Геостатистический анализ для оценки социально-экономического состояния муниципальных образований региона: проблемы и средства реализации

УДК 332.14

Е.А. Орехова, A.B. Плякин*

ГЕОСТАТИСТИЧЕСКИИ АНАЛИЗ ДЛЯ ОЦЕНКИ СОЦИАЛЬНО-ЭКОНОМИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ МУНИЦИПАЛЬНЫХ ОБРАЗОВАНИИ РЕГИОНА: ПРОБЛЕМЫ И СРЕДСТВА РЕАЛИЗАЦИИ**

В статье обсуждаются перспективы практического использования методических средств анализа социально-экономического состояния муниципальных образований на основе интеграции геостатистического и геоинформационного подходов к управлению устойчивым региональным и муниципальным развитием. Результат интеграции подходов обеспечит создание информационно-аналитических систем регионального и муниципального уровня, способных поднять процесс комплексного регионального планирования и территориального проектирования на качественно новый уровень.

Ключевые слова: Волгоградская область, регион, численность населения, геостатистика, геоданные, разведочный пространственный анализ данных, геоинформа-ционная система.

Важнейшей проблемой региональной экономики является выявление условий, ресурсов и факторов социально-экономического развития муниципальных образований (муниципальных районов, городских муниципальных округов), определяющих их социально-экономическую дифференциацию в региональном экономическом пространстве, а также поиск путей и средств минимизации негативных социально-экономических последствий этой дифференциации. Наиболее актуальными и значимыми проблемами в этой сфере научных знаний являются: а) невысокий уровень теоретического обоснования системы используемых исходных статистических показателей и индикаторов, позволяющих достоверно оценить тенденции и закономерности социально-экономического развития муниципальных образований; б) неоправданно низкий уровень использования современных геоинформационных систем (ГИС) и технологий электронного картографирования в процессе создания и функционирования систем объективной оценки природно-ресурсного, экологического, социально-экономического, инфраструктурного состояния территории муниципальных образований; в) редкие случаи практического использования методов геостатистики, которые до настоящего времени используются в основном географами и геологами и только в последние годы стали все чаще использоваться экономистами, изучающими особенности регионального развития с учетом

пространственных связей между экономическими объектами [1, с. 184].

Фундаментальной задачей в рамках описанных выше проблем является задача интеграции геостатистического и геоинформационного подходов к управлению региональным и муниципальным социально-экономическим развитием, решение которой обеспечит создание информационно-аналитических систем регионального (муниципального) уровня, призванных поднять процесс регионального и муниципального планирования и территориального проектирования на качественно новый уровень. Перечень конкретных задач в рамках указанной фундаментальной задачи включает в себя: а) формирование баз пространственных данных (геоданных) о текущем социально-экономическом положении муниципальных образований на основе официальных данных территориальных органов государственной статистики, картографических данных, результатов космической деятельности в виде результатов тематического дешифрирования данных дистанционного зондирования Земли из космоса; б) создание алгоритмов реализации пространственно-временной оценки социально-экономического развития муниципальных образований на основе методов геоста-тистического анализа в годовом разрезе применительно к территории региона; в) адаптацию уже существующих методических подходов и средств пространственно-временной оценки масштабов и

* © Орехова Е.А., Плякин A.B., 2013

Орехова Елена Анатольевна (eorekhova@mail.ru), кафедра экономической теории Волжского института экономики, педагогики и права, 404111, Российская Федерация, г. Волжский, ул. Советская, 6.

Плякин Александр Валентинович (a.v.plyakin@vgi.volsu.ru), кафедра природопользования Волжского гуманитарного института (филиала) Волгоградского государственного университета, 404132, Российская Федерация, г. Волжский, ул. 40 лет Победы, 11.

** Статья подготовлена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований и Администрации Волгоградской области (грант №13-06-97086р_поволжье_а).

темпов социально-экономического развития муниципальных образований к технологическим возможностям современных геоинформационных систем (ГИС); г) оценку пространственных и временных масштабов социально-экономической трансформации территории муниципальных образований; д) формирование в ГИС атласов электронных тематических карт, характеризующих особенности пространственно-временной динамики условий, ресурсов и факторов устойчивого социально-экономического развития муниципальных образований; е) развитие ,№еЬ-картографических сервисов и услуг, обеспечивающих свободный доступ общественности и всех заинтересованных лиц к ресурсам пространственных данных и результатам пространственного анализа.

Методические средства решения перечисленных задач могут быть реализованы на основе достижений в теории геостатистики, пространственной экономики, традиционной картографии, геоинформатики, а также пространственного анализа. Картографический метод исследования на платформе современных ГИС в сочетании с геостатистичес-кими методами анализа геоданных способен существенно улучшить современные представления о характере взаимодействия общественных производительных сил и производственных отношений в региональной экономической системе. Современная геостатистика как наука и технология для анализа, обработки и представления пространственно-временной информации с помощью статистических методов обеспечивает моделирование трансформации природно-экологических и социально-экономических объектов, явлений и процессов в нетрансформируемом географическом пространстве [2]. В связи с этим система показателей, характеризующих состояние экономики и хозяйства региона, может быть представлена в виде совокупности геостатистических показателей, отражающих территориальные сочетания природноэкологических и социально-экономических условий, ресурсов и факторов развития входящих в состав региона муниципальных образований.

Поскольку с понятием о геостатистическом показателе связано представление о центре территории, имеющей границы, то система муниципальных геостатистических показателей (демографических, экономических, экологических и др.) должна быть сопряжена с географическим центром муниципального образования (геоцентром), который в этих условиях имеет свойства геостати-стического центра и характеризуется средней гео-статистической (пространственной) величиной [3, с. 352].

Создание в ГИС электронных карт геостатис-тических показателей, отнесенных к геоцентрам муниципальных образований, является важнейшим этапом исследования пространственной со-

циально-экономической дифференциации муниципальных образований, поскольку позволяет перейти к следующему этапу — исследованию геостатистических совокупностей, характеризующих множественность реальныж явлений социальной, экономической и хозяйственной жизни, объеди-неннык общим законом развития и имеющих характерные черты качественной однородности. Анализ геостатистических совокупностей средствами геостатистического анализа в ГИС позволяет исследовать особенности варьирования изучаемых признаков в пространстве и во времени, определить границы однородных частей геостатистичес-ких совокупностей и определить их пространственно-временную структуру [3, с. 310].

Завершающим этапом исследования является анализ геовариации, т. е. анализ качественных и количественных изменений признаков в пространстве составляющих геостатистическую совокупность административно-территориальных единиц муниципального уровня (муниципальный район, город, поселок, сельская администрация). Задача обобщения геовариации признаков реальных совокупностей решается с помощью геостатисти-ческой средней величины х , агрегирующей в про-

ср

странстве с учетом веса качественно однородных и количественно отличающихся геостатистических величин. Геостатистическая средняя величина изображается точкой на географической карте и называется центральной, поскольку характеризует основную тенденцию в распределении единиц гео-статистической совокупности. В результате использования геостатистических показателей и изображения их на электронной карте могут быть получены градуированные центрограммы, т. е. карты, на которыж можно изобразить масштабируемой по размеру точкой (кругом) значение геостатистичес-кого центра. В отличие от традиционной статистической картограммы, маскирующей тенденции социально-экономического развития во внутрирегиональном пространстве, градуированная цен-трограмма становится объектом дальнейшего углубленного пространственно-временного моделирования социально-экономических процессов в регионе и объектом применения методов геостатис-тического анализа (рис. 1).

Следует указать этапы исследования геодан-ныгх в ГИС (на примере ARCGIS) [4]. На начальном этапе геостатистического анализа в ГИС используется инструментарий исследовательского анализа геоданных (exploratory spatial data analysis, ESDA), включающий в себя инструмент создания гистограммы. Гистограмма позволяет определить плотность распределения исследуемого набора данных с одновременным расчетом ряда статистических показателей (рис. 2).

Все значения численности населения по муниципальным районам Волгоградской области объе-

Частота

9---- ::::::::

7,2 ...}...}..}...}...}..}...}..}...

5,4 ...}...}..........}..}...}..}...

3,6 .......... ....|..}...}..|...

1,8 |......................}...}..

ol--------------------- I ! ----

1,45 1,91 2,37 2,83 3,29 3,75 4,2 4,66 5,12 5,58 6,04

-4

Данные '10

Количество районов (ед.) 33

Min численность населения в районах (чел.) 14 500

Max численность населения в районах (чел). 60 400

Средняя численность населения по районам (чел.) 29 627

Ср. кв. отклонение (чел.) 12 703

Коэффициент асимметрии 0,91

Коэффициент эксцесса 3,19

1-й квантиль (чел.) 17 750

Медиана (чел.) 28 000

3-й квантиль 36 375

Рис. 1. Численность населения по муниципальным районам Волгоградской области в 2012 году

Рис. 2. Гистограмма распределения численности населения Волгоградской области и суммарная статистика по муниципальным районам в 2012 году. Расчеты осуществлены по данным [5]

динены в 10 классов. Высота столбцов пропорциональна количеству муниципальных районов области, численность населения в которых попадает в отдельный класс. Наиболее важными характеристиками распределения являются среднее значение, его размах и симметрия. Среднее и медиана распределения населения в регионе различаются по величине (29 627 и 28 000 чел.), и это является одним из признаков того, что данные не в полной мере подчиняются закону нормального распределения. Это же подтверждает гистограмма, поскольку данные являются бимодальными (двухвершинными) и асимметричными. Значение коэффициента асимметрии (0,91) свидетельствует о положительной асимметрии распределения. Правый хвост распределения указывает на присутствие относительно небольшого количества муниципальных районов с высокими значениями

численности населения в них (от 55,8 до 60,4 тыс. чел.), а левый — о преобладании в Волгоградской области муниципальных районов с численностью населения от 14,5 до 19,1 тыс. чел. Эксцесс кривой плотности распределения зависит от размера хвостов гистограммы и дает меру того, насколько вероятно, что в распределении будут встречаться резко выделяющиеся (выпадающие) значения численности населения в районах. Поскольку эксцесс нормального распределения равен 3, то в нашем случае величина эксцесса (3,19) свидетельствует о незначительной «островершинности» исследуемого распределения.

Инструмент нормальный график 00 (квантиль — квантиль) обеспечивает проверку нормальности распределения геоданных. Он строится путем нанесения на соответствующие оси координат значений из набора данных и значений, получен-

ных по кривои нормального распределения, соответствующих одинаковому значению кумулятивного распределения (рис. 3, а). График РР позволяет сравнить распределение имеющихся геоданных с нормальным распределением. На графике видно, что значения геоданных близки к прямоИ линии лишь отчасти, что свидетельствует скорее об условнои нормальности их распределения.

Инструмент карта Вороного позволяет выполнить анализ стационарности и пространственной изменчивости набора геоданных. Эти карты строятся на основе центрограммы из серии полигонов, образуемых вокруг геостатистических центров (рис. 3, б). Полигоны Вороного создаются таким образом, чтобы границы между полигонами находились посреди прямых линии, соединяющих геоцентры. После того как полигоны созданы, муниципальные раионы-соседи определяются как раионы, чьи полигоны имеют общую границу с выбранным раионом. Использование раионов-со-седеи позволяет вычислить целыи ряд локальных статистических показателей (локальное среднее хср, медиану Ме, среднеквадратическое отклонение у, величину энтропии Е, кластеры раИонов и др.) по имеющимся социально-экономическим статистическим данным для муниципальных образовании. После того как эта операция будет выполнена для

всех раИонов и их соседеИ, в ГИС будут показаны значения локальных статистических характеристик с тем, чтобы визуализировать раИоны, имеющие высокие и низкие значения характеристик, а также выполнить классификацию раИонов. Инструмент карта Вороного предлагает целыИ ряд методов для присвоения раИонам вычисленных значениИ хр, у, Ме и т. д. Проиллюстрируем это утверждение на некоторых примерах.

Так, для выявления тенденций пространственных изменениИ численности населения муниципальных раИонов на территории ВолгоградскоИ области была выполнена операция локального сглаживания в ГИС на основе расчета статистики Вороного — среднего значения хср для каждого раИо-на и его окружения (рис. 4, а). В этом случае значение, присваиваемое каждому раИону на карте, получается в результате осреднения значениИ центральноИ точки раИона и его соседеИ. Очевид-ноИ закономерностью в распределении численности населения в муниципальных раИонах Волго-градскоИ области в 2012 г. является рост ее величины в соседних с г. Волгоградом муниципальных раИонах и в раИонах Волгоградского Заволжья.

Для оценки локалънъх выбросов значениИ численности населения муниципальных раИонов была выполнена операция кластеризации в ГИС и вы-

Квантиль данных 110 6,04

5,12 4,2 3,29 2,37 1,45о

о о

іЄ/ґ^.а

о ° О о

-2,17 -1,73 -1,3 -0,87 -0,43 0 0,43 0,87 1,3 1,73 2,17

Стандартное нормальное значение

Рис. 3. НормальныИ график РР (а) и карта Вороного (б) распределения численности населения ВолгоградскоИ области по муниципальным раИонам в 2012 г. Расчеты осуществлены по данным [5]

Рис. 4. Карты Вороного по показателю численности населения в муниципальных раИонах ВолгоградскоИ области в 2012 г. Расчеты осуществлены по данным [5]

а

явлены кластеры (скопления) раИонов (рис. 4, б). В этом случае все полигоны на карте Вороного распределены по классам k с помощью пяти интервалов значениИ, определенных автоматически по методу «разумных» квантилеИ (smart quantiles classification). Если интервал значениИ класса, в которыИ попал полигон, отличается от всех интервалов соседних полигонов, то центральныИ полигон помещается в шестоИ класс (k = -1), чтобы отличить его от соседеИ (на картах Вороного эти полигоны не имеют окраски и не включаются ни в один кластер).

ГеостатистическиИ анализ позволил выделить кластеры муниципальных раИонов, характеризующиеся совпадением значениИ локальных выбросов исследуемых показателеИ в пределах заданного диапазона значениИ. Невозможность включить в какоИ-либо кластер большую часть муниципальных раИонов на всеИ территории ВолгоградскоИ области свидетельствует о существен-ноИ пространственноИ неравномерности численности их населения. На пространственную неравномерность также указывают выделенные три кластера, в состав которых входит более двух муниципальных раИонов. Наличие локальных выбросов в значениях численности населения объективно свидетельствует о различии социально-экономических условиИ жизни в ряде муниципальных раИ-онов региона и о существовании факторов, вызывающих эти различия. Объектом внимательного исследования должны стать муниципальные раИ-оны, не включенные ни в один кластер.

В заключение отметим, что использование технологиИ электронного картографирования и гео-статистического моделирования на платформе со-

временных ГИС обеспечит эффективное сочетание геоинформационного и геостатистического подходов к пониманию сущности социально-экономических и хозяйственный: процессов на муниципальном уровне организации экономики региона. Использование количественный: методов геостатистического анализа условий, ресурсов и факторов муниципального развития объективно повысит эффективность исследования экономического потенциала, экономической активности и качества жизни населения на территории муниципальных образований, благодаря чему станет возможной последующая объективная оценка их конкурентоспособности, устойчивости и безопасности развития.

Библиографический список

1. Сидоренко В.Н. Применение геостатистики и пространственной эконометрики в экономике // Ломоносов-2005: Международная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых, МГУ им. М.В. Ломоносова, 12—15 апреля 2005 г.: сб. тезисов. Т. I. / гл. ред. В.Н. Сидоренко. М.: Издательство МГУ, 2005. С. 185-186

2. Демьянов В., Савельева Е. Геостатистика. Теория и практика. М.: Издательство «Наука», 2010. 327 с.

3. Бурцева С.А. Глобализация: геостатистический подход. М.: Финансы и статистика, 2005. 448 с.

4. ARCGIS 9. Geostatistical Analyst. Руководство пользователя. ESRI, 2001. 285 с.

5. Городские округа и муниципальные районы Волгоградской области 2012: стат. обзор. / Тер. орган Фед. службы гос. статистики по Волгоград. обл. Волгоград: Волгоградстат, 2013. 221 с.

E.A. Orekhova, A.V. Plyakin * GEOSTATISTICAL ANALYSIS FOR THE ASSESSMENT OF SOCIAL AND ECONOMIC STATUS OF MUNICIPAL FORMATIONS OF THE REGION: PROBLEMS AND MEANS OF IMPLEMENTATION

In the article perspectives of practical use of methodological tools for the analysis of social and economic state of municipal formations on the basis of integration of geostatistical and geographic information approaches to sustainable regional and municipal development are discussed. The result of integration of approaches will ensure the creation of information and analytical systems of regional and municipal level, capable to increase the process of integrated regional planning and spatial design to a qualitatively new level.

Key words: Volgograd region, region, population, geostatistics, geodata, exploration spatial data analysis, geographic information system, GIS.

* Orekhova Elena Anatolievna (eorekhova@mail.ru), the Dept. of Economic Theory, Volzhsky Institute of Economics, Pedagogics and Law, Volzhsky, 404111, Russian Federation.

Plyakin Alexander Valentinovich (a.v.plyakin@vgi.volsu.ru), the Dept. of Nature Management, Volzhsky Institute of Humanities, Branch of Volgograd State University, Volzhsky, 404132, Russian Federation.