Erstellung eines Rankings von Gebieten mithilfe der thermischen Potenzialmethode unter Verwendung offener Daten

In diesem Artikel betrachten wir den Algorithmus und die Ergebnisse der Analyse von großflächigen Gebieten ohne Einschränkungen hinsichtlich ihrer Grenzen unter Verwendung von der Methode der thermischen Potenziale und der Hauptkomponentenanalyse.Als Ausgangsinformation wurden bevorzugt offene Daten, insbesondere von OSM, verwendet. Die Untersuchung wurde über 40 Einheiten in der europäischen Landschaft der RF als einheitliches Ganzes mit einer Gesamtfläche von 1,8 Millionen Quadratkilometern durchgeführt.

Einige Aufgaben, die mit der Methode der Potenziale gelöst werden:

• Definition eine Sammlung von Bewertungsnoten an jedem Punkt des Gebiets, die einen Überblick über das Entwicklungsniveau des Gebiets insgesamt und in bestimmten Themenbereichen, wie z.B. Handel, Industrie, Dienstleistungen usw., geben.
• Die Bestimmung von homogenen Zonen (Clustern) des analysierten Gebiets und deren exakten Grenzen.
• Die Berechnung von Empfehlungen für die Platzierung eines neuen Objekts, einschließlich zusammengesetzter Objekte, die andere Objekte umfassen.
• Die Bestimmung von Modellen der Kosten oder des Wertes des Gebiets für jeden Cluster.
• Der Vergleich von Gebieten, d.h. die Erstellung von Rankings der Gebiete (worüber in diesem Artikel die Rede sein wird).

Der Umfang der Studie

Die genannten Aufgaben werden für Stadt- (mehrere hundert Quadratkilometer mit einer räumlichen Genauigkeit von 25 Metern) und auf Gebietsebene (mehrere hunderttausend Quadratkilometer mit einer räumlichen Genauigkeit von 250 Metern) gelöst. Der Artikel beschreibt Methoden zur Analyse von Gebieten in einem neuen Maßstab – die Zusammenführung von Städten, Regionen und Kreisen in einen einheitlichen Raum.

Hauptforschungsmethoden:

• Es wird offene räumliche Information verwendet, hauptsächlich OSM, und Methoden zu ihrer Verarbeitung.
• Um den Einfluss von Objekten unterschiedlicher Art auf das Gebiet zu berücksichtigen, wird die Potenzialmethode.
• verwendet; zur Reduzierung der dimensionalen Komplexität und zur Verbesserung der Modellqualität kommt die Hauptkomponentenanalyse zum Einsatz..
• Für die Berechnung der linearen Modelle wird <a href="ru.wikipedia.org/wiki/Мет• Zur Analyse werden Clusterverfahren eingesetzt,die es ermöglichen, homogene Gebiete zu bestimmen. Für jeden Cluster wird ein eigenes Modell erstellt, und an den Grenzen der Cluster werden die Modelle verbunden.

Die Untersuchung wurde auf Ebene der Subjekte der Russischen Föderation und großer Städte durchgeführt, gefolgt von deren Zusammenführung.

Zunächst präsentieren wir den Algorithmus sowie die Ergebnisse der Untersuchung homogener Gebiete in den föderalen Subjekten der Russischen Föderation – Wolga-Föderationskreis, Zentraler Föderationskreis, Südrussischer Föderationskreis, Nordwestlicher Föderationskreis und ein Teil des Uralföderationskreises. Die gesamte Forschungsfläche beträgt somit etwa 1,8 Millionen km².

Beschreibung der Forschungstechnologie:

1. Die Sammlung von Ausgangsinformationen aus offenen Datenquellen (wir bevorzugen OpenStreetMap) wird für jedes Subjekt der RF durchgeführt. Die Ausgangsinformationen werden mit dem maximalen Einflussradius Rmax für alle Faktoren heruntergeladen (zum Beispiel betrug in unserem Fall der maximale Einflussradius 50 km, d.h. wir werden die Informationen mit einem Puffer von 50 km herunterladen).
2. Die Konstruktion des Netzes wird genau innerhalb der Grenzen des Subjekts der RF durchgeführt (der Netzschritt für diese Studie beträgt 1 Kilometer). Das Verfahren zur Aufteilung der Einflussfaktoren in Fragmente für die weitere Berechnung der Potenziale erfolgt unter Berücksichtigung des aufgebauten Puffers, um den Einfluss der Faktoren an der Grenze des Subjekts zu berücksichtigen.
3. Die Berechnung der Potenzialwerte und die Eingabe der Berechnungsergebnisse in die Knoten des Netzes erfolgt innerhalb der Grenzen des Subjekts der RF.
4. Die Vereinigung der Subjekte der RF in ein "einheitliches Projekt". Das bedeutet, dass wir in dieser Phase alle zuvor für jedes Subjekt aufgebauten Netze zu einem einzigen zusammenfassen. So erhalten wir ein Netz, das eine Fläche von 1,8 Millionen Quadratkilometern abdeckt und 1,8 Millionen Knoten (Analysepunkte) sowie 88 Einflussfaktoren enthält (unserer Meinung nach sind die wichtigsten OSM-Faktoren - punktuelle und lineare Objekte (Hauptstraßen, Wälder, Flüsse, Infrastruktureinrichtungen)).
5. Berechnung integrativer Indikatoren unter Verwendung der Hauptkomponentenanalyse.
6. Suche nach homogenen Gebieten.

Die untersuchten Gebiete werden anhand der Faktoren, die einen Aspekt der territorialen Entwicklung beschreiben, in homogene Bereiche zusammengefasst, beispielsweise in den sozialen Sektor, Handel, Industrie.
Im Folgenden sind Bilder von homogenen Gebieten des "einheitlichen Projekts" in den Themenbereichen: Industrie, Handel, Dienstleistungen, dargestellt.

Homogene Gebiete in der europäischen Teile der RF anhand des Faktors "Industrie".

Homogene Gebiete in der europäischen Teile der RF anhand des Faktors "Industrie" (Ausschnitt der Stadt Moskau).

Homogene Gebiete in der europäischen Teile der RF anhand des Faktors "Handel".

Homogene Gebiete in der europäischen Region Russlands nach dem Faktor „Handel“ (Fragment Stadt Moskau)

Homogene Gebiete in der europäischen Region Russlands nach dem Faktor „Dienstleistungen“

Homogene Gebiete in der europäischen Region Russlands nach dem Faktor „Dienstleistungen“ (Fragment Stadt Moskau)

Auf den dargestellten Bildern sind deutlich die Zentren der Subjekte der Russischen Föderation zu erkennen. Es ist jedoch ebenfalls zu beachten, dass einige homogene Regionen (die in einer Farbe hervorgehoben sind) in fast jedem Subjekt anzutreffen sind. Mit anderen Worten, diese homogenen (in ihrer Bedeutung) Territorien in verschiedenen Subjekten sind die attraktivsten in Bezug auf Investitionen und andere Aspekte.

Der nächste Schritt der Forschung bestand darin, die Ranglisten der Subjekte der europäischen Region Russlands zu erstellen, die im Folgenden in Tabellen aufgeführt sind.

Die erstellten Rankings zeigen das beste Quadratkilometer, die besten 100 km² und die besten 20.000 km². Es ist zu beachten, dass dies kein spezifisches Gebiet von 1, 100 oder 20.000 km² ist, sondern eine Ansammlung von Netzwerkknoten (Analysepunkten), die auf Einheiten basieren, die die besten integralen Eigenschaften aufweisen, d.h. diese Knoten können zufällig auf dem Gebiet der Einheit der Russischen Föderation verteilt sein.

Tabelle 1. Ranking der Subjekte der Russischen Föderation (bestes 1 km²)

Tabelle 2. Ranking der Subjekte der Russischen Föderation (beste 100 km²)

Tabelle 3. Ranking der Subjekte der Russischen Föderation (beste 20.000 km²)

Die Spitzenpositionen im Ranking nehmen – Moskau und die Moskauer Region, Sankt Petersburg und die Region Leningrad, die Region Swerdlowsk, die Region Tscheljabinsk, die Region Nischni Nowgorod, Tatarstan ein. Es ist jedoch zu beachten, dass das Ranking „schwankend“ ist, abhängig vom Umfang der Untersuchungen (die Subjekte der Russischen Föderation wechseln die Plätze), d.h. die Auswahl der besten Knoten hängt davon ab, was wir betrachten – 1 km², 100 km² oder 20.000 km².

Bei der Analyse dieser Aufgabe für die Zentren der Föderationssubjekte Russlands (wir haben die 40 größten und bedeutendsten Zentren ausgewählt) setzen wir einen Schritt von 100 Metern zur Netzbygung und erhalten die folgenden Ergebnisse.

Tabelle 4. Ranking der Zentren der Föderationssubjekte Russlands (beste 0,01 km² — der beste Punkt im Gebiet)

Tabelle 5. Ranking der Zentren der Föderationssubjekte Russlands (beste 10 km²)

Tabelle 6. Ranking der Zentren der Föderationssubjekte Russlands (beste 200 km²)

Somit zeigt sich, dass, wie bereits bei der Analyse auf der Ebene der Föderationssubjekte, das Ranking von dem untersuchten Maßstab abhängt. Dies liegt daran, dass die Anzahl der Netzpunkte (Analysepunkte) mit den besten integrierten Kennzahlen je nach gewähltem Maßstab variiert.

Abschließend ist zu beachten, dass jedes Ranking diskussionswürdig ist, jedoch haben wir eine Forschungsarbeit auf Basis offener Daten mit neuen Methoden der Gebietsanalyse durchgeführt, die es ermöglichen, bestehende Methoden auf einen feineren Maßstab — die Ebene der Föderationssubjekte Russlands, der Föderationskreise und darüber hinaus — zu übertragen.

Veränderliche Skalierung und neue Methoden ermöglichen die Analyse geografisch voneinander getrennter Objekte als ein Ganzes, wobei die wechselseitigen Einflüsse der Gebiete berücksichtigt werden.

Quelle: habr.com