Gränsproblem (spatial analys)

Ett gränsproblem i analys är ett fenomen där geografiska mönster särskiljs genom formen och arrangemanget av gränser som dras i administrativa eller mätningssyfte. Gränsproblemet uppstår på grund av förlusten av grannar i analyser som beror på grannarnas värden. Medan geografiska fenomen mäts och analyseras inom en specifik enhet, kan identiska rumsliga data visas antingen spridda eller klustrade beroende på gränsen placerad runt datan. Vid analys med punktdata utvärderas spridningen som beroende av gränsen. Vid analys med arealdata bör statistik tolkas utifrån gränsen.

Definition

I rumslig analys stör fyra stora problem en korrekt uppskattning av den statistiska parametern: gränsproblemet, skalproblem, mönsterproblem (eller rumslig autokorrelation ) och problem med modifierbar arealenhet . Gränsproblemet uppstår på grund av förlust av grannar i analyser som är beroende av grannarnas värden. Medan geografiska fenomen mäts och analyseras inom en specifik enhet, kan identiska rumsliga data visas antingen spridda eller klustrade beroende på gränsen placerad runt datan. Vid analys med punktdata utvärderas spridningen som beroende av gränsen. Vid analys med områdesdata bör statistik tolkas utifrån gränsen.

I geografisk forskning beaktas två typer av områden i förhållande till gränsen: ett område omgivet av fasta naturliga gränser (t.ex. kustlinjer eller vattendrag), utanför vilka grannar inte finns, eller ett område som ingår i en större region definierad genom godtyckliga konstgjorda gränser (t.ex. en luftföroreningsgräns i modelleringsstudier eller en stadsgräns vid befolkningsmigration). I ett område isolerat av de naturliga gränserna upphör den rumsliga processen vid gränserna. Om ett studieområde däremot avgränsas av de konstgjorda gränserna, fortsätter processen bortom området.

Om en rumslig process i ett område sker utanför ett studieområde eller har ett samspel med grannar utanför konstgjorda gränser, är det vanligaste tillvägagångssättet att försumma gränsernas inflytande och anta att processen sker vid det inre området. Ett sådant tillvägagångssätt leder emellertid till ett betydande felspecifikationsproblem.

Det vill säga för mätning eller administrativa ändamål dras geografiska gränser, men gränserna i sig kan åstadkomma olika rumsliga mönster i geografiska fenomen. Det har rapporterats att skillnaden i sättet att dra gränsen signifikant påverkar identifieringen av den rumsliga fördelningen och uppskattningen av de statistiska parametrarna för den rumsliga processen. Skillnaden är till stor del baserad på det faktum att rumsliga processer i allmänhet är obegränsade eller fuzzy-bounded, men processerna uttrycks i data pålagda inom gränser för analysändamål. Även om gränsproblematiken diskuterades i relation till konstgjorda och godtyckliga gränser, uppstår effekten av gränserna också enligt naturliga gränser så länge man bortser från att fastigheter på platser på den naturliga gränsen såsom vattendrag sannolikt kommer att skilja sig från dem på platser. inom gränsen.

Gränsproblemet uppstår inte bara när det gäller horisontella gränser utan även vertikalt ritade gränser enligt avgränsningar av höjder eller djup (Pineda 1993). Till exempel är den biologiska mångfalden, såsom tätheten av arter av växter och djur, hög nära ytan, så om den identiskt uppdelade höjden eller djupet används som en rumslig enhet, är det mer sannolikt att hitta färre antal växt- och djurarter som höjden eller djupet ökar.

Typer och exempel

Genom att dra en gräns kring ett studieområde sker två typer av problem inom mätning och analys. Den första är en kanteffekt . Denna effekt härrör från okunnigheten om ömsesidigt beroende som uppstår utanför det avgränsade området. Griffith och Griffith och Amrhein lyfte fram problem enligt kanteffekten. Ett typiskt exempel är en gränsöverskridande påverkan som gränsöverskridande jobb, tjänster och andra resurser som finns i en grannkommun.

Den andra är en formeffekt som är resultatet av den konstgjorda formen som avgränsas av gränsen. Som en illustration av effekten av den artificiella formen tenderar punktmönsteranalys att ge högre nivåer av klustring för det identiska punktmönstret inom en enhet som är mer långsträckt. På samma sätt kan formen påverka interaktion och flöde mellan rumsliga enheter. Till exempel kan formen påverka mätningen av ursprung-destinationsflöden eftersom dessa ofta registreras när de passerar en konstgjord gräns. På grund av effekten som gränsen sätter används form- och områdesinformationen för att uppskatta resavstånd från undersökningar eller för att lokalisera trafikräknare, resemätningsstationer eller trafikövervakningssystem. Från samma perspektiv hävdade Theobald (2001; hämtad från) att mått på stadsutbredning bör beakta ömsesidigt beroende och interaktion med närliggande landsbygdsområden.

I rumslig analys har gränsproblemet diskuterats tillsammans med det modifierbara arealenhetsproblemet (MAUP) eftersom MAUP är associerat med den godtyckliga geografiska enheten och enheten definieras av gränsen. För administrativa ändamål är data för policyindikatorer vanligtvis aggregerade inom större enheter (eller uppräkningsenheter) som folkräkningstraktater, skoldistrikt, kommuner och län. De konstgjorda enheterna tjänar syftet med beskattning och tillhandahållande av tjänster. Till exempel kan kommuner effektivt svara på allmänhetens behov i sina jurisdiktioner. Men i sådana rumsligt aggregerade enheter kan rumsliga variationer av detaljerade sociala variabler inte identifieras. Problemet noteras när den genomsnittliga graden av en variabel och dess ojämna fördelning över rymden mäts.

Lösningsförslag och utvärderingar av lösningarna

Flera strategier för att lösa geografiska gränsproblem vid mätning och analys har föreslagits. För att identifiera effektiviteten av strategierna granskade Griffith traditionella tekniker som utvecklats för att mildra kanteffekterna: ignorera effekterna, genomföra en toruskartering, konstruktion av en empirisk buffertzon, konstruktion av en artificiell buffertzon, extrapolering till en buffertzon, utnyttjande av en korrektionsfaktor, etc. Den första metoden (dvs okunnigheten om kanteffekterna) antar en oändlig yta där kanteffekterna inte uppstår. Faktum är att detta tillvägagångssätt har använts av traditionella geografiska teorier (t.ex. central platsteori) . Dess huvudsakliga brist är att empiriska fenomen uppstår inom ett ändligt område, så en oändlig och homogen yta är orealistisk. De återstående fem tillvägagångssätten liknar varandra genom att de försökte producera opartisk parameteruppskattning, det vill säga att tillhandahålla ett medium genom vilket kanteffekterna tas bort. (Han kallade dessa operativa lösningar i motsats till statistiska lösningar som kommer att diskuteras nedan.) Specifikt syftar teknikerna till en insamling av data utanför gränsen för studieområdet och passar en större modell, det vill säga kartläggning över området eller över- avgränsa studieområdet. Genom simuleringsanalys identifierade Griffith och Amrhein emellertid otillräckligheten hos en sådan övergränsande teknik. Dessutom kan den här tekniken skapa problem relaterade till statistik över stora områden, det vill säga ekologiska misstag. Genom att utvidga gränsen för studieområdet kan mikroskaliga variationer inom gränsen ignoreras.

Som alternativ till operativa lösningar undersökte Griffith tre korrigeringstekniker (dvs. statistiska lösningar ) för att ta bort gränsinducerad bias från slutledning. De är (1) baserade på generaliserad teori om minsta kvadrater, (2) använder dummyvariabler och en regressionsstruktur (som ett sätt att skapa en buffertzon), och (3) betraktar gränsproblemet som ett problem med saknade värden. Dessa tekniker kräver dock ganska strikta antaganden om processen av intresse. Till exempel använder lösningen enligt den generaliserade minsta kvadrat-teorin tidsseriemodellering som behöver en godtycklig transformationsmatris för att passa de multiriktade beroenden och flera gränsenheter som finns i geografiska data. Martin hävdade också att några av de underliggande antagandena för de statistiska teknikerna är orealistiska eller orimligt strikta. Dessutom identifierade Griffith (1985) själv också teknikernas underlägsenhet genom simuleringsanalys.

Eftersom det är särskilt tillämpligt med GIS-teknologier, är en möjlig lösning för att adressera både kant- och formeffekter en omvärdering av den rumsliga eller processen under upprepade slumpmässiga realiseringar av gränsen. Denna lösning ger en experimentell fördelning som kan utsättas för statistiska tester. Som sådan undersöker denna strategi känsligheten i uppskattningsresultatet enligt förändringar i gränsantagandena. Med GIS-verktyg kan gränser systematiskt manipuleras. Verktygen utför sedan mätning och analys av den rumsliga processen i sådana differentierade gränser. Följaktligen tillåter en sådan känslighetsanalys utvärdering av tillförlitligheten och robustheten hos platsbaserade mått som definieras inom konstgjorda gränser. Under tiden avser förändringarna i gränsantagandena inte bara att ändra eller luta gränsens vinklar, utan också att skilja mellan gränsen och inre områden vid undersökning och överväga en möjlighet att isolerade datainsamlingspunkter nära gränsen kan visa stora avvikelser.

Se även