I den første udgivelse () beskrev vi, hvordan termiske potentialer kan bruges til at analysere territorier generelt. I de følgende publikationer var det planlagt at beskrive, hvordan information om rumlige objekter lagres i databaser, hvordan modeller fra hovedkomponenterne opbygges, og i det hele taget hvilke opgaver territoriumanalyse kan være. Men først ting først.
Brug af metoden med termisk potentiale gør det først og fremmest muligt at få en generel idé om det område, der er af interesse for os. For eksempel ved at tage den indledende information fra OSM for byen Barcelona (Catalonien) og udføre en integreret analyse uden at vælge parametre, kan vi opnå "termiske" billeder af de første hovedkomponenter. Vi talte også om "varme"-kort i den første artikel, men det ville ikke være forkert at huske, at udtrykket "varme"-kort opstod på grund af den fysiske betydning af potentialerne, der blev brugt til integralanalyse. De der. i fysikproblemer er potentiale temperatur, og i territoriale analyseproblemer er potentiale den samlede effekt af alle påvirkningsfaktorer på et specifikt punkt på territoriet.
Nedenfor er et eksempel på et "varme" kort over byen Barcelona opnået som et resultat af integral analyse.
"Heat" kort over den første hovedkomponent, uden parametervalg, Barcelona
Og ved at indstille en bestemt parameter (i dette tilfælde valgte vi industri), kan du få et "varme" kort direkte for det.
Varmekort over den første hovedkomponent, industri, Barcelona
Selvfølgelig er analyseproblemerne meget bredere og mere varierede end at opnå en generel vurdering af det valgte område, derfor vil vi i denne artikel som et eksempel overveje problemet med at finde den bedste placering, når du placerer et nyt objekt og den tekniske implementering af den termiske potentiale metode til at løse den, og i fremtidige publikationer vil vi se på andre.
Løsning af problemet med at finde den bedste placering, når du placerer et nyt objekt, vil hjælpe med at bestemme, hvor "klar" territoriet er til at acceptere dette nye objekt, hvordan det vil korrelere med andre objekter, der allerede eksisterer i territoriet, hvor værdifuldt dette nye objekt vil være for territoriet og hvilken værdi det vil tilføje.
Stadier af teknisk implementering
Den tekniske implementering kan repræsenteres af sekvensen af procedurer, der er anført nedenfor:
- Forberedelse af informationsmiljøet.
- Søgning, indsamling og bearbejdning af kildeoplysninger.
- Konstruktion af et gitter af noder i det analyserede område.
- Nedbrydning af territoriumfaktorer i fragmenter.
- Beregning af potentialer ud fra faktorer.
- Udvælgelse af faktorer til at skabe tematiske integrerede karakteristika for territoriet.
- Anvendelse af hovedkomponentmetoden til at opnå integrerede indikatorer for territoriet.
- Oprettelse af modeller til valg af et sted til opførelse af et nyt anlæg.
Scene 1. Forberedelse af informationsmiljøet
På dette stadium er det nødvendigt at vælge et databasestyringssystem (DBMS), bestemme informationskilder, metoder til indsamling af information og mængden af indsamlet information.
Til vores arbejde brugte vi PostgeSql-databasen (DB), men det er værd at bemærke, at enhver anden database, der fungerer med SQL-forespørgsler, vil gøre det.
Databasen vil gemme initial information - rumlige data om objekter: datatyper (punkter, linjer, polygoner), deres koordinater og andre karakteristika (længde, areal, mængde), samt alle beregnede værdier opnået som følge af det udførte arbejde og selve arbejdets resultater.
Statistiske oplysninger præsenteres også som geografiske data (f.eks. regioner i en region med statistiske data tildelt disse regioner).
Som et resultat af transformation og bearbejdning af den indsamlede indledende information dannes tabeller indeholdende information om lineære, punkt- og arealfaktorer, deres identifikatorer og koordinater.
Etape 2. Søgning, indsamling og bearbejdning af kildeoplysninger
Som indledende information til at løse dette problem bruger vi oplysninger fra åbne kartografiske kilder, der indeholder oplysninger om området. Lederen er efter vores mening OSM-information, der opdateres dagligt rundt om i verden. Men hvis du formår at indsamle oplysninger fra andre kilder, bliver det ikke værre.
Informationsbehandling består i at bringe den til ensartethed, eliminere falsk information og forberede den til indlæsning i databasen.
Etape 3. Konstruktion af et gitter af noder i det analyserede område
For at sikre kontinuiteten af det analyserede territorium er det nødvendigt at konstruere et gitter på det, hvis knudepunkter har koordinater i et givet koordinatsystem. Ved hver grid node vil den potentielle værdi efterfølgende blive bestemt. Dette giver dig mulighed for at visualisere homogene områder, klynger og de endelige analyseresultater.
Afhængigt af de opgaver, der skal løses, er to muligheder for at konstruere et gitter mulige:
— Gitter med regulært trin (S1) – kan observeres i hele området. Det bruges til at beregne potentialerne ud fra faktorerne, bestemme territoriets integrale karakteristika (hovedkomponenter og klynger) og vise modelleringsresultaterne.
Når du vælger dette gitter, skal du angive:
- gitterafstand - det interval, hvor gitterknudepunkter vil blive placeret;
- grænsen for det analyserede territorium, som kan svare til en administrativ-territorial opdeling, eller det kan være et område på kortet, der begrænser beregningsområdet i form af en polygon.
— Gitter med uregelmæssig afstand (S2) beskriver individuelle punkter i territoriet (for eksempel tyngdepunkter). Det bruges også til at beregne potentialer ud fra faktorer og bestemme territoriets integrale karakteristika (hovedkomponenter og klynger). Modellering med beregnede hovedkomponenter udføres præcist på et gitter med et uregelmæssigt trin, og for at visualisere simuleringsresultaterne overføres klyngetal fra gitterknudepunkter med et uregelmæssigt trin til gitterknudepunkter med et regulært trin i henhold til princippet om nærhed af koordinater .
I databasen gemmes information om koordinaterne for gitterknudepunkter i form af en tabel, der indeholder følgende informationer for hver knude:
- node ID;
- nodekoordinater (x, y).
Eksempler på gitter med regelmæssig afstand for forskellige territorier med forskellig afstand er vist i figurerne nedenfor.
Dækningsgitter for Nizhny Novgorod (røde prikker). Dækningsgitter for Nizhny Novgorod-regionen (blå prikker).
Etape 4 Nedbrydning af territoriumfaktorer i fragmenter
For yderligere analyse skal udvidede faktorer i territoriet konverteres til en række diskrete faktorer, så hver gitterknude indeholder information om hver faktor, der er til stede i den. Lineære faktorer er opdelt i segmenter, arealfaktorer i fragmenter.
Opdelingstrinnet vælges baseret på territoriets areal og den specifikke faktor; for store områder (region) kan skilletrinet være 100-150 m; for mindre områder (by) kan skilletrinet være 25-50 m .
I databasen gemmes oplysninger om opdelingsresultaterne i form af en tabel, der indeholder følgende informationer for hvert fragment:
- faktoridentifikator;
- koordinater af tyngdepunkterne af de resulterende partitionsfragmenter (x, y);
- længde/areal af partitionsfragmenterne.
Etape 5 Beregning af potentialer ud fra faktorer
En af de mulige og forståelige tilgange til at analysere indledende information er at betragte faktorer som potentialer fra indflydelsesobjekter.
Lad os bruge den grundlæggende løsning af Laplaces ligning for det todimensionelle tilfælde - logaritmen af afstanden fra punktet.
Under hensyntagen til kravet om en endelig potentiel værdi ved nul og begrænsningen af den potentielle værdi over store afstande, bestemmes potentialet som følger:
for r<r1 (1)
for r2>r>=r1
for r>=r2
Type påvirkningspotentiale fra et punktobjekt
Den logaritmiske funktion skal være afgrænset til nul og rimeligt afgrænset i en vis afstand fra faktorerne. Hvis vi ikke lavede begrænsninger på potentialet i store afstande fra faktoren, så skulle vi tage højde for en enorm mængde information langt fra det analyserede punkt, hvilket praktisk talt ikke har nogen effekt på analysen. Derfor introducerer vi værdien af faktorens virkningsradius, ud over hvilken bidraget til potentialet fra faktoren er nul.
For en by antages radius af faktoren at være lig med en halv time fodgænger tilgængelighed - 2 meter. For regionen bør vi tale om en halv time transportere tilgængelighed - 20 meter.
Som et resultat af beregningen af de potentielle værdier har vi således det samlede potentiale fra hver faktor ved hver knude i det almindelige net.
Etape 6. Udvælgelse af faktorer til at skabe tematiske integrerede karakteristika for territoriet
På dette stadium vælges de mest betydningsfulde og informative faktorer for at skabe tematiske integrerede karakteristika for territoriet.
Udvælgelsen af faktorer kan udføres automatisk ved at sætte visse grænser for parametrene (korrelation, procentdel af indflydelse osv.), eller det kan gøres ekspert, ved at kende emnet for problemet og have en vis forståelse af territoriet.
Efter at de mest betydningsfulde og informative faktorer er blevet udvalgt, kan du fortsætte til de næste trin - fortolkning af hovedkomponenterne.
Etape 7 Anvendelse af hovedkomponentmetoden til at opnå integrerede indikatorer for territoriet. Klynger
Den indledende information om territoriefaktorerne, konverteret i det foregående trin til potentialer beregnet for hver netknude, kombineres til nye integrerede indikatorer - hovedkomponenterne.
Principal komponent metoden analyserer variabiliteten af faktorer i undersøgelsesområdet og finder, baseret på resultaterne af denne analyse, deres mest variable lineære kombination, hvilket gør det muligt at beregne målet for deres ændring - spredning over territoriet.
Lad os tage et generelt problem for at skabe en model til at tilnærme en lineær modelfunktion til givne værdier
(2)
Hvor i er komponentnummeret,
n – antal komponenter involveret i beregningen
j – nodeindeks for et territoriumpunkt, j=1..k
k - antallet af alle knudepunkter i territoriumgitteret, for hvilke beregningen af hovedkomponenterne blev udført
— koefficient for modellens i-te hovedkomponent
– værdien af den i-te hovedkomponent ved det j-te punkt
B – modellens friperiode
— potentiale ved det j-te punkt af den faktor, som vi bygger en model for
Lad os bestemme de ukendte i ligningen (2) mindste kvadraters metode, der anvender egenskaberne for hovedkomponenterne:
(3)
Hvor i og i2 er komponentnumre, i<>i2
j — områdeknudeindeks
k er antallet af alle territorieknuder
(4)
(3) betyder ingen sammenhæng mellem komponenter
(4) – den samlede værdi af enhver komponent er nul.
Vi får:
(5)
Her er notationen den samme som i lign. (2), betyder den gennemsnitlige potentielle værdi
Dette resultat kan fortolkes som følger:
Modellen er et simpelt udtryk, der består af gennemsnitsværdien af den simulerede værdi og simple korrektioner til den for hver af komponenterne. Resultatet skal som minimum indeholde dummyled B og den første hovedkomponent. Nedenfor er eksempler på varmekort over de første hovedkomponenter for Nizhny Novgorod-regionen.
Baseret på de beregnede hovedkomponenter kan homogene områder konstrueres. dette kan gøres både for alle parametre og for eksempel kun for prisfastsættelse - dvs. udføre klyngedannelse. Til dette kan du bruge . For hver homogen region beregnes gennemsnitsværdien af den 1. hovedkomponent, der karakteriserer territoriets udviklingsniveau.
Et eksempel på klyngedannelse efter prissætningsparametre for Nizhny Novgorod-regionen er givet nedenfor.
Ved at bruge de opnåede hovedkomponenter som parametre for omkostningsmodellen kan vi også opnå prisoverfladen for territoriet.
Pris overflade af Nizhny Novgorod
Etape 8. Oprettelse af modeller til valg af et sted til opførelse af et nyt anlæg
For at vælge det mest attraktive sted for placeringen af et nyt objekt (herefter benævnt "objektet"), er det nødvendigt at sammenligne placeringen af "objektet" med den omgivende infrastruktur. For at "objektet" kan fungere, skal der være nok ressourcer til at sikre dets funktion; en lang række faktorer, både positive og negative påvirkninger på "objektet", skal tages i betragtning. Hele sættet af disse faktorer kan defineres som et "næringsstof" miljø for "objektets" funktion. Overensstemmelsen mellem antallet af objekter og antallet af ressourcer i territoriet er grundlaget for "objektets" stabile funktion.
Resultatet af denne sammenligning er potentialet beregnet for hvert punkt i territoriet og tillader en visuel og analytisk analyse af valget af placering for at placere et nyt "objekt".
For handel er det blandt andet vigtigt med en konstant strøm af købere, hvilket betyder, at listen over faktorer, der skal tages i betragtning for handelsobjekter, også bør omfatte dem, der sikrer dette flow (f.eks. sociale infrastrukturfaciliteter, f.eks. arbejdssteder, bopæl, transportveje osv.).
På den anden side, når alle betingelser er opfyldt for at sikre, at detailfaciliteterne fungerer, er det nødvendigt at tage højde for tætheden af detailfaciliteter, da "forbrug" af miljøet fører til et fald i muligheden for køb. Strømmen af mennesker er ikke ubegrænset, og det samme gælder deres økonomiske ressourcer og fysiske formåen.
Algoritmen til at løse problemet med at vælge den bedste placering for et objekt kommer ned til det faktum, at potentialet opnået som en funktion af hovedkomponenterne er så tæt som muligt på potentialet for et sæt objekter af typen "objekt"; derefter beregnes forskellen mellem modellens potentiale og potentialet for objekter af typen "objekt"; værdien af bidragspotentialet for et "objekt" trækkes fra den resulterende forskel; De negative værdier, der opnås i dette tilfælde, erstattes af nul, det vil sige, at de steder, hvor der ikke er nok ressourcer til, at det nye "objekt" fungerer, elimineres.
Som et resultat af de trufne handlinger opnår vi punkter i territoriet med en positiv potentiel værdi, det vil sige steder med gunstig placering af vores "objekt".
Vi har med andre ord de beregnede potentialer for alle faktorer til rådighed og den faktor, som vi ønsker at bygge en model for og analysere det udvalgte tematiske område (handel, industri, kultur, social sfære osv.)
For at gøre dette er det nødvendigt at vælge faktorer til at konstruere miljøvariabler - hovedkomponenterne - og derefter beregne modeller baseret på dem.
Vi foreslår at udvælge faktorer ved at analysere sammenhængen mellem alle faktorer og referencefaktoren for det tematiske område. For kultur kan det for eksempel være teatre, for uddannelsessystemet, skoler mv.
Vi beregner korrelationen af standardpotentialet med potentialerne for alle faktorer. Vi udvælger de faktorer, hvis korrelationskoefficienter i størrelsesorden er større end en vis værdi (ofte tages værdien af den minimale korrelationskoefficient = 0).
(6)
где — absolut værdi af korrelationskoefficienten for den i-te faktor med standarden.
Korrelationen beregnes over alle grid noder, der dækker territoriet.
Forskellen mellem modellens potentiale og potentialet for objekter af samme type som det nye objekt i ligningen (2) viser territoriets potentiale, som kan bruges til at lokalisere nye faciliteter.
Som et resultat opnår vi den potentielle værdi, som kendetegner graden af udbytte af placeringen af "objektet" i undersøgelsesområdet.
Et eksempel på, hvordan du grafisk kan vise de anbefalede placeringer for et nyt "objekt" er givet nedenfor.
Således kan resultatet af løsningen af problemet med at vælge den bedste placering for et nyt objekt repræsenteres som en vurdering af territoriet i point på hvert punkt, hvilket giver en idé om potentialet for at lokalisere et investeringsobjekt, dvs. score, jo mere rentabelt er det at lokalisere objektet.
Afslutningsvis er det værd at sige, at vi i denne artikel kun har overvejet et problem, der kan løses ved hjælp af territorieanalyse, med data fra åbne kilder ved hånden. Faktisk er der mange problemer, der kan løses med dens hjælp, deres antal er kun begrænset af din fantasi.
Kilde: www.habr.com