Ji -ji "I1 I1
GIS4SG VIII
Multikriteriální analýza
podzim 2017
Petr Kubíček
kubicek@geogr.muni.cz
Laboratory on Geoinformatics and Cartography (LGC)
Institute of Geography Masaryk University Czech Republic
■1 T     '  . ľ
1 1     1 Článek
Emmanouil et al ( 2015): Big data analytics in prevention, preparedness, response and recovery in crisis and disaster management.
i Otázky:
• Charakterizujte možnosti využití BigData v následujících oblastech:
- data generation,
- data acquisition,
- data storage,
- data analytics.
GIS4SG
1 li li
Co jsou big data
4(5) V?
Volume - amount of data
Velocity - speed at which data is generated
Variety - heterogeneity of data
Veracity - credibility of data
Value - business value, usability
GIS4SG
M U LTIKRITE RIÁLN í ANALÝZA PROSTOROVÝCH DAT - PŘEHLED METOD
1 ll íl 111       I1   I 11 I ll
I I I
I    1 Motivace
GIS pomáhá rozhodování - geoDSS
Využití multikriteriálního hodnocení při rozhodování pomocí příkladů.
Doposud jsme se zabývali možnostmi I    analytických nástrojů GIS z pohledu prostorových analýz:
- Popis datových sad a jejich analýzy
- Návrhy (predikce) do budoucna (RTM).
- Zjištění vhodnosti vybraných lokalit (site suitability).
• Při analýze byly brány do úvahy určitá kritéria (přednáška geoinformatika - mapová algebra)
ygl ■ i i||  «| ■ •    | 11
I    I I
1       Umístění supermarketu
IVyber místo vhodne pro umístěni ■ supermarketu, které leží:
III    ~ ^ obydlené oblasti (intravilán)
- Je na prodej
- Neleží v záplavové zóně
- Je v dosahu 200 m od hlavní silnice Čtyři datové vrstvy
• Land_use
• Site_status
• River_map
• Roads_map
^1'
1 I III  111 1    III I
Popis procesu přirozeným
jazykem
Table 2 presents four of the equations it would be necessary to solve as part of the process of finding a suitable site for the supermarket.
I
kndjise		site_stelus		rivQT_map		roadsjrtap
i EXTRACT		! EXTRACT		1 SPREAD		1 EXTRACT
		for sate		flood soae5		major to ads
OVERLAY _k_
7T
available sites in residential area
EXT FACT _Í_
SPREAD _±_
C Lit i;
outside flood zone
EXTRACT _I_
Available sites within acce ss distance
1
I 1l
land me
site status
F |1 FXTRirT i
tv. ..Ji-if...r.l
F.|." r-TR.irr I
fotr tody
U
Eq3 OVERLAY
I
in residential oieo
L I "J lľ
Grafická reprezentace
vhodného místa
nver_nwjp
F fi =P=F^n
f.UL 'J -L Ur :
7 E?<TRACT 1
Available site; oubideflood zones
road_map
1 FaTFíACT triájcit roads
8 EXTRACT
available sites
within dcsss distanc©
y*11 'h 111      i1  i11 , ip
mi Multikriterialni hodnoceni
II Náš příklad identifikoval VŠECHNY oblasti, které splňovaly zadaná kritéria.
• Neřekl nám, která z oblastí je nejvhodnější
pro postavení obchodního centra.
• Multikriteriální hodnocení - Multi-criteria evaluation (MCE) je způsob hodnocení celkové vhodnosti lokalit splňujících zadaná kritéria a vybraných pomocí standardní GIS overlay analýzy.
• Carver, 1991 (Integrating multi-criteria evaluation with geographical information systems)
11 ii 1 r     i1 ■1 ■ i iľ lil i
11 Co je to MCE? 1
n" MCE je sada technik používaných ke kompromisnímu výběru alternativních lokalit.
• Cílem MCE je identifikovat lokalitu nejlépe
||| vyhovující požadavkům (minimální kompromis) a I splňující zadaná kritéria.
• Techniky MCE byly vytvořeny původně v environmentálni ekonomice a tedy použity neprostorovým způsobem.
• Následně byly adaptovány pro využití v GIS, aby poskytly formální základ pro pomoc při rozhodování.
I í T      f   i ill"
II I
Základní požadavky MCE
„prozkoumat více možnosti vyberu lokalit ve světle rozlišných kritérií a s konfliktními požadavky"...
Cíl: „... tvrzení o požadovaném stavu prostorového systému".
Kritérium: „...pravidlo pro určení vhodnosti pro alternativní rozhodnutí".
Atribut: „... vlastnost prvků reálného světa či GIS".
Malczewski (1999) - GIS and Multicriteria decision making.
y 5 1 || íl   111 1    I 11 i |P
1 1 Co to ma znamenat?
MCE pouziva kriteria k identifikaci lokalit (popsaných atributy), které nejlépe vyhovují I cílům.
• Napríklad:
I   - Cíl: „... potřebuji lokalitu pro výstavbu obytných domů (jsem developer)".
- Kritérium: „...Domy musí být blízko kina, daleko od hlavních silnic a blízko veřejné dopravě".
- Atribut: Data, potřebná pro popis výše uvedených kritérií.
• Zjevný konflikt - daleko od hlavní silnice x blízko hromadné dopravě.
I íl
I1
Modelová situace
všechny následující příklad používají zjednodušená data -tři potenciální oblasti popsané pomocí atributů vzdáleností od kina, veřejné dopravy a hlavní silnice.
Které z míst je nejvhodnější?
Lokalita A
Blízko kina Blízko autobusu Daleko od silnice
bgi1 I íl 111       1   i "I ,iľ
■i  li   i ■ i
II    1 Boolean overlay
Mc
• Kritérium - lokalita je vhodná nebo ne - např. | musí být do 1 km od kina.
III* ^Ýs'ec'e'< ~ lokalita, která splňuje všechna II kritéria.
• Pravidlo dominance.
• Je výhodné, pokud máme hodně lokalit pro prvotní analýzu a odstraní nám lokality zcela nevhodné.
' I'll T      l'   ■ ill1
I   I II
1       Priklad Boolean overlay
Distance from      Distance from     Distance from cinema (km)       road (km) public transport (km)
1.5/		0.5 /		0.4 /
4.5				
3.0 \.		0.75 \		0.9 \^
ust be less than 2km from cinema and more than 300m from road and
within 200m of public transport
Intersection
' I íl T        ľ   I 'I ilľ
I    I   ,v     # II
Vazena lineárni kombinace
• Jednotlivé hodnoty proměnných jsou I standardizovány (nejvyšší hodnota je ta
nejvhodnější).
• Kritériím jsou přiřazeny váhy podle předpokládané důležitosti.
• Pro jednotlivé datové vrstvy jsou připraveny mapy nominální vhodnosti.
• Lokality s nejvyšším výsledkem (součtem) jsou nejvíce vhodné.
• Předpokládáme, že vhodnost je lineární v celé škále a proměnné jsou nezávislé.
Layers have values between 0 and 1, 1 is most suitable, 0 least
ill I Distance from
cinema
Weights are 1 for cinema, 2 for roads and 3 for public transport
Distance from     Distance from road public transport
1.1 J	
	0
2	
0.5 /		0.4 /
0.2		
		0 9 ^\
Standardised layers
Weighted
3.97/ —< 3
Sum of
layers
y2
Ranking
Ut1 H íl T       1   l 11 i IP
l
Analytická hierarchie (AHP)
oskytuje formálni bazi pro prirazení vah -pracuje s hodnotami relativní důležitosti v rozsahu 1-9.
III 1= proměnná má malou důležitost, 9= nej vyšší důležitost.
• Reciproční vztah pro méně důležité proměnné.
• Váha= l/suma sloupce a celkový součet =1
• Veřejná doprava má absolutní důležitost.
_Cinema Road Public transport
Weights
Cinema
Cinema 0.083 (i.e. 1/(1 + 2 + 9))
1 1/2 1/9
Roads      2 1 1/3
Roads 0.222
Public      g 3 ^
transport Public 0.692
*SSs*   Pouze tuto óást tľaľlSpOľt potřebujeme
Distance from cinema
Distance from     Distance from road public transport
Layers have values between 0 and 1, 1 is most suitable. 0 least
Weights are as calculated on last slide
Sum of layers
Weights
Cinema 0.083 (i.e. 1/(1 +2 + 9))
Roads 0.222
Public 0.692 transport
Standardised layers
Weighted
Ranking
■ Ml
I......,
Metoda ideálních bodů
Bere do úvahy vzdálenost vybraného řešení od ideálního řešení.
Musíme stanovit ideální řešení a vypočítat vzdálenost naší alternativy pomocí metriky měření vzdáleností (jaké metriky na měření vzdáleností můžeme použít v GIS?).
2uf -v+j
\vheieii_ 11 the reparation of die idi alternative from the ideal pome
\Vj is tiie weight of attribute j
Vjj is the standardised value of attribute j for site i
v+,• is tlie ideal value of attribute j
pis a power pa ranieteibetweeiil andoo
Ui1 l "li 111       ľ   l 11 i ll
I        - , .
1 1    Popis proměnných
Parametr síly P určuje metodu pro měření IILIdáleností - p=l (Manhattan), p=2 (Euklides).
• S narůstajícím P roste důležitost malých rozdílů.
• Několik způsobů implementace (Malczewski, 1999; Quin, 2013).
• Možnost využít standardizovaných vrstev a přijmout tvrzení, že ideální řešení je rovno maximální hodnotě (1).
• Nejlepší řešení je potom takové, které je nejbližší v m-rozměrném prostoru, kde m= počet atributů).
1 /		0.55/		0.63/
				1
0 5 \v		1 ^N>*		0 \.
Standardised values (Here 1 is the ideal value)
Weights as in AHP
0.001/^——-		
0.05		0
0 X.		048^v
■ (0.083)2x (0 - 1)2=0.007
\ I \
si+ = wp (ys - v+j )p p=2 here
,■ +
1 P
Ranking
Weights
Cinema 0.083 (i.e. 1/(1 + 2 + 9))
Roads 0.222
Public 0.692 transport
1 I íl    1 I 1 ľ       ■ 1 I   I Iľ
1 Metoda shody
• Metoda řadí jednotlivé lokality podle shody I dvojic jednotlivých alternativ.
• Každé kritérium je srovnáno pro dvojici lokalit (např. je lokalita A blíže ke kinu, než lokalita B?).
• Výstup je uložen do konkordanční matice v podobě sumy vah těch kritérií, která jsou lepší (použity váhy z AHP).
• Výsledná matice je použita k výpočtu celkového pořadí lokalit (může být částečné, některé lokality se mohou rovnat.)
Weights Cinema 0.083 (i.e. 1/(1 +2 + 9))	1 / °		0.55/ 0		0.63/ 1
Roads 0.22	0 5 \.		1		0 \v
Příklad výpočtu
Public   0.69 Cinema Roads Public transport
Site A is better than Site C for cinema and public transport - so value is 0.OS3+O.692 Site B is better than Site A for public transport - so value is 0.692
■ I
■Ii 'I'      f  I ■! ill'
Srovnäni vysledkü metod
Method
Site A
Site B
SiteC
Boolean 0
Weighted 1
AHP 2
Ideal point 2
Concordance 2
0 2
1 1 1
0
3 3 3 3
Site rankings, 1 is best.,.
I íl
ľ
nŕoti:
•I Dynamické problémy jsou zjednodušené, lineárni model.
• Statické, postrádá časový rozměr.
• Kontroverzní - příliš subjektivní?
MCE - pro a proti
Pro:
• Strukturovatelná a opakovatelná analýza.
• Možnost užití různých hodnotících faktorů a zdůvodnit jejich užití.
• Schopnost zpracovat velké množství informací.
• Funguje!
Dobrá kritéria, správná data, analýza citlivosti
IIII
r
ni CO KDYŽ MAME VICE CÍLŮ??