Compilation d'une évaluation des territoires par la méthode des potentiels thermiques à l'aide de données ouvertes

Dans cet article, nous considérons l'algorithme et les résultats de l'analyse de grandes surfaces sans aucune restriction sur leurs frontières, en utilisant la méthode des potentiels thermiques et la méthode des principaux composants . À titre d'information initiale, la préférence a été donnée aux données ouvertes, principalement avec OSM. L'étude a été menée sur le territoire de 40 sujets de la partie européenne de la Fédération de Russie, dans son ensemble avec une superficie totale de 1,8 million de km².

Quelques tâches résolues par la méthode potentielle:

• La définition d'un ensemble d'estimations ponctuelles à chaque point du territoire, donnant une idée du niveau de développement du territoire en général, et dans certains domaines en particulier. Par exemple, le commerce, l'industrie, les services, etc.
• Trouver des zones homogènes (clusters) du territoire analysé et leurs limites exactes.
• Calcul des recommandations pour le placement d'une nouvelle installation , y compris une installation composite, y compris d'autres installations.
• Recherche de modèles de valeur de coût ou de territoire pour chaque cluster.
• Comparaison des territoires, c'est-à-dire compilation des cotes des territoires (qui seront discutées dans cet article).

Portée de la recherche

Les problèmes mentionnés sont résolus pour le niveau des villes (plusieurs centaines de kilomètres carrés avec une précision spatiale de 25 mètres) et le niveau des régions (plusieurs centaines de milliers de kilomètres carrés avec une précision spatiale de 250 mètres). L'article décrit les méthodes d'analyse du territoire à une nouvelle échelle - l'unification des villes, des régions, des quartiers en un seul espace.

Les principales méthodes de recherche:

• Il utilise des informations spatiales ouvertes, principalement OSM, et des méthodes de traitement.
• Pour prendre en compte le degré d'influence d'objets de nature différente sur le territoire, la méthode des potentiels est utilisée .
• Pour réduire la dimension du problème et améliorer la qualité des modèles, la méthode des composantes principales est utilisée.
• Pour calculer les modèles linéaires, la méthode des moindres carrés est utilisée.
• Pour l'analyse, des méthodes de regroupement sont utilisées pour déterminer les régions homogènes. Chaque cluster a son propre modèle; les modèles sont assemblés aux limites des clusters.

L'étude a été menée au niveau des entités constitutives de la Fédération de Russie et des grandes villes, avec leur unification ultérieure.

Tout d'abord, nous présentons l'algorithme et les résultats de l'étude des territoires homogènes des entités constitutives de la Fédération de Russie - le district fédéral de la Volga, le district fédéral central, le district fédéral du Sud, le district fédéral du Nord-Ouest et une partie du district fédéral de l'Oural, de sorte que la zone de recherche totale était d'environ 1,8 million de kilomètres carrés.

Description de la technologie de recherche:

1. Collecte d'informations sur les sources à partir de sources de données ouvertes (notre préférence est OpenStreetMap) dans le contexte de chaque sujet de la Fédération de Russie. Les informations initiales sont téléchargées avec le rayon d'influence maximal Rmax pour tous les facteurs (par exemple, dans notre cas, le rayon d'influence maximal était de 50 km, c'est-à-dire que nous téléchargerons les informations avec un tampon de 50 km).
2. Le maillage est effectué clairement dans les limites du sujet de la Fédération de Russie (l'étape de maillage pour cette étude est de 1 kilomètre), et la procédure de division des facteurs d'influence en fragments pour un calcul supplémentaire des potentiels est effectuée en tenant compte du tampon construit afin de prendre en compte l'influence des facteurs à la frontière du sujet.
3. Le calcul des valeurs potentielles et le remplissage des résultats de calcul dans les nœuds de la grille sont effectués dans les limites du sujet de la Fédération de Russie.
4. L'union des entités constituantes de la Fédération de Russie en un «projet unique». Autrement dit, à ce stade, nous combinons toutes les grilles construites pour chaque sujet précédemment en une seule. Ainsi, nous obtenons une grille couvrant une superficie de 1,8 million de kilomètres carrés. et contenant 1,8 million de nœuds (points d'analyse) et 88 facteurs d'influence (à notre avis, les facteurs OSM les plus influents sont les objets ponctuels et étendus (autoroutes, forêts, rivières, objets d'infrastructure)).
5. Calcul des indicateurs intégraux à l'aide de la méthode des composantes principales.
6. Recherchez des zones homogènes.

Les territoires étudiés sont unis en zones homogènes selon des facteurs décrivant tout aspect du développement du territoire, par exemple la sphère sociale, le commerce, l'industrie.
L'image ci-dessous montre des images de zones homogènes du «projet unique» dans le contexte de: l'industrie, le commerce, les services.


Territoires homogènes de la partie européenne de la Fédération de Russie par le facteur "industrie"


Territoires homogènes de la partie européenne de la Fédération de Russie par le facteur «industrie» (fragment de Moscou)


Territoires homogènes de la partie européenne de la Fédération de Russie par le facteur "commerce"


Territoires homogènes de la partie européenne de la Fédération de Russie par le facteur de «commerce» (fragment de Moscou)


Territoires homogènes de la partie européenne de la Fédération de Russie par le facteur de «service»


Territoires homogènes de la partie européenne de la Fédération de Russie par le facteur «services» (fragment de Moscou)

Dans les images présentées, les centres des entités constitutives de la Fédération de Russie prédominent assez clairement, mais on peut également noter que certaines régions homogènes (régions surlignées de la même couleur) se retrouvent dans presque tous les sujets. Autrement dit, ces territoires homogènes (en importance) dans différentes entités sont les plus attractifs, tant en investissement qu'en autres plans.

L'étape suivante de l'étude a été la compilation des notes des sujets de la partie européenne de la Fédération de Russie, qui sont données dans les tableaux ci-dessous.

Les notes compilées montrent le meilleur kilomètre carré, les meilleurs 100 mètres carrés. km et les meilleurs 20 000 km2. Il convient de noter qu'il ne s'agit pas d'un fragment spécifique d'un territoire de 1, 100 ou 20000 km2, mais d'un ensemble de nœuds de grille (points d'analyse) construits sur un sujet qui présentent les meilleures caractéristiques intégrales, c'est-à-dire que ces nœuds peuvent être localisés de manière aléatoire sur le territoire du sujet de la Fédération de Russie.

Tableau 1. Évaluation des sujets de la Fédération de Russie (le meilleur kilomètre carré)



Tableau 2. Évaluation des sujets de la Fédération de Russie (les 100 meilleurs kilomètres carrés)



Tableau 3. Évaluation des entités constitutives de la Fédération de Russie (les 20 000 meilleurs kilomètres carrés)



Les premiers postes du classement sont occupés par Moscou et la région de Moscou, Saint-Pétersbourg et la région de Léningrad, la région de Sverdlovsk, la région de Tcheliabinsk, la région de Nijni Novgorod et le Tatarstan. Cependant, il convient de noter que la note est «flottante» en fonction de l'échelle de la recherche (les sujets de la Fédération de Russie changent de place), c'est-à-dire que l'ensemble des meilleurs nœuds est affecté par le fait que nous considérons -1 km2, ou 100 km2, ou 20000 km2

Pour résoudre un problème similaire pour les centres des entités constitutives de la Fédération de Russie (nous avons sélectionné 40 centres les plus grands et les plus grands), nous avons décidé de construire une grille de 100 mètres et d'obtenir les résultats suivants.

Tableau 4. Évaluation des centres des entités constitutives de la Fédération de Russie (le meilleur 0,01 km2 - le meilleur point du territoire)



Tableau 5. Évaluation des centres des entités constitutives de la Fédération de Russie (les 10 meilleurs kilomètres carrés)



Tableau 6. Évaluation des centres des entités constitutives de la Fédération de Russie (les 200 meilleurs kilomètres carrés)



Ainsi, comme dans la tâche au niveau des entités constitutives de la Fédération de Russie, la notation s'est avérée dépendre de l'échelle étudiée. En effet, le nombre de nœuds de grille (points d'analyse) avec les meilleurs indicateurs intégraux varie en fonction de l'échelle sélectionnée.

En conclusion, il convient de noter que toute notation est un élément propice à la discussion, cependant, nous avons mené des recherches sur les données ouvertes en utilisant de nouvelles méthodes d'analyse du territoire, nous permettant de transférer les méthodes existantes à une échelle plus petite - le niveau des entités constitutives de la Fédération de Russie, des districts fédéraux et au-delà.

L'échelle variable et les nouvelles méthodes nous permettent d'analyser des objets éloignés les uns des autres dans leur ensemble, en tenant compte de l'influence mutuelle des territoires les uns sur les autres.