Az első kiadványban () leírtuk, hogyan használhatók fel a termikus potenciálok a területek általános elemzésére. A következő publikációkban azt terveztük, hogy leírjuk, hogyan tárolódnak a térbeli objektumok információi az adatbázisokban, hogyan épülnek fel a fő összetevőkből modellek, és általában milyen feladatok lehetnek a területelemzésben. De először a dolgok.
A termikus potenciál módszer használata mindenekelőtt lehetővé teszi, hogy általános képet kapjunk a számunkra érdekes területről. Például, ha az OSM-től Barcelona (Katalónia) városra vonatkozó kiindulási információkat veszünk, és paraméterek kiválasztása nélkül elvégzünk egy integrál elemzést, akkor „termikus” képeket kaphatunk az első főkomponensekről. Az első cikkben a „hőtérképekről” is beszéltünk, de nem lenne rossz felidézni, hogy a „hőtérkép” kifejezés az integrálelemzésre használt potenciálok fizikai jelentése miatt keletkezett. Azok. A fizikai feladatokban a potenciál a hőmérséklet, a területelemzési feladatokban pedig a potenciál az összes befolyásoló tényező összhatása a terület egy adott pontjára.
Az alábbiakban egy példa látható Barcelona város „hő” térképére, amelyet integrál elemzés eredményeként kaptunk.
Az első főkomponens „hő” térképe, paraméterválasztás nélkül, Barcelona
Egy adott paraméter beállításával pedig (jelen esetben az ipart választottuk) közvetlenül kaphat hozzá egy „hő” térképet.
Az első főkomponens, az ipar hőtérképe, Barcelona
Természetesen az elemzés problémái sokkal szélesebbek és változatosabbak, mint a kiválasztott terület általános értékelése, ezért ebben a cikkben példaként megvizsgáljuk a legjobb hely megtalálásának problémáját új objektum elhelyezésekor és a műszaki megoldásának termikus potenciál módszerének megvalósítása, és a jövőbeni publikációkban másokkal is foglalkozunk.
A legjobb hely megtalálásának problémájának megoldása új objektum elhelyezésekor segít meghatározni, hogy a terület mennyire „kész” az új objektum elfogadására, hogyan fog korrelálni a területen már meglévő objektumokkal, mennyire lesz értékes ez az új objektum a számára. a területet és milyen hozzáadott értéket jelent.
A műszaki megvalósítás szakaszai
A műszaki megvalósítást az alábbiakban felsorolt eljárások sorozata képviseli:
- Az információs környezet előkészítése.
- Forrásinformációk keresése, gyűjtése és feldolgozása.
- Csomópontok rácsának felépítése a vizsgált területen.
- Területi tényezők töredékekre bontása.
- Potenciálok számítása tényezőkből.
- Tényezők kiválasztása a terület tematikus integrált jellemzőinek kialakításához.
- A főkomponens módszer alkalmazása a terület integrált mutatóinak megszerzésére.
- Modellek készítése egy új létesítmény építésének helyszínének kiválasztásához.
1. szakasz. Az információs környezet előkészítése
Ebben a szakaszban ki kell választani egy adatbázis-kezelő rendszert (DBMS), meg kell határozni az információforrásokat, az információgyűjtés módszereit és az összegyűjtött információ mennyiségét.
Munkánk során a PostgeSql adatbázist (DB) használtuk, de érdemes megjegyezni, hogy minden más adatbázis, amely SQL lekérdezésekkel működik, megteszi.
Az adatbázis tárolja a kezdeti információkat - térbeli adatokat az objektumokról: adattípusokat (pontok, vonalak, sokszögek), azok koordinátáit és egyéb jellemzőit (hossz, terület, mennyiség), valamint az összes számítás eredményeként kapott értéket. az elvégzett munka és maguk a munka eredményei.
A statisztikai információk térbeli adatokként is megjelennek (például egy régió régiói, amelyekhez statisztikai adatok vannak hozzárendelve).
Az összegyűjtött kiindulási információk átalakítása és feldolgozása eredményeként táblázatok jönnek létre, amelyek a lineáris, pont- és területtényezőkről, azok azonosítóiról és koordinátáiról tartalmaznak információkat.
2. szakasz. Forrásinformációk keresése, gyűjtése és feldolgozása
A probléma megoldásához kezdeti információként a területre vonatkozó információkat tartalmazó nyílt térképészeti forrásokból származó információkat használunk. A vezető véleményünk szerint az OSM-információ, amelyet naponta frissítenek szerte a világon. Ha azonban sikerül információkat gyűjteni más forrásokból, akkor sem lesz rosszabb.
Az információfeldolgozás az egységesítésből, a hamis információk kiküszöböléséből és az adatbázisba való betöltés előkészítéséből áll.
3. szakasz. Csomópontok rácsának felépítése a vizsgált területen
Az elemzett terület folytonosságának biztosítása érdekében egy rácsot kell felépíteni rajta, amelynek csomópontjai egy adott koordinátarendszerben koordinátákkal rendelkeznek. Ezt követően minden rácscsomópontnál meghatározzák a potenciálértéket. Ez lehetővé teszi a homogén területek, klaszterek és a végső elemzési eredmények megjelenítését.
A megoldandó feladatoktól függően két lehetőség van a rács felépítésére:
— Rács normál lépcsővel (S1) – az egész területen megfigyelhető. A tényezőkből a potenciálok kiszámítására, a terület integrált jellemzőinek (főkomponensek és klaszterek) meghatározására és a modellezési eredmények megjelenítésére szolgál.
A rács kiválasztásakor meg kell adnia:
- grid spacing – az az intervallum, amelyen belül a rács csomópontjai elhelyezkednek;
- az elemzett terület határa, amely megfelelhet egy közigazgatási-területi felosztásnak, vagy lehet a térképen a számítási területet poligon formájában korlátozó terület.
— Rács szabálytalan osztásközzel (S2) a terület egyes pontjait írja le (például centroidokat). Használható továbbá a potenciálok tényezőkből történő kiszámítására, valamint a terület integrált jellemzőinek (főkomponensek és klaszterek) meghatározására. A kiszámított főkomponensekkel történő modellezés precízen egy szabálytalan lépésű rácson történik, és a szimulációs eredmények megjelenítéséhez a szabálytalan lépésű rácscsomópontokból a klaszterszámokat szabályos lépéssel a koordináták közelségének elve szerint továbbítják a rács csomópontjaira. .
Az adatbázisban a rács csomópontjainak koordinátáira vonatkozó információk egy táblázat formájában vannak tárolva, amely az egyes csomópontokhoz a következő információkat tartalmazza:
- csomópont azonosítója;
- csomóponti koordináták (x, y).
Az alábbi ábrákon példák láthatók a különböző területekhez, különböző térközökkel rendelkező, szabályos térközű rácsokra.
Nyizsnyij Novgorod lefedettségi rácsja (piros pontok). Nyizsnyij Novgorod régió lefedettségi rácsa (kék pontok).
4. szakasz Területi tényezők töredékekre bontása
A további elemzéshez a terület kiterjesztett tényezőit diszkrét faktorok tömbjévé kell konvertálni úgy, hogy minden rácscsomópont információt tartalmazzon minden benne lévő tényezőről. A lineáris tényezőket szegmensekre, a területi tényezőket töredékekre osztják.
Az elválasztási lépést a terület területe és az adott tényező alapján választják ki; nagy területek (régió) esetén a válaszfal lépése 100-150 m lehet, kisebb területeken (város) az elválasztási lépés 25-50 m lehet .
Az adatbázisban a felosztási eredményekkel kapcsolatos információkat egy táblázat formájában tárolják, amely minden egyes töredékhez a következő információkat tartalmazza:
- faktorazonosító;
- a kapott partíciótöredékek centroidjainak koordinátái (x, y);
- a válaszfaldarabok hossza/területe.
5. szakasz Potenciálok számítása tényezőkből
A kezdeti információk elemzésének egyik lehetséges és érthető megközelítése az, hogy a tényezőket a hatás tárgyaiból származó potenciálnak tekintjük.
Használjuk a Laplace-egyenlet alapvető megoldását a kétdimenziós esetre - a ponttól való távolság logaritmusát.
Figyelembe véve a nullán lévő véges potenciálérték követelményét és a potenciálérték nagy távolságokra való korlátozását, a potenciált a következőképpen határozzuk meg:
az r (1)
r2>r>=r1 esetén
r>=r2 esetén
Egy pontobjektum befolyási potenciáljának típusa
A logaritmikus függvénynek nullához kell lennie, és a tényezőktől bizonyos távolságra ésszerűen korlátosnak kell lennie. Ha nem korlátoznánk a potenciált a faktortól nagy távolságra, akkor a vizsgált ponttól távoli hatalmas mennyiségű információt kellene figyelembe venni, ami gyakorlatilag nincs hatással az elemzésre. Ezért bevezetjük a faktor hatássugara értékét, amelyen túl a faktor potenciálhoz való hozzájárulása nulla.
Egy város esetében a tényező sugarát fél órával egyenlőnek feltételezzük gyalogos megközelíthetőség - 2 méter. A régióban körülbelül fél órát kellene beszélnünk szállítás megközelíthetőség - 20 000 méter.
Így a potenciálértékek kiszámítása eredményeként a szabályos rács minden egyes csomópontján minden tényezőből megvan a teljes potenciál.
6. szakasz. Tényezők kiválasztása a terület tematikus integrált jellemzőinek kialakításához
Ebben a szakaszban kiválasztják a legjelentősebb és leginformatívabb tényezőket a terület tematikus integrált jellemzőinek kialakításához.
A tényezők kiválasztása történhet automatikusan a paraméterek meghatározott határainak meghatározásával (korreláció, befolyási százalék stb.), vagy szakszerűen, a probléma témájának ismeretében, a terület némi megértésével.
A legjelentősebb és leginformatívabb tényezők kiválasztása után folytathatja a következő lépésekkel - a fő összetevők értelmezésével.
7. szakasz A főkomponens módszer alkalmazása a terület integrált mutatóinak megszerzésére. Klaszterezés
A területtényezők kezdeti információi, amelyeket az előző szakaszban az egyes hálózati csomópontokhoz számított potenciálokká alakítottak át, új integrált mutatókká - a fő összetevőkké - egyesülnek.
A főkomponens módszer a vizsgált területen lévő tényezők változékonyságát elemzi, és az elemzés eredményei alapján megtalálja azok legváltozatosabb lineáris kombinációját, amely lehetővé teszi változásuk mértékének - a területen való eloszlásának - kiszámítását.
Vegyünk egy általános feladatot egy modell létrehozásához, amely egy lineáris modellfüggvényt adott értékekhez közelít
(2)
ahol i az alkatrészszám,
n – a számításba bevont komponensek száma
j – egy területpont csomóponti indexe, j=1..k
k – a területhálózat azon csomópontjainak száma, amelyekre a fő összetevők kiszámítását elvégezték
— a modell i-edik főkomponensének együtthatója
– az i-edik főkomponens értéke a j-edik pontban
B – a modell szabad ideje
— potenciál annak a tényezőnek a j-edik pontjában, amelyre modellt építünk
Határozzuk meg az egyenletben szereplő ismeretleneket (2) legkisebb négyzetek módszere, a főkomponensek tulajdonságainak felhasználásával:
(3)
Ahol i és i2 komponensszámok, i<>i2
j – területi csomópont index
k az összes területi csomópont száma
(4)
(3) azt jelenti, hogy nincs korreláció az összetevők között
(4) – bármely komponens összértéke nulla.
Kapunk:
(5)
Itt a jelölés ugyanaz, mint az egyenletben. (2), az átlagos potenciálértéket jelenti
Ez az eredmény a következőképpen értelmezhető:
A modell egy egyszerű kifejezés, amely a szimulált érték átlagértékéből és az egyes összetevőkre vonatkozó egyszerű korrekciókból áll. Az eredménynek tartalmaznia kell legalább a B áltagot és az első főkomponenst. Az alábbiakban példákat mutatunk be a Nyizsnyij Novgorod régió első fő alkotóelemeinek hőtérképére.
A számított főkomponensek alapján homogén régiók szerkeszthetők. ez megtehető mind az összes paraméternél, mind például csak az árazásnál - pl. klaszterezést végezni. Ehhez használhatja . Minden homogén régióra kiszámítják a terület fejlettségét jellemző 1. főkomponens átlagértékét.
Az alábbiakban bemutatunk egy példát a Nyizsnyij Novgorod régió árképzési paraméterei alapján történő klaszterezésre.
Valamint a kapott főkomponenseket a költségmodell paramétereiként felhasználva megkaphatjuk a terület árfelületét.
Nyizsnyij Novgorod ár felülete
8. szakasz. Modellek készítése egy új létesítmény építésének helyszínének kiválasztásához
Egy új objektum (a továbbiakban: „objektum”) elhelyezéséhez a legvonzóbb hely kiválasztásához össze kell hasonlítani az „objektum” elhelyezkedését a környező infrastruktúrával. Ahhoz, hogy az „objektum” működjön, elegendő erőforrással kell rendelkeznie a működéséhez, számos tényezőt kell figyelembe venni, az „objektumra” gyakorolt pozitív és negatív hatásokat egyaránt. Ezeknek a tényezőknek a teljes halmaza az „objektum” működésének „tápanyag” környezeteként definiálható. Az objektumok számának és a terület erőforrásainak számának megfelelősége az „objektum” stabil működésének alapja.
Ennek az összehasonlításnak az eredménye a terület minden pontjára kiszámított potenciál, amely lehetővé teszi egy új „objektum” elhelyezésének helyszínválasztásának vizuális és analitikus elemzését.
A kereskedelem számára például egyebek mellett fontos a vásárlók állandó áramlása, ami azt jelenti, hogy a kereskedelmi objektumok esetében figyelembe kell venni azokat a tényezőket is, amelyek ezt az áramlást biztosítják (például szociális infrastrukturális létesítmények, munkahelyek, lakóhelyek, közlekedési útvonalak stb.).
Másrészt, ha minden feltétel adott a kiskereskedelmi létesítmények működéséhez, akkor figyelembe kell venni a kiskereskedelmi létesítmények sűrűségét, mivel a környezet „fogyasztása” a vásárlási lehetőség csökkenéséhez vezet. Az emberek áramlása nem korlátlan, és ugyanez vonatkozik anyagi erőforrásaikra és fizikai képességeikre is.
Az objektum legjobb helyének kiválasztásának problémájának megoldására szolgáló algoritmus arra a tényre vezethető vissza, hogy a fő összetevők függvényében kapott potenciál a lehető legközelebb van az „objektum” típusú objektumok halmazának potenciáljához; majd kiszámítjuk a modell potenciálja és az „objektum” típusú objektumok potenciálja közötti különbséget; egy „tárgy” hozzájárulási potenciáljának értékét levonjuk a kapott különbségből; Az ebben az esetben kapott negatív értékeket nulla helyettesíti, vagyis azokat a helyeket, ahol nincs elegendő erőforrás az új „objektum” működéséhez, kiküszöböljük.
A megtett intézkedések eredményeként a terület pozitív potenciális értékű pontjait, azaz „objektumunk” kedvező elhelyezkedésű helyeit szerezzük meg.
Más szóval, rendelkezésünkre áll az összes tényező számított potenciálja, és az a tényező, amelyre modellt kívánunk építeni és elemezni szeretnénk a kiválasztott tematikus területet (kereskedelem, ipar, kultúra, szociális szféra stb.)
Ehhez ki kell választani a környezeti változók összeállításához szükséges tényezőket - a fő komponenseket -, majd ezek alapján modelleket kell kiszámítani.
A faktorok kiválasztását úgy javasoljuk, hogy elemezzük az összes faktor összefüggését a tematikus terület referenciatényezőjével. Például a kultúra számára ez lehet színház, az oktatási rendszer, az iskolák stb.
Kiszámítjuk a standard potenciál korrelációját az összes tényező potenciáljával. Kiválasztjuk azokat a tényezőket, amelyek korrelációs együtthatói nagyságrendileg nagyobbak egy bizonyos értéknél (gyakran a minimális korrelációs együttható értéke = 0).
(6)
ahol — az i-edik tényező és a standard korrelációs együttható abszolút értéke.
A korrelációt a területet lefedő összes rácscsomópontra számítják ki.
A modell potenciálja és az új objektummal azonos típusú objektumok potenciálja közötti különbség az egyenletben (2) bemutatja a területen rejlő potenciált, amely felhasználható új létesítmények elhelyezésére.
Ennek eredményeként megkapjuk azt a potenciális értéket, amely az „objektum” vizsgálati területen való elhelyezkedésének hasznának mértékét jellemzi.
Az alábbiakban egy példa látható arra, hogyan jelenítheti meg grafikusan az új „objektum” ajánlott helyeit.
Így egy új objektum számára a legjobb hely kiválasztásával kapcsolatos probléma megoldásának eredménye a terület minden ponton történő értékeléseként ábrázolható, amely képet ad a befektetési objektum elhelyezésének lehetőségeiről, azaz minél magasabb a pontszám, annál jövedelmezőbb az objektum felkutatása.
Összegzésként érdemes elmondani, hogy ebben a cikkben egyetlen olyan problémát vettünk figyelembe, amely területelemzéssel, nyílt forrásból származó adatok birtokában megoldható. Valójában nagyon sok probléma megoldható a segítségével, számának csak a képzelet szab határt.
Forrás: will.com