In foarbyld fan it berekkenjen fan termyske potinsjeel foar in strjitnetwurk yn Nizhny Novgorod
It stedsgebiet is in kompleks, heterogeen systeem dat yn konstante feroaring is. Jo kinne it territoarium beskriuwe en de stedske omjouwing beoardielje mei romtlike objekten (faktoaren). Faktoaren dy't it territoarium beskriuwe ferskille yn 'e aard fan har ynfloed (posityf, negatyf) en geometryske konfiguraasje (punten, linen, polygoanen).
It is faaks frij lestich om de mjitte fan ynfloed fan elk yndividueel objekt op it nivo fan ûntwikkeling fan it territoarium as gehiel of in bepaald aspekt derfan te bepalen. Hjoed, it probleem fan it definiearjen en beskriuwen fan sokke begripen as "kultuer", "sosjale sfear", "sosjale spanning", "goede libben", "ekonomyske ûntwikkeling", "befolking sûnens" wurdt hieltyd relevanter. De dûbelsinnigens fan dizze begripen nimt ta as wy se tapasse wolle op ferskate sosjale groepen, populaasjes fan ferskillende leeftiden en geslachten.
Dêrby moat opmurken wurde dat de grinzen fan 'e stêd yn it moderne konsept binne frij willekeurich. Deistige migraasje fan 'e befolking, ferfierberikberens fan ôfstângebieten "fervaagt de grins" fan 'e stêd noch mear. It no in soad brûkte begryp agglomeraasje wjerspegelet yn 't algemien de grinzen fan 'e stêd, mar makket tagelyk it konsept fan 'e stedsgrins sels noch faker.
Nettsjinsteande de hjirboppe beskreaune problemen, binne analyze en beoardieling fan gebieten hjoed ien fan 'e meast kânsrike en nijsgjirrige gebieten dy't in protte driuwende problemen fan' e stedske omjouwing kinne oplosse.
It artikel stelt foar oerweging in metoade foar it analysearjen fan it territoarium mei in "termysk" model. Dizze metoade is basearre op 'e stúdzje fan potensjes makke troch objekten (faktoaren) fan ferskate natuer (punt, lineêr en gebiet). Analyse fan it territoarium mei dizze metoade makket it mooglik om te gean fan in set romtlike gegevens (faktoaren) dy't it territoarium beskriuwe nei in krekte numerike (skoare) beoardieling op elk punt fan it territoarium.
De mooglikheden dy't ûndersocht binne as ûnderdiel fan 'e territoariumanalyse hawwe in fysike ynterpretaasje - waarmtepropagaasje yn omjouwings fan ferskate diminsjes (2D, 3D). Dit ferskynsel kin wurde fertsjintwurdige yn 'e foarm fan "termyske" bylden ("waarmte" kaarten fan it territoarium), it jaan fan in idee fan de mjitte fan ûntwikkeling fan it territoarium ôfhinklik fan de kleur yntinsiteit fan it byld.
Territory faktoaren
Territoariumanalyse omfettet it sykjen en ferwurkjen fan ynformaasje oer de faktoaren dy't it territoarium beynfloedzje en har yndikatoaren. Beynfloedzjende faktoaren binne objekten dy't ynfloed hawwe op it omlizzende territoarium en hawwe in set fan skaaimerken en romtlike koördinaten. Foarbylden fan beynfloedzjende faktoaren omfetsje winkels, yndustriële foarsjenningen, diken, bosken en wetterskippen.
Yndikatoaren fan ynfloed binne objekten wjerspegeljende ynfloed fan objekten en ek in set fan skaaimerken en romtlike koördinaten. Foarbylden fan ynfloedyndikatoaren: pinautomaten, reklamebuorden, monuminten.
Yn 'e folgjende presintaasje sille wy it begryp faktoaren fan ynfloed brûke, dy't beide termen kombinearret - faktoaren en yndikatoaren fan ynfloed.
Hjirûnder in foarbyld fan romtlike gegevens dy't fungearje as beynfloedzjende faktoaren.
Ien fan 'e wichtige stadia fan it útfieren fan wurk oan it analysearjen fan gebieten is it poadium fan it sammeljen en ferwurkjen fan earste ynformaasje. Tsjintwurdich is d'r in protte ynformaasje oer de faktoaren dy't it territoarium beynfloedzje fan ferskate graden fan detail.
Ynformaasje kin krigen wurde fan iepen boarnen as beheinde boarnen. Yn in protte gefallen is iepen ynformaasje genôch foar analyse, hoewol, as regel, it fereasket frij arbeidsintensive ferwurking.
Under iepen boarnen is de lieder, nei ús miening, de boarne OpenStreetMap (OSM). De ynformaasje krigen fan dizze boarne wurdt deistich bywurke oer de hiele wrâld.
OpenStreetMap (OSM) boarneynformaasje wurdt presintearre yn de folgjende formaten:
- OSM-formaat. It haadformaat mei de útwreiding ".osm" wurdt brûkt om XML-grafyske ôfbyldings te beskriuwen - knopen, paden, relaasjes.
- "Poalsk formaat". It tekstformaat mei de tafoeging ".mp" wurdt brûkt foar it wurkjen mei grafiken.
- PBF-formaat. Data opslachformaat mei de tafoeging ".osm.pbf".
Jo kinne ek de folgjende brûke as boarnen fan ynformaasje:
- 2 GIS
De boarne befettet moanlikse ferwurke ynformaasje fan hege kwaliteit, mei in poerbêste klassifikaasje fan 3 nivo's foar bedriuwen en organisaasjes.
- KML (Keyhole Markup Language) triemmen
KML-bestannen (Keyhole Markup Language) binne in bestânsformaat dat brûkt wurdt om geografyske gegevens yn Google Earth, Google Maps en Google Maps foar mobile apparaten wer te jaan.
Mei KML-bestannen kinne jo:
- ynstallearje ferskate ikoanen en meitsje hantekeningen om plakken op it oerflak fan 'e ierde oan te jaan
- meitsje ferskate hoeken foar selekteare objekten troch de kameraposysje te feroarjen
- brûk ferskate overlay-ôfbyldings
- stilen definiearje om de werjefte fan in objekt oan te passen, HTML-koade oan te passen om hyperlinks en ynline-ôfbyldings te meitsjen
- brûke mappen foar hiërargyske groepearring fan eleminten
- KML-bestannen dynamysk ûntfange en bywurkje fan knooppunten op ôfstân as lokale netwurk
- Untfang KML-gegevens neffens feroaringen yn 'e 3D-werjouwer
- Federale tsjinst foar steatsregistraasje, kadaster en kartografy "Rosreestr"
De ynformaasje op it Rosreestr-portaal is weardefol foar har ynhâld en relevânsje, mar, spitigernôch, makket it it net mooglik om fergees grafiken te krijen foar kapitaalbouprojekten en lânproeven. It Rosreestr-portaal befettet ek in grutte hoemannichte ynformaasje oer beheinde tagong.
- Statistyske lichems
Statistyske gegevens binne in legitime boarne fan ynformaasje oer it territoarium, lykwols, fan hjoed ôf binne gegevens fan statistyske ynstânsjes allinich beskikber foar in bepaald oantal yndikatoaren, benammen yn 'e rapporten fan statistyske ynstânsjes en rapporten fan regionale autoriteiten.
- Ynformaasje systemen fan autoriteiten
Hege kwaliteit ynformaasje is befette yn oerheidsynformaasjesystemen, mar mar in lyts part dêrfan wurdt publisearre yn it publike domein en is beskikber foar analyse.
It útfieren fan in analyze fan territoaria stelt gjin spesifike easken op 'e gearstalling fan ynformaasje yn feite, kinne jo brûke alles dat waard fûn ynformaasje út iepen boarnen is meastal útwikselber; It moat lykwols opmurken wurde dat sels de ynformaasje krigen fan 'e OSM-boarne allinich genôch is om in analyze fan ûnbekend grûngebiet te meitsjen.
Analyse fan it territoarium mei in "termyske" model. Fysike ynterpretaasje fan potinsjes
Lykas earder neamd, is territoariumanalyse hjoed in heul ûnderwerp en in krêftich ark foar redeneare oanlûking fan ynvestearrings yn 'e ûntwikkeling fan ynfrastruktuer yn ferskate stedske omjouwings.
It ferskaat oan problemen oplost mei territoariumanalyse kin wurde kombinearre yn ferskate grutte gebieten:
- It krijen fan de meast ynterpretabele en detaillearre beoardieling fan it territoarium op elk punt.
Troch it probleem op te lossen kinne jo op elk punt fan it territoarium in set fan punten krije, in idee jaan fan it nivo fan ûntwikkeling fan it territoarium yn it algemien, lykas ek yn in bepaald fakgebiet. Sa'n fakgebiet kin bygelyks kultuer, yndustry, hannel, ensfh.
- It fêststellen fan de meast foardielige plakken foar it pleatsen fan ynvestearringsobjekten fan in bepaald type (Bygelyks banken, spesjalisearre winkels, winkel- en ferdivedaasjesintra, ensfh.) Yn it selektearre grûngebiet.
- Analyse fan it meast effektive gebrûk fan it territoarium.
Dizze rjochting soarget foar in detaillearre stúdzje fan 'e skaaimerken fan it territoarium, de merksituaasje dy't ûntwikkele is yn it gebiet ûnder stúdzje, en de identifikaasje fan populêre opsjes.
- Bepaling fan de bydrage fan ien faktor oan it kostenmodel, mei it foarbyld fan it ûntstean fan nije diken en nije rûtes.
- Analyse fan ferskate aspekten fan ien territoarium en analyze fan ferskate gebieten (fergeliking fan gebieten).
De oarspronklikheid fan 'e metoade foar territoariumanalyse foarsteld yn it artikel mei it "termyske" model leit yn it brûken fan yndikatoaren foar territoariumûntwikkeling - potinsjes, presintearre yn numerike termen en wjerspegelje de mjitte fan ynfloed fan it objekt (beynfloedzjende faktor) op it territoarium.
Om de essinsje fan 'e stúdzje te begripen, is it nedich om in pear wurden te sizzen oer it thermyske potinsjeel sels en har fysike ynterpretaasje te jaan.
Yn de natuerkunde binne der sokke begripen as krêftfjild и krêft funksje. It krêftfjild hat de dimensje fan enerzjy, de krêftfunksje hat de diminsje fan krêft.
Foar de wet fan universele gravitaasje wurdt it krêftfjild definiearre troch de formule:
F=k/r2, wêr
k - konstante;
r - ôfstân tusken ynteraksje objekten.
De krêftfunksje ϕ wurdt bepaald troch de útdrukking:
dϕ=-F*dr, wêr
ϕ - krêftfjildpotinsjeel;
dϕ, dr - ferskillen;
r is de ôfstân tusken ynteraktive objekten,
dêrom ϕ=k/r.
De fysike betsjutting fan it krêftfjildpotinsjeel ϕ is it wurk E útfierd troch it krêftfjild by it trochjaan fan in bepaald paad. Yn it gefal fan 'e wet fan universele gravitaasje, as de ôfstân ta in objekt feroaret fan r2 nei r1, wurdt de krêftfunksje bepaald troch de formule
E=k*(1/r1-1/r2), wêr
E is it wurk dat wurdt dien troch it krêftfjild by it trochjaan fan in bepaald paad;
r1, r2 - begjin- en lêste posysje fan it objekt.
Foar de taak fan it analysearjen fan in territoarium kin de ynfloed fan objekten (faktoaren) op it territoarium beskôge wurde as in krêft (macht funksje), en it nivo fan ûntwikkeling fan it territoarium as it totale termyske potinsjeel (krêftfjild) fan alle objekten (faktoaren). Yn natuerkunde problemen, termyske potinsjeel is temperatuer, en yn problemen fan territoarium analyze mei help fan in "termyske" model, it potinsjeel stiet foar de totale ynfloed fan alle beynfloedzjende faktoaren op in punt yn it territoarium.
Romtlike gegevens besteane út punten, linen en polygonen. Om potinsjes te berekkenjen, wurde útwreide romtlike gegevens ferdield yn lytse fragminten. Foar elk fragmint wurdt it potinsjeel fan it punt berekkene mei in multiplier gelyk oan de grutte fan it objektfragmint (faktor).
De gegevens binne ferdield yn semantyske groepen basearre op it prinsipe fan nauwe oerienkomst. Bygelyks, hannelsobjekten wurde kombinearre troch guod. D'r binne groepen fan boskobjekten, wetterlichems, delsettings, ferfierstops, ensfh. Groepen ferienige troch betsjutting fertsjintwurdigje in faktor. Nei't wy alle objekten (faktoaren) trochgien hawwe, krije wy in set thermyske potensjes geskikt foar fierdere ferwurking.
It brûken fan potinsjes ("waarmtekaarten") kinne jo ferpleatse fan romtlike gegevens nei "termyske" bylden fan objekten (faktoaren) fan ynfloed op it territoarium (visualisaasje fan potinsjes). Sa'n oergong makket it mooglik om te bepalen de mjitte fan oanwêzigens fan 'e faktor op elk punt fan it territoarium en fiere fierdere analyze, d.w.s. werjaan ferskillende rjochtingen fan stêd ûntwikkeling yn kleur. Sa krije wy in gloed fan wikseljende yntinsiteit foar elk punt fan it territoarium.
Foarbylden fan "termyske" bylden fan it grûngebiet fan Nizhny Novgorod yn 'e kontekst fan ferskate faktoaren wurde hjirûnder presintearre.
"Termyske" kaart fan Nizhny Novgorod, wjerspegelje de faktor "Apotheekketen".
"Heat" kaart fan Nizhny Novgorod, wjerspegelje de faktor "Polyclinics foar folwoeksenen"
"Termyske" kaart fan Nizhny Novgorod, wjerspegelje de faktor "Bernkliniken".
"Termyske" kaart fan Nizhny Novgorod, reflektearret de faktor "Yndustriële sônes"
"Termyske" bylden fan it territoarium meitsje it mooglik om de konsintraasje fan potinsjes te bepalen fan ferskate objekten fan ynfloed. Folgjende, is it nedich om te kombinearjen de krigen potinsjes yn in yntegraal karakteristyk dat mooglik makket in beoardieling fan it territoarium basearre op in grut oantal faktoaren. Dit fereasket in metoade wêrmei jo in grutte hoemannichte ynformaasje analysearje kinne, objekten werkenne, en ek de diminsje fan gegevens ferminderje, de minste hoemannichte ynformaasje ferlieze. Ien fan dizze metoaden is de haadkomponintanalyse (PCA). Mear details oer dizze metoade kinne fûn wurde yn .
De essinsje fan 'e metoade is om in lineêre kombinaasje fan inisjele parameters te finen dy't it sterkst feroaret op it mêd fan analyse. Foar romtlike gegevens - de meast sterk feroarjende oer it territoarium.
De haadkomponintmetoade identifisearret objekten (faktoaren) dy't it sterkst feroarje oer it territoarium. As gefolch fan 'e metoade ferskine nije fariabelen - de haadkomponinten, dy't mear ynformatyf binne yn ferliking mei de orizjinele gegevens, wêrmei't it makliker is om it territoarium te analysearjen, te beskriuwen en te visualisearjen, wêrop it makliker is om modellen te bouwen .
De wichtichste komponinten binne analytyske útdrukkingen - de som fan 'e potensjes fan' e earste faktoaren mei bepaalde koeffizienten. As ien faktor lykwols in wichtige ynfloed hat op it territoarium, mar net feroaret oer it analysearre gebiet, sil de metoade fan 'e haadkomponint dizze faktor net opnimme yn' e gearstalling fan 'e haadkomponinten.
De wichtichste komponinten wurde oardere yn ôfnimmende folchoarder fan ynformaasje - d.w.s. ferspraat oer it hiele territoarium. De earste haadkomponinten drage signifikant mear ynformaasje dan yndividuele faktoaren en beskriuwe it territoarium goed. As regel, by it brûken fan sa'n hûndert faktoaren, draacht de earste haadkomponint sa'n 50% fan alle ynformaasje (fariânsje) foar it territoarium. De haadkomponinten korrelearje net mei elkoar en kinne brûkt wurde foar modellen as skaaimerken fan it territoarium op elk punt.
De wichtichste komponint, as guon abstrakt berekkene yndikator fan it territoarium, hat gjin dúdlike namme en klassifikaasje. In set fan faktoaren dy't sterk korrelearre binne mei de haadkomponint lit ús lykwols de haadkomponinten ynterpretearje. As regel, de folgjende faktoaren korrelearje mei de wichtichste komponinten:
- nivo fan ûntwikkeling fan ynfrastruktuer;
- ferfier komponint fan it grûngebiet;
- klimatologyske sônes;
- nivo fan agraryske ûntwikkeling;
- ekonomysk potinsjeel fan it territoarium.
Fierdere analyze, ynklusyf klustering, giet troch mei de earste pear wichtige haadkomponinten.
Yn 'e sifers kinne jo in grafyske foarstelling sjen fan' e earste haadkomponinten op it grûngebiet fan ferskate stêden fan 'e Russyske Federaasje.
De earste wichtichste komponint karakterisearret it nivo fan ûntwikkeling fan stedske ynfrastruktuer yn Nizjni Novgorod
De earste wichtichste komponint karakterisearret it nivo fan ûntwikkeling fan stedske ynfrastruktuer yn Jekaterinburg
De earste wichtichste komponint karakterisearret it nivo fan ûntwikkeling fan stedske ynfrastruktuer yn Kazan
De earste haadkomponint karakterisearret it nivo fan ûntwikkeling fan stedske ynfrastruktuer yn Perm
De earste haadkomponint karakterisearret it nivo fan ûntwikkeling fan stedske ynfrastruktuer yn Samara
De earste haadkomponint karakterisearret it nivo fan ûntwikkeling fan stedske ynfrastruktuer yn Khabarovsk
Yntegrale skaaimerken: klustering
It fierdere poadium fan wurk oan territoariumanalyse is it sykjen nei sônes fan 'e stedske omjouwing dy't homogeen binne yn kwaliteit. Dizze sykopdracht is basearre op 'e analyze fan' e wearden fan 'e haadkomponinten op elk punt yn it territoarium. It probleem fan it sykjen nei dizze homogene sônes kin wurde oplost mei klustering - it proses fan groepearjen fan gebieten basearre op it prinsipe fan 'e buert fan in set skaaimerken.
Territoariumclustering hat twa doelen:
- it meitsjen fan in better waarnommen fisualisaasje fan it territoarium;
- tawizing fan gebieten foar it kompilearjen fan yndividuele modellen.
Gebieten wurde klustere yn oerienstimming mei de selektearre faktoaren foar analyse. Dizze faktoaren kinne faktoaren wêze dy't de prizen beynfloedzje of faktoaren dy't guon aspekten fan 'e ûntwikkeling fan it territoarium beskriuwe, bygelyks de sosjale sfear.
D'r binne twa mienskiplike klassike klusteringmetoaden: de K-means-metoade en de dendrogrammetoade. By it wurkjen mei gebieten hat de K-means-metoade himsels goed bewiisd, wêrfan it skaaimerk it "groeien" fan in kluster is troch nije objekten ta te foegjen oan groeipunten. It foardiel fan 'e K-means-metoade leit yn' e oerienkomst fan har wurk mei it natuerlike proses fan territoariumfoarming: yntegraasje fan ferlykbere, yn stee fan skieding fan ûngelikense.
De K-means metoade waard brûkt foar berekkeningen foar Nizhny Novgorod (figuer hjirûnder).
Konformiteit fan klusters mei it nivo fan ûntwikkeling fan it territoarium mei it foarbyld fan Nizhny Novgorod
Mei de foarstelde oanpak is it mooglik om in oersjoch te krijen fan it territoarium oer ferskate ûnderwerpen. Underwerpen fan belang foar ús kinne wêze, bygelyks, it nivo fan ûntwikkeling fan stedske ynfrastruktuer, it nivo fan "eliteness" fan it territoarium, it nivo fan kulturele ûntwikkeling, de sosjale komponint fan de ûntwikkeling fan it territoarium. Dizze tema's binne min definieare yntegrale begripen, en besteane út in protte ûnderling relatearre faktoaren.
Mei help fan wat algoritme foar it selektearjen fan parameters foar analyse (ynklusyf mei de belutsenens fan saakkundigen), sille wy tematyske kaarten krije dy't in idee jouwe fan ien aspekt fan 'e ûntwikkeling fan it territoarium.
Yntegraal skaaimerken wurde begrepen as de earste haadkomponinten, foaral de meast ynformative earste haadkomponint, en klustering fan it territoarium neffens selektearre parameters.
Tematyske kaarten fan 'e earste haadkomponinten foar ferskate aspekten fan ûntwikkeling wurde presintearre yn' e sifers hjirûnder.
Tematyske kaart "Kulturele Objekten" mei it foarbyld fan Nizhny Novgorod
Tematyske kaart "Sosjale sfear" mei it foarbyld fan Nizhny Novgorod
Yntegrale skaaimerken meitsje it mooglik om te begripen de skaaimerken fan in territoarium mei help fan in protte faktoaren mei minimaal ferlies fan ynformaasje.
Ta beslút, it is de muoite wurdich opskriuwen nochris dat hjoed de analyze fan gebieten is in ekstreem wichtige poadium yn it oplossen fan de problemen fan it ûntwikkeljen fan it stedske omjouwing, it kiezen fan plakken om te ynvestearjen yn de bou, it finen fan de meast foardielige lokaasje foar nije foarsjennings en oare taken.
De metoade foar territoariumanalyse foarsteld yn it artikel mei in "termysk" model fan faktoaren fan ferskillende natuer is net kritysk foar de set fan faktoaren, d.w.s. it stelt gjin beheiningen of easken op 'e earste ynformaasje.
It ferskaat en oerstalligens fan boarneynformaasje, lykas de kâns om iepen gegevens te brûken, leveret ûnbeheinde perspektiven foar it analysearjen fan elk territoarium frede.
Yn 'e folgjende publikaasjes wijd oan' e problemen fan territoriale analyze, binne wy fan plan de skaaimerken te ûntdekken fan it kompilearjen fan modellen mei help fan haadkomponinten en metoaden foar har ymplemintaasje foar sokke taken as:
- de bêste lokaasje te kiezen by it pleatsen fan in nij objekt;
- bou fan in priis oerflak foar in bepaalde kategory fan objekten mei help fan merkwearde;
- beoardieling fan 'e profitabiliteit fan in bepaald type aktiviteit ôfhinklik fan' e lokaasje fan 'e objekten.
D'r binne ek plannen om metoaden te presintearjen foar de omkearde oergong fan haadkomponinten nei faktoaren, dy't op syn beurt it mooglik makket om in model te krijen fan faktoaren foar in bepaald territoarium.
Boarne: www.habr.com