I den första publikationen () beskrev vi hur termiska potentialer kan användas för att analysera territorier i allmänhet. I de följande publikationerna var det tänkt att beskriva hur information om rumsliga objekt lagras i databaser, hur modeller från huvudkomponenterna är uppbyggda och generellt vilka uppgifter för territoriumanalys kan vara. Men först till kvarn.
Att använda den termiska potentialmetoden gör det först och främst möjligt att få en allmän uppfattning om det territorium som är intressant för oss. Om vi till exempel tar den initiala informationen från OSM för staden Barcelona (Katalonien) och utför en integral analys utan att välja parametrar, kan vi få "termiska" bilder av de första huvudkomponenterna. Vi pratade också om "värmekartor" i den första artikeln, men det skulle inte vara fel att komma ihåg att termen "värme" -karta uppstod på grund av den fysiska innebörden av potentialerna som används för integralanalys. De där. i fysikproblem är potential temperatur, och i territoriella analysproblem är potential den totala effekten av alla påverkande faktorer på en specifik punkt på territoriet.
Nedan är ett exempel på en "värme" karta över staden Barcelona erhållen som ett resultat av integral analys.
"Heat"-karta över den första huvudkomponenten, utan parameterval, Barcelona
Och genom att ställa in en specifik parameter (i det här fallet valde vi industri) kan du få en "värme"-karta direkt för den.
Värmekarta över den första huvudkomponenten, industri, Barcelona
Naturligtvis är analysproblemen mycket bredare och mer varierande än att få en allmän bedömning av det valda territoriet, därför kommer vi som ett exempel i denna artikel att överväga problemet med att hitta den bästa platsen när du placerar ett nytt objekt och den tekniska implementering av metoden för termisk potential för att lösa den, och i framtida publikationer kommer vi att titta på andra.
Att lösa problemet med att hitta den bästa platsen när man placerar ett nytt objekt kommer att hjälpa till att avgöra hur "redo" territoriet är att acceptera detta nya objekt, hur det kommer att korrelera med andra objekt som redan finns i territoriet, hur värdefullt detta nya objekt kommer att vara för territoriet och vilket värde det kommer att tillföra.
Steg av teknisk implementering
Den tekniska implementeringen kan representeras av sekvensen av procedurer som anges nedan:
- Att förbereda informationsmiljön.
- Sökning, insamling och bearbetning av källinformation.
- Konstruktion av ett rutnät av noder i det analyserade territoriet.
- Bryter ner territoriumfaktorer i fragment.
- Beräkning av potentialer från faktorer.
- Val av faktorer för att skapa tematiska integrerade egenskaper för territoriet.
- Tillämpning av huvudkomponentmetoden för att erhålla integrerade indikatorer för territoriet.
- Skapande av modeller för att välja en plats för byggandet av en ny anläggning.
Steg 1. Att förbereda informationsmiljön
I detta skede är det nödvändigt att välja ett databashanteringssystem (DBMS), bestämma informationskällor, metoder för att samla in information och mängden information som samlas in.
För vårt arbete använde vi PostgeSql-databasen (DB), men det är värt att notera att vilken annan databas som helst som fungerar med SQL-frågor duger.
Databasen kommer att lagra initial information - rumslig data om objekt: datatyper (punkter, linjer, polygoner), deras koordinater och andra egenskaper (längd, area, kvantitet), samt alla beräknade värden som erhålls som ett resultat av det arbete som utförts och själva resultatet av arbetet .
Statistisk information presenteras också som rumslig data (till exempel regioner i en region med statistiska data tilldelade dessa regioner).
Som ett resultat av transformation och bearbetning av den insamlade initiala informationen bildas tabeller som innehåller information om linjära, punkt- och areafaktorer, deras identifierare och koordinater.
Steg 2 Sökning, insamling och bearbetning av källinformation
Som första information för att lösa detta problem använder vi information från öppna kartografiska källor som innehåller information om territoriet. Ledaren, enligt vår mening, är OSM-information, som uppdateras dagligen runt om i världen. Men om du lyckas samla in information från andra källor blir det inte värre.
Informationsbehandling består i att bringa den till enhetlighet, eliminera falsk information och förbereda den för att laddas in i databasen.
Steg 3. Konstruktion av ett rutnät av noder i det analyserade territoriet
För att säkerställa kontinuiteten i det analyserade territoriet är det nödvändigt att konstruera ett rutnät på det, vars noder har koordinater i ett givet koordinatsystem. Vid varje rutnätsnod kommer det potentiella värdet därefter att bestämmas. Detta gör att du kan visualisera homogena områden, kluster och de slutliga analysresultaten.
Beroende på vilka uppgifter som ska lösas är två alternativ för att konstruera ett rutnät möjliga:
— Rutnät med vanligt steg (S1) – är observerbar över hela territoriet. Den används för att beräkna potentialerna från faktorerna, bestämma territoriets integralegenskaper (huvudkomponenter och kluster) och visa modelleringsresultaten.
När du väljer detta rutnät måste du ange:
- rutnätsavstånd – intervallet vid vilket rutnätsnoder kommer att placeras;
- gränsen för det analyserade territoriet, vilket kan motsvara en administrativ-territoriell indelning, eller det kan vara ett område på kartan som begränsar beräkningsområdet i form av en polygon.
— Rutnät med oregelbundet mellanrum (S2) beskriver enskilda punkter i territoriet (till exempel centroider). Det används också för att beräkna potentialer från faktorer och bestämma territoriets integralegenskaper (huvudkomponenter och kluster). Modellering med beräknade huvudkomponenter utförs exakt på ett rutnät med ett oregelbundet steg, och för att visualisera simuleringsresultaten överförs klusternummer från rutnätsnoder med ett oregelbundet steg till rutnätsnoder med ett regelbundet steg enligt principen om närhet till koordinater .
I databasen lagras information om koordinaterna för rutnätsnoder i form av en tabell som innehåller följande information för varje nod:
- nod-ID;
- nodkoordinater (x, y).
Exempel på rutnät med regelbundna avstånd för olika territorier med olika avstånd visas i figurerna nedan.
Täckningsrutnät för Nizhny Novgorod (röda prickar). Täckningsrutnät för Nizhny Novgorod-regionen (blå prickar).
Steg 4 Bryter ner territoriumfaktorer i fragment
För ytterligare analys måste utökade faktorer för territoriet omvandlas till en rad diskreta faktorer så att varje rutnätsnod innehåller information om varje faktor som finns i den. Linjära faktorer är indelade i segment, areafaktorer i fragment.
Delningssteget väljs baserat på territoriets yta och den specifika faktorn; för stora områden (region) kan delningssteget vara 100-150 m; för mindre områden (stad) kan delningssteget vara 25-50 m .
I databasen lagras information om delningsresultaten i form av en tabell som innehåller följande information för varje fragment:
- faktoridentifierare;
- koordinater för tyngdpunkterna för de resulterande partitionsfragmenten (x, y);
- längd/area av partitionsfragmenten.
Steg 5 Beräkning av potentialer från faktorer
En av de möjliga och förståeliga metoderna för att analysera initial information är att betrakta faktorer som potentialer från påverkansobjekt.
Låt oss använda den grundläggande lösningen av Laplaces ekvation för det tvådimensionella fallet - logaritmen för avståndet från punkten.
Med hänsyn till kravet på ett ändligt potentialvärde vid noll och begränsningen av potentialvärdet över stora avstånd, bestäms potentialen enligt följande:
vid r (1)
för r2>r>=r1
för r>=r2
Typ av påverkanspotential från ett punktobjekt
Den logaritmiska funktionen måste vara avgränsad till noll och rimligtvis begränsad på något avstånd från faktorerna. Om vi inte gjorde begränsningar för potentialen på stora avstånd från faktorn, skulle vi behöva ta hänsyn till en enorm mängd information långt från den analyserade punkten, vilket praktiskt taget inte har någon effekt på analysen. Därför introducerar vi värdet på faktorns verkningsradie, bortom vilken bidraget till potentialen från faktorn är noll.
För en stad antas radien för faktorn vara lika med en halvtimme fotgängare tillgänglighet - 2 000 meter. För regionen bör vi prata om en halvtimme transport tillgänglighet - 20 000 meter.
Således, som ett resultat av att beräkna potentialvärdena, har vi den totala potentialen från varje faktor vid varje nod i det vanliga nätet.
Steg 6. Val av faktorer för att skapa tematiska integrerade egenskaper för territoriet
I detta skede väljs de mest betydelsefulla och informativa faktorerna ut för att skapa tematiska integrerade egenskaper för territoriet.
Valet av faktorer kan utföras automatiskt genom att sätta vissa gränser för parametrarna (korrelation, procentandel av inflytande, etc.), eller så kan det göras på ett sakkunnigt sätt, känna till ämnet för problemet och ha viss förståelse för territoriet.
Efter att de mest betydelsefulla och informativa faktorerna har valts kan du gå vidare till nästa steg - tolkning av huvudkomponenterna.
Steg 7 Tillämpning av huvudkomponentmetoden för att erhålla integrerade indikatorer för territoriet. Klustring
Den initiala informationen om territoriumfaktorerna, omvandlade i föregående steg till potentialer beräknade för varje rutnätsnod, kombineras till nya integrerade indikatorer - huvudkomponenterna.
Huvudkomponentmetoden analyserar variabiliteten av faktorer i studieområdet och finner, baserat på resultaten av denna analys, deras mest variabla linjära kombination, vilket gör det möjligt att beräkna måttet på deras förändring - spridning över territoriet.
Låt oss ta ett generellt problem för att skapa en modell för att approximera en linjär modellfunktion till givna värden
(2)
Där i är komponentnumret,
n – antal komponenter som ingår i beräkningen
j – nodindex för en territoriumpunkt, j=1..k
k - antalet alla noder i territoriet för vilka beräkningen av huvudkomponenterna utfördes
— Koefficient för modellens i:te huvudkomponent
– Värdet av den i:te huvudkomponenten vid den j:te punkten
B – fri sikt för modellen
— potential vid den j:te punkten för den faktor som vi bygger en modell för
Låt oss bestämma de okända i ekvationen (2) minsta kvadratmetoden, som använder egenskaperna hos huvudkomponenterna:
(3)
Där i och i2 är komponentnummer, i<>i2
j — territoriumnodindex
k är antalet av alla territoriumnoder
(4)
(3) betyder ingen korrelation mellan komponenter
(4) – det totala värdet av någon komponent är noll.
Vi får:
(5)
Här är notationen densamma som i Ekv. (2), betyder det genomsnittliga potentiella värdet
Detta resultat kan tolkas på följande sätt:
Modellen är ett enkelt uttryck som består av medelvärdet av det simulerade värdet och enkla korrigeringar av det för var och en av komponenterna. Som ett minimum måste resultatet innehålla dummyterm B och den första huvudkomponenten. Nedan finns exempel på värmekartor över de första huvudkomponenterna för Nizhny Novgorod-regionen.
Baserat på de beräknade huvudkomponenterna kan homogena regioner konstrueras. detta kan göras både för alla parametrar och till exempel endast för prissättning - d.v.s. utföra klustring. För detta kan du använda . För varje homogen region beräknas medelvärdet av den första huvudkomponenten, vilket kännetecknar territoriets utvecklingsnivå.
Ett exempel på klustring efter prissättningsparametrar för Nizhny Novgorod-regionen ges nedan.
Genom att använda de erhållna huvudkomponenterna som parametrar för kostnadsmodellen kan vi också få prisytan för territoriet.
Prisytan på Nizhny Novgorod
Steg 8. Skapande av modeller för att välja en plats för byggandet av en ny anläggning
För att välja den mest attraktiva platsen för platsen för ett nytt objekt (nedan kallat "objektet") är det nödvändigt att jämföra platsen för "objektet" med den omgivande infrastrukturen. För att "objektet" ska fungera måste det finnas tillräckligt med resurser för att säkerställa dess funktion, ett stort antal faktorer, både positiva och negativa effekter på "objektet", måste beaktas. Hela uppsättningen av dessa faktorer kan definieras som en "näringsmiljö" för "objektets" funktion. Motsvarigheten mellan antalet objekt och antalet resurser i territoriet är grunden för "objektets" stabila funktion.
Resultatet av denna jämförelse är potentialen som beräknas för varje punkt i territoriet och möjliggör en visuell och analytisk analys av valet av plats för att placera ett nytt "objekt".
För exempelvis handeln är bland annat ett konstant flöde av köpare viktigt, vilket innebär att listan över faktorer som måste beaktas för handelsobjekt även bör omfatta de som säkerställer detta flöde (till exempel sociala infrastrukturanläggningar, arbetsplatser, bostadsorter, transportvägar etc.).
Å andra sidan, när alla villkor är uppfyllda för att säkerställa att detaljhandelsanläggningar fungerar, är det nödvändigt att ta hänsyn till tätheten av detaljhandelsanläggningar, eftersom "konsumtion" av miljön leder till en minskning av möjligheten till köp. Flödet av människor är inte obegränsat, och detsamma gäller deras ekonomiska resurser och fysiska förmågor.
Algoritmen för att lösa problemet med att välja den bästa platsen för ett objekt beror på det faktum att potentialen som erhålls som en funktion av huvudkomponenterna är så nära som möjligt potentialen för en uppsättning objekt av typen "objekt"; sedan beräknas skillnaden mellan modellens potential och potentialen för objekt av typen "objekt"; värdet av bidragspotentialen för ett "objekt" subtraheras från den resulterande skillnaden; De negativa värdena som erhålls i det här fallet ersätts med noll, det vill säga de platser där det inte finns tillräckligt med resurser för att det nya "objektet" ska fungera elimineras.
Som ett resultat av de vidtagna åtgärderna får vi punkter i territoriet med ett positivt potentiellt värde, det vill säga platser med gynnsamt läge för vårt "objekt".
Vi har med andra ord de beräknade potentialerna för alla faktorer till vårt förfogande och den faktor som vi vill bygga en modell för och analysera det valda tematiska området (handel, industri, kultur, social sfär, etc.)
För att göra detta är det nödvändigt att välja faktorer för att konstruera miljövariabler - huvudkomponenterna - och sedan beräkna modeller utifrån dem.
Vi föreslår att man väljer faktorer genom att analysera korrelationerna mellan alla faktorer och referensfaktorn för det tematiska området. För kulturen kan det till exempel vara teatrar, för utbildningssystemet, skolor osv.
Vi beräknar korrelationen mellan standardpotentialen och potentialen för alla faktorer. Vi väljer de faktorer vars korrelationskoefficienter i magnitud är större än ett visst värde (ofta tas värdet på den minsta korrelationskoefficienten = 0).
(6)
där — Absolutvärdet av korrelationskoefficienten för den i:te faktorn med standarden.
Korrelationen beräknas över alla rutnätsnoder som täcker territoriet.
Skillnaden mellan modellens potential och potentialen för objekt av samma typ som det nya objektet i ekvationen (2) visar territoriets potential, som kan användas för att lokalisera nya anläggningar.
Som ett resultat erhåller vi det potentiella värdet, som kännetecknar graden av nytta av placeringen av ”objektet” i studieområdet.
Ett exempel på hur du grafiskt kan visa de rekommenderade platserna för ett nytt "objekt" ges nedan.
Således kan resultatet av att lösa problemet med att välja den bästa platsen för ett nytt objekt representeras som en bedömning av territoriet i poäng vid varje punkt, vilket ger en uppfattning om potentialen för att lokalisera ett investeringsobjekt, dvs ju högre poäng, desto mer lönsamt är det att lokalisera objektet.
Sammanfattningsvis är det värt att säga att vi i den här artikeln bara har övervägt ett problem som kan lösas med hjälp av territoriumanalys, med data från öppna källor till hands. Faktum är att det finns många problem som kan lösas med dess hjälp, deras antal begränsas endast av din fantasi.
Källa: will.com