Моделирование пространственных задач

 

Модель – это есть математический или визуальный способ описания объектов, процессов или явлений, которые не могут наблюдаться непосредственно. Модели используются для создания упрощенных представлений окружающей нас действительности. В ГИС это делается путем представления реальности в виде набора слоев карты и связей между ними.

Для создания пространственной модели, адекватной окружающему миру, используют средства пространственного анализа. Пространственное моделирование – это процесс анализа характеристик различных слоев для каждого местоположения, применяемый для решения пространственных задач. Обычно ГИС наносит на выбранные слои сеть с прямоугольными ячейками, которая называется гридом. Каждая ячейка представляет определенное местоположение и имеет определенное значение для каждого слоя карты. Ячейки для разных слоев накладываются друг на друга, описывая каждое местоположение различными атрибутами.

Большинство пространственных моделей включают в себя поиск оптимального местоположения (модели выбора участков или модели пригодности). Их целью является определение наиболее подходящего места для выращивания гибридной с/х культуры, бурения нефтяной скважины, строительства детского садика. Несмотря на значительные различия в шкалах и требованиях к данным, способы решения подобных задач похожи.

Допустим, необходимо выбрать оптимальное место для строительства нового магазина. Для решения этой задачи нужно создать модель пригодности. При таком типе модели характеристики оцениваются по их пригодности, а затем комбинируются для создания комплексной карты пригодности для каждого местоположения, учитывающей все переменные величины.

Процесс решения подобной задачи разбивается на следующие этапы:

1. Формулировка задачи.

2. Разбиение задачи на составные части.

3. Присвоение объектам значений пригодности.

4. Решение задачи.

Первый этап (формулировка) – начинается с представления цели исследования, которую нужно достичь. То есть пользователь должен представлять карту, которую хочет получить.

Предположим, что мы владеем несколькими близлежащими маленькими магазинами, которые в основном рассчитаны на людей с высокими доходами. Мы продаем им высококачественные продукты питания и бытовые товары. Наш бизнес является доходным и необходимо найти районы города для организации новых магазинов. В результате мы должны получить карту, показывающую территории, ранжированные по степени пригодности возможных вариантов для размещения нового магазина. Она называется картой ранжированной пригодности, так как показывает диапазон значений, отражающих степень пригодности каждого района. Такой тип карты и процесс её создания применимы почти во всех областях пространственного анализа и ГИС.

Когда задача сформулирована, нужно разделить её на более мелкие части, чтобы узнать, какие данные и шаги потребуются для её решения. Эти шаги представляют промежуточные задачи, которые будут решаться, чтобы определить пригодность каждого местоположения.

Основным условием при определении задач по этапам является то, чтобы они основывались на том, что можно измерить.

Так каким же образом определить лучшее место для размещения магазина?

Во-первых, магазину нужны покупатели, имеющие желание купить наш продукт.

Во-вторых, для покупателей важно расстояние до магазина.

Поэтому нам нужно знать следующее (рис. 63):

-Где находятся потенциальные покупатели?

-Достаточно ли их там?

-Далеко ли они находятся от уже существующих магазинов?

Вот три основных вопроса, которые формируют в данном случае три слоя или три темы карты.

 

Рис. 63. Схема условий для лучшего расположения магазина

 

Чтобы создать карту потенциальных покупателей, необходимо определить путем опроса количество жителей, желающих приобрести товары. Исходя из набора данных о местоположении магазинов и их характерных особенностях, нужно выбрать преуспевающие магазины, нанести на карту районы их торгового обслуживания, совместить с демографическими данными, чтобы убедиться, что все потенциальные покупатели по данным опроса и те, кто живет вблизи магазинов – одни и те же люди. Затем, зная демографическую ситуацию, нанести на карту районы их проживания.

Когда станет известно, каких покупателей следует искать, составляется карта процентного соотношения потенциальных покупателей (рис. 64). Данные образа жизни представлены по районам переписи в виде статистической выборки и не выражают общее число всех жителей рассматриваемого района. Картографирование доли потенциальных покупателей позволяет провести сравнение районов с различной плотностью выборки. Создание карты процентного соотношения – это простая табличная операция, где суммируется число жителей по каждой из нужных категорий, которое затем делится на общее число жителей в выборке и умножается на 100.

Чтобы определить, достаточно ли покупателей, необходимо создать карту численности населения в пределах районов торгового обслуживания магазина. Карта плотности населения создается при помощи функции расчета плотности из набора точечных данных.

 

Рис. 63. Карта процентного соотношения потенциальных покупателей

 

Задача дробится на составные части, поэтому в конце каждой ветви на диаграмме должен быть указан источник данных. Такой подход помогает определить данные, необходимые для количественного описания каждого объекта (рис. 64).

 

 

Рис. 64. Необходимые данные для количественного описания каждого объекта

 

После того, как каждый объект обрел свой слой карты, необходимо скомбинировать объекты, чтобы создать единую ранжированную карту потенциальных районов торгового обслуживания. Для этого нужен способ сравнения значений одного класса с другим. Это решается путем присвоения числовых значений классам каждого слоя или темы.

Каждый объект ранжируется в зависимости от того, насколько он пригоден в качестве места для нового магазина. Присвоим каждому объекту значение по шкале от 1 до 10, где 10 соответствует наилучшему варианту. В результате этого процесса получим шкалу пригодности.

Существует также класс “нет данных” или “непригоден”, используемый, чтобы исключить районы, которые не будут рассматриваться. Так как все измерения будут представлены по одной числовой шкале, они будут иметь равную значимость при определении наиболее пригодных мест.

Изначально модель создается именно таким образом, но затем, при проверке альтернативных сценариев, к слоям или измерениям будут применяться весовые коэффициенты для дальнейшего изучения данных и их взаимосвязей. На этапе присвоения объектам шкал пригодности более детально определяются также средства и шаги, требующиеся для измерения объектов и присвоения шкал.

Чтобы обеспечить достаточное количество покупателей для нового магазина, нужно использовать карту плотности населения. Практически любая ГЗИС позволяет создать карту, показывающую число жителей внутри заданного радиуса.

Последним шагом в моделировании является объединение карт пригодности потенциальных покупателей, карты населения и карты расстояний, чтобы получить единую меру “лучших территорий для нового магазина”. Это делается сведением всех трех карт вместе и делением на три.

 

Контрольные вопросы

 

1. Что такое геоинформацио́нные технологии, информационные и геоинформационные системы?

2. Где применяются ГИС?

3. От чего зависит развитие ГИС?

4. Организации представляющие информацию для управления земельными ресурсами.

5. Связь ГИС с другими дисциплинами.

6. Как фунциклирует геоинформационная система?

7. Классификация ГИС.

8. Принципы внутреннего устройства и функционирования ГИС.

9. Примеры ГИС и ГИ-технологий.

10. Аппаратная база для ГИС.

11. Получение растрового изображения, достоинства.

12. Основные термины ГИС.

13. Этапы обработки и анализа входящих данных с целью дальнейшей их реализации в вещественной форме.

14. Подходы к организации связи между географической и атрибутивной информацией.

15. Формы представления объектов в ГИС.

16. Географические и атрибутивные данные в ГИС.

17. Как представлена географическая информация в ГИС.

18. Выбор метода организации данных в ГИС.

19. Модели организации пространственных данных.

20.  Слоевая модель.

21. Управляющие функции слоями.

22. Достоинства слоевой модели.

23. В каком виде можно реализовать слоевую модель?

24.  Объектно-ориентированная модель.

25. Корреляционная модель данных.

26. Модель геометрической компоненты ГИС.

27. Преимущества использования растровой модели.

28. Преимущества использования векторной модели.

29. Данные в векторных ГИС включают в себя типы объектов.

30. Принципы организации информации в ГИС в виде векторной модели. 

31. Ввод информации в ГИС.

32. Что содержат метаданные? 

33. Способы ввода данных в ГИС.

34. Особенности ввода данных в ГИС с растровой моделью.

35. Какими параметрами характеризуется отдельный растр?

36. Растровое изображение характеризуется…

37.  Основные ошибки накопления данных местоположения объектов на карте.

38. Ошибки оцифровки объектов на карте.

39. Возможности непространственного (атрибутивного) анализа.

40. Возможности пространственного анализа.

41. Буферизация.

42. Оверлейные операции.

43. Операции логического или булевского оверлея.

44. Основные переклассификационные условия.

45. Картометрические функции.

46. Что нужно знать при проведении картометрических измерений?

47. Районирование.

48. Аналитические операции, реализованные в ГИС.

49. Подготовка отчетов, карт, схем.

50. Этапы процесса решения оптимального расположения магазина.

51. Как определить лучшее место для размещения магазина?

52. Карта процентного соотношения потенциальных покупателей

53. Необходимые данные для количественного описания каждого объекта.