Compilação de uma classificação de territórios pelo método de potenciais térmicos usando dados abertos

Neste artigo, consideramos o algoritmo e os resultados da análise de grandes áreas sem restrições em suas bordas, utilizando o método dos potenciais térmicos e o método dos componentes principais . Como informação inicial, foi dada preferência à abertura de dados, principalmente no OSM. O estudo foi realizado no território de 40 sujeitos da parte européia da Federação Russa, como um todo, com uma área total de 1,8 milhão de quilômetros quadrados.

Algumas tarefas resolvidas pelo método potencial:

• A definição de um conjunto de estimativas pontuais em cada ponto do território, fornecendo uma idéia do nível de desenvolvimento do território em geral, e de alguma área em particular. Por exemplo, comércio, indústria, serviços etc.
• Localização de zonas homogêneas (aglomerados) do território analisado e seus limites exatos.
• Cálculo de recomendações para a colocação de uma nova instalação , incluindo uma instalação composta, incluindo outras instalações.
• Localizando modelos de custo ou valor de território para cada cluster.
• Comparação de territórios, ou seja, compilação de classificações de territórios (que serão discutidas neste artigo).

Escopo da pesquisa

Os problemas mencionados são resolvidos para o nível das cidades (várias centenas de quilômetros quadrados com uma precisão espacial de 25 metros) e o nível das regiões (várias centenas de milhares de quilômetros quadrados com uma precisão espacial de 250 metros). O artigo descreve os métodos de análise do território em uma nova escala - a unificação de cidades, regiões e distritos em um único espaço.

Os principais métodos de pesquisa:

• Ele usa informações espaciais abertas, principalmente OSM, e métodos para processá-las.
• Para levar em conta o grau de influência de objetos de natureza diferente no território, é utilizado o método de potenciais .
• Para reduzir a dimensão do problema e melhorar a qualidade dos modelos, é usado o método do componente principal .
• Para calcular modelos lineares, é utilizado o método dos mínimos quadrados .
• Para análise, métodos de agrupamento são usados ​​para determinar regiões homogêneas. Cada cluster tem seu próprio modelo; os modelos são costurados nos limites dos clusters.

O estudo foi realizado no nível das entidades constituintes da Federação Russa e das grandes cidades, com sua subsequente unificação.

Primeiro, apresentamos o algoritmo e os resultados do estudo de territórios homogêneos das entidades constituintes da Federação Russa - o Distrito Federal do Volga, o Distrito Federal Central, o Distrito Federal do Sul, o Distrito Federal do Noroeste e parte do Distrito Federal do Ural, de modo que a área total de pesquisa foi de aproximadamente 1,8 milhão de quilômetros quadrados.

Descrição da tecnologia de pesquisa:

1. Coleta de informações de fontes de fontes de dados abertas (nossa preferência é OpenStreetMap) no contexto de cada assunto da Federação Russa. As informações iniciais são baixadas com o raio máximo de influência Rmax para todos os fatores (por exemplo, no nosso caso, o raio máximo de influência foi de 50 km, ou seja, faremos o download das informações com um buffer de 50 km).
2. A malha é realizada claramente dentro dos limites do assunto da Federação Russa (a etapa de malha para este estudo é de 1 km), e o procedimento para dividir os fatores de influência em fragmentos para posterior cálculo de potenciais é realizado levando em consideração o buffer construído, a fim de levar em consideração a influência de fatores na fronteira do sujeito.
3. O cálculo dos valores potenciais e o preenchimento dos resultados do cálculo nos nós da grade são realizados dentro dos limites do assunto da Federação Russa.
4. A união das entidades constituintes da Federação Russa em um "projeto único" Ou seja, nesta fase, combinamos todas as grades criadas para cada assunto anteriormente em uma. Assim, temos uma grade que cobre uma área de 1,8 milhões de quilômetros quadrados. e contendo 1,8 milhão de nós (pontos de análise) e 88 fatores de influência (em nossa opinião, os fatores OSM mais influentes são objetos pontuais e estendidos (rodovias, florestas, rios, objetos de infraestrutura)).
5. Cálculo de indicadores integrais usando o método da componente principal.
6. Pesquise áreas homogêneas.

Os territórios estudados estão unidos em áreas homogêneas de acordo com fatores que descrevem qualquer lado do desenvolvimento do território, por exemplo, a esfera social, o comércio, a indústria.
A imagem abaixo mostra imagens de áreas homogêneas do “projeto único” no contexto de: indústria, comércio, serviços.


Territórios homogêneos da parte européia da Federação Russa pelo fator "indústria"


Territórios homogêneos da parte européia da Federação Russa pelo fator "indústria" (fragmento de Moscou)


Territórios homogêneos da parte europeia da Federação Russa pelo fator "comércio"


Territórios homogêneos da parte européia da Federação Russa pelo fator “comércio” (fragmento de Moscou)


Territórios homogêneos da parte européia da Federação Russa pelo fator “serviço”


Territórios homogêneos da parte européia da Federação Russa pelo fator "serviços" (fragmento de Moscou)

Nas imagens apresentadas, os centros das entidades constituintes da Federação Russa predominam com bastante clareza, mas também se pode observar que algumas regiões homogêneas (regiões destacadas pela mesma cor) são encontradas em quase todos os assuntos. Em outras palavras, esses territórios homogêneos (em importância) em diferentes entidades são os mais atraentes, tanto em investimento quanto em outros planos.

A próxima etapa do estudo foi a compilação de classificações dos sujeitos da parte européia da Federação Russa, que são apresentadas nas tabelas abaixo.

As classificações compiladas mostram o melhor quilômetro quadrado, os melhores 100 metros quadrados. km e os melhores 20.000 km2. Note-se que este não é um fragmento específico de um território de 1, 100 ou 20.000 km2, mas um conjunto de nós da grade (pontos de análise) construídos sobre um assunto com as melhores características integrais, ou seja, esses nós podem ser localizados aleatoriamente no território do assunto da Federação Russa.

Tabela 1. Classificação dos sujeitos da Federação Russa (os melhores 1 km²)



Tabela 2. Classificação de sujeitos da Federação Russa (os melhores 100 km2.)



Tabela 3. Classificação das entidades constituintes da Federação Russa (os melhores 20.000 km²)



As primeiras posições no ranking são ocupadas por Moscou e região de Moscou, São Petersburgo e região de Leningrado, região de Sverdlovsk, região de Chelyabinsk, região de Nizhny Novgorod e Tartaristão. No entanto, vale a pena prestar atenção que a classificação é "flutuante", dependendo da escala da pesquisa (os sujeitos da Federação da Rússia mudam de lugar), ou seja, o conjunto dos melhores nós é afetado pelo fato de considerarmos -1 km², 100 km2 ou 20.000 km2

Resolvendo um problema semelhante para os centros das entidades constituintes da Federação Russa (selecionamos 40 maiores e maiores centros), damos o passo de construir uma grade de 100 metros e obter os seguintes resultados.

Tabela 4. Classificação dos centros das entidades constituintes da Federação Russa (o melhor 0,01 sq. Km. - o melhor ponto do território)



Tabela 5. Classificação dos centros das entidades constituintes da Federação Russa (os melhores 10 km quadrados.)



Tabela 6. Classificação dos centros das entidades constituintes da Federação Russa (os melhores 200 km quadrados.)



Assim, como na tarefa no nível das entidades constituintes da Federação Russa, a classificação acabou dependendo da escala estudada. Isso ocorre porque o número de nós da grade (pontos de análise) com os melhores indicadores integrais varia dependendo da escala selecionada.

Em conclusão, vale ressaltar que qualquer classificação é algo que conduz à discussão; no entanto, realizamos pesquisas sobre dados abertos usando novos métodos de análise do território, permitindo transferir métodos existentes para uma escala menor - o nível dos assuntos da Federação Russa, distritos federais e além.

A escala variável e os novos métodos nos permitem analisar objetos distantes um do outro como um todo, levando em consideração a influência mútua dos territórios um sobre o outro.