Ekzemplo de kalkulado de termika potencialo por stratreto en Niĵnij Novgorod
La urba teritorio estas kompleksa, heterogena sistemo, kiu estas en konstanta ŝanĝo. Vi povas priskribi la teritorion kaj taksi la urban medion uzante spacajn objektojn (faktoroj). Faktoroj priskribantaj la teritorion malsamas en la naturo de sia influo (pozitiva, negativa) kaj geometria agordo (punktoj, linioj, pluranguloj).
Ofte estas sufiĉe malfacile determini la gradon de influo de ĉiu individua objekto sur la nivelo de evoluo de la teritorio kiel tuto aŭ iu aparta aspekto de ĝi. Hodiaŭ, la problemo de difini kaj priskribi tiajn konceptojn kiel "kulturo", "socia sfero", "socia streĉiĝo", "bona vivo", "ekonomia evoluo", "populacio sano" fariĝas ĉiam pli grava. La ambigueco de ĉi tiuj konceptoj pliiĝas se ni volas apliki ilin al malsamaj sociaj grupoj, loĝantaroj de malsamaj aĝoj kaj seksoj.
Ankaŭ, oni devas rimarki, ke la limoj de la urbo en la moderna koncepto estas sufiĉe arbitraj. Ĉiutaga migrado de la loĝantaro, transporta alirebleco de malproksimaj areoj "malklarigas la limon" de la urbo eĉ pli. La nun vaste uzata koncepto de aglomerado ĝenerale reflektas la limojn de la urbo, sed samtempe igas la koncepton mem de la urbolimo eĉ pli malklara.
Malgraŭ la supre priskribitaj problemoj, analizo kaj taksado de teritorioj hodiaŭ estas inter la plej promesplenaj kaj interesaj areoj, kiuj permesas solvi multajn urĝajn problemojn de la urba medio.
La artikolo proponas por konsidero metodon por analizi la teritorion per "termika" modelo. Ĉi tiu metodo baziĝas sur la studo de potencialoj kreitaj de objektoj (faktoroj) de diversaj naturoj (punkto, lineara kaj areo). Analizo de la teritorio uzante ĉi tiun metodon ebligas transiri de aro de spacaj datumoj (faktoroj) priskribantaj la teritorion al preciza nombra (poentaro) takso ĉe ĉiu punkto de la teritorio.
La potencialoj studitaj kiel parto de la teritoria analizo havas fizikan interpreton - varmodisvastigo en medioj de malsamaj dimensioj (2D, 3D). Ĉi tiu fenomeno povas esti reprezentita en la formo de "termikaj" bildoj ("varmo" mapoj de la teritorio), donante ideon pri la grado de disvolviĝo de la teritorio depende de la kolorintenseco de la bildo.
Teritoriaj faktoroj
Teritoria analizo implikas serĉi kaj prilabori informojn pri la faktoroj influantaj la teritorion kaj iliajn indikilojn. Influaj faktoroj estas objektoj, kiuj influas la ĉirkaŭan teritorion kaj havas aron de karakterizaĵoj kaj spacaj koordinatoj. Ekzemploj de influfaktoroj inkluzivas butikojn, industriajn instalaĵojn, vojojn, arbarojn kaj akvokorpojn.
Indikiloj de influo estas objektoj reflekta influo de objektoj kaj ankaŭ havanta aron de karakterizaĵoj kaj spacaj koordinatoj. Ekzemploj de influindikiloj: ATM-oj, afiŝtabuloj, monumentoj.
En la sekva prezento ni uzos la koncepton de faktoroj de influo, kiu kombinas ambaŭ terminojn - faktorojn kaj indikilojn de influo.
Malsupre estas ekzemplo de spacaj datumoj, kiuj funkcias kiel influfaktoroj.
Unu el la gravaj etapoj de realigado de laboro pri analizado de teritorioj estas la etapo de kolektado kaj prilaborado de komencaj informoj. Hodiaŭ estas multaj informoj pri la faktoroj influantaj la teritorion de diversaj gradoj de detalo.
Informoj povas esti akiritaj de malfermaj fontoj aŭ limigitaj fontoj. En multaj kazoj, malfermaj informoj sufiĉas por analizo, kvankam, kiel regulo, ĝi postulas sufiĉe laborintensan prilaboradon.
Inter malfermitaj fontoj, la gvidanto, laŭ nia opinio, estas la rimedo OpenStreetMap (OSM). La informoj akiritaj de ĉi tiu fonto estas ĝisdatigitaj ĉiutage tra la mondo.
Informoj pri rimedoj de OpenStreetMap (OSM) estas prezentitaj en la sekvaj formatoj:
- Formato OSM. La ĉefa formato kun la etendo ".osm" estas uzata por priskribi XML-grafikajn bildojn - nodojn, vojojn, rilatojn.
- "Pola formato". La teksta formato kun la etendo ".mp" estas uzata por labori kun grafikaĵoj.
- Formato PBF. Formato de konservado de datumoj kun la etendo ".osm.pbf".
Vi ankaŭ povas uzi la jenajn fontojn de informo:
- 2 GIS
La rimedo enhavas altkvalitajn, monate prilaboritajn informojn, kun bonega 3-nivela klasigilo por entreprenoj kaj organizoj.
- KML (Keyhole Markup Language) dosieroj
KML (Keyhole Markup Language) dosieroj estas dosierformato kiu estas uzata por montri geografiajn datumojn en Google Earth, Google Maps kaj Google Maps por porteblaj aparatoj.
Per KML-dosieroj vi povas:
- instalu diversajn ikonojn kaj faru subskribojn por indiki lokojn sur la surfaco de la Tero
— kreu malsamajn angulojn por elektitaj objektoj ŝanĝante la fotilan pozicion
- uzu malsamajn supermetitajn bildojn
— difini stilojn por personecigi la montradon de objekto, apliki HTML-kodon por krei hiperligilojn kaj enliniajn bildojn
— uzu dosierujojn por hierarkia grupigo de elementoj
— dinamike ricevi kaj ĝisdatigi KML-dosierojn de malproksimaj aŭ lokaj retaj nodoj
- Ricevu KML-datumojn laŭ ŝanĝoj en la 3D-spektilo
- Federacia Servo por Ŝtata Registrado, Katastro kaj Kartografio "Rosreestr"
La informoj pri la portalo Rosreestr estas valoraj pro sia enhavo kaj graveco, sed, bedaŭrinde, ĝi ne ebligas senpage akiri grafikaĵojn por kapitalkonstruaj projektoj kaj terenoj. La portalo Rosreestr ankaŭ enhavas grandan kvanton da informoj pri limigita aliro.
- Statistikaj korpoj
Statistikaj datumoj estas legitima fonto de informoj pri la teritorio, tamen, ĝis hodiaŭ, datumoj de statistikaj korpoj disponeblas nur por certa nombro da indikiloj, ĉefe en la raportoj de statistikaj instancoj kaj raportoj de regionaj aŭtoritatoj.
- Informsistemoj de aŭtoritatoj
Altkvalitaj informoj estas enhavitaj en registaraj informsistemoj, sed nur malgranda parto de ĝi estas publikigita en la publika domeno kaj estas havebla por analizo.
Fari analizon de teritorioj ne postulas specifajn postulojn pri la konsisto de informoj; fakte, vi povas uzi ĉion, kio estis trovita; informoj el malfermaj fontoj estas kutime interŝanĝeblaj. Tamen oni devas rimarki, ke eĉ la informoj akiritaj de la OSM-rimedo sole sufiĉas por fari analizon de nekonata teritorio.
Analizo de la teritorio uzante "termikan" modelon. Fizika interpreto de potencialoj
Kiel menciite antaŭe, teritoria analizo hodiaŭ estas varma temo kaj potenca ilo por rezonita altiro de investoj en la disvolviĝo de infrastrukturo en diversaj urbaj medioj.
La gamo da problemoj solvitaj per teritoria analizo povas esti kombinitaj en plurajn ĉefajn areojn:
— Akiro de la plej interpretebla kaj detala takso de la teritorio ĉe ĉiu punkto.
Solvante la problemon, vi povas akiri aron da punktoj ĉe ĉiu punkto de la teritorio, donante ideon pri la nivelo de disvolviĝo de la teritorio ĝenerale, same kiel en certa temo. Tia temo povus esti, ekzemple, kulturo, industrio, komerco, ktp.
— Determini la plej avantaĝajn lokojn por meti investobjektojn de certa tipo (ekzemple, bankoj, specialigitaj vendejoj, butikumado kaj distra centroj, ktp.) en la elektita teritorio.
— Analizo de la plej efika uzado de la teritorio.
Ĉi tiu direkto permesas detalan studon de la karakterizaĵoj de la teritorio, la merkata situacio, kiu disvolviĝis en la esplorata teritorio, kaj la identigo de popularaj elektoj.
— Determino de la kontribuo de unu faktoro al la kostmodelo, uzante la ekzemplon de la apero de novaj vojoj kaj novaj vojoj.
— Analizo de diversaj aspektoj de unu teritorio kaj analizo de diversaj teritorioj (komparo de teritorioj).
La originaleco de la metodo de analizo de teritorio proponita en la artikolo uzante la "termikan" modelon kuŝas en la uzo de teritoriaj evoluindikiloj - potencialoj, prezentitaj en nombraj terminoj kaj reflektantaj la gradon de influo de la objekto (influfaktoro) sur la teritorio.
Por kompreni la esencon de la studo, necesas diri kelkajn vortojn pri la termika potencialo mem kaj doni ĝian fizikan interpreton.
En fiziko ekzistas tiaj konceptoj kiel fortokampo и forto funkcio. La fortokampo havas la dimension de energio, la fortofunkcio havas la dimension de forto.
Por la leĝo de universala gravitado, la fortokampo estas difinita per la formulo:
F=k/r2, kie
k – konstanta;
r – distanco inter interrilatantaj objektoj.
La fortofunkcio ϕ estas determinita per la esprimo:
dϕ=-F*dr, kie
ϕ—fortkampa potencialo;
dϕ, dr – diferencialoj;
r estas la distanco inter interrilatantaj objektoj,
tial ϕ=k/r.
La fizika signifo de la fortokampa potencialo ϕ estas la laboro E farita per la fortokampo preterpasante certan vojon. En la kazo de la leĝo de universala gravitado, kiam la distanco al objekto ŝanĝiĝas de r2 al r1, la fortofunkcio estas determinita per la formulo
E=k*(1/r1-1/r2), kie
E estas la laboro farita de la fortokampo dum preterpaso de certa vojo;
r1, r2 - komenca kaj fina pozicio de la objekto.
Por la tasko de analizo de teritorio, la influo de objektoj (faktoroj) sur la teritorio povas esti konsiderata kiel forto (potenco funkcio), kaj la nivelo de evoluo de la teritorio kiel la totala termika potencialo (fortokampo) el ĉiuj objektoj (faktoroj). En fizikaj problemoj, termika potencialo estas temperaturo, kaj en problemoj de teritorianalizo uzanta "termikan" modelon, la potencialo reprezentas la totalan efikon de ĉiuj influfaktoroj sur punkto en la teritorio.
Spacaj datumoj konsistas el punktoj, linioj kaj pluranguloj. Por kalkuli potencialojn, plilongigitaj spacaj datenoj estas dividitaj en malgrandajn fragmentojn. Por ĉiu fragmento, la potencialo de la punkto estas kalkulita per multiplikisto egala al la grandeco de la objektofragmento (faktoro).
La datumoj estas dividitaj en semantikajn grupojn bazitajn sur la principo de proksima simileco. Ekzemple, komercaj objektoj estas kombinitaj per varoj. Estas grupoj de arbaraj objektoj, akvokorpoj, setlejoj, transporthaltoj, ktp. Grupoj kunigitaj per signifo reprezentas faktoron. Trapasinte ĉiujn objektojn (faktoroj), ni ricevas aron da termikaj potencialoj taŭgaj por plua prilaborado.
La uzo de potencialoj ("varmomapoj") permesas al vi moviĝi de spacaj datumoj al "termikaj" bildoj de objektoj (faktoroj) de influo sur la teritorio (bildigo de potencialoj). Tia transiro ebligas determini la gradon de ĉeesto de la faktoro ĉe ĉiu punkto de la teritorio kaj efektivigi plian analizon, t.e. montri malsamajn direktojn de urbo-evoluo en koloro. Tiel, ni akiras brilon de ŝanĝiĝanta intenseco por ĉiu punkto de la teritorio.
Ekzemploj de "termikaj" bildoj de la teritorio de Niĵnij Novgorod en la kunteksto de pluraj faktoroj estas prezentitaj sube.
"Termika" mapo de Niĵnij Novgorod, reflektante la faktoron "Apoteka ĉeno".
"Varmo" mapo de Niĵnij Novgorod, reflektante la faktoron "Poliklinikoj por plenkreskuloj"
"Termika" mapo de Niĵnij Novgorod, reflektante la faktoron de "Infanaj klinikoj"
"Termika" mapo de Niĵnij Novgorod, reflektante la faktoron "Industriaj zonoj"
"Termikaj" bildoj de la teritorio ebligas determini la koncentriĝon de potencialoj de diversaj objektoj de influo. Poste, necesas kombini la akiritajn potencialojn en integran karakterizaĵon, kiu ebligas taksadon de la teritorio bazita sur granda nombro da faktoroj. Ĉi tio postulas metodon, kiu ebligas analizi grandan kvanton da informoj, rekoni objektojn kaj ankaŭ redukti la dimension de datumoj, perdante la plej malgrandan kvanton da informoj. Unu el ĉi tiuj metodoj estas la ĉefkomponenta analizo (PCA). Pliaj detaloj pri ĉi tiu metodo troveblas en .
La esenco de la metodo estas trovi linearan kombinaĵon de komencaj parametroj, kiu plej forte ŝanĝiĝas en la areo de analizo. Por spacaj datumoj - la plej forte ŝanĝanta sur la teritorio.
La ĉefkomponenta metodo identigas objektojn (faktorojn) kiuj plej forte ŝanĝiĝas sur la teritorio. Kiel rezulto de la metodo, aperas novaj variabloj - la ĉefaj komponantoj, kiuj estas pli informaj kompare kun la originalaj datumoj, kun la helpo de kiuj estas pli facile analizi, priskribi kaj bildigi la teritorion, sur kiu estas pli facile konstrui modelojn. .
La ĉefkomponentoj estas analizaj esprimoj - la sumo de la potencialoj de la komencaj faktoroj kun certaj koeficientoj. Tamen, se iu faktoro havas gravan efikon sur la teritorio, sed ne ŝanĝiĝas tra la analizita teritorio, la ĉefkomponenta metodo ne inkluzivos ĉi tiun faktoron en la konsisto de la ĉefaj komponantoj.
La ĉefaj komponantoj estas ordigitaj en malkreskanta sinsekvo de informoj - t.e. disvastiĝanta tra la tuta teritorio. La unuaj ĉefaj komponantoj portas signife pli da informoj ol individuaj faktoroj kaj bone priskribas la teritorion. Kiel regulo, kiam oni uzas ĉirkaŭ cent faktorojn, la unua ĉefa komponanto portas ĉirkaŭ 50% de ĉiuj informoj (varianco) por la teritorio. La ĉefkomponentoj ne korelacias kun unu la alian kaj povas esti utiligitaj por modeloj kiel karakterizaĵoj de la teritorio ĉe ĉiu punkto.
La ĉefa komponanto, kiel iu abstrakte kalkulita indikilo de la teritorio, ne havas klaran nomon kaj klasifikon. Tamen, aro de faktoroj, kiuj estas forte korelaciitaj kun la ĉefa komponanto, permesas al ni interpreti la ĉefajn komponantojn. Kiel regulo, la sekvaj faktoroj korelacias kun la ĉefaj komponantoj:
— nivelo de infrastruktura disvolviĝo;
— transporta komponanto de la teritorio;
- klimataj zonoj;
— nivelo de agrikultura disvolviĝo;
— ekonomia potencialo de la teritorio.
Plia analizo, inkluzive de grupigado, daŭrigas kun la unuaj malmultaj signifaj ĉefkomponentoj.
En la figuroj vi povas vidi grafikan reprezenton de la unuaj ĉefaj komponantoj en la teritorio de pluraj urboj de la Rusa Federacio.
La unua ĉefa komponanto karakterizanta la nivelon de disvolviĝo de urba infrastrukturo en Niĵnij Novgorod
La unua ĉefa komponento karakterizanta la nivelon de evoluo de urba infrastrukturo en Jekaterinburg
La unua ĉefkomponento karakterizanta la nivelon de evoluo de urba infrastrukturo en Kazan
La unua ĉefa komponento karakterizanta la nivelon de evoluo de urba infrastrukturo en Perm
La unua ĉefa komponento karakterizanta la nivelon de evoluo de urba infrastrukturo en Samara
La unua ĉefa komponento karakterizanta la nivelon de evoluo de urba infrastrukturo en Ĥabarovsk
Integraj karakterizaĵoj: clustering
La plia etapo de laboro pri teritoria analizo estas la serĉo de zonoj de la urba medio kiuj estas homogenaj en kvalito. Ĉi tiu serĉo baziĝas sur la analizo de la valoroj de la ĉefaj komponantoj ĉe ĉiu punkto de la teritorio. La problemo de serĉado de ĉi tiuj homogenaj zonoj povas esti solvita per clustering - la procezo de grupigo de teritorioj bazita sur la principo de proksimeco de aro de karakterizaĵoj.
Teritoriogrupo havas du celojn:
— krei pli bone perceptitan bildigon de la teritorio;
— atribuo de areoj por la kompilo de individuaj modeloj.
Teritorioj estas grupigitaj laŭ la elektitaj faktoroj por analizo. Tiuj faktoroj povas esti faktoroj influantaj prezojn aŭ faktoroj priskribantajn iun aspekton de la evoluo de la teritorio, ekzemple, la socia sfero.
Ekzistas du oftaj klasikaj grupigmetodoj: la K-metodo kaj la dendrogrammetodo. Laborante kun teritorioj, la metodo K-means pruvis sin bone, kies trajto estas la "kreskado" de areto aldonante novajn objektojn al kreskopunktoj. La avantaĝo de la K-metodo kuŝas en la simileco de ĝia laboro al la natura procezo de teritorioformado: integriĝo de similaj, prefere ol apartigo de malsimilaj.
La K-metodo estis uzita por kalkuloj por Niĵnij Novgorod (figuro malsupre).
Konformo de aretoj kun la nivelo de disvolviĝo de la teritorio uzante la ekzemplon de Niĵnij Novgorod
Per la proponita aliro, eblas akiri superrigardon de la teritorio pri diversaj temoj. Temoj interesaj por ni povas esti, ekzemple, la nivelo de evoluo de urba infrastrukturo, la nivelo de "eliteco" de la teritorio, la nivelo de kultura evoluo, la socia komponanto de la evoluo de la teritorio. Tiuj temoj estas nebone difinitaj integraj konceptoj, kaj konsistas el multaj interrilataj faktoroj.
Uzante iun algoritmon por elekti parametrojn por analizo (inkluzive kun la partopreno de spertuloj), ni ricevos temajn mapojn, kiuj donas ideon pri unu aspekto de la disvolviĝo de la teritorio.
Integraj karakterizaĵoj estas komprenataj kiel la unuaj ĉefkomponentoj, ĉefe la plej informa unua ĉefkomponento, kaj amasiĝo de la teritorio laŭ elektitaj parametroj.
Temaj mapoj de la unuaj ĉefkomponentoj por diversaj aspektoj de evoluo estas prezentitaj en la figuroj malsupre.
Tema mapo "Kulturaj Objektoj" uzante la ekzemplon de Niĵnij Novgorod
Tema mapo "Socia sfero" uzante la ekzemplon de Niĵnij Novgorod
Integraj trajtoj ebligas kompreni la karakterizaĵojn de teritorio uzante multajn faktorojn kun minimuma perdo de informoj.
Konklude, indas rimarki denove, ke hodiaŭ la analizo de teritorioj estas ege grava etapo por solvi la problemojn de evoluigado de la urba medio, elektado de lokoj por investi en konstruado, trovi la plej avantaĝan lokon por novaj instalaĵoj kaj aliaj taskoj.
La metodo de analizo de teritorio proponita en la artikolo uzante "termikan" modelon de faktoroj de malsama naturo ne estas kritika al la aro de faktoroj, t.e. ĝi ne trudas limigojn aŭ postulojn al la komenca informo.
La diverseco kaj redundo de fontaj informoj, same kiel la ŝanco uzi malfermajn datumojn, provizas senlimaj perspektivoj por analizi ajnan teritorion pacon.
En la sekvaj publikaĵoj dediĉitaj al la problemoj de teritoria analizo, ni planas malkaŝi la trajtojn de kompilado de modeloj uzante ĉefajn komponantojn kaj metodojn por ilia efektivigo por tiaj taskoj kiel:
— elektante la plej bonan lokon kiam oni metas novan objekton;
— konstruado de preza surfaco por certa kategorio da objektoj uzante merkatan valoron;
- takso de la profiteco de certa speco de aktiveco depende de la loko de la objektoj.
Estas ankaŭ planoj prezenti metodojn por la inversa transiro de ĉefkomponentoj al faktoroj, kiu siavice ebligas akiri modelon de faktoroj por antaŭfiksita teritorio.
fonto: www.habr.com