Trong ấn phẩm đầu tiên () chúng tôi đã mô tả cách sử dụng thế nhiệt để phân tích các vùng lãnh thổ nói chung. Trong các ấn phẩm tiếp theo, nó đã được lên kế hoạch mô tả cách lưu trữ thông tin về các đối tượng không gian trong cơ sở dữ liệu, cách xây dựng các mô hình từ các thành phần chính và nói chung các nhiệm vụ phân tích lãnh thổ có thể là gì. Nhưng điều đầu tiên trước tiên.
Trước hết, việc sử dụng phương pháp thế nhiệt giúp chúng ta có thể có được ý tưởng chung về lãnh thổ mà chúng ta quan tâm. Ví dụ: lấy thông tin ban đầu từ OSM cho thành phố Barcelona (Catalonia) và thực hiện phân tích tích phân mà không chọn tham số, chúng ta có thể thu được hình ảnh “nhiệt” của các thành phần chính đầu tiên. Chúng ta cũng đã nói về bản đồ “nhiệt” trong bài viết đầu tiên, nhưng sẽ không sai khi nhắc lại rằng thuật ngữ bản đồ “nhiệt” xuất hiện do ý nghĩa vật lý của các thế năng được sử dụng để phân tích tích phân. Những thứ kia. trong các bài toán vật lý, thế năng là nhiệt độ, còn trong các bài toán phân tích lãnh thổ, thế năng là tác động tổng thể của tất cả các yếu tố ảnh hưởng lên một điểm cụ thể trên lãnh thổ.
Dưới đây là ví dụ về bản đồ “nhiệt” của thành phố Barcelona thu được nhờ phân tích tích phân.
Bản đồ “Nhiệt” của thành phần chính thứ nhất, không cần chọn tham số, Barcelona
Và bằng cách đặt một tham số cụ thể (trong trường hợp này, chúng tôi đã chọn ngành), bạn có thể nhận được bản đồ “nhiệt” trực tiếp cho ngành đó.
Bản đồ nhiệt của thành phần chính đầu tiên, ngành công nghiệp, Barcelona
Tất nhiên, các vấn đề phân tích rộng hơn và đa dạng hơn nhiều so với việc có được đánh giá chung về lãnh thổ đã chọn, do đó, để làm ví dụ, trong bài viết này, chúng tôi sẽ xem xét vấn đề tìm vị trí tốt nhất khi đặt một đối tượng mới và các yêu cầu kỹ thuật. thực hiện phương pháp thế năng nhiệt để giải quyết nó và trong các ấn phẩm tiếp theo, chúng tôi sẽ xem xét các phương pháp khác.
Giải quyết vấn đề tìm vị trí tốt nhất khi đặt một đồ vật mới sẽ giúp xác định mức độ “sẵn sàng” của lãnh thổ để tiếp nhận đồ vật mới này, nó sẽ tương quan như thế nào với các đồ vật khác đã tồn tại trong lãnh thổ, đồ vật mới này sẽ có giá trị như thế nào đối với lãnh thổ và giá trị mà nó sẽ tăng thêm.
Các giai đoạn thực hiện kỹ thuật
Việc triển khai kỹ thuật có thể được thể hiện bằng trình tự các quy trình được liệt kê dưới đây:
- Chuẩn bị môi trường thông tin
- Tìm kiếm, thu thập và xử lý thông tin nguồn.
- Xây dựng một mạng lưới các nút trong lãnh thổ được phân tích.
- Chia nhỏ các yếu tố lãnh thổ thành các mảnh.
- Tính toán tiềm năng từ các yếu tố.
- Lựa chọn các yếu tố tạo nên đặc điểm chuyên đề tổng hợp của lãnh thổ.
- Áp dụng phương pháp thành phần chính để thu được các chỉ số tổng hợp của lãnh thổ.
- Xây dựng mô hình lựa chọn địa điểm xây dựng cơ sở mới.
Giai đoạn 1. Chuẩn bị môi trường thông tin
Ở giai đoạn này, cần lựa chọn hệ thống quản lý cơ sở dữ liệu (DBMS), xác định nguồn thông tin, phương pháp thu thập thông tin và lượng thông tin được thu thập.
Đối với công việc của mình, chúng tôi đã sử dụng cơ sở dữ liệu PostgeSql (DB), nhưng cần lưu ý rằng bất kỳ cơ sở dữ liệu nào khác hoạt động với truy vấn SQL cũng sẽ hoạt động.
Cơ sở dữ liệu sẽ lưu trữ thông tin ban đầu - dữ liệu không gian về các đối tượng: kiểu dữ liệu (điểm, đường, đa giác), tọa độ của chúng và các đặc điểm khác (chiều dài, diện tích, số lượng), cũng như tất cả các giá trị tính toán thu được nhờ công việc đã thực hiện và bản thân kết quả của công việc đó.
Thông tin thống kê cũng được trình bày dưới dạng dữ liệu không gian (ví dụ: các vùng của một vùng có dữ liệu thống kê được gán cho các vùng này).
Là kết quả của việc chuyển đổi và xử lý thông tin ban đầu được thu thập, các bảng được hình thành chứa thông tin về các hệ số tuyến tính, điểm và diện tích, mã định danh và tọa độ của chúng.
Giai đoạn 2 Tìm kiếm, thu thập và xử lý thông tin nguồn
Là thông tin ban đầu để giải quyết vấn đề này, chúng tôi sử dụng thông tin từ các nguồn bản đồ mở có chứa thông tin về lãnh thổ. Theo chúng tôi, dẫn đầu là thông tin OSM, được cập nhật hàng ngày trên toàn thế giới. Tuy nhiên, nếu bạn cố gắng thu thập thông tin từ các nguồn khác thì mọi chuyện sẽ không tệ hơn chút nào.
Xử lý thông tin bao gồm việc đưa nó về trạng thái đồng nhất, loại bỏ thông tin sai lệch và chuẩn bị đưa nó vào cơ sở dữ liệu.
Giai đoạn 3. Xây dựng một mạng lưới các nút trong lãnh thổ được phân tích
Để đảm bảo tính liên tục của lãnh thổ được phân tích, cần phải xây dựng một lưới trên đó, các nút trong đó có tọa độ trong một hệ tọa độ nhất định. Tại mỗi nút lưới, giá trị tiềm năng sau đó sẽ được xác định. Điều này sẽ cho phép bạn hình dung các khu vực, cụm đồng nhất và kết quả phân tích cuối cùng.
Tùy thuộc vào các nhiệm vụ cần giải quyết, có thể có hai phương án xây dựng lưới:
— Lưới có bước đều (S1) – có thể quan sát được trên toàn bộ lãnh thổ. Nó được sử dụng để tính toán tiềm năng từ các yếu tố, xác định các đặc điểm tổng thể của lãnh thổ (các thành phần và cụm chính) và hiển thị kết quả mô hình hóa.
Khi chọn lưới này, bạn phải chỉ định:
- khoảng cách lưới – khoảng thời gian mà các nút lưới sẽ được đặt;
- ranh giới của lãnh thổ được phân tích, có thể tương ứng với một đơn vị hành chính - lãnh thổ hoặc có thể là một khu vực trên bản đồ giới hạn khu vực tính toán dưới dạng đa giác.
— Lưới có khoảng cách không đều (S2) mô tả các điểm riêng lẻ của lãnh thổ (ví dụ centroid). Nó còn được sử dụng để tính toán tiềm năng từ các yếu tố, xác định các đặc điểm tổng thể của lãnh thổ (các thành phần chính và các cụm). Việc mô hình hóa với các thành phần chính được tính toán được thực hiện chính xác trên lưới có bước không đều và để trực quan hóa kết quả mô phỏng, số cụm từ các nút lưới có bước không đều được chuyển đến các nút lưới có bước đều đặn theo nguyên tắc tiệm cận tọa độ .
Trong cơ sở dữ liệu, thông tin về tọa độ của các nút lưới được lưu trữ dưới dạng bảng chứa thông tin sau cho mỗi nút:
- ID nút;
- tọa độ nút (x, y).
Ví dụ về các lưới có khoảng cách đều đặn cho các lãnh thổ khác nhau có khoảng cách khác nhau được hiển thị trong hình bên dưới.
Lưới phủ sóng của Nizhny Novgorod (chấm đỏ). Lưới phủ sóng của vùng Nizhny Novgorod (các chấm màu xanh).
Giai đoạn 4 Chia nhỏ các yếu tố lãnh thổ thành các mảnh
Để phân tích sâu hơn, các yếu tố mở rộng của lãnh thổ phải được chuyển đổi thành một mảng các yếu tố riêng biệt sao cho mỗi nút lưới chứa thông tin về từng yếu tố có trong đó. Các yếu tố tuyến tính được chia thành các phân đoạn, các yếu tố khu vực thành các mảnh.
Bước phân vùng được chọn dựa trên diện tích lãnh thổ và yếu tố cụ thể; đối với các khu vực (khu vực) lớn, bước phân vùng có thể là 100-150 m; đối với các khu vực nhỏ hơn (thành phố) thì bước phân vùng có thể là 25-50 m .
Trong cơ sở dữ liệu, thông tin về kết quả phân tách được lưu trữ dưới dạng bảng chứa thông tin sau cho từng đoạn:
- định danh yếu tố;
- tọa độ trọng tâm của các đoạn phân vùng thu được (x, y);
- chiều dài/diện tích của các mảnh phân vùng.
Giai đoạn 5 Tính toán tiềm năng từ các yếu tố
Một trong những cách tiếp cận khả thi và dễ hiểu để phân tích thông tin ban đầu là coi các yếu tố là tiềm năng từ các đối tượng bị ảnh hưởng.
Chúng ta hãy sử dụng nghiệm cơ bản của phương trình Laplace cho trường hợp hai chiều - logarit của khoảng cách từ điểm.
Có tính đến yêu cầu về giá trị tiềm năng hữu hạn ở mức XNUMX và giới hạn của giá trị tiềm năng trên khoảng cách lớn, tiềm năng được xác định như sau:
tại r (1)
với r2>r>=r1
với r>=r2
Loại khả năng ảnh hưởng từ một vật điểm
Hàm logarit phải được giới hạn ở XNUMX và bị giới hạn hợp lý ở một khoảng cách nào đó so với các thừa số. Nếu chúng ta không đưa ra các hạn chế về điện thế ở khoảng cách lớn so với yếu tố, thì chúng ta sẽ phải tính đến một lượng lớn thông tin ở xa điểm được phân tích, điều này thực tế không ảnh hưởng gì đến việc phân tích. Do đó, chúng tôi giới thiệu giá trị bán kính tác dụng của hệ số, vượt quá giá trị đóng góp vào thế năng của hệ số bằng XNUMX.
Đối với một thành phố, bán kính của hệ số được giả định bằng nửa giờ đi bộ khả năng tiếp cận - 2 mét. Đối với khu vực chúng ta nên nói chuyện khoảng nửa giờ vận chuyển khả năng tiếp cận - 20 mét.
Do đó, nhờ tính toán các giá trị tiềm năng, chúng ta có tổng tiềm năng từ mỗi yếu tố tại mỗi nút của lưới điện thông thường.
Giai đoạn 6. Lựa chọn các yếu tố tạo nên đặc điểm chuyên đề tổng hợp của lãnh thổ
Ở giai đoạn này, các yếu tố quan trọng và mang tính thông tin nhất được lựa chọn để tạo ra các đặc điểm tổng thể theo chủ đề của lãnh thổ.
Việc lựa chọn các yếu tố có thể được thực hiện tự động bằng cách đặt ra các ranh giới nhất định cho các tham số (mối tương quan, tỷ lệ phần trăm ảnh hưởng, v.v.) hoặc có thể được thực hiện một cách thành thạo, biết chủ đề của vấn đề và có một số hiểu biết về lãnh thổ.
Sau khi các yếu tố quan trọng và mang tính thông tin nhất đã được chọn, bạn có thể tiến hành các bước tiếp theo - giải thích các thành phần chính.
Giai đoạn 7 Áp dụng phương pháp thành phần chính để thu được các chỉ số tổng hợp của lãnh thổ. Phân cụm
Thông tin ban đầu về các yếu tố lãnh thổ, được chuyển đổi ở giai đoạn trước thành tiềm năng được tính toán cho từng nút lưới, được kết hợp thành các chỉ số tích hợp mới - các thành phần chính.
Phương pháp thành phần chính phân tích sự biến đổi của các yếu tố trong khu vực nghiên cứu và dựa trên kết quả phân tích này tìm ra sự kết hợp tuyến tính thay đổi nhất của chúng, giúp tính toán thước đo sự thay đổi - phân tán của chúng trên lãnh thổ.
Chúng ta hãy giải một bài toán tổng quát để tạo một mô hình xấp xỉ hàm mô hình tuyến tính với các giá trị đã cho
(2)
Trong đó i là số thành phần,
n – số thành phần tham gia tính toán
j – chỉ số nút của một điểm lãnh thổ, j=1..k
k – số lượng tất cả các nút của lưới lãnh thổ mà việc tính toán các thành phần chính được thực hiện
- hệ số cho thành phần chính thứ i của mô hình
– giá trị của thành phần chính thứ i tại điểm thứ j
B – thời hạn tự do của mô hình
— thế năng tại điểm thứ j của hệ số mà chúng ta đang xây dựng mô hình
Hãy xác định ẩn số trong phương trình (2) phương pháp bình phương tối thiểu, sử dụng tính chất của các thành phần chính:
(3)
Trong đó i và i2 là số thành phần, i<>i2
j - chỉ số nút lãnh thổ
k là số lượng tất cả các nút lãnh thổ
(4)
(3) có nghĩa là không có mối tương quan giữa các thành phần
(4) – tổng giá trị của bất kỳ thành phần nào bằng XNUMX.
Chúng tôi nhận được:
(5)
Ở đây ký hiệu giống như trong biểu thức. (2), có nghĩa là giá trị tiềm năng trung bình
Kết quả này có thể được hiểu như sau:
Mô hình là một biểu thức đơn giản bao gồm giá trị trung bình của giá trị mô phỏng và các hiệu chỉnh đơn giản cho từng thành phần. Tối thiểu, kết quả phải bao gồm thuật ngữ giả B và thành phần chính đầu tiên. Dưới đây là ví dụ về bản đồ nhiệt của các thành phần chính đầu tiên của vùng Nizhny Novgorod.
Dựa trên các thành phần chính đã tính toán có thể xây dựng được các vùng đồng nhất. điều này có thể được thực hiện cho cả tất cả các tham số và, ví dụ, chỉ đối với các tham số định giá - tức là. tiến hành phân cụm. Đối với điều này, bạn có thể sử dụng . Đối với mỗi vùng đồng nhất, giá trị trung bình của thành phần chính thứ nhất được tính toán, đặc trưng cho mức độ phát triển của lãnh thổ.
Dưới đây là một ví dụ về phân cụm theo thông số định giá cho khu vực Nizhny Novgorod.
Ngoài ra, bằng cách sử dụng các thành phần chính thu được làm tham số của mô hình chi phí, chúng ta có thể thu được bề mặt giá của lãnh thổ.
Mặt bằng giá Nizhny Novgorod
Giai đoạn 8. Xây dựng mô hình lựa chọn địa điểm xây dựng cơ sở mới
Để chọn được vị trí hấp dẫn nhất cho vị trí của đối tượng mới (sau đây gọi tắt là “đối tượng”), cần so sánh vị trí của “đối tượng” với cơ sở hạ tầng xung quanh. Để “đối tượng” hoạt động phải có đủ nguồn lực đảm bảo cho nó hoạt động, phải tính đến rất nhiều yếu tố, cả tác động tích cực và tiêu cực đến “đối tượng”. Toàn bộ tập hợp các yếu tố này có thể được định nghĩa là môi trường “dinh dưỡng” cho hoạt động của “đối tượng”. Sự tương ứng giữa số lượng đối tượng với số lượng tài nguyên của lãnh thổ là cơ sở cho hoạt động ổn định của “đối tượng”.
Kết quả của sự so sánh này là tiềm năng được tính toán cho từng điểm trên lãnh thổ và cho phép phân tích trực quan và phân tích về việc lựa chọn vị trí để đặt một “đối tượng” mới.
Ví dụ, đối với thương mại, trong số những thứ khác, dòng người mua liên tục là quan trọng, điều đó có nghĩa là danh sách các yếu tố phải được tính đến đối với đối tượng thương mại cũng phải bao gồm những yếu tố đảm bảo dòng người mua này (ví dụ, cơ sở hạ tầng xã hội, nơi làm việc, nơi cư trú, tuyến đường giao thông, v.v.).
Mặt khác, khi đáp ứng đủ các điều kiện để đảm bảo hoạt động của các cơ sở bán lẻ thì cần phải tính đến mật độ của các cơ sở bán lẻ, vì “tiêu thụ” môi trường sẽ dẫn đến giảm khả năng mua hàng. Dòng người không phải là vô hạn, và điều tương tự cũng áp dụng cho nguồn tài chính và năng lực thể chất của họ.
Thuật toán giải quyết vấn đề chọn vị trí tốt nhất cho một đối tượng dựa trên thực tế là tiềm năng thu được dưới dạng hàm của các thành phần chính càng gần với tiềm năng của một tập hợp các đối tượng thuộc loại “đối tượng”; sau đó tính toán sự khác biệt giữa tiềm năng của mô hình và tiềm năng của các đối tượng thuộc loại “đối tượng”; giá trị tiềm năng đóng góp của một “đối tượng” được trừ vào chênh lệch thu được; Các giá trị âm thu được trong trường hợp này được thay thế bằng XNUMX, nghĩa là những nơi không có đủ tài nguyên cho hoạt động của “đối tượng” mới sẽ bị loại bỏ.
Kết quả của các hành động được thực hiện, chúng tôi có được các điểm trên lãnh thổ có giá trị tiềm năng tích cực, nghĩa là những nơi có vị trí thuận lợi cho “đối tượng” của chúng tôi.
Nói cách khác, chúng tôi có tiềm năng tính toán của tất cả các yếu tố mà chúng tôi sử dụng và yếu tố mà chúng tôi muốn xây dựng mô hình và phân tích lĩnh vực chủ đề đã chọn (thương mại, công nghiệp, văn hóa, lĩnh vực xã hội, v.v.)
Để làm được điều này, cần lựa chọn các yếu tố để xây dựng các biến môi trường - các thành phần chính - rồi tính toán mô hình dựa trên chúng.
Chúng tôi đề xuất lựa chọn các yếu tố bằng cách phân tích mối tương quan của tất cả các yếu tố với hệ số tham chiếu của lĩnh vực chuyên đề. Ví dụ, đối với văn hóa có thể là nhà hát, đối với hệ thống giáo dục, trường học, v.v.
Chúng tôi tính toán mối tương quan giữa thế năng tiêu chuẩn với thế năng của tất cả các yếu tố. Chúng ta chọn những yếu tố có hệ số tương quan về độ lớn lớn hơn một giá trị nhất định (thường lấy giá trị hệ số tương quan tối thiểu = 0).
(6)
đâu - giá trị tuyệt đối của hệ số tương quan của yếu tố thứ i với chuẩn.
Mối tương quan được tính toán trên tất cả các nút lưới bao phủ lãnh thổ.
Hiệu giữa thế năng của mô hình và thế năng của vật cùng loại với vật mới trong phương trình (2) cho thấy tiềm năng của lãnh thổ, có thể được sử dụng để đặt cơ sở mới.
Kết quả là, chúng tôi thu được giá trị tiềm năng, đặc trưng cho mức độ lợi ích của vị trí của “đối tượng” trong khu vực nghiên cứu.
Dưới đây là một ví dụ về cách bạn có thể hiển thị đồ họa các vị trí được đề xuất cho một “đối tượng” mới.
Như vậy, kết quả của việc giải bài toán chọn vị trí tốt nhất cho đối tượng mới có thể được thể hiện dưới dạng đánh giá lãnh thổ theo điểm tại mỗi điểm, đưa ra ý tưởng về tiềm năng định vị đối tượng đầu tư, tức là giá trị càng cao thì càng tốt. ghi điểm thì việc xác định được đối tượng càng có lợi.
Tóm lại, điều đáng nói là trong bài viết này, chúng tôi chỉ xem xét một vấn đề có thể được giải quyết bằng cách sử dụng phân tích lãnh thổ, có sẵn dữ liệu từ các nguồn mở. Trên thực tế, có rất nhiều vấn đề có thể được giải quyết với sự trợ giúp của nó, số lượng của chúng chỉ bị giới hạn bởi trí tưởng tượng của bạn.
Nguồn: www.habr.com