Na primeira publicación () describimos como se poden utilizar os potenciais térmicos para analizar os territorios en xeral. Nas seguintes publicacións estaba previsto describir como se almacena a información sobre os obxectos espaciais nas bases de datos, como se constrúen os modelos dos principais compoñentes e, en xeral, cales poden ser as tarefas de análise do territorio. Pero primeiro o primeiro.
Usar o método do potencial térmico en primeiro lugar permite facerse unha idea xeral do territorio que nos interesa. Por exemplo, tomando a información inicial de OSM para a cidade de Barcelona (Cataluña), e realizando unha análise integral sen seleccionar parámetros, podemos obter imaxes “térmicas” dos primeiros compoñentes principais. Tamén falamos de mapas de “calor” no primeiro artigo, pero non estaría mal lembrar que o termo mapa de “calor” xurdiu polo significado físico dos potenciais empregados para a análise integral. Eses. en problemas de física, o potencial é a temperatura, e nos problemas de análise territorial, o potencial é o efecto total de todos os factores que inflúen nun punto específico do territorio.
A continuación móstrase un exemplo de mapa de “calor” da cidade de Barcelona obtido como resultado dunha análise integral.
Mapa “calor” do primeiro compoñente principal, sen selección de parámetros, Barcelona
E ao establecer un parámetro específico (neste caso, escollemos a industria), podes obter un mapa de "calor" directamente para el.
Mapa térmico do primeiro compoñente principal, industria, Barcelona
Por suposto, os problemas de análise son moito máis amplos e variados que a obtención dunha valoración xeral do territorio seleccionado, polo que, a modo de exemplo, neste artigo teremos en conta o problema de atopar a mellor localización á hora de colocar un novo obxecto e os aspectos técnicos. implementación do método do potencial térmico para solucionalo, e en próximas publicacións veremos outras.
Resolver o problema de atopar a mellor localización ao colocar un novo obxecto axudará a determinar o "preparado" que está o territorio para aceptar este novo obxecto, como se correlacionará con outros obxectos xa existentes no territorio, o valioso que será para este novo obxecto. o territorio e que valor engadirá.
Fases da implantación técnica
A implementación técnica pode representarse pola secuencia de procedementos que se indican a continuación:
- Preparación do contorno da información.
- Busca, recollida e tratamento da información de orixe.
- Construción dunha cuadrícula de nodos no territorio analizado.
- Descompoñer os factores do territorio en fragmentos.
- Cálculo de potenciais a partir de factores.
- Selección de factores para a creación de características temáticas integrais do territorio.
- Aplicación do método dos compoñentes principais para obter indicadores integrais do territorio.
- Creación de modelos para a selección dun lugar para a construción dunha nova instalación.
Etapa 1. Preparación do contorno da información
Nesta fase, é necesario seleccionar un sistema de xestión de bases de datos (DBMS), determinar as fontes de información, os métodos de recollida de información e a cantidade de información recollida.
Para o noso traballo, usamos a base de datos PostgeSql (DB), pero vale a pena sinalar que calquera outra base de datos que funcione con consultas SQL servirá.
A base de datos almacenará información inicial: datos espaciais sobre obxectos: tipos de datos (puntos, liñas, polígonos), as súas coordenadas e outras características (lonxitude, área, cantidade), así como todos os valores calculados obtidos como resultado de o traballo realizado e os propios resultados do traballo .
A información estatística tamén se presenta como datos espaciais (por exemplo, rexións dunha rexión con datos estatísticos asignados a estas rexións).
Como resultado da transformación e procesamento da información inicial recollida, fórmanse táboas que conteñen información sobre factores lineais, puntuais e de área, os seus identificadores e coordenadas.
Etapa 2. Busca, recollida e tratamento da información de orixe
Como información inicial para resolver este problema, utilizamos información de fontes cartográficas abertas que contén información sobre o territorio. O líder, na nosa opinión, é a información de OSM, actualizada diariamente en todo o mundo. Non obstante, se consegues recoller información doutras fontes, non será peor.
O tratamento da información consiste en uniformala, eliminando información falsa e preparala para cargala na base de datos.
Fase 3. Construción dunha cuadrícula de nodos no territorio analizado
Para garantir a continuidade do territorio analizado, é necesario construír sobre el unha cuadrícula, cuxos nodos teñan coordenadas nun sistema de coordenadas determinado. En cada nodo da rede determinarase posteriormente o valor potencial. Isto permitirá visualizar áreas homoxéneas, clusters e os resultados da análise final.
Dependendo das tarefas a resolver, son posibles dúas opcións para construír unha cuadrícula:
— Reixa con paso regular (S1) – é observable en todo o territorio. Utilízase para calcular os potenciais a partir dos factores, determinar as características integrais do territorio (principais compoñentes e clusters) e mostrar os resultados da modelización.
Ao seleccionar esta cuadrícula, debes especificar:
- espazamento da grella: o intervalo no que se localizarán os nós da grella;
- o límite do territorio analizado, que pode corresponder a unha división administrativa-territorial, ou ben pode ser unha zona do mapa que limita a superficie de cálculo en forma de polígono.
— Reixa con espazamento irregular (S2) describe puntos individuais do territorio (por exemplo, centroides). Tamén se utiliza para calcular potenciais a partir de factores, e determinar as características integrais do territorio (principais compoñentes e clusters). O modelado con compoñentes principais calculados realízase precisamente nunha cuadrícula cun paso irregular e, para visualizar os resultados da simulación, os números de clúster dos nodos da grade cun paso irregular transfírense aos nodos da grade cun paso regular segundo o principio de proximidade das coordenadas. .
Na base de datos, a información sobre as coordenadas dos nodos da grella gárdase en forma de táboa que contén a seguinte información para cada nodo:
- ID de nodo;
- coordenadas dos nodos (x, y).
Nas figuras seguintes móstranse exemplos de cuadrículas con espazamento regular para diferentes territorios con espazamento diferente.
Reixa de cobertura de Nizhny Novgorod (puntos vermellos). Reixa de cobertura da rexión de Nizhny Novgorod (puntos azuis).
Etapa 4 Descompoñer os factores do territorio en fragmentos
Para unha análise posterior, os factores estendidos do territorio deben converterse nunha matriz de factores discretos para que cada nodo da grella conteña información sobre cada factor presente nel. Os factores lineais divídense en segmentos, os factores de área en fragmentos.
O paso de partición elíxese en función da área do territorio e do factor específico; para grandes áreas (rexión) o paso de partición pode ser de 100-150 m; para áreas máis pequenas (cidade) o paso de partición pode ser de 25-50 m. .
Na base de datos, a información sobre os resultados da división gárdase en forma de táboa que contén a seguinte información para cada fragmento:
- identificador do factor;
- coordenadas dos centroides dos fragmentos de partición resultantes (x, y);
- lonxitude/área dos fragmentos de partición.
Fase 5 Cálculo de potenciais a partir de factores
Un dos enfoques posibles e comprensibles para analizar a información inicial é considerar os factores como potenciais de obxectos de influencia.
Usemos a solución fundamental da ecuación de Laplace para o caso bidimensional: o logaritmo da distancia desde o punto.
Tendo en conta a esixencia dun valor potencial finito en cero e a limitación do valor potencial a grandes distancias, o potencial determínase do seguinte xeito:
en r (1)
para r2>r>=r1
para r>=r2
Tipo de potencial de influencia dun obxecto puntual
A función logarítmica debe estar limitada a cero e razoablemente acotada a certa distancia dos factores. Se non fixeramos restricións ao potencial a grandes distancias do factor, teriamos que ter en conta unha enorme cantidade de información lonxe do punto analizado, que practicamente non ten ningún efecto na análise. Polo tanto, introducimos o valor do radio de acción do factor, máis aló do cal a contribución ao potencial do factor é cero.
Para unha cidade, suponse que o raio do factor é igual a media hora peón accesibilidade - 2 metros. Para a comarca deberíamos falar de media hora transporte accesibilidade - 20 metros.
Así, como resultado do cálculo dos valores potenciais, temos o potencial total de cada factor en cada nodo da cuadrícula regular.
Etapa 6. Selección de factores para a creación de características temáticas integrais do territorio
Nesta etapa, selecciónanse os factores máis significativos e informativos para crear características temáticas integrais do territorio.
A selección de factores pódese levar a cabo de xeito automático establecendo certos límites para os parámetros (correlación, porcentaxe de influencia, etc.), ou pode realizarse de forma experta, coñecendo o tema do problema e tendo certo coñecemento do territorio.
Despois de seleccionar os factores máis significativos e informativos, pode pasar aos seguintes pasos: interpretación dos compoñentes principais.
Etapa 7 Aplicación do método dos compoñentes principais para obter indicadores integrais do territorio. Agrupación
A información inicial sobre os factores do territorio, convertida na fase anterior en potenciais calculados para cada nodo da rede, combínase en novos indicadores integrais: os compoñentes principais.
O método de compoñentes principais analiza a variabilidade dos factores na área de estudo e atopa, a partir dos resultados desta análise, a súa combinación lineal máis variable, o que permite calcular a medida da súa variación - dispersión polo territorio.
Tomemos un problema xeral para crear un modelo para aproximar unha función modelo lineal a valores dados
(2)
Onde i é o número de compoñente,
n – número de compoñentes implicados no cálculo
j – índice de nodos dun punto de territorio, j=1..k
k – o número de todos os nós da cuadrícula do territorio para os que se realizou o cálculo dos compoñentes principais
— coeficiente para o i-ésimo compoñente principal do modelo
– valor do i-ésimo compoñente principal no punto j-ésimo
B – prazo libre do modelo
— potencial no punto j-ésimo do factor para o que estamos construíndo un modelo
Determinemos as incógnitas da ecuación (2) método dos mínimos cadrados, utilizando as propiedades dos compoñentes principais:
(3)
Onde i e i2 son números de compoñentes, i<>i2
j — índice de nodos de territorio
k é o número de todos os nós do territorio
(4)
(3) significa ningunha correlación entre compoñentes
(4) – o valor total de calquera compoñente é cero.
Recibimos:
(5)
Aquí a notación é a mesma que na Ec. (2), significa o valor potencial medio
Este resultado pódese interpretar do seguinte xeito:
O modelo é unha expresión sinxela consistente no valor medio do valor simulado e correccións sinxelas ao mesmo para cada un dos compoñentes. Como mínimo, o resultado debe incluír o termo ficticio B e o primeiro compoñente principal. A continuación móstranse exemplos de mapas térmicos dos primeiros compoñentes principais da rexión de Nizhny Novgorod.
A partir dos compoñentes principais calculados pódense construír rexións homoxéneas. isto pódese facer tanto para todos os parámetros como, por exemplo, só para os de prezos, é dicir. realizar a agrupación. Para iso, podes usar . Para cada rexión homoxénea calcúlase o valor medio do 1o compoñente principal, caracterizando o nivel de desenvolvemento do territorio.
A continuación ofrécese un exemplo de agrupación por parámetros de prezos para a rexión de Nizhny Novgorod.
Así mesmo, utilizando os compoñentes principais obtidos como parámetros do modelo de custos, podemos obter a superficie de prezos do territorio.
Superficie de prezos de Nizhny Novgorod
Etapa 8. Creación de modelos para a selección dun lugar para a construción dunha nova instalación
Para seleccionar o lugar máis atractivo para a localización dun novo obxecto (en diante denominado "obxecto"), é necesario comparar a localización do "obxecto" coa infraestrutura circundante. Para que o “obxecto” funcione, debe haber recursos suficientes para garantir o seu funcionamento; hai que ter en conta unha gran cantidade de factores, tanto os impactos positivos como negativos sobre o “obxecto”. Todo o conxunto destes factores pódese definir como un ambiente "nutriente" para o funcionamento do "obxecto". A correspondencia do número de obxectos co número de recursos do territorio é a base para o funcionamento estable do "obxecto".
O resultado desta comparación é o potencial calculado para cada punto do territorio e que permite unha análise visual e analítica da elección da localización para colocar un novo “obxecto”.
Para o comercio, por exemplo, entre outras cousas, é importante un fluxo constante de compradores, o que significa que a lista de factores que se deben ter en conta para os obxectos comerciais tamén debe incluír aqueles que garanten este fluxo (por exemplo, instalacións de infraestruturas sociais, lugares de traballo, lugares de residencia, vías de transporte, etc.).
Por outra banda, cando se dan todas as condicións para garantir o funcionamento das instalacións comerciais, cómpre ter en conta a densidade das instalacións comerciais, xa que o “consumo” da contorna leva a unha diminución da posibilidade de compra. O fluxo de persoas non é ilimitado, e o mesmo se aplica aos seus recursos financeiros e capacidades físicas.
O algoritmo para resolver o problema de elixir a mellor localización para un obxecto redúcese a que o potencial obtido en función dos compoñentes principais é o máis próximo posible ao potencial dun conxunto de obxectos do tipo "obxecto"; entón calcúlase a diferenza entre o potencial do modelo e o potencial dos obxectos do tipo "obxecto"; o valor do potencial de contribución dun "obxecto" resta da diferenza resultante; Os valores negativos obtidos neste caso substitúense por cero, é dicir, elimínanse aqueles lugares nos que non hai recursos suficientes para o funcionamento do novo "obxecto".
Como resultado das actuacións realizadas, obtemos puntos do territorio cun valor potencial positivo, é dicir, lugares de localización favorable do noso “obxecto”.
É dicir, temos as potencialidades calculadas de todos os factores á nosa disposición e o factor para o que queremos construír un modelo e analizar a área temática seleccionada (comercio, industria, cultura, ámbito social, etc.)
Para iso é necesario seleccionar factores para a construción de variables ambientais -os principais compoñentes- e, a continuación, calcular modelos en función deles.
Propoñemos seleccionar factores analizando as correlacións de todos os factores co factor de referencia da área temática. Por exemplo, para a cultura poderían ser teatros, para o sistema educativo, escolas, etc.
Calculamos a correlación do potencial estándar cos potenciais de todos os factores. Seleccionamos aqueles factores cuxos coeficientes de correlación en magnitude son superiores a un determinado valor (moitas veces tómase o valor do coeficiente de correlación mínimo = 0).
(6)
onde — valor absoluto do coeficiente de correlación do factor i-ésimo co estándar.
A correlación calcúlase sobre todos os nodos da grella que cobren o territorio.
A diferenza entre o potencial do modelo e o potencial de obxectos do mesmo tipo que o novo obxecto da ecuación (2) mostra o potencial do territorio, que se pode aproveitar para localizar novas instalacións.
Como resultado, obtemos o valor potencial, que caracteriza o grao de beneficio da localización do “obxecto” na área de estudo.
A continuación ofrécese un exemplo de como pode mostrar gráficamente as localizacións recomendadas para un novo "obxecto".
Así, o resultado de resolver o problema de elixir a mellor localización para un novo obxecto pódese representar como unha valoración do territorio en puntos en cada punto, dando unha idea do potencial para localizar un obxecto de investimento, é dicir, canto maior sexa. puntuación, máis rendible é localizar o obxecto.
En conclusión, cabe dicir que neste artigo só consideramos un problema que se pode resolver mediante a análise do territorio, tendo a man datos de fontes abertas. De feito, hai moitos problemas que se poden resolver coa súa axuda, o seu número só está limitado pola túa imaxinación.
Fonte: www.habr.com