Nijniy Novgoroddagi ko'cha tarmog'i uchun issiqlik potentsialini hisoblash misoli
Shahar hududi doimo o'zgarib turadigan murakkab, heterojen tizimdir. Siz hududni tavsiflashingiz va fazoviy ob'ektlar (omillar) yordamida shahar muhitini baholashingiz mumkin. Hududni tavsiflovchi omillar ta'sir qilish xususiyati (ijobiy, salbiy) va geometrik konfiguratsiyasi (nuqtalar, chiziqlar, ko'pburchaklar) bilan farqlanadi.
Har bir alohida ob'ektning butun hududning rivojlanish darajasiga yoki uning biron bir alohida tomoniga ta'sir darajasini aniqlash ko'pincha juda qiyin. Bugungi kunda “madaniyat”, “ijtimoiy soha”, “ijtimoiy keskinlik”, “yaxshi turmush”, “iqtisodiy rivojlanish”, “aholi salomatligi” kabi tushunchalarni aniqlash va tavsiflash muammosi tobora dolzarb bo‘lib bormoqda. Ushbu tushunchalarning noaniqligi, agar biz ularni turli ijtimoiy guruhlarga, turli yoshdagi va jinsdagi aholiga qo'llashni istasak, ortadi.
Shuningdek, shuni ta'kidlash kerakki, zamonaviy kontseptsiyada shahar chegaralari juda o'zboshimchalik bilan. Aholining kunlik migratsiyasi, chekka hududlarning transportdan foydalanish imkoniyati shahar chegarasini yanada xiralashtiradi. Hozirgi kunda keng qo'llanilayotgan aglomeratsiya tushunchasi, odatda, shahar chegaralarini aks ettiradi, lekin ayni paytda shahar chegarasi tushunchasini yanada noaniq qiladi.
Yuqorida tavsiflangan muammolarga qaramay, hududlarni tahlil qilish va baholash bugungi kunda shahar atrof-muhitining ko'plab dolzarb muammolarini hal qilish imkonini beradigan eng istiqbolli va qiziqarli yo'nalishlardan biridir.
Maqolada "termal" model yordamida hududni tahlil qilish usuli ko'rib chiqilishi taklif etiladi. Bu usul turli tabiatli (nuqta, chiziqli va maydon) ob'ektlar (omillar) tomonidan yaratilgan potentsiallarni o'rganishga asoslangan. Ushbu usul yordamida hududni tahlil qilish hududni tavsiflovchi fazoviy ma'lumotlar (omillar) to'plamidan hududning har bir nuqtasida aniq raqamli (bal) baholashga o'tish imkonini beradi.
Hududni tahlil qilish doirasida o'rganilayotgan potentsiallar fizik talqinga ega - turli o'lchamdagi (2D, 3D) muhitda issiqlik tarqalishi. Ushbu hodisani "termal" tasvirlar (hududning issiqlik xaritalari) shaklida tasvirlash mumkin, bu tasvirning rang intensivligiga qarab hududning rivojlanish darajasi haqida fikr beradi.
Hududiy omillar
Hududni tahlil qilish hududga ta'sir etuvchi omillar va ularning ko'rsatkichlari haqidagi ma'lumotlarni qidirish va qayta ishlashni o'z ichiga oladi. Ta'sir etuvchi omillar - bu atrofdagi hududga ta'sir ko'rsatadigan va bir qator xususiyatlar va fazoviy koordinatalarga ega bo'lgan ob'ektlar. Ta'sir etuvchi omillarga do'konlar, sanoat ob'ektlari, yo'llar, o'rmonlar va suv havzalari misol bo'ladi.
Ta'sir ko'rsatkichlari ob'ektlardir aks ettiruvchi ob'ektlarning ta'siri, shuningdek, xarakteristikalar va fazoviy koordinatalar to'plamiga ega. Ta'sir ko'rsatkichlariga misollar: bankomatlar, bilbordlar, yodgorliklar.
Keyingi taqdimotda biz ikkala atama - omillar va ta'sir ko'rsatkichlarini birlashtirgan ta'sir omillari tushunchasidan foydalanamiz.
Quyida ta'sir etuvchi omillar sifatida ishlaydigan fazoviy ma'lumotlarga misol keltirilgan.
Hududlarni tahlil qilish bo'yicha ishlarni amalga oshirishning muhim bosqichlaridan biri bu dastlabki ma'lumotlarni yig'ish va qayta ishlash bosqichidir. Bugungi kunda turli darajadagi tafsilotlar hududiga ta'sir qiluvchi omillar haqida juda ko'p ma'lumotlar mavjud.
Ma'lumotni ochiq manbalardan yoki cheklangan manbalardan olish mumkin. Ko'pgina hollarda, ochiq ma'lumot tahlil qilish uchun etarli, garchi, qoida tariqasida, u juda ko'p mehnat talab qiladigan ishlov berishni talab qiladi.
Ochiq manbalar orasida etakchi, bizning fikrimizcha, OpenStreetMap (OSM) resursidir. Ushbu manbadan olingan ma'lumotlar butun dunyo bo'ylab har kuni yangilanadi.
OpenStreetMap (OSM) resurs ma'lumotlari quyidagi formatlarda taqdim etiladi:
- OSM formati. ".osm" kengaytmali asosiy format XML grafik tasvirlarini tasvirlash uchun ishlatiladi - tugunlar, yo'llar, munosabatlar.
- "Polsha formati". Grafiklar bilan ishlash uchun ".mp" kengaytmali matn formati qo'llaniladi.
- PBF formati. ".osm.pbf" kengaytmali ma'lumotlarni saqlash formati.
Bundan tashqari, ma'lumot manbalari sifatida quyidagilardan foydalanishingiz mumkin:
- 2 GIS
Resurs yuqori sifatli, oylik qayta ishlangan ma'lumotlarni o'z ichiga oladi, korxona va tashkilotlar uchun ajoyib 3 darajali tasniflagichga ega.
- KML (Keyhole Markup Language) fayllari
KML (Keyhole Markup Language) fayllari mobil qurilmalar uchun Google Earth, Google Maps va Google Maps-da geografik ma'lumotlarni ko'rsatish uchun foydalaniladigan fayl formatidir.
KML fayllari bilan siz:
- turli piktogrammalarni o'rnating va Yer yuzasidagi joylarni ko'rsatish uchun imzo qo'ying
— kamera oʻrnini oʻzgartirish orqali tanlangan obʼyektlar uchun turli burchaklar yaratish
- turli qatlamli tasvirlardan foydalaning
— ob'ektni ko'rsatishni sozlash uchun uslublarni aniqlang, giperhavolalar va inline tasvirlarni yaratish uchun HTML kodini qo'llang
— elementlarni ierarxik guruhlash uchun papkalardan foydalanish
— masofaviy yoki mahalliy tarmoq tugunlaridan KML fayllarini dinamik ravishda qabul qilish va yangilash
- XNUMXD tomoshabindagi o'zgarishlarga muvofiq KML ma'lumotlarini olish
- "Rosreestr" davlat ro'yxatidan o'tkazish, kadastr va kartografiya federal xizmati
Rosreestr portalidagi ma'lumotlar o'zining mazmuni va dolzarbligi bilan qimmatlidir, ammo, afsuski, kapital qurilish loyihalari va er uchastkalari uchun grafiklarni bepul olish imkonini bermaydi. Rosreestr portalida shuningdek, cheklangan kirish ma'lumotlarining katta miqdori mavjud.
- Statistika organlari
Statistik ma'lumotlar hudud to'g'risidagi qonuniy ma'lumot manbai hisoblanadi, ammo bugungi kunga kelib, statistika organlarining ma'lumotlari faqat ma'lum miqdordagi ko'rsatkichlar bo'yicha, asosan statistika organlarining hisobotlarida va mintaqaviy hokimiyat organlarining hisobotlarida mavjud.
- Hokimiyat organlarining axborot tizimlari
Yuqori sifatli ma'lumotlar davlat axborot tizimlarida mavjud, biroq uning kichik bir qismi jamoatchilik mulkida e'lon qilinadi va tahlil qilish uchun mavjud.
Hududlarni tahlil qilish ma'lumotlar tarkibiga hech qanday aniq talablarni qo'ymaydi, aslida siz topilgan hamma narsadan foydalanishingiz mumkin; ochiq manbalardan olingan ma'lumotlar odatda bir-birini almashtiradi. Ammo shuni ta'kidlash kerakki, hatto OSM resursidan olingan ma'lumotlarning o'zi ham notanish hududni tahlil qilish uchun etarli.
Termal model yordamida hududni tahlil qilish. Potensiallarning fizik talqini
Yuqorida aytib o'tilganidek, hudud tahlili bugungi kunda dolzarb mavzu va turli shahar sharoitlarida infratuzilmani rivojlantirishga investitsiyalarni asosli jalb qilishning kuchli vositasidir.
Hududni tahlil qilish yordamida hal qilinadigan turli xil muammolar bir nechta asosiy yo'nalishlarga birlashtirilishi mumkin:
— Har bir nuqtada hududning eng tushunarli va batafsil bahosini olish.
Muammoni hal qilish orqali siz hududning har bir nuqtasida, umuman, hududning, shuningdek, ma'lum bir mavzu bo'yicha rivojlanish darajasi haqida tasavvur beradigan ballar to'plamini olishingiz mumkin. Bunday mavzu sohasi, masalan, madaniyat, sanoat, savdo va boshqalar bo'lishi mumkin.
— tanlangan hududda maʼlum turdagi investitsiya obʼyektlarini (masalan, banklar, ixtisoslashtirilgan doʻkonlar, savdo-koʻngilochar markazlar va boshqalar) joylashtirish uchun eng qulay joylarni aniqlash.
— Hududdan eng samarali foydalanish tahlili.
Ushbu yo'nalish hududning xususiyatlarini, o'rganilayotgan hududda shakllangan bozor kon'yunkturasini batafsil o'rganish va ommabop variantlarni aniqlash imkonini beradi.
— Yangi yo‘llar va yangi marshrutlarning paydo bo‘lishi misolida bir omilning tannarx modeliga qo‘shgan hissasini aniqlash.
— Bir hududning turli jihatlarini tahlil qilish va turli hududlarni tahlil qilish (hududlarni taqqoslash).
Maqolada "issiqlik" modelidan foydalangan holda taklif qilingan hududni tahlil qilish usulining o'ziga xosligi hududni rivojlantirish ko'rsatkichlaridan - raqamli ko'rinishda keltirilgan va ob'ektning hududga ta'sir qilish darajasini (ta'sir ko'rsatish omili) aks ettiruvchi potentsiallardan foydalanishdadir.
Tadqiqotning mohiyatini tushunish uchun issiqlik potentsialining o'zi haqida bir necha so'z aytish va uning jismoniy talqinini berish kerak.
Fizikada shunday tushunchalar mavjud kuch maydoni и kuch funktsiyasi. Quvvat maydoni energiya o'lchamiga ega, kuch funktsiyasi kuch o'lchamiga ega.
Umumjahon tortishish qonuni uchun kuch maydoni quyidagi formula bilan aniqlanadi:
F=k/r2, bu yerda
k – doimiy;
r - o'zaro ta'sir qiluvchi ob'ektlar orasidagi masofa.
ϕ kuch funktsiyasi quyidagi ifoda bilan aniqlanadi:
dϕ=-F*dr, bu yerda
s—kuch maydoni potensiali;
dō, dr – differensiallar;
r - o'zaro ta'sir qiluvchi ob'ektlar orasidagi masofa,
shuning uchun s=k/r.
Quvvat maydoni potentsialining fizik ma'nosi s ma'lum bir yo'ldan o'tayotganda kuch maydoni tomonidan bajariladigan E ishidir. Umumjahon tortishish qonuni holatida, jismga masofa r2 dan r1 ga o'zgarganda, kuch funktsiyasi formula bilan aniqlanadi.
E=k*(1/r1-1/r2), bu yerda
E - ma'lum bir yo'ldan o'tayotganda kuch maydoni tomonidan bajariladigan ish;
r1, r2 - ob'ektning boshlang'ich va oxirgi holati.
Hududni tahlil qilish vazifasi uchun ob'ektlarning (omillarning) hududga ta'siri kuch sifatida ko'rib chiqilishi mumkin (quvvat funktsiyasi) va umumiy issiqlik salohiyati sifatida hududning rivojlanish darajasi (kuch maydoni) barcha ob'ektlardan (omillardan). Fizika masalalarida issiqlik potentsiali haroratdir va "issiqlik" modelidan foydalangan holda hududni tahlil qilish muammolarida potentsial hududdagi barcha ta'sir qiluvchi omillarning umumiy ta'sirini ifodalaydi.
Fazoviy ma'lumotlar nuqtalar, chiziqlar va ko'pburchaklardan iborat. Potensiallarni hisoblash uchun kengaytirilgan fazoviy ma'lumotlar kichik bo'laklarga bo'linadi. Har bir fragment uchun nuqtadan keladigan potentsial ob'ekt bo'lagi (omil) hajmiga teng bo'lgan ko'paytirgich bilan hisoblanadi.
Ma'lumotlar yaqin o'xshashlik printsipi asosida semantik guruhlarga bo'linadi. Masalan, savdo ob'ektlari mahsulot bo'yicha birlashtiriladi. O'rmon ob'ektlari, suv ob'ektlari, aholi punktlari, transport to'xtash joylari va boshqalar guruhlari mavjud. Ma’nosi bilan birlashgan guruhlar omilni ifodalaydi. Barcha ob'ektlardan (omillardan) o'tib, biz keyingi ishlov berish uchun mos bo'lgan issiqlik potentsiallari to'plamini olamiz.
Potensiallardan foydalanish ("issiqlik xaritalari") fazoviy ma'lumotlardan hududga ta'sir qiluvchi ob'ektlarning (omillarning) "issiqlik" tasvirlariga o'tishga imkon beradi (potentsiallarni vizualizatsiya qilish). Bunday o'tish hududning har bir nuqtasida omil mavjudligi darajasini aniqlash va keyingi tahlillarni o'tkazish imkonini beradi, ya'ni. shahar rivojlanishining turli yo'nalishlarini rangli ko'rsatish. Shunday qilib, biz hududning har bir nuqtasi uchun har xil intensivlikdagi porlashni olamiz.
Bir nechta omillar kontekstida Nijniy Novgorod hududining "termal" tasvirlariga misollar quyida keltirilgan.
"Dorixona zanjiri" omilini aks ettiruvchi Nijniy Novgorodning "termal" xaritasi
"Kattalar uchun poliklinikalar" omilini aks ettiruvchi Nijniy Novgorodning "issiqlik" xaritasi
"Bolalar klinikalari" omilini aks ettiruvchi Nijniy Novgorodning "termal" xaritasi
"Sanoat zonalari" omilini aks ettiruvchi Nijniy Novgorodning "termal" xaritasi
Hududning "issiqlik" tasvirlari turli xil ta'sir ob'ektlarining potentsial kontsentratsiyasini aniqlashga imkon beradi. Keyinchalik, olingan potentsiallarni ko'p sonli omillar asosida hududni baholashga imkon beradigan integral xarakteristikaga birlashtirish kerak. Bu sizga katta hajmdagi ma'lumotlarni tahlil qilish, ob'ektlarni tanib olish, shuningdek, eng kam ma'lumotni yo'qotib, ma'lumotlar hajmini kamaytirish imkonini beradigan usulni talab qiladi. Ushbu usullardan biri asosiy komponent tahlili (PCA). Ushbu usul haqida batafsil ma'lumotni maqolada topishingiz mumkin .
Usulning mohiyati tahlil sohasida eng kuchli o'zgaruvchan boshlang'ich parametrlarning chiziqli kombinatsiyasini topishdir. Fazoviy ma'lumotlar uchun - hudud bo'yicha eng kuchli o'zgaruvchan.
Asosiy komponent usuli hududda eng kuchli o'zgaruvchan ob'ektlarni (omillarni) aniqlaydi. Usul natijasida yangi o'zgaruvchilar paydo bo'ladi - dastlabki ma'lumotlarga nisbatan ko'proq ma'lumotga ega bo'lgan asosiy komponentlar, ularning yordami bilan modellarni qurish osonroq bo'lgan hududni tahlil qilish, tavsiflash va vizualizatsiya qilish osonroq. .
Asosiy komponentlar analitik ifodalardir - ma'lum koeffitsientlarga ega bo'lgan boshlang'ich omillarning potentsiallari yig'indisi. Biroq, agar biron bir omil hududga sezilarli ta'sir ko'rsatsa, lekin tahlil qilinadigan hudud bo'ylab o'zgarmasa, asosiy komponentlar usuli bu omilni asosiy komponentlar tarkibiga kiritmaydi.
Asosiy komponentlar ma'lumotlarning kamayish tartibida tartiblangan - ya'ni. butun hududga tarqaladi. Birinchi asosiy komponentlar alohida omillarga qaraganda sezilarli darajada ko'proq ma'lumotni o'z ichiga oladi va hududni yaxshi tasvirlaydi. Qoidaga ko'ra, yuzga yaqin omillardan foydalanganda, birinchi asosiy komponent hudud uchun barcha ma'lumotlarning taxminan 50% ni (differtsiyani) o'z ichiga oladi. Asosiy komponentlar bir-biri bilan bog'liq emas va har bir nuqtada hududning xususiyatlari sifatida modellar uchun ishlatilishi mumkin.
Asosiy komponent, hududning ba'zi bir mavhum hisoblangan ko'rsatkichi sifatida, aniq nom va tasnifga ega emas. Biroq, asosiy komponent bilan kuchli bog'liq bo'lgan omillar to'plami bizga asosiy komponentlarni izohlash imkonini beradi. Qoida tariqasida, quyidagi omillar asosiy komponentlar bilan bog'liq:
— infratuzilmaning rivojlanish darajasi;
— hududning transport komponenti;
- iqlim zonalari;
— qishloq xo‘jaligining rivojlanish darajasi;
— hududning iqtisodiy salohiyati.
Keyingi tahlillar, jumladan, klasterlash, bir necha muhim asosiy komponentlar bilan davom etadi.
Raqamlarda siz Rossiya Federatsiyasining bir nechta shaharlari hududida birinchi asosiy komponentlarning grafik tasvirini ko'rishingiz mumkin.
Nijniy Novgoroddagi shahar infratuzilmasining rivojlanish darajasini tavsiflovchi birinchi asosiy komponent
Ekaterinburgda shahar infratuzilmasining rivojlanish darajasini tavsiflovchi birinchi asosiy komponent
Qozon shahridagi shahar infratuzilmasining rivojlanish darajasini tavsiflovchi birinchi asosiy komponent
Perm shahridagi shahar infratuzilmasining rivojlanish darajasini tavsiflovchi birinchi asosiy komponent
Samara shahridagi shahar infratuzilmasining rivojlanish darajasini tavsiflovchi birinchi asosiy komponent
Xabarovskdagi shahar infratuzilmasining rivojlanish darajasini tavsiflovchi birinchi asosiy komponent
Integral xususiyatlar: klasterlash
Hududni tahlil qilish bo'yicha ishlarning keyingi bosqichi - bu sifat jihatidan bir hil bo'lgan shahar atrof-muhit zonalarini izlash. Ushbu qidiruv hududning har bir nuqtasida asosiy komponentlarning qiymatlarini tahlil qilishga asoslangan. Ushbu bir hil zonalarni qidirish muammosini klasterlash yordamida hal qilish mumkin - xususiyatlar to'plamining yaqinligi printsipi asosida hududlarni guruhlash jarayoni.
Hududlarni klasterlash ikkita maqsadga ega:
— hududning yaxshiroq idrok etilgan vizual tasvirini yaratish;
— individual modellarni tuzish uchun maydonlarni ajratish.
Hududlar tahlil qilish uchun tanlangan omillarga muvofiq klasterlangan. Bu omillar narx-navoga ta'sir qiluvchi omillar yoki hududning rivojlanishining ba'zi jihatlarini tavsiflovchi omillar bo'lishi mumkin, masalan, ijtimoiy soha.
Ikkita keng tarqalgan klassik klasterlash usuli mavjud: K-o'rtacha usuli va dendrogramma usuli. Hududlar bilan ishlashda K-means usuli o'zini yaxshi isbotladi, uning xususiyati o'sish nuqtalariga yangi ob'ektlarni qo'shish orqali klasterning "o'sishi" dir. K-vositalari usulining afzalligi uning ishining tabiiy hududni shakllantirish jarayoniga o'xshashligidadir: o'xshashlarni ajratish emas, balki o'xshashlarni birlashtirish.
Nijniy Novgorod uchun hisob-kitoblar uchun K-means usuli ishlatilgan (quyidagi rasm).
Nijniy Novgorod misolida klasterlarning hududning rivojlanish darajasiga muvofiqligi
Taklif etilayotgan yondashuv bilan turli mavzularda hududning umumiy ko'rinishini olish mumkin. Bizni qiziqtirgan mavzular, masalan, shahar infratuzilmasining rivojlanish darajasi, hududning "elitalik" darajasi, madaniy rivojlanish darajasi, hududni rivojlantirishning ijtimoiy tarkibiy qismi bo'lishi mumkin. Ushbu mavzular noto'g'ri aniqlangan integral tushunchalar bo'lib, ular bir-biriga bog'liq bo'lgan ko'plab omillardan iborat.
Tahlil qilish uchun parametrlarni tanlash uchun ba'zi algoritmlardan foydalangan holda (shu jumladan mutaxassislarni jalb qilgan holda) biz hududning rivojlanishining bir tomoni haqida tasavvurga ega bo'lgan tematik xaritalarni olamiz.
Integral xarakteristikalar deganda birinchi asosiy komponentlar, birinchi navbatda eng ma'lumot beruvchi birinchi asosiy komponent va tanlangan parametrlar bo'yicha hududni klasterlash tushuniladi.
Rivojlanishning turli jihatlari uchun birinchi asosiy komponentlarning tematik xaritalari quyidagi rasmlarda keltirilgan.
Nijniy Novgorod misolida "Madaniy ob'ektlar" tematik xaritasi
Nijniy Novgorod misolida "Ijtimoiy soha" tematik xaritasi
Integral xususiyatlar ma'lumotni minimal yo'qotish bilan ko'plab omillardan foydalangan holda hududning xususiyatlarini tushunishga imkon beradi.
Xulosa o‘rnida yana bir bor ta’kidlash joizki, bugungi kunda hududlarni tahlil qilish shahar atrof-muhitini rivojlantirish, qurilishga sarmoya kiritish uchun joylarni tanlash, yangi ob’ektlar uchun eng qulay joyni topish va boshqa vazifalarni hal etishda nihoyatda muhim bosqich hisoblanadi.
Maqolada taklif qilingan hududni tahlil qilish usuli turli xil tabiat omillaridan "issiqlik" modelidan foydalangan holda, omillar to'plami uchun muhim emas, ya'ni u dastlabki ma'lumotlarga cheklovlar yoki talablar qo'ymaydi.
Manba ma'lumotlarining xilma-xilligi va ko'pligi, shuningdek, ochiq ma'lumotlardan foydalanish imkoniyatini beradi har qanday hududni tahlil qilish uchun cheksiz istiqbollar tinchlik.
Hududiy tahlil muammolariga bag'ishlangan quyidagi nashrlarda biz quyidagi vazifalar uchun asosiy komponentlar va ularni amalga oshirish usullaridan foydalangan holda modellarni tuzish xususiyatlarini ochib berishni rejalashtirmoqdamiz:
— yangi ob'ektni joylashtirishda eng yaxshi joyni tanlash;
— bozor qiymatidan foydalangan holda muayyan toifadagi ob'ektlar uchun narx sirtini qurish;
- ob'ektlarning joylashishiga qarab muayyan turdagi faoliyatning rentabelligini baholash.
Shuningdek, asosiy komponentlardan omillarga teskari o'tish usullarini taqdim etish rejalashtirilmoqda, bu esa o'z navbatida ma'lum bir hudud uchun omillardan model olish imkonini beradi.
Manba: www.habr.com