Dæmi um útreikning á hitauppstreymi fyrir götukerfi í Nizhny Novgorod
Borgarsvæðið er flókið, ólíkt kerfi sem er í stöðugum breytingum. Þú getur lýst yfirráðasvæðinu og metið borgarumhverfið með því að nota staðbundna hluti (þætti). Þættir sem lýsa yfirráðasvæðinu eru mismunandi í eðli áhrifa þeirra (jákvæð, neikvæð) og rúmfræðileg uppsetning (punktar, línur, marghyrningar).
Það er oft frekar erfitt að ákvarða hversu mikil áhrif hver einstakur hlutur hefur á þróunarstig landsvæðisins í heild sinni eða einhverjum tilteknum þætti þess. Í dag verður vandamálið við að skilgreina og lýsa hugtökum eins og „menning“, „samfélagssvið“, „félagsleg togstreita“, „gott líf“, „efnahagsþróun“, „heilsa íbúa“ sífellt viðeigandi. Tvíræðni þessara hugtaka eykst ef við viljum heimfæra þau á mismunandi þjóðfélagshópa, íbúa á mismunandi aldri og kyni.
Einnig skal tekið fram að mörk borgarinnar í nútímahugtakinu eru nokkuð handahófskennd. Daglegir fólksflutningar, aðgengi að samgöngum á afskekktum svæðum „skýrir landamæri“ borgarinnar enn frekar. Hugtakið þéttbýli sem nú er mikið notað endurspeglar almennt mörk borgarinnar en gerir um leið hugmyndina um borgarmörk enn óljósari.
Þrátt fyrir vandamálin sem lýst er hér að ofan eru greining og mat á svæðum í dag meðal efnilegustu og áhugaverðustu svæðanna sem gera kleift að leysa mörg brýn vandamál borgarumhverfisins.
Í greininni er lagt til að skoða aðferð til að greina landsvæðið með því að nota „hita“ líkan. Þessi aðferð byggir á rannsóknum á möguleikum sem skapast af hlutum (þáttum) af ýmsum toga (punktur, línuleg og flatarmál). Greining á yfirráðasvæðinu með þessari aðferð gerir það mögulegt að fara úr safni landgagna (þátta) sem lýsa yfirráðasvæðinu yfir í nákvæmt tölulegt (einkunn) mat á hverjum stað svæðisins.
Möguleikarnir sem rannsakaðir eru sem hluti af svæðisgreiningunni hafa líkamlega túlkun - hitaútbreiðslu í umhverfi af mismunandi stærð (2D, 3D). Þetta fyrirbæri er hægt að tákna í formi „hita“ mynda („hita“ kort af yfirráðasvæðinu), sem gefur hugmynd um þróunarstig svæðisins eftir litastyrk myndarinnar.
Landsvæðisþættir
Landsvæðisgreining felur í sér að leita og vinna úr upplýsingum um þá þætti sem hafa áhrif á landsvæðið og vísbendingar þeirra. Áhrifaþættir eru hlutir sem hafa áhrif á nærliggjandi landsvæði og hafa sett af einkennum og staðbundnum hnitum. Dæmi um áhrifaþætti eru verslanir, iðnaðarmannvirki, vegir, skógar og vatnshlot.
Vísbendingar um áhrif eru hlutir hugsandi áhrif hluta og hafa einnig mengi af einkennum og staðbundnum hnitum. Dæmi um áhrifavísa: Hraðbankar, auglýsingaskilti, minnisvarða.
Í eftirfarandi kynningu munum við nota hugtakið áhrifaþættir, sem sameinar bæði hugtökin – þættir og vísbendingar um áhrif.
Hér að neðan er dæmi um landupplýsingar sem virka sem áhrifaþættir.
Eitt af mikilvægum stigum vinnu við að greina svæði er stigið að safna og vinna fyrstu upplýsingar. Í dag er mikið af upplýsingum um þá þætti sem hafa áhrif á landsvæðið af mismiklum smáatriðum.
Hægt er að fá upplýsingar frá opnum heimildum eða takmörkuðum heimildum. Í mörgum tilfellum duga opnar upplýsingar til greiningar, þó þær krefjist að jafnaði nokkuð vinnufreka úrvinnslu.
Meðal opinna heimilda er leiðtoginn, að okkar mati, auðlindin OpenStreetMap (OSM). Upplýsingarnar sem fengnar eru frá þessari heimild eru uppfærðar daglega um allan heim.
OpenStreetMap (OSM) auðlindaupplýsingar eru settar fram á eftirfarandi sniðum:
- OSM snið. Aðalsniðið með endingunni ".osm" er notað til að lýsa XML grafískum myndum - hnútum, slóðum, tengslum.
- „pólskt snið“. Textasniðið með „.mp“ endingunni er notað til að vinna með grafík.
- PBF snið. Gagnageymslusnið með endingunni „.osm.pbf“.
Þú getur líka notað eftirfarandi sem upplýsingagjafa:
- 2 GIS
Tilföngin inniheldur hágæða, mánaðarlega unnar upplýsingar, með frábærum 3 stiga flokkara fyrir fyrirtæki og stofnanir.
- KML (Keyhole Markup Language) skrár
KML (Keyhole Markup Language) skrár eru skráarsnið sem er notað til að birta landfræðileg gögn í Google Earth, Google Maps og Google Maps fyrir fartæki.
Með KML skrám geturðu:
- settu upp ýmis tákn og gerðu undirskriftir til að gefa til kynna staði á yfirborði jarðar
— búðu til mismunandi sjónarhorn fyrir valda hluti með því að breyta staðsetningu myndavélarinnar
- notaðu mismunandi yfirborðsmyndir
- skilgreindu stíla til að sérsníða birtingu hlutar, notaðu HTML kóða til að búa til tengla og innbyggðar myndir
- notaðu möppur fyrir stigveldisflokkun þátta
- taka á móti og uppfæra KML skrár á virkan hátt frá fjarlægum eða staðbundnum nethnútum
- Fáðu KML gögn í samræmi við breytingar á þrívíddarskoðaranum
- Alríkisþjónusta fyrir ríkisskráningu, matargerð og kortagerð "Rosreestr"
Upplýsingarnar á Rosreestr vefgáttinni eru dýrmætar fyrir innihald og mikilvægi, en því miður er ekki hægt að nálgast grafík fyrir stórframkvæmdir og lóðir án endurgjalds. Rosreestr vefgáttin inniheldur einnig mikið magn af upplýsingum um takmarkaðan aðgang.
- Tölfræðistofnanir
Tölfræðigögn eru lögmæt uppspretta upplýsinga um yfirráðasvæðið, en frá og með deginum í dag eru gögn frá hagskýrslustofum aðeins tiltæk fyrir ákveðinn fjölda vísbendinga, aðallega í skýrslum hagskýrslustofnana og skýrslum svæðisbundinna yfirvalda.
- Upplýsingakerfi yfirvalda
Vandaðar upplýsingar eru í upplýsingakerfum ríkisins en aðeins lítill hluti þeirra er birtur almenningi og er til greiningar.
Að framkvæma greiningu á landsvæðum gerir engar sérstakar kröfur um samsetningu upplýsinga; í raun er hægt að nota allt sem fannst; upplýsingar frá opnum heimildum eru venjulega skiptanlegar. Hins vegar skal tekið fram að jafnvel upplýsingarnar sem fengnar eru úr OSM auðlindinni einar og sér nægja til að gera greiningu á ókunnu svæði.
Greining á yfirráðasvæðinu með „hita“ líkani. Líkamleg túlkun á möguleikum
Eins og fyrr segir er svæðisgreining í dag heitt umræðuefni og öflugt tæki til að draga að fjárfestingar í uppbyggingu innviða í ýmsum borgarumhverfi með rökstuddum hætti.
Fjölbreytni vandamála sem leyst eru með svæðisgreiningu er hægt að sameina í nokkur meginsvið:
— Að fá túlkanlegasta og ítarlegasta mat á yfirráðasvæðinu á hverjum stað.
Með því að leysa vandamálið geturðu fengið stig á hverjum stað á yfirráðasvæðinu, sem gefur hugmynd um þróunarstig svæðisins almennt, sem og á ákveðnu efnissviði. Slíkt viðfangsefni gæti til dæmis verið menning, iðnaður, verslun o.s.frv.
— Ákvörðun um hagstæðustu staðina til að setja fjárfestingarhluti af ákveðinni gerð (til dæmis banka, sérverslanir, verslunar- og afþreyingarmiðstöðvar osfrv.) á völdu yfirráðasvæði.
— Greining á skilvirkustu notkun svæðisins.
Þessi stefna gerir ráð fyrir ítarlegri rannsókn á einkennum yfirráðasvæðisins, markaðsástandinu sem hefur þróast á yfirráðasvæðinu sem er rannsakað og auðkenningu vinsælustu valkosta.
— Ákvörðun á framlagi eins þáttar í kostnaðarlíkanið með því að nota dæmi um tilkomu nýrra vega og nýrra leiða.
— Greining á mismunandi þáttum eins landsvæðis og greining á mismunandi landsvæðum (samanburður á landsvæðum).
Frumleiki aðferðarinnar við landsvæðisgreiningu sem lögð er til í greininni með því að nota „varma“ líkanið liggur í notkun svæðisþróunarvísa - möguleikum, settir fram í tölulegu tilliti og endurspeglar hversu mikil áhrif hluturinn (áhrifaþátturinn) hefur á landsvæðið.
Til að skilja kjarna rannsóknarinnar er nauðsynlegt að segja nokkur orð um hitamöguleikann sjálfan og gefa líkamlega túlkun hans.
Í eðlisfræði eru til hugtök eins og varnar skjöldur и kraftvirkni. Kraftsviðið hefur vídd orku, kraftfallið hefur vídd krafts.
Fyrir alheimsþyngdarlögmálið er kraftsviðið skilgreint með formúlunni:
F=k/r2, þar sem
k - fasti;
r – fjarlægð milli víxlverkandi hluta.
Kraftfallið ϕ ákvarðast af orðatiltækinu:
dϕ=-F*dr, hvar
ϕ—kraftsviðsmöguleiki;
dϕ, dr – mismunur;
r er fjarlægðin milli víxlverkandi hluta,
því ϕ=k/r.
Eðlisfræðileg merking kraftsviðsmöguleikans ϕ er vinnan E sem kraftsviðið framkvæmir á meðan hann fer framhjá ákveðinni leið. Þegar um alheimsþyngdarlögmálið er að ræða, þegar fjarlægð til hlutar breytist úr r2 í r1, er kraftfallið ákvarðað af formúlunni
E=k*(1/r1-1/r2), þar sem
E er vinnan sem kraftsviðið vinnur á meðan hann fer framhjá ákveðnum slóðum;
r1, r2 – upphafs- og lokastaða hlutarins.
Fyrir það verkefni að greina landsvæði má líta á áhrif hluta (þátta) á landsvæðið sem afl (kraftvirkni), og þróunarstig svæðisins sem heildar hitauppstreymi (varnar skjöldur) frá öllum hlutum (þáttum). Í eðlisfræðivandamálum er varmamöguleiki hitastig og í vandamálum við svæðisgreiningu með því að nota „varmalíkan“ táknar möguleikinn heildaráhrif allra áhrifaþátta á stað á yfirráðasvæðinu.
Landgögn samanstanda af punktum, línum og marghyrningum. Til að reikna út möguleika er víðtækum landupplýsingum skipt í litla búta. Fyrir hvert brot er möguleikinn frá punktinum reiknaður með margfaldara sem jafngildir stærð hlutarbrotsins (stuðull).
Gögnin eru skipt í merkingarhópa út frá meginreglunni um nána líkt. Til dæmis eru vöruhlutir sameinaðir eftir vöru. Það eru hópar af skógarhlutum, vatnshlot, byggð, flutningastopp o.fl. Hópar sameinaðir af merkingu tákna þátt. Eftir að hafa farið í gegnum alla hluti (þætti), fáum við safn af hitauppstreymi sem henta til frekari vinnslu.
Notkun möguleika („hitakort“) gerir þér kleift að fara frá landupplýsingum yfir í „hitamyndir“ af hlutum (þáttum) sem hafa áhrif á yfirráðasvæðið (sjónmöguleikar). Slík umskipti gera það mögulegt að ákvarða hversu nærveru þáttarins er á hverjum stað á yfirráðasvæðinu og framkvæma frekari greiningu, þ.e. sýna mismunandi stefnur borgarþróunar í lit. Þannig fáum við ljóma af mismunandi styrkleika fyrir hvern punkt á yfirráðasvæðinu.
Dæmi um „hita“ myndir af yfirráðasvæði Nizhny Novgorod í samhengi við nokkra þætti eru kynntar hér að neðan.
„Thermal“ kort af Nizhny Novgorod, sem endurspeglar „apótekskeðju“ þáttinn
„Heat“ kort af Nizhny Novgorod, sem endurspeglar þáttinn „Læknalækningar fyrir fullorðna“
„Herma“ kort af Nizhny Novgorod, sem endurspeglar „Barna heilsugæslustöðvar“ þáttinn
„Herma“ kort af Nizhny Novgorod, sem endurspeglar þáttinn „Iðnaðarsvæði“
„Hitamyndir“ af yfirráðasvæðinu gera það mögulegt að ákvarða styrk möguleika frá ýmsum áhrifahlutum. Næst er nauðsynlegt að sameina fengna möguleika í óaðskiljanlegur eiginleiki sem gerir mat á yfirráðasvæðinu byggt á fjölda þátta. Þetta krefst aðferðar sem gerir þér kleift að greina mikið magn upplýsinga, þekkja hluti og einnig draga úr vídd gagna og missa sem minnst magn af upplýsingum. Ein af þessum aðferðum er aðalþáttagreining (PCA). Nánari upplýsingar um þessa aðferð er að finna í .
Kjarni aðferðarinnar er að finna línulega samsetningu af upphafsbreytum sem breytist mest á sviði greiningar. Fyrir landupplýsingar - þau breytast mest á yfirráðasvæðinu.
Aðalþáttaaðferðin auðkennir hluti (þætti) sem breytast mest á yfirráðasvæðinu. Sem afleiðing af aðferðinni birtast nýjar breytur - helstu þættirnir, sem eru upplýsandi miðað við upprunalegu gögnin, með hjálp þeirra er auðveldara að greina, lýsa og sjá landsvæðið sem auðveldara er að byggja líkön á. .
Helstu þættirnir eru greiningartjáning - summan af möguleikum upphafsþáttanna með ákveðnum stuðlum. Hins vegar, ef einhver þáttur hefur veruleg áhrif á yfirráðasvæðið, en breytist ekki yfir greindu landsvæðinu, mun aðalþáttaaðferðin ekki taka þennan þátt með í samsetningu aðalþáttanna.
Aðalhlutunum er raðað í lækkandi röð upplýsinga – þ.e. dreifist um allt landsvæðið. Fyrstu meginþættirnir bera umtalsvert meiri upplýsingar en einstakir þættir og lýsa landsvæðinu vel. Að jafnaði, þegar um hundrað þættir eru notaðir, ber fyrsti aðalþátturinn um 50% af öllum upplýsingum (fráviki) fyrir landsvæðið. Helstu þættirnir tengjast ekki hver öðrum og hægt er að nota þau fyrir líkön sem einkenni landsvæðisins á hverjum stað.
Aðalhlutinn, sem einhver óhlutbundið útreiknuð vísbending um landsvæðið, hefur ekki skýrt nafn og flokkun. Hins vegar, safn af þáttum sem eru í sterkri fylgni við aðalþáttinn gerir okkur kleift að túlka helstu þættina. Að jafnaði hafa eftirfarandi þættir fylgni við helstu þætti:
— stig þróunar innviða;
— flutningshluti yfirráðasvæðisins;
— loftslagssvæði;
— þróunarstig landbúnaðar;
— efnahagsmöguleika yfirráðasvæðisins.
Frekari greining, þ.mt þyrping, heldur áfram með fyrstu mikilvægu meginþættina.
Á myndunum er hægt að sjá myndræna framsetningu á fyrstu aðalhlutunum á yfirráðasvæði nokkurra borga Rússlands.
Fyrsti aðalþátturinn sem einkennir þróunarstig þéttbýlisins í Nizhny Novgorod
Fyrsti aðalþátturinn sem einkennir þróunarstig þéttbýlisins í Yekaterinburg
Fyrsti aðalþátturinn sem einkennir þróunarstig þéttbýlisins í Kazan
Fyrsti aðalþátturinn sem einkennir þróunarstig þéttbýlisins í Perm
Fyrsti aðalþátturinn sem einkennir þróunarstig borgarinnviða í Samara
Fyrsti aðalþátturinn sem einkennir þróunarstig þéttbýlisins í Khabarovsk
Samþættir eiginleikar: þyrping
Frekari áfangi vinnu við landsvæðisgreiningu er leit að svæðum í borgarumhverfinu sem eru einsleit að gæðum. Þessi leit byggir á greiningu á gildum aðalþáttanna á hverjum stað á yfirráðasvæðinu. Vandamálið við að leita að þessum einsleitu svæðum er hægt að leysa með því að nota þyrping - ferlið við að flokka svæði byggt á meginreglunni um nálægð mengi einkenna.
Svæðisþyrping hefur tvö markmið:
— skapa betri skynjaða mynd af yfirráðasvæðinu;
— úthlutun svæða fyrir samantekt einstakra líkana.
Svæði eru flokkuð í samræmi við valda þætti til greiningar. Þessir þættir geta verið þættir sem hafa áhrif á verðlagningu eða þættir sem lýsa einhverjum þáttum þróunar svæðisins, td félagslega sviðið.
Það eru tvær algengar klassískar klasaaðferðir: K-means aðferðin og dendrogram aðferðin. Þegar unnið er með landsvæði hefur K-means aðferðin reynst vel, eiginleiki hennar er að „vaxa“ klasa með því að bæta nýjum hlutum við vaxtarpunkta. Kosturinn við K-means aðferðina liggur í líkingu vinnu hennar við náttúrulegt ferli landsvæðismyndunar: samþættingu svipaðra, frekar en aðskilnað ólíkra.
K-means aðferðin var notuð við útreikninga fyrir Nizhny Novgorod (mynd hér að neðan).
Samræmi klasa við þróunarstig svæðisins með því að nota dæmi um Nizhny Novgorod
Með fyrirhugaðri nálgun er hægt að fá yfirsýn yfir landsvæðið um ýmis efni. Viðfangsefni sem vekja áhuga okkar geta til dæmis verið þróunarstig borgarinnviða, stig „elítu“ svæðisins, stig menningarþróunar, félagslegur þáttur þróunar svæðisins. Þessi þemu eru illa skilgreind heildstæð hugtök og samanstanda af mörgum samverkandi þáttum.
Með því að nota einhvern reiknirit til að velja færibreytur til greiningar (þar á meðal með þátttöku sérfræðinga) munum við fá þemakort sem gefa hugmynd um einn þátt í þróun svæðisins.
Samþætt einkenni eru skilin sem fyrstu meginþættirnir, fyrst og fremst upplýsandi fyrsti aðalþátturinn, og þyrping svæðisins samkvæmt völdum breytum.
Þemakort af fyrstu meginþáttum fyrir ýmsa þætti þróunar eru sýndir á myndunum hér að neðan.
Þemakort "Menningarhlutir" með dæmi um Nizhny Novgorod
Þemakort "Social sphere" með dæmi um Nizhny Novgorod
Samþættir eiginleikar gera það mögulegt að skilja einkenni landsvæðis með því að nota marga þætti með lágmarkstapi á upplýsingum.
Að lokum er rétt að taka fram enn og aftur að í dag er greining á landsvæðum afar mikilvægur áfangi í að leysa vandamál við að þróa borgarumhverfið, velja staði til að fjárfesta í byggingu, finna hagstæðasta staðsetningu fyrir nýja aðstöðu og önnur verkefni.
Aðferðin við landsvæðisgreiningu sem lögð er til í greininni með því að nota „hita“ líkan frá þáttum af mismunandi eðli er ekki mikilvæg fyrir mengi þátta, þ.e.a.s. hún setur ekki takmarkanir eða kröfur um upphafsupplýsingar.
Fjölbreytni og offramboð heimildaupplýsinga, sem og tækifæri til að nota opin gögn, veitir ótakmarkaðar möguleikar á að greina hvaða landsvæði sem er af heiminum.
Í eftirfarandi ritum sem helguð eru vandamálum landfræðilegrar greiningar, ætlum við að sýna fram á eiginleika þess að setja saman líkön með því að nota helstu þætti og aðferðir við útfærslu þeirra fyrir verkefni eins og:
— að velja bestu staðsetninguna þegar nýr hlutur er settur;
— smíði verðyfirborðs fyrir ákveðinn flokk hluta með því að nota markaðsvirði;
- mat á arðsemi ákveðinnar tegundar starfsemi eftir staðsetningu hlutanna.
Einnig eru uppi áform um að kynna aðferðir við öfug umskipti frá meginþáttum yfir í þætti, sem aftur gerir mögulegt að fá líkan úr þáttum fyrir tiltekið landsvæði.
Heimild: www.habr.com