Saavutettavuus paikkatietoperusteinen mittaaminen, vaikutusten tarkastelu ja verkostojen optimointi GIS-analyysimenetelmät tutkimuksessa 16.4.2015 Ossi Kotavaara, FT Projektipäällikkö, Geoinformatiikan tutkimusryhmä, Maantiede
Luennon runko Paikkatietoperusteinen saavutettavuuden mittaaminen Verkostot ja nopein reitti Mittarit/indeksit Optimointimenetelmät Rutiinien automatisointi ja työkalujen rakentaminen Model builder Python Spatiaalisten ilmiöiden tarkastelu tilastollisin menetelmin Case saavutettavuus ja väestönmuutos Kurssimateriaali http://www.mtt.fi/mttraportti/pdf/mttraportti152.pdf http://www.scirp.org/journal/paperdownload.aspx?paper ID=49077
Osa 1: Paikkatietoperusteinen saavutettavuuden mittaaminen Mitä saavutettavuus on? Miten sitä voi(si) mitata? Missä yhteyksissä saavutettavuuden mittaaminen tulee vastaan arjessa? Pienryhmät 2-4 hlö 2 min
Saavutettavuuden mittaaminen GIS-ympäristössä Accessibility... is a slippery notion... one of those common terms which everyone uses until faced with the problem of defining and measuring it. (Gould 1969) Saavutettavuus on liikenneverkon päätuote (Gutiérrez ym. 2009) Saavutettavuus on tilallisen erottavuuden mitta (Holl 2007) Saavutettavuus on mitta, jonka verran maankäytölliset liikennejärjestelmät mahdollistavat yksilöiden (joukon) tai hyödykkeiden päästä toimintoihin tai kohteisiin käyttämällä eri liikennemuotoja (tai niiden yhdistelmää) (Geurs ja Ritseman van Eck 2001)
Saavutettavuuden merkitys alueellisessa kehityksessä Saavutettavuus on tärkeää paikoille taloudellisessa kilpailussa (Biehl 1991, MacKinnon ym. 2008) Keskus-periferia -asetelman syntyminen ja sen mahdolliset kehityspolut riippuvat kuljetuskustannuksista, talouden mittakaavaeduista ja teollisuustuotannon osuudesta (Krugman 1991) Vaikka saavutettavuus tuottaakin absoluuttista hyötyä periferialle, saavat keskusalueet siitä usein suuremman hyödyn. (Vickerman ym. 1999) Saavutettavuus voi vaikuttaa myös hajauttavasti kaupunkien reuna-alueiden väestönkasvuun, joka kytkeytyy vahvasti autoistumiseen (Brueckner 2000; Nechyba ja Walsh 2004). Taloudellinen kehitys on silti riippuvainen talouden ulkoishyödyistä, investointi mahdollisuuksista sekä politiikasta, politiikan käytänteistä ja instituutioista (Banister & Brechman 2001)
Saavutettavuuden mittaamisen kolme perusindikaattorityyppiä Matkakustannus (Travel cost) Aika, hinta, päästöt tms. Kumuloituvat mahdollisuudet (Cumulated opportunities) Kohteiden määrä tietyn matkakustannuksen piirissä jostakin sijainnista lähtien Potentiaalinen saavutettavuus (Potential accessibility) Kohteiden kohtaamisen mahdollisuus / todennäköisyysindeksi
Saavutettavuuden mittaaminen Reitit Esim. nopeimman reitin laskenta kohteiden välillä Tieverkon digitaalinen malli mahdollistaa matkaaikojen arvioinnin tieverkossa Vyöhykkeet Lasketaan vyöhykkeen piirissä olevat kohteet Esim. kuinka monta mahdollista asiakasta on Oulun keskustan vaikutusalueella?
Väestöruutujen keskipisteet
11
Nopeus vai aika? 13 Keskinopeudella lasketun matka-ajan virhe suhteessa rajoitukset ja käännökset huomioivaan % laskentatapaan km, min
B = c = n j=1 B ij O j 0 if t > cost threshold 1 jos t cost threshold Yhtälössä c (c 1, c 2, c 3 c n ) on kumuloituvat mahdollisuudet, O j on saavutettavien kohteiden määrä sijainnissa j ja B ij on (0 tai 1) muuttuja sen mukaan, onko matka-aika sijaintien i ja j välillä yli vai alle määritetyn aikakynnyksen
Kumuloituvat mahdollisuudet Service Areas -toiminnolla voidaan laskea matkakustannusvyöhykkeitä Vyöhykkeen piirissä olevat kohteet lasketaan kumuloituviksi mahdollisuuksiksi Esim. kuinka monta potentiaalista junamatkustajaa on Oulun rautatieaseman piirissä 5, 10 tai 20 minuutin matka-ajan sisällä?
a = n j=1 P j e βt Yhtälössä a (a 1, a 2, a 3 a n ) on potentiaalinen saavutettavuus, d ij tarkoittaa matka-aikaa sijaintien i ja j välillä P j on saavutettavien kohteiden määrää kussakin sijainnissa, ja etäisyyshaittaparametri β kuvaa väestön tekemien matkojen etäisyyksien tai matka-aikojen jakaumaa.
Potentiaalinen saavutettavuus Indeksi kertoo, kuinka keskeisesti väestö sijaitsee kunkin asutun ruudun asiointitiheyden piirissä a = n j=1 P j e βt
1 Etäisyyshaittaparametri β ja funktion muoto a = n j=1 P j e βt 0,9 0,8 0,7 β= 0,138; 5 min 0,6 0,5 β= 0,069; 10 min β= 0,046; 15 min β= 0,034; 20 min 0,4 β= 0,023; 30 min 0,3 0,2 β= 0,015; 45 min β= 0,011; 60 min 0,1 0 0 20 40 60 80 100 120 Terveydenhuollon ja väestön saavutettavuuspotentiaalien laskemiseen käytettiin β:n arvoja 0.046 ja 0.035, jolloin puolet jakauman matkoista on alle 15 ja 20 minuuttia pitkiä.
Aineistot Jyväskylän yliopiston LIPAS- liikuntapaikkojen paikkatietokantaa Digiroad-tieaineisto YKR-väestöruututietokanta
Saavutettavuus kysynnän ja tarjonnan näkökulmasta Uimahallien allaskapasiteettia on noin 80 000 m². Allaspinta-alaa on asukasta kohti noin 0,015 m². Miten allaskapasiteetti jakautuu suhteessa väestön alueelliseen rakenteeseen? Mikä on allaskapasiteetin ylitai alitarjonta suhteessa väestöön määritellyn kulkuetäisyyden piirissä? 24
Saavutettavuus kysynnän ja tarjonnan näkökulmasta Uimahallien allaskapasiteettia on noin 80 000 m². Allaspinta-alaa on asukasta kohti noin 0,015 m². Miten allaskapasiteetti jakautuu suhteessa väestön alueelliseen rakenteeseen? Mikä on allaskapasiteetin ylitai alitarjonta suhteessa väestöön määritellyn kulkuetäisyyden piirissä?
Saavutettavuus kysynnän ja tarjonnan näkökulmasta Uimahallien allaskapasiteettia on noin 80 000 m². Allaspinta-alaa on asukasta kohti noin 0,015 m². Miten allaskapasiteetti jakautuu suhteessa väestön alueelliseen rakenteeseen? Mikä on allaskapasiteetin ylitai alitarjonta suhteessa väestöön määritellyn kulkuetäisyyden piirissä? 26
Tutkimuskysymykset (tiivistettynä) Miten Pohjois-Pohjanmaan eri alueet eroavat lähija luomuruoan saavutettavuuden suhteen? Millä tuotannon alueilla on erityisesti lähi- ja luomuruoan kysyntää ja miten se olisi tyydytettävissä mahdollisimman paikallisella tuotannolla? Millaisia uusia keinoja voidaan tunnistaa lähi- ja luomuruoan saatavuuden varmistamiseksi nyt ja tulevaisuudessa?
5000 paikannettua tilaa 60 ruokakasvin tuotantoalat Eläimet: liha, maito ja jalostus + Tieverkko: reitit, pituudet ja matkaajat Väestöpaikkatiedot
Kysynnän ja tarjonnan alueellinen tasapaino Kysyntä Tuotteen keskimääräinen tilastollinen kulutus Suomessa Väestön sijainti 5 5 km tilastoruuduissa Tarjonta Keskimääräinen hehtaari (tms.) tuotanto Pohjois-Pohjanmaalla Tilasijainnit ja tuotantoalat Kuljetukset Korkeintaan (esim.) 100 km ajomatka
Alueellisten logististen solmukohtien sijoittaminen Sijainninoptimointimenetelmät Mahdollisuuksia (herätteitä) paikallisten toimijoiden tehokkaaksi verkottamiseksi Lähiruokatukku, farmer s market (lähimyynti), logistiikkakeskus, varasto, pakkaamo, pakastus
Keräily- (ja jakelu-) verkostot ja logistiikkayhteistyö ja -yritykset Paikalliset / alueelliset logistiikkatoimijat tai logistiikkayhteistyö lähituotteiden kuljetuksien kehittämiseksi Optimoidut reitit aidon verkoston pohjana? Toiminta edellytykset eri sijainneissa?
Osa 2: Rutiinien automatisointi ja työkalujen rakentaminen
Osa 3: Spatiaalisten ilmiöiden tarkastelu tilastollisin menetelmin: Case saavutettavuus ja väestönmuutos Mitä ovat Suomen väestön spatiaaliset megatrendit nyt ja aikaisemmin? Millä tavoin saavutettavuus voisi kytkeytyä väestönmuutokseen? Pienryhmät 2-4 hlö 2 min
Saavutettavuus, väestö ja väestönmuutos
Yleistetyt additiiviset mallit Generalized additive models (GAM) GAM:t ovat kehittyneitä semi-parametrisiä regressiivisiä mallinnustekniikoita Voidaan käyttää myös ei-normaalijakautuneille aineistolle GAM:t mahdollistavat riippuvuussuhteen etsimisen muuttujien välillä ilman esioletuksia tietystä funktion muodosta Riippuvuudet voidaan rakentaa sileiden funktioiden (smooth functions) avulla Vähentää aineiston information kadottamista Voidaan tunnistaa monimutkaisia riippuvuuksia Varovaisuus tärkeää: eksploratiivinen tutkimus vs. ylimallintaminen
Potentiaalisen saavutettavuuden (2003) suhde väestönmuutokseen 2003 2009 periferinen <- potentiaalinen saavutettavuus -> urbaani
GAM-mallien tulkinta Selitysaste p < 0.001 Exp. dev. 46.81 95% luottamusväli Potentiaalisen saavutettavuuden vaikutus Vastekäyrä Potentiaalinen saavutettavuus
Väestönmuutoksen mallintaminen Väestönmuutos voidaan mallintaa ruututietopohjaisesti keskeisten muuttujien avulla Saavutettavuusmuuttujat Potentiaali Lentokentät (Rautatiet) Sosioekonomiset muuttujat Tulotaso Ikä Koulutus Työllisyys Väestöntiheys
Mallintaminen ja mittakaava distinct breaks or thresholds can be detected within the scale continuum that correspond to specific levels of organization within a hierarchical system. Therefore, it is necessary to identify these scale thresholds, and to derive the appropriate laws governing the interactions occurring within and between the levels of organization. (Marceau 1999)
Potentiaalisen saavutettavuuden kyky selittää väestönmuutosta suhteessa ruutukokoon
Mallien kyky selittää väestönmuutosta suhteessa ruutukokoon (validointi) Tarkka ennuste Tarkka resoluutio