استخدام الإمكانات الحرارية لتحليل الأراضي

مثال لحساب الإمكانات الحرارية لشبكة الشوارع في نيجني نوفغورود

أراضي المدينة نظام معقد غير متجانس ، وهو في تغير مستمر. من الممكن وصف المنطقة وتقييم البيئة الحضرية باستخدام الأشياء المكانية (العوامل). تختلف العوامل التي تصف المنطقة في طبيعة تأثيرها (الإيجابي ، السلبي) والتكوين الهندسي (النقاط والخطوط والمضلعات).

غالبًا ما يكون من الصعب تحديد درجة تأثير كل كائن فردي على مستوى تنمية الإقليم ككل أو جانب معين منه. اليوم ، أصبحت مشكلة تعريف ووصف مفاهيم مثل "الثقافة" ، "المجال الاجتماعي" ، "التوتر الاجتماعي" ، "الحياة الجيدة" ، "التنمية الاقتصادية" ، و "الصحة العامة" ذات أهمية متزايدة. يزداد غموض هذه المفاهيم إذا أردنا تطبيقها على فئات اجتماعية مختلفة ، والسكان من مختلف الأعمار والجنس.

أيضا ، تجدر الإشارة إلى أن حدود المدينة في المفهوم الحديث تعسفية إلى حد ما. الهجرة اليومية للسكان ، وإمكانية الوصول إلى النقل في المناطق النائية "تطمس الحدود" للمدينة أكثر من ذلك. تعكس فكرة التكتل ككل المستخدمة على نطاق واسع حدود المدينة ، ولكن في نفس الوقت يجعل مفهوم حدود المدينة أكثر غموضًا.

على الرغم من المشكلات الموضحة أعلاه ، فإن تحليل وتقييم المناطق اليوم يمثلان بعضًا من المجالات الواعدة والمثيرة للاهتمام التي تتيح حل العديد من المشكلات الملحة للبيئة الحضرية.


تقترح المقالة التفكير في طريقة لتحليل المنطقة باستخدام النموذج "الحراري". أساس هذه الطريقة هو دراسة الإمكانات التي أنشأتها الكائنات (العوامل) ذات الطبيعة المختلفة (النقطة والخطية والمساحة). يتيح تحليل المنطقة باستخدام هذه الطريقة الانتقال من مجموعة من البيانات المكانية (العوامل) التي تصف المنطقة إلى تقدير رقمي (نقطة) دقيق في كل نقطة في الإقليم.

الإمكانات التي تمت دراستها كجزء من تحليل المنطقة لها تفسير مادي - توزيع الحرارة في الوسائط ذات الأبعاد المختلفة (2D ، 3D). يمكن تمثيل هذه الظاهرة في شكل صور "حرارية" (خرائط "حرارية" للمنطقة) ، مع إعطاء فكرة عن درجة تطور المنطقة اعتمادًا على شدة اللون للصورة.

عوامل الإقليم

يتضمن تحليل المنطقة البحث عن المعلومات ومعالجتها حول عوامل التأثير على الإقليم ومؤشراتها. عوامل التأثير هي كائنات تؤثر على المنطقة المحيطة ، وتمتلك مجموعة من الخصائص والإحداثيات المكانية. وتشمل أمثلة عوامل التأثير المحلات التجارية والمنشآت الصناعية والطرق والغابات والمسطحات المائية.

مؤشرات التأثير هي كائنات تعكس تأثير الكائنات ولها أيضًا مجموعة من الخصائص والإحداثيات المكانية. أمثلة على مؤشرات التأثير: أجهزة الصراف الآلي ، اللوحات الإعلانية ، الآثار.

في العرض التقديمي التالي ، سوف نستخدم مفهوم عوامل التأثير ، والجمع بين المصطلحات - عوامل ومؤشرات التأثير.

فيما يلي مثال للبيانات المكانية التي تؤثر على العوامل.



واحدة من المراحل المهمة للعمل على تحليل المناطق هي مرحلة جمع ومعالجة المعلومات الأولية. اليوم ، هناك الكثير من المعلومات حول عوامل التأثير على المنطقة بدرجات متفاوتة من التفاصيل.

يمكن الحصول على المعلومات من المصادر المفتوحة أو مصادر الوصول المحدود. في كثير من الحالات ، تكون المعلومات المفتوحة كافية للتحليل ، رغم أنها ، كقاعدة عامة ، تحتاج إلى معالجة تستغرق وقتًا طويلاً.

من بين المصادر المفتوحة ، فإن القائد ، في رأينا ، هو المورد - خريطة الشارع المفتوح (OSM). يتم تحديث المعلومات التي يتم الحصول عليها من هذا المصدر يوميًا حول العالم.

يتم تقديم معلومات موارد OpenStreetMap (OSM) بالتنسيقات التالية:

- تنسيق OSM. يتم استخدام التنسيق الأساسي بالملحق ".osm" لوصف صور XML - العقد والمسارات والعلاقات.

- "تنسيق البولندية". يتم استخدام تنسيق نصي بالملحق ".mp" للعمل مع الرسومات.

- تنسيق PBF. تنسيق تخزين البيانات مع الملحق ".osm.pbf".

كمصادر للمعلومات ، يمكنك أيضًا استخدام:

- 2GIS
يحتوي المورد على معلومات عالية الجودة ومعالجتها شهريًا ، مع تصنيف ممتاز من ثلاثة مستويات للشركات والمؤسسات.

- ملفات KML (لغة ترميز Keyhole)
ملفات KML (لغة ترميز Keyhole) هي تنسيق ملف يستخدم لعرض البيانات الجغرافية في Google Earth وخرائط Google وخرائط Google لأجهزة الجوال.

باستخدام ملفات KML ، يمكنك:
- اضبط أيقونات مختلفة وقم بتوقيعات للإشارة إلى الأماكن على سطح الأرض
- إنشاء زوايا مختلفة للكائنات المحددة عن طريق تغيير موضع الكاميرا
- استخدام صور تراكب مختلفة
- تحديد أنماط لتخصيص عرض الكائن ، استخدم كود HTML لإنشاء ارتباطات تشعبية وصور مضمنة
- استخدم المجلدات للتجميع الهرمي للعناصر
- استقبال وتحديث ملفات KML بشكل حيوي من مضيفات بعيدة أو محلية
- تلقي بيانات KML وفقًا للتغيرات في العارض ثلاثي الأبعاد

- الخدمة الفيدرالية لتسجيل الدولة ، السجل العقاري ورسم الخرائط "Rosreestr"
تعد المعلومات الموجودة على بوابة Rosreestra ذات قيمة لمحتواها وأهميتها ، لكن لسوء الحظ ، لا تتيح الحصول على جدول زمني لمشروعات إنشاء رؤوس الأموال وقطع الأراضي مجانًا. تحتوي بوابة Rosreestra أيضًا على كمية كبيرة من المعلومات المقيدة.

- السلطات الإحصائية
البيانات الإحصائية هي مصدر مشروع للمعلومات حول الإقليم ، ومع ذلك ، اعتبارا من اليوم ، تتوفر بيانات السلطات الإحصائية فقط لعدد معين من المؤشرات ، لا سيما في تقارير السلطات الإحصائية وتقارير السلطات الإقليمية.

- نظم المعلومات الحكومية
توجد معلومات عالية الجودة في أنظمة المعلومات الحكومية ، ولكن يتم نشر جزء صغير منها فقط في المجال العام ومتاح للتحليل.

لا يفرض تحليل المناطق أي متطلبات محددة على تكوين المعلومات ، في الواقع ، يمكنك استخدام كل ما يمكنك العثور عليه ، المعلومات من المصادر المفتوحة قابلة للتبديل كقاعدة. ومع ذلك ، تجدر الإشارة إلى أنه حتى المعلومات الواردة من مورد OSM كافية لإجراء تحليل لمنطقة غير مألوفة.

تحليل الأراضي باستخدام النموذج "الحراري". التفسير المادي للإمكانات

كما ذكرنا سابقًا ، يعد تحليل المنطقة اليوم موضوعًا عاجلاً وأداة قوية لجذب الاستثمار بشكل معقول في تطوير البنية التحتية لمختلف البيئات الحضرية.

يمكن دمج مجموعة متنوعة من المهام التي يمكن حلها عن طريق تحليل المناطق في عدة مناطق كبيرة:

- الحصول على التقييم الأكثر تفسيرًا وتفصيليًا للمنطقة في كل نقطة من نقاطها.
لحل هذه المشكلة ، يمكنك الحصول على مجموعة من تقديرات النقاط في كل نقطة من مناطق الإقليم ، مع إعطاء فكرة عن مستوى تطور المنطقة بشكل عام ، وكذلك في بعض المجالات. قد يكون موضوع هذا الموضوع ، على سبيل المثال ، الثقافة ، الصناعة ، التجارة ، إلخ.

- تحديد الأماكن الأكثر فائدة لوضع الأشياء الاستثمارية من نوع معين (على سبيل المثال ، البنوك والمتاجر المتخصصة ومراكز التسوق والترفيه ، إلخ) في المنطقة المحددة.

- تحليل الاستخدام الأكثر كفاءة للأراضي.
يسمح هذا الاتجاه بإجراء دراسة مفصلة لخصائص المنطقة ، ووضع السوق السائد في منطقة الدراسة ، وتحديد الخيارات المطلوبة.

- تحديد مساهمة عامل واحد في نموذج التكلفة ، وذلك باستخدام مثال ظهور طرق جديدة وطرق جديدة.

- تحليل الجوانب المختلفة لإقليم واحد وتحليل الأقاليم المختلفة (مقارنة الأقاليم).

تتمثل أصالة طريقة تحليل المنطقة المقترحة في المقالة باستخدام النموذج "الحراري" في استخدام مؤشرات تطور المنطقة - وهي إمكانات مقدمة بعبارات عددية وتعكس درجة تأثير الكائن (عامل التأثير) على الإقليم.

لفهم جوهر الدراسة ، ينبغي قول بضع كلمات عن الإمكانات الحرارية نفسها ، وإعطاء تفسيرها المادي.

في الفيزياء ، هناك مفاهيم مثل مجال القوة ووظيفة القوة . مجال القوة لديه بعد الطاقة ، وظيفة القوة هي بعد القوة.

بالنسبة لقانون الجاذبية ، يتم تحديد مجال القوة بواسطة الصيغة:

$$$F = k / r2$حيث
k ثابت ؛
r هي المسافة بين الكائنات المتفاعلة.

يتم تحديد وظيفة القوة by بالتعبير:

$$$dϕ = -F * dr$حيث
potential هي إمكانات مجال القوة ؛
د ، د. فروق.
r هي المسافة بين الأجسام المتفاعلة ،

ول $$$ϕ = k / r$.

المعنى المادي لإمكانات مجال القوة ϕ هو العمل E الذي يؤديه مجال القوة عند اجتياز مسار معين. في حالة قانون الجاذبية الشاملة ، عندما تتغير المسافة إلى الجسم من r2 إلى r1 ، يتم تحديد وظيفة القوة بواسطة الصيغة

$$$E = k * (1 / r1-1 / r2)$حيث
ه - العمل الذي يؤديه حقل القوة عند اجتياز مسار معين ؛
r1 ، r2 - الموضع الأولي والأخير للكائن.

لمهمة تحليل المنطقة ، يمكن اعتبار تأثير الكائنات (العوامل) على المنطقة بمثابة قوة ( وظيفة القدرة ) ، ومستوى تطور المنطقة كإمكانات حرارية كاملة ( مجال القوة ) من جميع الكائنات (العوامل). في مشاكل الفيزياء ، تكون الإمكانات الحرارية هي درجة الحرارة ، وفي مشاكل تحليل المناطق باستخدام النموذج "الحراري" ، تكون الإمكانات هي التأثير المشترك لجميع العوامل التي تؤثر على نقطة الإقليم.

البيانات المكانية هي النقاط والخطوط والمضلعات. لحساب الإمكانات ، يتم تقسيم البيانات المكانية الممتدة إلى أجزاء صغيرة. لكل جزء ، يتم حساب الإمكانات من نقطة مع عامل مساوٍ لحجم جزء من الكائن (العامل).

يتم تقسيم البيانات إلى مجموعات الدلالية وفقًا لمبدأ التشابه الوثيق. على سبيل المثال ، يتم دمج الأشياء التجارية بواسطة البضائع. هناك مجموعات من الكائنات الحرجية ، المسطحات المائية ، المستوطنات ، محطات الحافلات ، إلخ. المجموعات ذات مغزى هي عامل. بالمرور عبر جميع الكائنات (العوامل) ، نحصل على مجموعة من الإمكانات الحرارية المناسبة لمزيد من المعالجة.

يتيح لك استخدام الإمكانات ("الخرائط الحرارية") الانتقال من البيانات المكانية إلى الصور "الحرارية" للأجسام (عوامل) التأثير على المنطقة (تصور الإمكانات). مثل هذا الانتقال يجعل من الممكن تحديد درجة وجود العامل في كل نقطة في الإقليم وإجراء مزيد من التحليل ، أي عرض اتجاهات مختلفة لتطوير المدينة في اللون. وبالتالي ، نحصل على توهج متفاوتة الشدة لكل نقطة من الأرض.

فيما يلي أمثلة للصور "الحرارية" لإقليم نيجني نوفغورود في سياق عدة عوامل.


الخريطة "الحرارية" لـ N. Novgorod ، والتي تعكس عامل "سلسلة الصيدلة"


الخريطة "الحرارية" لـ N. Novgorod ، والتي تعكس عامل "عيادات البالغين"


خريطة "حرارية" لـ N. Novgorod ، تعكس عامل "عيادات الأطفال"


خريطة "حرارية" لـ N. Novgorod ، تعكس عامل "المناطق الصناعية"

تسمح الصور "الحرارية" للمنطقة بتحديد تركيز الإمكانات من مختلف عناصر التأثير. بعد ذلك ، من الضروري دمج الإمكانات التي تم الحصول عليها في خاصية متكاملة تسمح بتقييم المنطقة من خلال عدد كبير من العوامل. للقيام بذلك ، تحتاج إلى طريقة تسمح لك بتحليل كمية كبيرة من المعلومات ، والتعرف على الكائنات ، وكذلك تقليل أبعاد البيانات عن طريق فقدان أقل قدر من المعلومات. إحدى هذه الطرق هي تحليل المكون الرئيسي (PCA). يمكنك قراءة المزيد حول هذه الطريقة على ويكيبيديا .

جوهر الأسلوب هو العثور على مجموعة خطية من المعلمات الأولية ، والتي تتغير بقوة في مجال التحليل. بالنسبة للبيانات المكانية - أكثر المتغيرات عبر المنطقة.

تحدد طريقة المكونات الرئيسية الكائنات (العوامل) التي تختلف بشدة عبر المنطقة. نتيجة لعمل الطريقة ، تظهر متغيرات جديدة - المكونات الرئيسية ، التي هي أكثر إفادة مقارنةً بالبيانات الأولية ، والتي يسهل تحليلها ووصفها وتصورها ، مما يجعل إنشاء النماذج أسهل.

المكونات الرئيسية هي التعبيرات التحليلية - مجموع إمكانات العوامل الأولية مع بعض المعاملات. ومع ذلك ، إذا كان لأي عامل تأثير كبير على المنطقة ، ولكن لم يتغير في المنطقة التي تم تحليلها ، فإن طريقة المكون الرئيسي لن تشمل هذا العامل في تكوين المكونات الرئيسية.

يتم ترتيب المكونات الرئيسية بترتيب تنازلي للمعلومات - أي تنتشر على الأرض. تحتوي المكونات الرئيسية الأولى على معلومات أكثر بكثير من العوامل الفردية ، وتصف المنطقة جيدًا. كقاعدة عامة ، عند استخدام حوالي مائة عامل ، يحمل المكون الرئيسي الأول حوالي 50٪ من جميع المعلومات (التشتت) عبر الإقليم. المكونات الرئيسية لا ترتبط مع بعضها البعض ويمكن استخدامها للنماذج كخصائص للمنطقة في كل نقطة.

المكون الرئيسي ، مثل بعض المؤشرات المحسوبة بشكل تجريبي للمنطقة ، ليس له اسم وتصنيف واضح. ومع ذلك ، فإن الجمع بين العوامل التي ترتبط بقوة مع المكون الرئيسي يسمح بتفسير المكونات الرئيسية. وكقاعدة عامة ، ترتبط العوامل التالية بالمكونات الرئيسية:

- مستوى تطوير البنية التحتية ؛
- مكون النقل في الإقليم ؛
- المناطق المناخية ؛
- مستوى التنمية الزراعية ؛
- الإمكانات الاقتصادية للإقليم.

مزيد من التحليل ، بما في ذلك التجميع ، يأتي مع عدد قليل من العناصر الرئيسية الهامة الأولى.

في الأشكال ، يمكنك رؤية عرض رسومي للمكونات الرئيسية الأولى في العديد من مدن الاتحاد الروسي.


المكون الرئيسي الأول الذي يميز مستوى تطوير البنية التحتية الحضرية في ن. نوفغورود


المكون الرئيسي الأول الذي يميز مستوى تطوير البنية التحتية الحضرية في يكاترينبرج


المكون الرئيسي الأول الذي يميز مستوى تطوير البنية التحتية الحضرية في قازان


المكون الرئيسي الأول الذي يميز مستوى تطوير البنية التحتية الحضرية في بيرم


المكون الرئيسي الأول الذي يميز مستوى تطوير البنية التحتية الحضرية في سمارة


المكون الرئيسي الأول الذي يميز مستوى تطوير البنية التحتية لمدينة خاباروفسك

ميزات متكاملة: التجميع

المرحلة التالية من العمل على تحليل المناطق هي البحث عن المناطق الحضرية ذات الجودة الموحدة. يستند هذا البحث إلى تحليل قيم المكونات الرئيسية في كل نقطة في الإقليم. يمكن حل مهمة البحث عن هذه المناطق المتجانسة باستخدام التجميع - عملية تجميع المناطق وفقًا لمبدأ القرب من مجموعة من الخصائص.

التجميع الإقليمي له هدفان:

- خلق تصور أفضل للإقليم ؛
- تخصيص المناطق لتجميع النماذج الفردية.

يتم تجميع المناطق وفقًا لعوامل مختارة للتحليل. قد تكون هذه العوامل عوامل تؤثر على التسعير أو عوامل تصف بعض جوانب تطور المنطقة ، على سبيل المثال ، المجال الاجتماعي.

هناك طريقتان كلاسيكية شائعة للتجميع: طريقة K- وسيلة وطريقة dendrogram. عند العمل مع المناطق ، أثبتت طريقة K- الوسائل نفسها بشكل جيد ، خصوصيتها هي "نمو" الكتلة من خلال ربط كائنات جديدة بنقاط النمو. تتمثل مزايا طريقة K- في تشابه عملها مع العملية الطبيعية لتشكيل المناطق: دمج المناطق المتشابهة ، بدلاً من الفصل بين المناطق المختلفة.

تم استخدام طريقة K-لحساب حساب نيجني نوفغورود (الشكل أدناه).


المراسلات من المجموعات إلى مستوى التنمية في الإقليم من خلال مثال N. نوفغورود

باستخدام الطريقة المقترحة ، يمكنك الحصول على فكرة عن المنطقة حول مواضيع مختلفة. قد تكون الموضوعات التي تهمنا ، على سبيل المثال ، مستوى تطوير البنية التحتية الحضرية ، ومستوى "النخبوية" في الإقليم ، ومستوى تنمية الثقافة ، والمكون الاجتماعي لتطوير المنطقة. هذه المواضيع هي مفاهيم متكاملة سيئة التعريف ، وتتألف من العديد من العوامل المترابطة.

مع بعض الخوارزميات لاختيار معايير التحليل (بما في ذلك بمشاركة الخبراء) ، سوف نحصل على خرائط مواضيعية تعطي فكرة عن جانب واحد من جوانب تطور الإقليم.

تُفهم الخصائص المتكاملة على أنها المكونات الرئيسية الأولى ، أولاً وقبل كل شيء ، والمكون الرئيسي الأول الأكثر إفادة ، وتجميع المنطقة وفقًا للمعايير المحددة.

يتم عرض الخرائط المواضيعية للمكونات الرئيسية الأولى حول الجوانب المختلفة للتنمية في الأشكال أدناه.


الخريطة المواضيعية "كائنات الثقافة" على سبيل المثال لمدينة ن. نوفغورود


الخريطة المواضيعية "المجال الاجتماعي" على مثال مدينة نوفغورود

الخصائص المتكاملة تجعل من الممكن فهم ميزات المنطقة ، التي تعمل مع العديد من العوامل مع الحد الأدنى من فقدان المعلومات.

في الختام ، تجدر الإشارة إلى أن تحليل المناطق يمثل اليوم مرحلة مهمة للغاية في حل مشاكل تنمية البيئة الحضرية ، واختيار أماكن للاستثمار في البناء ، وإيجاد أفضل مكان للكائنات الجديدة والمهام الأخرى.

طريقة تحليل المنطقة المقترحة في المقالة باستخدام النموذج "الحراري" من عوامل ذات طبيعة مختلفة ليست مهمة لمجموعة العوامل ، أي أنها لا تفرض قيودًا ومتطلبات على معلومات المصدر.

يوفر تنوع وتكرار المعلومات المصدر ، وكذلك القدرة على استخدام البيانات المفتوحةآفاق غير محدودة لتحليل أي إقليم من العالم.

في المنشورات التالية المكرسة لمهام التحليل الإقليمي ، نخطط للكشف عن ميزات تجميع النماذج باستخدام المكونات والأساليب الرئيسية لتنفيذها لمهام مثل:

- اختيار أفضل مكان عند وضع مرفق جديد ؛
- بناء سطح سعر لفئة معينة من الأشياء باستخدام القيمة السوقية ؛
-تقييم ربحية نوع معين من النشاط حسب موقع الأشياء.

من المخطط أيضًا إدخال أساليب الانتقال العكسي من المكونات الرئيسية إلى العوامل ، مما يتيح لنا بدوره الحصول على نموذج من العوامل لإقليم معين.