Зарегистрироваться

Географический анализ и пространственное моделирование

Категории Геоинформатика | Под редакцией сообщества: Науки о Земле

Эта версия статьи от 01 Март 2012 14:55, редактировал Лурье Ирина Константиновна
Список всех версий Перейти к списку версий
Перейти к последней версии

Методы географического анализа и геопространственного моделирования включают выполнение многопараметрических классификаций, построение физических и абстрактных поверхностей (в том числе, геостатистических), интерполяции и экстраполяции данных, создание физических и экспериментальных моделей процессов, моделей поддержки принятия решений и прогноза.

Среди методов пространственного анализа выделяют:

Классификацию объектов путем группировки значений их признака для объединения в классы близких величин или выявления закономерностей в данных. В этом способе границы классов определяют по характерным точкам статистического ряда их распределения, представляемого гистограммой – графиком, отображающим частоту встречаемости значений атрибута. Применяют при автоматизации выделения интервалов шкал географических данных, при статистическом анализе их структуры, при создании тематических слоев БД и карт, выборе графического приема отображения данных на карте – цветовых шкал, символов или диаграмм

Классификацию на основе методов многомерного статистического анализа. Они предназначены для решения главной задачи всякого исследования и научного анализа – выявления взаимосвязей совокупности разных исходных признаков, отражающих структуру географических комплексов, и способствуют формированию главных интегральных характеристик (факторов, компонент) на основе линейных комбинаций этих признаков, позволяют описать главные тенденции изучаемых комплексов меньшим числом признаков с минимальными потерями информации.

Исследование взаимосвязей объектов с использованием операций оверлея слоев, выбора объектов по пространственным критериям и построения атрибутивных запросов. Пространственные запросы часто выполняются в сочетании с построением буферных зон, например для зонирования территории по степени опасности, или решения проблем оценки недвижимости.

Определение местоположения и оптимального размещения – наиболее распространенные задачи ГИС-анализа при выполнении территориальных исследований, для сопряженного анализа географических факторов и изучения их пространственных отношений. Эффективный способ нахождения оптимального местоположения – создание дополнительных слоев «пригодности» или их результирующей комбинации с использованием ГИС-технологии оверлея. Пользователь интерактивно управляет процессом создания дополнительных слоев, задавая условия пригодности.

 

Анализ сетей, который стал востребованным особенно в последнее время в связи с созданием многочисленных муниципальных ГИС и применением навигационных систем. Он позволяет решать различные задачи на пространственных сетях связных линейных объектов: дороги, сети улиц, реки, трубопроводы, сети водопроводов, электрических и телефонных кабелей и др. Сеть состоит из линий, которые могут пересекаться с другими в точке, называемой «узел».

Среди методов и технологий геопространственного моделирования выделяют три главных направления: моделирование структуры геосистем, моделирование взаимосвязей и моделирование динамики, моделирования для обеспечения принятия решений.



Моделирование структуры геосистем
базируется на комплексном изучении географических объектов и заключается в территориальной дифференциации на основе установления однородности свойств выделяемых районов. Проблема осложняется тем, что эти однородные свойства определяются многими факторами, часть из которых имеет корреляционные связи. Основные методы такого моделирования – многопараметрические классификации с созданием наборов интегральных характеристик. Для исследования закономерностей территориальных структур, особенно обладающих свойством сплошного распространения, используют методы построения и анализа концептуальных моделей реальности – географических полей или поверхностей. Эти методы широко применяются при исследовании рельефа земной поверхности и в гидрологических исследованиях (водотоков, водосборных бассейнов и т.п.). При построении пространственных моделей используют разные способы представления информации о природных объектах и процессах (физические поверхности) и расчетной, в том числе, социально-экономической, статистической информации (абстрактные поверхности). И в том и другом случаях используются методы пространственной интерполяции. В основе алгоритмов интерполяции лежит критерий наилучшего приближения каждой точки построенной поверхности к реальной, зависящий от представления явления в точках измерений и от их распределения. В зависимости от положения исходных точек выделяют три типа их организации: 1) регулярное расположение на прямоугольных сетках; 2) полурегулярное размещение точек по структурным линиям, профилям, изолиниям; 3) нерегулярное расположение по центрам площадей, характерным точкам, случайным сеткам.

Используются четыре основные класса методов моделирования поверхностей, отличающиеся разными математическими подходами:

1. Методы обратных взвешенных расстояний, основанные на предположении, что каждая измеренная точка имеет влияние, убывающее с расстоянием.

2. Методы сплайнов, исходящие из условия минимальной кривизны поверхности, проведенной через исходные точки.

3. Методы кригинга, в основе которых лежит предположение, что расстояние и направление изменений между точками указывает на пространственную корреляцию, помогающую описанию поверхности.

4. Методы выявления тренда, базирующиеся на вычислении полиномиальной математической функции для всех исходных точек методом наименьших квадратов, тем самым минимизируется отклонение от исходных точек.

Большая часть других разработок представляет различные модификации этих методов, использующие математические, либо полуэмпирические приемы для их усовершенствования и улучшения компьютерной реализации.

Наиболее востребованы цифровые модели рельефа земной поверхности, изображаемые либо способом послойной окраски, либо в виде трехмерных (3D) изображений.

Моделирование взаимосвязей предназначено для отражения причинно-следственных и пространственных связей исследуемых явлений, определения их важнейших факторов, и далее – для предсказания развития ситуаций и принятия решений. Основные способы моделирования взаимосвязей – создание слоев отношений факторов с использованием пространственных и атрибутивных запросов и логических процедур оверлея.

Моделирование динамики географических явлений, развития геосистем во времени заключается в последовательном представлении их состояний во времени и определении различий между ними. Модели изменений создают на основе разновременных карт, аэро и космических снимков.

Моделирование для обеспечения поддержки принятия решений. Возможности ГИС для интеграции информации, полученной из различных источников, в пространственном контексте делает их пригодными в качестве средств поддержки процедур принятия решений, построения модели принятия решений, которые должны формироваться с учетом множества факторов. Такие модели используют географически привязанную информацию, измеренную по этому множеству, для определения местоположений, размещений, путей и пространственных взаимодействий, являющихся оптимальными, или в некотором смысле предпочтительными. Для реализации этих моделей может потребоваться наличие в ГИС подсистем поддержки принятия решений. Они должны помогать человеку сформулировать проблемы, создать подходящие модели и оценить результаты, которые эти модели могут предсказывать. Реализации функций принятия решения в ГИС служат специальные экспертные подсистемы, объединяющие возможности компьютера со знаниями и опытом эксперта. Одной из их характеристик является способность пояснять ход рассуждений в понятной для спрашивающего форме. Она основана на наборе формальных решающих правил, называемых программированием. В каждое из таких решающих правил заложено знание конкретной ситуации, т.е. модель поведения человека в этой ситуации, что и позволяет относить экспертные системы к системам искусственного интеллекта.

Ценность географической информации в системах поддержки принятия решений особенно возрастает с включением в ГИС программных средств, базирующихся на технологиях и методах искусственного интеллекта – раздела информатики, связанного с моделированием разумной деятельности человека с помощью компьютера.

Эта статья еще не написана, но вы можете сделать это.