Геоінформаційний підхід до дослідження урбаністичних географічних систем (на прикладі м. Харків та області)

Abstract

Research problem introduction. The main research goal of this paper is to provide the urban geosystem research concept with both the theoretical basics presentation of GIS involvement in urban studies, and with examples of its practical applications.An urbogeosystem (UGS) has been presented not as a simple aggregate of cities, but as the emergent entity that produced complicated interconnections and interdependencies among its constituents. By the urbogeosystem concept the authors attempt to introduce a reliable research approach that has been deliberately developed to identify the nature and spatial peculiarities of the urbanization process in a given area. The exigency of this concept elaboration is listed by the number of needs and illustrated with ordinary 2D digital city cadaster limitations. The methodological background has been proposed, and its derivative applied solutions meet the number of necessities for more efficient urban mapping, city understanding, and municipal mana-gement.The geoinformation concept of the urban geographic system research. External and internal urbogeosystems. The authors explain why an UGS can be formalized as three major components: an aggregate of point features, a set of lines, an aggregate of areal features. The external UGS represents a set of cities, the internal one – a set of delineated areas within one urban territory.Algorithmic sequence of the urbogeosystem study with a GIS. The authors introduce algorithmic sequence of research provision with GIS, in which the LiDAR data processing block has been examined in the details with the procedure of the automated feature extraction explanation. Relevant software user interface sample of the visualization of the urban modeled feature attributes is provided.A case study of the external urbogeosystem. The regional case study of the external urbogeosystem modeling is introduced with GIS MapInfo Professional. The authors present the spatial econometric analysis for commuting study directed to a regional workforce market. The results of the external UGS research mainly correspond to some published social economic regularities in the area, but nonetheless it also demonstrates significant deviations that may be explained by this system’s emergent properties.Case studies of the internal urbogeosystem of Kharkiv-City. Two case studies of the internal urbogeosystem of Kharkiv City have been demonstrated, too. In the first one, automated feature extraction provided by the authors’ original software from LiDAR data has been applied for modeling this UGS content throughout a densely built-up urban parcel. In another case the GIS-analysis of the urbogeosystem functional impact on the catering services spatial distribution has been provided with the ArcGIS software.Results and conclusion. Summarizing all primary and derivative data processed with this technique as well as generalizing key ideas discussed in the text, the authors underline this whole methodological approach as such that can be considered as a general outlining showing how to use geoinformation software for the analysis of urban areas. Concluding their research, the authors emphasize that the urbogeosystem concept may be quite useful for visualization and different analysis applied for urban areas, including city planning, facility and other municipal management methods. The short list of the obtained results has been provided at the end of the text.Статья посвящена дальнейшей разработке концептуального подхода, касающегося исследования урбанистических геосистем (УГС) с помощю геоинформационных систем и технологий. Урбогеосистема определяется как некая онтологическая сущность, которая функционирует и развивается в отдельном географическом экстенте урбанизированной территории. Представлены два уровня урбогеосистем: екстернальная УГС, как совокупность взаимосвязанных отдельных городов, и интернальная – множество районов одного города. Получила дальнейшее развитие идея о том, что урбанистическую геосистему можно воссоздавать через три модельные сущности: набор дискретных (точечных) объектов, которые пред-ставляют социально-географические и экономические атрибуты населенных пунктов или выделенных районов одного горо-да; совокупность линейных объектов, которые определяют взаимодействия между указанными составляющими УГС; и множество объектов площади, которые, собственно, и описывают элементы урбогеосистемы. Объясняется, почему по-добная формализация содержания УГС предоставляет широкие возможности именно для применения ГИС-технологий моделирования, анализа и визуализации урбогеосистем. Детализируются факторы, которые обусловливают необходи-мость внедрения геоинформационного подхода для исследования этих систем. В виде блок-схемы формализуется алгоритм исследования УГС через ГИС-инструменты с дальнейшим рассмотрением каждого из его ключевых блоков. В частности, отдельно подчеркивается применение Лидар-технологии как для генерации моделей УГС, так и для анализа их динамики. Рассматриваются ГИС-интерфейс и функциональность соответствующего программного обеспечения. Приводится пример исследования экстернальной УГС – в интерфейсе ГИС Mapinfo была построена модель маятниковой миграции, сгенерированная посредством анализа свойств УГС. Представлены тематические примеры моделирования интернальной УГС. Рассматривается последовательность ее моделирования на основе Лидар-данных. Затем обсуждается построенная на ГИС-платформе ArcGIS модель локализации участков города с определением функционального влияния урбогеосистемы на распределение объектов социальной сферы. В завершение обобщаются результаты исследования и преимущества данно-го подхода применительно к целям муниципального менеджмента.Стаття присвячена вдосконаленню і подальшому розвитку концептуального підходу щодо дослідження урбаністичних геосистем (УГС) через ГІС-засоби. Урбогеосистема визначається як онтологічна сутність, що функціонує і розвивається в окремому географічному екстенті урбанізованої території. Подаються два рівня урбогеосистем: екстернальна УГС, як сукупність взаємозв’язаних окремих міст, та інтернальна урбогеосистема – множина районів окремого міста. Отримала подальший розвиток ідея про те, що урбаністичну геосистему можна відтворювати через три модельні сутності: набір дискретних (точкових) географічних об’єктів, що подають суспільно-географічні та економічні атрибути окремих населе-них пунктів або виокремлених частин одного міста; сукупність лінійних об’єктів, що визначають взаємодії між цими скла-довими УГС; та множина об’єктів площі, які, власне, і описують елементи УГС. Пояснюється, чому подібна формалізація змісту УГС надає широкі можливості саме для застосування ГІС-засобів для моделювання, аналізу і візуалізації урбогеоси-стем. Деталізуються чинники, що обумовлюють необхідність впровадження геоіформаційного підходу до дослідження цих систем. У вигляді блок-схеми формалізується алгоритм дослідження УГС через засоби ГІС із подальшим розглядом кож-ного з його ключових блоків. Зокрема, особливо підкреслюється застосування Лідар-технології як для генерації моделей УГС, так і для аналізу їхньої динаміки. Розглядаються ГІС-інтерфейс та функціональність відповідного програмного забезпечення. Наводиться приклад дослідження екстернальної урбогеосистеми – в інтерфейсі ГІС MapInfo була впрова-джена модель маятникової міграції, побудована через аналіз властивостей УГС. Подаються тематичні приклади відтво-рення інтернальної УГС. Розглядається послідовність її моделювання через Лідар-дані. Обговорюється побудована на платформі ArcGIS модель локалізації ділянок міста із визначенням функціонального впливу урбогеосистеми на особливості розподілу закладів соціальної сфери. На завершення узагальнюються результати дослідження і переваги даного підходу щодо цілей муніципального менеджменту