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
13
Nopeus vai aika?
• Keskinopeudella lasketun
matka-ajan ”virhe”
suhteessa rajoitukset ja
käännökset huomioivaan
%
laskentatapaan
km, min
𝑛
𝑐 =
𝐵𝑖𝑗 𝑂𝑗
𝑗=1
0 𝑖𝑓 𝑡 > 𝑐𝑜𝑠𝑡 𝑡ℎ𝑟𝑒𝑠ℎ𝑜𝑙𝑑
B=
1 𝑗𝑜𝑠 𝑡 ≤ 𝑐𝑜𝑠𝑡 𝑡ℎ𝑟𝑒𝑠ℎ𝑜𝑙𝑑
Yhtälössä 𝑐 (𝑐1 , 𝑐2 , 𝑐3 … 𝑐𝑛 ) on
kumuloituvat mahdollisuudet,
Oj on saavutettavien kohteiden
määrä sijainnissa j
ja Bij 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?
𝑛
𝑎 =
𝑗=1
𝑃𝑗
𝑒 β𝑡
Yhtälössä 𝑎 (𝑎1 , 𝑎2 , 𝑎3 … 𝑎𝑛 ) on
potentiaalinen saavutettavuus,
dij tarkoittaa matka-aikaa
sijaintien i ja j välillä
Pj 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
𝑛
𝑎 =
𝑗=1
𝑃𝑗
𝑒 β𝑡
𝑛
Etäisyyshaittaparametri β
ja funktion muoto
𝑎 =
𝑗=1
1
𝑃𝑗
𝑒 β𝑡
0,9
0,8
0,7
β= 0,138; 5 min
0,6
β= 0,069; 10 min
β= 0,046; 15 min
0,5
β= 0,034; 20 min
β= 0,023; 30 min
0,4
β= 0,015; 45 min
0,3
β= 0,011; 60 min
0,2
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