Dalam penerbitan pertama () kami menerangkan bagaimana potensi haba boleh digunakan untuk menganalisis wilayah secara umum. Dalam penerbitan berikut, ia telah dirancang untuk menerangkan cara maklumat tentang objek spatial disimpan dalam pangkalan data, cara model daripada komponen utama dibina, dan secara umum apakah tugas analisis wilayah. Tetapi perkara pertama dahulu.
Menggunakan kaedah potensi terma pertama sekali memungkinkan untuk mendapatkan gambaran umum tentang wilayah yang menarik bagi kami. Sebagai contoh, mengambil maklumat awal daripada OSM untuk bandar Barcelona (Catalonia), dan menjalankan analisis integral tanpa memilih parameter, kita boleh mendapatkan imej "terma" bagi komponen utama pertama. Kami juga bercakap tentang peta "haba" dalam artikel pertama, tetapi tidak salah untuk mengingati bahawa istilah peta "haba" timbul disebabkan oleh makna fizikal potensi yang digunakan untuk analisis kamiran. Itu. dalam masalah fizik, potensi ialah suhu, dan dalam masalah analisis wilayah, potensi ialah jumlah kesan semua faktor yang mempengaruhi pada titik tertentu di wilayah itu.
Di bawah ialah contoh peta "panas" bandar Barcelona yang diperoleh hasil daripada analisis kamiran.
Peta "Haba" komponen utama pertama, tanpa pemilihan parameter, Barcelona
Dan dengan menetapkan parameter tertentu (dalam kes ini kami memilih industri), anda boleh mendapatkan peta "panas" terus untuknya.
Peta haba komponen utama pertama, industri, Barcelona
Sudah tentu, masalah analisis adalah lebih luas dan lebih pelbagai daripada mendapatkan penilaian umum wilayah yang dipilih, oleh itu, sebagai contoh, dalam artikel ini kami akan mempertimbangkan masalah mencari lokasi terbaik apabila meletakkan objek baru dan teknikal. pelaksanaan kaedah potensi terma untuk menyelesaikannya, dan dalam penerbitan masa depan kita akan melihat yang lain.
Menyelesaikan masalah mencari lokasi terbaik apabila meletakkan objek baharu akan membantu menentukan sejauh mana "bersedia" wilayah untuk menerima objek baharu ini, bagaimana ia akan dikaitkan dengan objek lain yang sudah sedia ada di wilayah itu, sejauh mana nilai objek baharu ini untuk wilayah dan nilai yang akan ditambah.
Peringkat pelaksanaan teknikal
Pelaksanaan teknikal boleh diwakili oleh urutan prosedur yang disenaraikan di bawah:
- Menyediakan persekitaran maklumat.
- Cari, pengumpulan dan pemprosesan maklumat sumber.
- Pembinaan grid nod di wilayah yang dianalisis.
- Memecahkan faktor wilayah kepada serpihan.
- Pengiraan potensi daripada faktor.
- Pemilihan faktor untuk mewujudkan ciri integral tematik wilayah.
- Penggunaan kaedah komponen utama untuk mendapatkan petunjuk integral wilayah.
- Penciptaan model untuk memilih tapak untuk pembinaan kemudahan baru.
Peringkat 1. Menyediakan persekitaran maklumat
Pada peringkat ini, adalah perlu untuk memilih sistem pengurusan pangkalan data (DBMS), menentukan sumber maklumat, kaedah mengumpul maklumat, dan jumlah maklumat yang dikumpul.
Untuk kerja kami, kami menggunakan pangkalan data PostgeSql (DB), tetapi perlu diperhatikan bahawa mana-mana pangkalan data lain yang berfungsi dengan pertanyaan SQL akan dilakukan.
Pangkalan data akan menyimpan maklumat awal - data spatial mengenai objek: jenis data (titik, garis, poligon), koordinatnya dan ciri lain (panjang, luas, kuantiti), serta semua nilai yang dikira yang diperoleh hasil daripada kerja yang dijalankan dan hasil kerja itu sendiri .
Maklumat perangkaan juga dibentangkan sebagai data spatial (contohnya, kawasan rantau dengan data statistik diperuntukkan kepada wilayah ini).
Hasil daripada transformasi dan pemprosesan maklumat awal yang dikumpul, jadual dibentuk yang mengandungi maklumat tentang faktor linear, titik dan luas, pengecam dan koordinatnya.
Peringkat 2. Cari, pengumpulan dan pemprosesan maklumat sumber
Sebagai maklumat awal untuk menyelesaikan masalah ini, kami menggunakan maklumat daripada sumber kartografi terbuka yang mengandungi maklumat tentang wilayah tersebut. Pemimpin, pada pendapat kami, adalah maklumat OSM, dikemas kini setiap hari di seluruh dunia. Walau bagaimanapun, jika anda berjaya mengumpul maklumat daripada sumber lain, ia tidak akan menjadi lebih teruk.
Pemprosesan maklumat terdiri daripada membawanya kepada keseragaman, menghapuskan maklumat palsu dan menyediakannya untuk dimuatkan ke dalam pangkalan data.
Peringkat 3. Pembinaan grid nod di wilayah yang dianalisis
Untuk memastikan kesinambungan wilayah yang dianalisis, adalah perlu untuk membina grid di atasnya, nod yang mempunyai koordinat dalam sistem koordinat tertentu. Pada setiap nod grid nilai potensi akan ditentukan kemudiannya. Ini akan membolehkan anda memvisualisasikan kawasan homogen, kelompok dan hasil analisis akhir.
Bergantung pada tugas yang perlu diselesaikan, dua pilihan untuk membina grid adalah mungkin:
β Grid dengan langkah biasa (S1) β boleh diperhatikan di seluruh wilayah. Ia digunakan untuk mengira potensi daripada faktor, menentukan ciri integral wilayah (komponen utama dan kelompok) dan memaparkan hasil pemodelan.
Apabila memilih grid ini, anda mesti menentukan:
- jarak grid - selang di mana nod grid akan ditempatkan;
- sempadan wilayah yang dianalisis, yang mungkin sepadan dengan bahagian pentadbiran-wilayah, atau ia mungkin kawasan pada peta yang mengehadkan kawasan pengiraan dalam bentuk poligon.
β Grid dengan jarak tidak teratur (S2) menerangkan titik individu wilayah (contohnya centroid). Ia juga digunakan untuk mengira potensi daripada faktor, dan menentukan ciri-ciri integral wilayah (komponen utama dan kelompok). Pemodelan dengan komponen utama yang dikira dijalankan dengan tepat pada grid dengan langkah yang tidak teratur, dan untuk menggambarkan hasil simulasi, nombor kelompok dari nod grid dengan langkah yang tidak teratur dipindahkan ke nod grid dengan langkah biasa mengikut prinsip kedekatan koordinat .
Dalam pangkalan data, maklumat tentang koordinat nod grid disimpan dalam bentuk jadual yang mengandungi maklumat berikut untuk setiap nod:
- ID nod;
- koordinat nod (x, y).
Contoh grid dengan jarak tetap untuk wilayah berbeza dengan jarak berbeza ditunjukkan dalam rajah di bawah.
Grid liputan Nizhny Novgorod (titik merah). Grid liputan rantau Nizhny Novgorod (titik biru).
Peringkat 4 Memecahkan faktor wilayah kepada serpihan
Untuk analisis lanjut, faktor lanjutan wilayah mesti ditukar kepada tatasusunan faktor diskret supaya setiap nod grid mengandungi maklumat tentang setiap faktor yang terdapat di dalamnya. Faktor linear dibahagikan kepada segmen, faktor kawasan kepada serpihan.
Langkah partition dipilih berdasarkan keluasan wilayah dan faktor khusus; untuk kawasan besar (wilayah) langkah partition boleh 100-150 m; untuk kawasan yang lebih kecil (bandar) langkah partition boleh 25-50 m .
Dalam pangkalan data, maklumat tentang hasil pemisahan disimpan dalam bentuk jadual yang mengandungi maklumat berikut untuk setiap serpihan:
- pengecam faktor;
- koordinat centroid serpihan partition yang terhasil (x, y);
- panjang/luas serpihan partition.
Peringkat 5 Pengiraan potensi daripada faktor
Salah satu pendekatan yang mungkin dan boleh difahami untuk menganalisis maklumat awal adalah dengan mempertimbangkan faktor sebagai potensi daripada objek pengaruh.
Mari kita gunakan penyelesaian asas persamaan Laplace untuk kes dua dimensi - logaritma jarak dari titik.
Dengan mengambil kira keperluan nilai potensi terhingga pada sifar dan had nilai potensi pada jarak yang jauh, potensi ditentukan seperti berikut:
di r (1)
untuk r2>r>=r1
untuk r>=r2
Jenis potensi pengaruh daripada objek titik
Fungsi logaritma mesti dihadkan pada sifar dan dibatasi munasabah pada jarak tertentu dari faktor. Jika kita tidak membuat sekatan ke atas potensi pada jarak yang jauh dari faktor, maka kita perlu mengambil kira sejumlah besar maklumat yang jauh dari titik yang dianalisis, yang secara praktikalnya tidak mempunyai kesan ke atas analisis. Oleh itu, kami memperkenalkan nilai jejari tindakan faktor, di mana sumbangan kepada potensi daripada faktor adalah sifar.
Untuk bandar, jejari faktor diandaikan sama dengan setengah jam pejalan kaki kebolehcapaian - 2 meter. Untuk rantau ini kita harus bercakap kira-kira setengah jam pengangkutan kebolehcapaian - 20 meter.
Oleh itu, hasil daripada mengira nilai potensi, kita mempunyai jumlah potensi daripada setiap faktor pada setiap nod grid biasa.
Peringkat 6. Pemilihan faktor untuk mewujudkan ciri integral tematik wilayah
Pada peringkat ini, faktor yang paling penting dan bermaklumat dipilih untuk mewujudkan ciri integral tematik wilayah.
Pemilihan faktor boleh dilakukan secara automatik dengan menetapkan sempadan tertentu untuk parameter (korelasi, peratusan pengaruh, dll.), atau ia boleh dilakukan secara pakar, mengetahui topik masalah dan mempunyai sedikit pemahaman tentang wilayah tersebut.
Selepas faktor yang paling penting dan bermaklumat telah dipilih, anda boleh meneruskan ke langkah seterusnya - tafsiran komponen utama.
Peringkat 7 Penggunaan kaedah komponen utama untuk mendapatkan petunjuk integral wilayah. Pengelompokan
Maklumat awal tentang faktor wilayah, ditukar pada peringkat sebelumnya kepada potensi yang dikira untuk setiap nod grid, digabungkan menjadi penunjuk integral baharu - komponen utama.
Kaedah komponen utama menganalisis kebolehubahan faktor di kawasan kajian dan mendapati, berdasarkan hasil analisis ini, gabungan linear yang paling berubah-ubah, yang memungkinkan untuk mengira ukuran perubahan - penyebaran ke atas wilayah.
Mari kita ambil masalah umum untuk mencipta model untuk menghampiri fungsi model linear kepada nilai yang diberikan
(2)
Di mana i ialah nombor komponen,
n β bilangan komponen yang terlibat dalam pengiraan
j β indeks nod bagi titik wilayah, j=1..k
k β bilangan semua nod grid wilayah yang pengiraan komponen utama telah dijalankan
β pekali untuk komponen utama ke-i model
β nilai komponen utama ke-i pada titik ke-j
B β jangka bebas model
β potensi pada titik ke-j faktor yang kita sedang membina model
Mari tentukan yang tidak diketahui dalam persamaan (2) kaedah kuasa dua terkecil, menggunakan sifat komponen utama:
(3)
Di mana i dan i2 ialah nombor komponen, i<>i2
jβindeks nod wilayah
k ialah bilangan semua nod wilayah
(4)
(3) bermakna tiada korelasi antara komponen
(4) β jumlah nilai mana-mana komponen ialah sifar.
Kami mendapat:
(5)
Di sini tatatanda adalah sama seperti dalam Pers. (2), bermakna purata nilai potensi
Keputusan ini boleh ditafsirkan seperti berikut:
Model ialah ungkapan ringkas yang terdiri daripada nilai purata nilai simulasi dan pembetulan mudah untuk setiap komponen. Sekurang-kurangnya, hasilnya mesti termasuk istilah tiruan B dan komponen utama pertama. Di bawah adalah contoh peta haba komponen utama pertama untuk wilayah Nizhny Novgorod.
Berdasarkan komponen utama yang dikira, kawasan homogen boleh dibina. ini boleh dilakukan untuk semua parameter dan, sebagai contoh, hanya untuk parameter penetapan harga - i.e. melaksanakan pengelompokan. Untuk ini, anda boleh menggunakan . Bagi setiap wilayah homogen, nilai purata komponen utama pertama dikira, mencirikan tahap pembangunan wilayah.
Contoh pengelompokan mengikut parameter harga untuk wilayah Nizhny Novgorod diberikan di bawah.
Juga, menggunakan komponen utama yang diperoleh sebagai parameter model kos, kita boleh mendapatkan permukaan harga wilayah.
Permukaan harga Nizhny Novgorod
Peringkat 8. Penciptaan model untuk memilih tapak untuk pembinaan kemudahan baru
Untuk memilih tempat yang paling menarik untuk lokasi objek baharu (selepas ini dirujuk sebagai "objek"), adalah perlu untuk membandingkan lokasi "objek" dengan infrastruktur sekitarnya. Untuk "objek" berfungsi, mesti ada sumber yang mencukupi untuk memastikan ia berfungsi; sejumlah besar faktor, kesan positif dan negatif ke atas "objek," mesti diambil kira. Keseluruhan set faktor ini boleh ditakrifkan sebagai persekitaran "nutrien" untuk berfungsi "objek". Korespondensi bilangan objek dengan bilangan sumber wilayah adalah asas untuk fungsi stabil "objek".
Hasil daripada perbandingan ini ialah potensi yang dikira untuk setiap titik wilayah dan membenarkan analisis visual dan analitikal pilihan lokasi untuk meletakkan "objek" baharu.
Untuk perdagangan, sebagai contoh, antara lain, aliran pembeli yang berterusan adalah penting, yang bermaksud bahawa senarai faktor yang mesti diambil kira untuk objek perdagangan juga harus termasuk yang memastikan aliran ini (contohnya, kemudahan infrastruktur sosial, tempat kerja, tempat tinggal, laluan pengangkutan, dsb. ).
Sebaliknya, apabila semua syarat dipenuhi untuk memastikan kemudahan runcit berfungsi, adalah perlu untuk mengambil kira kepadatan kemudahan runcit, kerana "penggunaan" alam sekitar membawa kepada penurunan kemungkinan pembelian. Aliran orang tidak terhad, dan perkara yang sama berlaku untuk sumber kewangan dan keupayaan fizikal mereka.
Algoritma untuk menyelesaikan masalah memilih lokasi terbaik untuk objek datang kepada fakta bahawa potensi yang diperoleh sebagai fungsi komponen utama adalah sedekat mungkin dengan potensi satu set objek jenis "objek"; maka perbezaan antara potensi model dan potensi objek jenis "objek" dikira; nilai potensi sumbangan satu "objek" ditolak daripada perbezaan yang terhasil; Nilai negatif yang diperoleh dalam kes ini digantikan dengan sifar, iaitu, tempat-tempat di mana tidak ada sumber yang mencukupi untuk berfungsi "objek" baru dihapuskan.
Hasil daripada tindakan yang diambil, kami memperoleh mata wilayah dengan nilai potensi positif, iaitu, tempat lokasi yang menguntungkan "objek" kami.
Dalam erti kata lain, kami mempunyai potensi pengiraan semua faktor yang kami gunakan dan faktor yang kami mahu membina model dan menganalisis kawasan tematik yang dipilih (perdagangan, industri, budaya, sfera sosial, dll.)
Untuk melakukan ini, adalah perlu untuk memilih faktor untuk membina pembolehubah persekitaran - komponen utama - dan kemudian mengira model berdasarkannya.
Kami mencadangkan untuk memilih faktor dengan menganalisis korelasi semua faktor dengan faktor rujukan kawasan tematik. Sebagai contoh, untuk budaya ia boleh menjadi teater, untuk sistem pendidikan, sekolah, dll.
Kami mengira korelasi potensi piawai dengan potensi semua faktor. Kami memilih faktor-faktor yang pekali korelasi dalam magnitud lebih besar daripada nilai tertentu (selalunya nilai pekali korelasi minimum = 0 diambil).
(6)
mana β nilai mutlak pekali korelasi faktor ke-i dengan piawai.
Korelasi dikira ke atas semua nod grid yang meliputi wilayah.
Perbezaan antara potensi model dan potensi objek yang sama jenis dengan objek baru dalam persamaan (2) menunjukkan potensi wilayah, yang boleh digunakan untuk mencari kemudahan baharu.
Akibatnya, kami memperoleh nilai potensi, yang mencirikan tahap manfaat lokasi "objek" di kawasan kajian.
Contoh cara anda boleh memaparkan lokasi yang disyorkan secara grafik untuk "objek" baharu diberikan di bawah.
Oleh itu, hasil penyelesaian masalah memilih lokasi terbaik untuk objek baru boleh diwakili sebagai penilaian wilayah dalam mata pada setiap titik, memberikan gambaran tentang potensi untuk mencari objek pelaburan, iaitu semakin tinggi skor, lebih menguntungkan untuk mencari objek.
Sebagai kesimpulan, patut dikatakan bahawa dalam artikel ini kami telah mempertimbangkan hanya satu masalah yang boleh diselesaikan menggunakan analisis wilayah, mempunyai data dari sumber terbuka di tangan. Malah, terdapat banyak masalah yang boleh diselesaikan dengan bantuannya, bilangan mereka hanya terhad oleh imaginasi anda.
Sumber: www.habr.com