Ihmisen yksilöllisen elinpiirin määrittäminen paikkatietomenetelmillä : menetelmien vertailu ja arviointi
Rikala, Joonas (2023-04-20)
Ihmisen yksilöllisen elinpiirin määrittäminen paikkatietomenetelmillä : menetelmien vertailu ja arviointi
(20.04.2023)
Julkaisu on tekijänoikeussäännösten alainen. Teosta voi lukea ja tulostaa henkilökohtaista käyttöä varten. Käyttö kaupallisiin tarkoituksiin on kielletty.
avoin
Julkaisun pysyvä osoite on:
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2023052347181
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2023052347181
Tiivistelmä
Jokaisella ihmisellä on elinpiiri, joka voidaan mallintaa paikkatietomenetelmillä tarvittavan datan ollessa saatavilla. Yleisimmin tällaisena datana toimii pistejoukko, joka kertoo yksilön liikkumisesta, mutta joissain tapauksissa voidaan käyttää pelkkää asuinpaikkatietoa. Elinpiirejä mallintavia polygonirajauksia on tehty monilla eri menetelmillä. Tämän tutkimuksen tavoitteena oli tuottaa vertailevaa ja arvioivaa tietoa tutkimukseen valituista elinpiirirajauksien muodostamiseen käytetyistä menetelmistä. Tutkimukseen valitut menetelmät olivat ympyräbufferit, tieverkostobufferit, keskihajontaellipsit, konveksiverhot sekä kustomoidut konveksiverhot. Tutkimuksessa tarkasteltiin menetelmien tuottamia elinpiirirajauspolygoneja, arvioitiin menetelmiä arviointikriteerien perusteella sekä pohdittiin menetelmien käyttökelpoisuutta.
Aineistona käytettiin Tamperelaisten hyvinvointi -kyselyn tuloksia vuodelta 2021. Osana kyselyä tamperelaisia pyydettiin merkitsemään kartalle mieluisia ja epämieluisia paikkoja. Lisäksi kysyttiin tilastoaluetta, jolla vastaaja asui kyselyn hetkellä. Vastaajien merkitsemät karttamerkinnät sekä tilastoaluetiedosta muodostetut kotipisteet muodostivat yhdessä pistejoukon, jolla yksittäiselle vastaajalle luotiin elinpiirirajaus käyttäen eri menetelmiä. Jotkut menetelmistä käyttivät ainoastaan kotipistetietoa, kun taas toiset menetelmät hyödynsivät koko pistejoukkoa. Luotuja elinpiirirajauksia tarkasteltiin ensin sekä visuaalisesti että pinta-alajakaumaa kuvaavien graafien avulla. Seuraavaksi menetelmiä arvioitiin kolmen hypoteeseihin perustuvan arviointikriteerin avulla. Lopuksi tunnistettiin menetelmien rajoitteita ja mahdollisuuksia sekä koottiin löydökset yhteen.
Tutkimuksessa päädyttiin yleisiin arvioihin menetelmien käytettävyydestä ja soveltuvuudesta eri tilanteisiin. Jos tutkimuksessa haluttiin tietää yksilöiden elinpiirien kokoeroista, eivät ympyrä- tai tieverkostobufferit soveltuneet tällaisiin tilanteisiin. Tämä johtui siitä, etteivät kyseiset menetelmät ottaneet huomioon yksilöiden erilaista liikkumisen määrää. Kyseiset menetelmät olivat kuitenkin hyviä, jos haluttiin tarkastella vastaajan lähielinpiiriä eli kodin välittömässä läheisyydessä olevia alueita. Ympyräbufferimenetelmässä hyvinä puolina pidettiin yksinkertaisuutta sekä helppoa käyttöä ja huonona puolena saavuttamattomien alueiden mukaan ottoa. Tieverkostobufferimenetelmässä hyvinä puolina pidettiin saavuttamattomien alueiden karsimista, mutta huonona puolena nähtiin menetelmän vaatimukset aineistoille ja työkaluille.
Loput kolme menetelmää soveltuivat hyvin kokonaisvaltaiseen elinpiirimääritykseen, mutta mikään niistä ei suoriutunut tehtävästään täydellisesti. Keskihajontaellipsien ja konveksiverhojen ongelmaksi muodostui niiden helposti valtavaksi paisunut koko yksittäisten pisteiden vuoksi. Lisäksi ongelmana pidettiin todella pienten elinpiirirajausten muodostumista. Kustomoitujen konveksiverhojen luotettavuus taas kärsi etäisten pisteiden poissuodattamisen takia ja menetelmä oli hieman työläämpi kuin keskihajontaellipsi- ja konveksiverhomenetelmä. Kaikki osa-alueet huomioiden kustomoitujen konveksiverhojen menetelmä näyttäytyi kaikista menetelmistä käyttökelpoisimmalta, mutta paremmuusero oli melko pieni ja jokaisen menetelmän osalta on otettava huomioon niiden heikkoudet ja vahvuudet. Tämä tutkimus tuotti yhdenlaisen vertailu ja arviointi -kokonaisuuden aiheesta, mutta elinpiiritutkimuksen kentälle jäi paljon tilaa samankaltaisillekin tutkimuksille. Every person has a home range that can be modeled geospatially if the necessary data is available. Most commonly, this kind of data is a set of points that tells about an individual's movement, but in some cases only residence information can be used. Polygon boundaries modeling home ranges have been made using many different methods. The goal of this study was to produce comparative and evaluative information about the methods selected for the study. The methods chosen for the study were circular buffers, road network buffers, standard deviational ellipses, minimum convex polygons and customized minimum convex polygons. The study examined visually the home range polygons produced by the methods, evaluated the methods based on the evaluation criteria, and considered the applicability of the methods.
The results of the Tampere citizens' well-being survey were used as data. As part of the survey, Tampere residents were asked to mark their favorite and least favorite places on the map. In addition, they were asked about the statistical area in which the respondent lived at the time of the survey. The map markings marked by the respondents and the home points formed from the statistical area data together formed a set of points with which a home range was created for an individual respondent using different methods. Some of the methods used only home point data, while other methods used the entire set of points. The created home range boundaries were first examined both visually and with the help of graphs depicting the surface distribution. Next the methods were evaluated using three evaluation criteria based on hypotheses. Finally, the limitations and possibilities of the methods were identified and the findings were compiled.
The research resulted in general assessments of the methods' usability and suitability for different situations. If the research wanted to know about the size differences of individuals' home ranges, circular or road network buffers were not suitable for such situations. This was due to the fact that the methods in question did not take into account the different amount of movement of individuals. However, the methods in question were good if you wanted to look at the respondent’s immediate home surroundings, i.e. the areas in the immediate vicinity of the home. In the circular buffer method, simplicity and ease of use were considered as strengths, and the inclusion of inaccessible areas was considered a weakness. In the road network buffer method, the pruning of inaccessible areas was seen as a positive aspect, but the method's requirements for data and tools were seen as a negative aspect.
The remaining three methods were well suited for comprehensive home range determination, but none of them performed their task perfectly. The problem with standard deviational ellipses and minimum convex polygons was that they easily swelled to enormous size due to individual points. In addition, the formation of really small home range boundaries was considered a problem. The reliability of the customized minimum convex polygons suffered due to the filtering out of distant points and the method was slightly more laborious than the standard deviational ellipse and minimum convex polygon method. Taking into account all areas, the method of customized minimum convex polygons appeared to be the most usable of all methods, but the difference in superiority was quite small and for each method, their weaknesses and strengths must be taken into account. This study produced a kind of comparison and evaluation on the subject, but there was left a lot of room for similar studies in the field of home range research.
Aineistona käytettiin Tamperelaisten hyvinvointi -kyselyn tuloksia vuodelta 2021. Osana kyselyä tamperelaisia pyydettiin merkitsemään kartalle mieluisia ja epämieluisia paikkoja. Lisäksi kysyttiin tilastoaluetta, jolla vastaaja asui kyselyn hetkellä. Vastaajien merkitsemät karttamerkinnät sekä tilastoaluetiedosta muodostetut kotipisteet muodostivat yhdessä pistejoukon, jolla yksittäiselle vastaajalle luotiin elinpiirirajaus käyttäen eri menetelmiä. Jotkut menetelmistä käyttivät ainoastaan kotipistetietoa, kun taas toiset menetelmät hyödynsivät koko pistejoukkoa. Luotuja elinpiirirajauksia tarkasteltiin ensin sekä visuaalisesti että pinta-alajakaumaa kuvaavien graafien avulla. Seuraavaksi menetelmiä arvioitiin kolmen hypoteeseihin perustuvan arviointikriteerin avulla. Lopuksi tunnistettiin menetelmien rajoitteita ja mahdollisuuksia sekä koottiin löydökset yhteen.
Tutkimuksessa päädyttiin yleisiin arvioihin menetelmien käytettävyydestä ja soveltuvuudesta eri tilanteisiin. Jos tutkimuksessa haluttiin tietää yksilöiden elinpiirien kokoeroista, eivät ympyrä- tai tieverkostobufferit soveltuneet tällaisiin tilanteisiin. Tämä johtui siitä, etteivät kyseiset menetelmät ottaneet huomioon yksilöiden erilaista liikkumisen määrää. Kyseiset menetelmät olivat kuitenkin hyviä, jos haluttiin tarkastella vastaajan lähielinpiiriä eli kodin välittömässä läheisyydessä olevia alueita. Ympyräbufferimenetelmässä hyvinä puolina pidettiin yksinkertaisuutta sekä helppoa käyttöä ja huonona puolena saavuttamattomien alueiden mukaan ottoa. Tieverkostobufferimenetelmässä hyvinä puolina pidettiin saavuttamattomien alueiden karsimista, mutta huonona puolena nähtiin menetelmän vaatimukset aineistoille ja työkaluille.
Loput kolme menetelmää soveltuivat hyvin kokonaisvaltaiseen elinpiirimääritykseen, mutta mikään niistä ei suoriutunut tehtävästään täydellisesti. Keskihajontaellipsien ja konveksiverhojen ongelmaksi muodostui niiden helposti valtavaksi paisunut koko yksittäisten pisteiden vuoksi. Lisäksi ongelmana pidettiin todella pienten elinpiirirajausten muodostumista. Kustomoitujen konveksiverhojen luotettavuus taas kärsi etäisten pisteiden poissuodattamisen takia ja menetelmä oli hieman työläämpi kuin keskihajontaellipsi- ja konveksiverhomenetelmä. Kaikki osa-alueet huomioiden kustomoitujen konveksiverhojen menetelmä näyttäytyi kaikista menetelmistä käyttökelpoisimmalta, mutta paremmuusero oli melko pieni ja jokaisen menetelmän osalta on otettava huomioon niiden heikkoudet ja vahvuudet. Tämä tutkimus tuotti yhdenlaisen vertailu ja arviointi -kokonaisuuden aiheesta, mutta elinpiiritutkimuksen kentälle jäi paljon tilaa samankaltaisillekin tutkimuksille.
The results of the Tampere citizens' well-being survey were used as data. As part of the survey, Tampere residents were asked to mark their favorite and least favorite places on the map. In addition, they were asked about the statistical area in which the respondent lived at the time of the survey. The map markings marked by the respondents and the home points formed from the statistical area data together formed a set of points with which a home range was created for an individual respondent using different methods. Some of the methods used only home point data, while other methods used the entire set of points. The created home range boundaries were first examined both visually and with the help of graphs depicting the surface distribution. Next the methods were evaluated using three evaluation criteria based on hypotheses. Finally, the limitations and possibilities of the methods were identified and the findings were compiled.
The research resulted in general assessments of the methods' usability and suitability for different situations. If the research wanted to know about the size differences of individuals' home ranges, circular or road network buffers were not suitable for such situations. This was due to the fact that the methods in question did not take into account the different amount of movement of individuals. However, the methods in question were good if you wanted to look at the respondent’s immediate home surroundings, i.e. the areas in the immediate vicinity of the home. In the circular buffer method, simplicity and ease of use were considered as strengths, and the inclusion of inaccessible areas was considered a weakness. In the road network buffer method, the pruning of inaccessible areas was seen as a positive aspect, but the method's requirements for data and tools were seen as a negative aspect.
The remaining three methods were well suited for comprehensive home range determination, but none of them performed their task perfectly. The problem with standard deviational ellipses and minimum convex polygons was that they easily swelled to enormous size due to individual points. In addition, the formation of really small home range boundaries was considered a problem. The reliability of the customized minimum convex polygons suffered due to the filtering out of distant points and the method was slightly more laborious than the standard deviational ellipse and minimum convex polygon method. Taking into account all areas, the method of customized minimum convex polygons appeared to be the most usable of all methods, but the difference in superiority was quite small and for each method, their weaknesses and strengths must be taken into account. This study produced a kind of comparison and evaluation on the subject, but there was left a lot of room for similar studies in the field of home range research.