji fatturi sò presentati quì sottu.
Mappa "termale" di Nizhny Novgorod, chì riflette u fattore "catena di Farmacia".
Mappa "Heat" di Nizhny Novgorod, chì riflette u fattore "Polyclinics per adulti"
Mappa "termale" di Nizhny Novgorod, chì riflette u fattore "Cliniche di i zitelli"
Mappa "termale" di Nizhny Novgorod, chì riflette u fattore "Zone industriale"
L'imaghjini "termali" di u tarritoriu permettenu di determinà a cuncentrazione di putenziali da parechji ogetti di influenza. In seguitu, hè necessariu di cumminà i putenziali ottenuti in una caratteristica integrale chì permette una valutazione di u territoriu basatu annantu à un gran numaru di fatturi. Questu hè bisognu di un metudu chì permette di analizà una grande quantità di informazioni, ricunnosce l'uggetti, è ancu riduce a dimensione di dati, perdendu u minimu quantità di informazioni. Unu di sti metudi hè l'analisi di cumpunenti principali (PCA). Più dettagli nantu à stu metudu ponu esse truvati in .
L'essenza di u metudu hè di truvà una cumminazione lineale di paràmetri iniziali chì cambia più forte in l'area di l'analisi. Per i dati spaziali - u più forte cambiante nantu à u territoriu.
U metudu di cumpunenti principali identifica l'uggetti (fatturi) chì cambianu più forte nantu à u territoriu. In u risultatu di u metudu, appariscenu novi variàbili - i cumpunenti principali, chì sò più informativi cumparatu cù i dati originali, cù l'aiutu di quale hè più faciule d'analizà, di descriverà è di visualizà u territoriu, nantu à quale hè più faciule per custruisce mudelli. .
I cumpunenti principali sò espressioni analitiche - a summa di i putenziali di i fatturi iniziali cù certi coefficienti. In ogni casu, se qualsiasi fattore hà un impattu significativu in u territoriu, ma ùn cambia micca in u territoriu analizatu, u metudu di cumpunenti principali ùn includerà micca stu fattore in a cumpusizioni di i cumpunenti principali.
I cumpunenti principali sò urdinati in ordine discendente di l'infurmazioni - i.e. sparghje in tuttu u territoriu. I primi cumpunenti principali portanu significativamente più infurmazione chè fatturi individuali è descrizanu bè u territoriu. Comu regula, quandu si usa circa un centu di fatturi, u primu cumpunente principalu porta circa 50% di tutte l'infurmazioni (varianza) per u territoriu. I cumpunenti principali ùn sò micca correlate cù l'altri è ponu esse usatu per mudelli cum'è caratteristiche di u territoriu in ogni puntu.
U cumpunente principale, cum'è qualchì indicatore astrattamente calculatu di u territoriu, ùn hà micca un nome chjaru è classificazione. In ogni casu, un inseme di fatturi chì sò assai correlati cù u cumpunente principale ci permette di interpretà i cumpunenti principali. In regula, i seguenti fatturi sò correlati cù i cumpunenti principali:
- livellu di sviluppu di l'infrastruttura;
- cumpunenti di trasportu di u territoriu;
- zone climatichi;
- livellu di sviluppu agriculu;
- u putenziale ecunomicu di u tarritoriu.
Ulteriori analisi, cumpresu u clustering, prucede cù i primi cumpunenti principali significativi.
In i figuri pudete vede una rapprisintazioni gràfica di i primi cumpunenti principali in u territoriu di parechje cità di a Federazione Russa.
U primu cumpunente principale chì caratterizeghja u livellu di sviluppu di l'infrastruttura urbana in Nizhny Novgorod
U primu cumpunente principale chì caratterizeghja u livellu di sviluppu di l'infrastruttura urbana in Ekaterinburg
U primu cumpunente principale chì caratterizeghja u livellu di sviluppu di l'infrastruttura urbana in Kazan
U primu cumpunente principale chì caratterizeghja u livellu di sviluppu di l'infrastruttura urbana in Perm
U primu cumpunente principale chì caratterizeghja u livellu di sviluppu di l'infrastruttura urbana in Samara
U primu cumpunente principale chì caratterizeghja u livellu di sviluppu di l'infrastruttura urbana in Khabarovsk
Caratteristichi integrali : clustering
L'ulteriore tappa di u travagliu nantu à l'analisi di u territoriu hè a ricerca di zoni di l'ambiente urbanu chì sò homogenei in qualità. Sta ricerca hè basatu annantu à l'analisi di i valori di i cumpunenti principali in ogni puntu di u territoriu. U prublema di a ricerca di sti zoni homogenei pò esse risoltu cù clustering - u prucessu di raggruppamentu di territorii basatu annantu à u principiu di a vicinanza di un settore di caratteristiche.
U raggruppamentu di u territoriu hà dui scopi:
- creà una visualizazione megliu percepita di u territoriu;
- assignazione di spazii per a compilazione di mudelli individuali.
I tarritorii sò raggruppati in cunfurmità cù i fatturi selezziunati per l'analisi. Sti fattori ponu esse fattori chì influenzanu i prezzi o fattori chì descrizanu qualchì aspettu di u sviluppu di u territoriu, per esempiu, l'esfera suciale.
Ci sò dui metudi di clustering classicu cumuni: u metudu K-means è u metudu dendrogram. Quandu u travagliu cù i territorii, u metudu K-means hà pruvatu bè, a funzione di quale hè a "crescita" di un cluster aghjunghjendu novi oggetti à i punti di crescita. U vantaghju di u metudu K-means si trova in a similitudine di u so travagliu cù u prucessu naturali di a furmazione di u territoriu: integrazione di simili, piuttostu cà a separazione di dissimili.
U metudu K-means hè stata utilizata per i calculi per Nizhny Novgorod (figura sottu).
Cunfurmità di clusters cù u livellu di sviluppu di u territoriu cù l'esempiu di Nizhny Novgorod
Cù l'approcciu prupostu, hè pussibule ottene una visione generale di u territoriu nantu à diversi temi. I temi di interessu per noi ponu esse, per esempiu, u livellu di sviluppu di l'infrastruttura urbana, u livellu di "elite" di u territoriu, u livellu di u sviluppu culturale, u cumpunente suciale di u sviluppu di u territoriu. Questi temi sò cuncetti integrali mal definiti, è sò custituiti da parechji fatturi interrelati.
Utilizendu un algoritmu per selezziunà i parametri per l'analisi (cumpresu cù l'implicazione di l'esperti), uttene carte tematiche chì dà una idea di un aspettu di u sviluppu di u territoriu.
E caratteristiche integrali sò intesu cum'è i primi cumpunenti principali, principarmenti u primu cumpunente principali più informativu, è u raggruppamentu di u territoriu secondu i paràmetri selezziunati.
Carte tematiche di i primi cumpunenti principali per diversi aspetti di u sviluppu sò presentati in i figuri sottu.
Mappa tematica "Ugetti Culturali" cù l'esempiu di Nizhny Novgorod
Mappa tematica "Sfera suciale" cù l'esempiu di Nizhny Novgorod
E caratteristiche integrali permettenu di capiscenu e caratteristiche di un tarritoriu utilizendu parechji fatturi cù una perdita minima di informazioni.
In cunclusioni, vale a pena nutà una volta di più chì oghje l'analisi di i tarritorii hè una tappa estremamente impurtante per risolve i prublemi di u sviluppu di l'ambienti urbani, scegliendu i lochi per invistisce in a custruzzione, truvendu u locu più vantaghju per e novi facilità è altre attività.
U metudu di l'analisi di u territoriu prupostu in l'articulu cù un mudellu "termale" da fatturi di natura diversa ùn hè micca criticu à u settore di fatturi, vale à dì ùn impone restrizioni o esigenze nantu à l'infurmazioni iniziali.
A diversità è a redundanza di l'infurmazioni fonti, è ancu l'uppurtunità di utilizà dati aperti, furnisce prospettive illimitate per analizà qualsiasi territoriu pace.
In e seguenti publicazioni dedicate à i prublemi di l'analisi territuriale, avemu pensatu à revelà e caratteristiche di cumpilà mudelli cù cumpunenti principali è metudi per a so implementazione per tali compiti cum'è:
- sceglie u locu megliu quandu si mette un ughjettu novu;
- a custruzzione di una superficia di prezzu per una certa categuria d'uggetti cù u valore di u mercatu;
- valutazione di a prufittuità di un certu tipu d'attività secondu u locu di l'uggetti.
Ci hè ancu piani di prisentà metudi per a transizione inversa da i cumpunenti principali à i fatturi, chì à u turnu permette di ottene un mudellu da fatturi per un territoriu datu.
Source: www.habr.com