Ведение в кубы пространство-время

Пространственные данные часто включают в себя временной элемент. Куб пространство-время - это трехмерное представление этих пространственно-временных данных. Он позволяет анализировать пространственные и временные закономерности, прогнозировать будущие значения и визуализировать данные и результаты анализа в 2D и 3D формате.

Структура куба пространство-время

Куб пространство-время состоит из местоположений и бинов.

Местоположения

Местоположение - это положение в двумерном пространстве (x, y) и геометрия пространственно-временного бина. Местоположения являются статичными и определяются при создании куба пространство-время. Они определяют тип создаваемого куба пространство-время. Кубы пространство-время могут быть сетчатыми, где местоположения образованы сеткой правильной формы из прямоугольников или шестиугольников, или кубами определенного местоположения, где местоположения предопределены, например, штаты или станции мониторинга.

Бины

Бин представляет собой одно местоположение и один временной шаг. Каждый бин имеет фиксированное местоположение в пространстве (x, y) и во времени. Он добавляет к местоположению третье измерение - время. Каждый бин представляет собой тот же промежуток времени, который был определен при создании куба пространство-время.

Каждое местоположение в кубе будет иметь одинаковое количество бинов. Бины, расположенные в одном и том же месте, образуют временной ряд. Бины, находящиеся в одно и то же время в пространстве-времени, образуют временной срез. Чтобы определить общее количество бинов в кубе пространство-время, воспользуйтесь инструментом Описание куба пространство-время

Создание куба пространство-время

Ваши данные и их формат будут определять метод, который вы будете использовать для создания куба пространство-время. Для создания куба пространство-время можно использовать следующие инструменты:

• Создать куб пространство-время по агрегации точек
• Создать куб пространство-время из указанных местоположений
• Создать куб пространство-время из многомерного растрового слоя.

Создать куб пространство-время по агрегации точек

Если у вас имеются точечные объекты с временной меткой, которые вы хотите агрегировать в пространстве в изучаемых местоположениях, используйте инструмент Создать куб пространство-время по агрегации точек. В результате вы получите либо куб сетки (с прямоугольными или гексагональными ячейками), либо куб заданных местоположений, если вы использовали полигоны агрегации, например, случаи краж в Нью-Йорке.

Примечание:

Инструмент будет принимать только класс точечных объектов в качестве параметра Входные объекты. Если ваши данные хранятся в таблице, используйте инструмент XY таблица в точку для создания класса точечных объектов.

В каждом бине будет поле COUNT, в котором указано количество точек в бине. Каждый бин также может содержать дополнительные поля, в которых суммируются атрибуты. Атрибуты будут зависеть от полей суммирования, выбранных при создании куба пространство-время.

Подробнее об атрибутах, включенных в куб пространство-время при его создании

Более подробно о создании куба пространство-время по агрегации точек

Создать куб пространство-время из указанных местоположений

Если у вас есть местоположения объектов, которые не меняются со временем, и атрибуты или измерения собранные с течением времени, например, панельные данные или данные станций, используйте инструмент Создать куб Пространство-Время из указанных местоположений. В результате получится куб, структурированный с использованием этих заданных местоположений. Если выбрана агрегация по времени, то каждый период времени будет включать сводную статистику по выбранным атрибутам. Если агрегация по времени не выбрана, каждый период времени будет иметь один набор атрибутов.

Более подробно о создании куба пространство-время из указанных местоположений

Создать куб пространство-время из многомерного растрового слоя

Если у вас многомерный растр, используйте инструмент Создать куб пространство-время из многомерного растрового слоя, чтобы преобразовать многомерный растр в куб. Форма ячеек определяет, является ли куб сетчатым (квадратные ячейки) или кубом с заданными местоположениями (прямоугольные ячейки).

Более подробно о создании куба пространство-время из точек многомерного растра

Типы кубов пространство-время

Куб пространство-время может быть сетчатым или кубом заданных местоположений. Тип куба определяется при его создании.

Основное различие между сетчатыми кубами и кубами с заданными местоположениями заключается в структуре куба пространство-время. Местоположения в сетчатом кубе образованы сеткой правильной формы из квадратных или шестиугольных ячеек. В кубе заданных местоположений местоположения и их формы не ограничены. Оба типа кубов пространство-время можно использовать в качестве входных данных для любого из инструментов из групп Визуализация куба пространство-время, Анализ пространственно-временных закономерностей и Прогнозирование временных рядов.

Примечание:

Вы можете использовать инструмент Описание куба пространство-время, чтобы определить тип существующего куба.

Куб в формате сетки

Структура куба будет содержать строки, столбцы и временные шаги. Перемножив число строк на число столбцов и на число временных шагов, вы получите суммарное число бинов в кубе. Строки и столбцы определяют пространственный экстент куба, а временные шаги определяют временной экстент. Сеточный куб всегда имеет прямоугольную форму. Однако местоположения, по которым отсутствуют данные за все временные шаги, не будут визуализированы или включены в какой-либо анализ.

Куб заданных местоположений

Структура куба заданных местоположений содержит объекты и временные шаги. Перемножив число объектов на число временных шагов, вы получите суммарное число бинов в кубе. Объекты определяют пространственный экстент куба, а временные шаги определяют временной экстент.

Куб заданных местоположений из многомерного растрового слоя имеет то же количество объектов и временных измерений, что и количество ячеек и измерений многомерного растрового слоя.

Анализ пространственных и временных закономерностей

После создания куба пространство-время вы можете идентифицировать пространственные и временные закономерности с помощью любого инструмента из группы Анализ пространственно-временных закономерностей. Каждый инструмент в группе создает класс объектов с результатами анализа. Инструменты Выявление точек изменения, Анализ возникновения горячих точек и Анализ локальных выбросов также обновляют исходный куб пространство-время результатами анализа.

Инструмент	Описание	Вопросы
Выявление точек изменения	Определяет временные шаги при изменении статистического свойства временного ряда (среднего значения, среднеквадратичного отклонения или линейного тренда) для каждого местоположения куба пространство-время.	Меняются ли статистические свойства (среднее значение, среднеквадратичное отклонение, линейный тренд) моих временных рядов с течением времени? Когда изменяются статистические свойства в моем временном ряду? Как изменяются статистические свойства в моем временном ряду с течением времени?
Анализ возникновения горячих точек	Определяет кластеризацию плотности точек (количества) или значений в кубе пространство-время, а затем для каждого местоположения классифицирует тенденцию этих горячих и холодных точек по категориям. К категориям холодных и горячих точек относятся: новая, последовательная, возрастающая, постоянная, убывающая, спорадическая, колеблющаяся и историческая.	Где и когда кластеризуются высокие и низкие значения? Являются ли эти кластеры статистически значимыми? Как меняется горячая или холодная точка с течением времени в данном месте?
Анализ локальных выбросов	Идентифицирует статистически значимые кластеры и выбросы в контексте пространства и времени.	Где находятся пространственные и временные кластеры и выбросы? Являются ли кластеры и выбросы статистически значимыми?
Кластеризация временных рядов	Разделяет временные ряды, хранящиеся в кубе пространство-время, на основе сходства характеристик временных рядов. Временные ряды могут быть кластеризованы на основе трех критериев: одинаковые значения времени, одновременная тенденция к увеличению и уменьшению и сходные повторяющиеся закономерности.	Имеют ли местоположения в кубе пространство-время сходные характеристики временных рядов? Какие местоположения имеют схожие значения во времени, сохранять соотношение во времени или демонстрировать схожие сглаженные периодические закономерности во времени?
Взаимная корреляция временных рядов	Вычисляет взаимную корреляцию с различными временными задержками между двумя временными рядами, хранящимися в кубе пространство-время.	Какова взаимная корреляция между двумя временными рядами в определенном месте? Какова временная задержка (сдвиг) с наиболее сильной взаимной корреляцией?

Прогнозирование временных рядов

Как только вы создадите куб пространство-время, вы сможете использовать инструменты из группы Прогнозирование временных рядов. Группа инструментов включает в себя три инструмента, которые оценивают будущие значения в каждом местоположении куба пространство-время, и один инструмент оценки моделей для сравнения моделей прогнозирования. Инструменты в группе сохранят результаты прогноза в выходном классе пространственных объектов и, при необходимости, в кубе пространство-время. Доступны следующие инструменты прогнозирования:

Инструмент	Описание
Прогнозирование подгонки кривой	Использует простой метод подгонки кривой для моделирования временных рядов и прогнозирования будущих значений в каждом местоположении в кубе пространство-время.
Экспоненциальное сглаживание	Прогнозирует значения каждого местоположения куба пространство-время с помощью метода экспоненциального сглаживания Хольта-Винтерса путем разложения временного ряда в каждом кубе местоположения на сезонные компоненты и компоненты тренда.
Прогноз на основе леса	Предсказывает значения в каждом местоположении куба пространство-время при помощи адаптированного алгоритма произвольного леса - метода контролируемого машинного обучения Лео Бреймана и Адели Катлер.
Оценка прогнозов по местоположению	Выбирает наиболее точное значение между несколькими результатами прогноза для каждого местоположения в кубе пространство-время. Таким образом вы можете использовать несколько инструментов из группы Прогнозирование временных рядов для одних и тех же временных рядов и выбрать наилучший прогноз для каждого местоположения.

Визуализация куба пространство-время

Вы можете визуализировать результаты анализа и переменные в кубе пространство-время, используя инструменты из группы Визуализация куба пространство-время. Куб пространство-время можно визуализировать в двух или трех измерениях. Чтобы визуализировать результаты в 2D, используйте инструмент Визуализация куба пространство-время в 2D. Чтобы визуализировать результаты в 3D, откройте сцену и используйте инструмент Визуализация куба пространство-время в 3D или создайте слой куба пространство-время с помощью инструмента Создать слой куба пространство-время.

Примечание:

Рекомендуется использовать инструмент Создать слой куба пространство-время для визуализации куба в 3D. Хотя для визуализации куба пространство-время в 3D можно использовать как инструмент Визуализация куба пространство-время в 3D, так и инструмент Создать слой куба пространство-время, слой куба, созданный с помощью инструмента Создать слой куба пространство-время, предоставляет гораздо больше опций тем отображения и большую функциональность для взаимодействия с визуализацией куба пространство-время.

Визуализация куба пространство-время в 2D и 3D полезна по следующим причинам:

• Суммирует результаты в определенном местоположении и позволяет просматривать и сравнивать результаты в разных местоположениях.
• Помогает понять структуру куба пространство-время.
• Позволяет просматривать данные и результаты анализа и взаимодействовать с ними, что приводит к лучшему пониманию полученных результатов.

Темы отображения

Темы отображения - это предустановленные 2D- и 3D-символы для визуализации переменных, результатов анализа и прогноза, содержащихся в кубе пространство-время. Эти темы отображения улучшают результаты анализа и делают изучение данных в кубе пространство-время более простым и интуитивно понятным. Вы можете выбрать тему отображения, задав параметр Тема отображения в инструментах Визуализировать куб пространство-время в 2D и Визуализировать куб пространство-время в 3D или выбрав тему отображения в галерее Темы на ленте куба пространство-время.

Для каждого типа анализа существует одна или несколько тем отображения. В следующей таблице приведены параметры темы отображения, доступные для инструментов из групп Анализ пространственно-временных закономерностей и Прогнозирование временных рядов:

Инструмент	2D темы	3D темы	Темы слоя куба пространство-время
Выявление точек изменения	Точки изменений временных рядов	Точки изменений временных рядов
Анализ возникновения горячих точек	Тренды горячих и холодных точек	Тренды горячих и холодных точек	Тип горячей точки P-значение горячей точки Z-оценка горячей точки
Анализ локальных выбросов	Результаты анализа локальных выбросов Процент локальных выбросов Локальный выброс в последний период времени Местоположения без пространственного соседства	Результаты кластеризации и выбросов	Тип локального выброса Локальный индекс Морана I Z-оценка локального выброса P-значение локального выброса
Кластеризация временных рядов	Результаты Кластеризации временных рядов
Взаимная корреляция временных рядов	Результаты Взаимной корреляции временных рядов
Прогнозирование подгонки кривой	Местоположения с трендами данных Тренды Результаты прогнозирования Результаты выбросов временных рядов	Результаты прогнозирования Результаты выбросов временных рядов	Результат прогноза Значение невязки Выбросы временных рядов
Экспоненциальное сглаживание	Результаты прогнозирования Результаты выбросов временных рядов	Результаты прогнозирования Результаты выбросов временных рядов	Компонент уровня Компонент тренда Сезонный компонент Компонент Уровень + Тренд Результат прогноза Значение невязки Выбросы временных рядов
Прогноз на основе леса	Результаты прогнозирования Результаты выбросов временных рядов	Результаты прогнозирования Результаты выбросов временных рядов	Результат прогноза Значение невязки Выбросы временных рядов
Оценка прогнозов по местоположению	Результаты прогнозирований	Результаты прогнозирования	Результат прогнозирования Значение невязки

Более подробно о темах визуализации отображения для кубов пространство-время в 2D и 3D

Более подробно о темах визуализации отображения для слоев куба пространство-время