Journal of Geo-information Science >
Application of the Deformed Thiessen Polygon in the Analysis of Layout Influence Factors for Rural Express Delivery Points
Received date: 2023-12-05
Revised date: 2024-06-07
Online published: 2024-09-10
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Later-stage Project of National Social Science Foundation of China(21FSHB014)
Humanities and Social Science Foundation of the Ministry of Education of China(20YJCZH069)
In the context of rural revitalization, it is important to explore the layout influence factors of rural express delivery points for rural infrastructure construction. In this paper, we propose the Deformed Thiessen Polygon theory based on the current development status of the Thiessen Polygon theory and the needs for the socio-economic application research. Using the Deformed Thiessen Polygon, this study considers the rural area in Suzhou City, Jiangsu Province (its meaning is explained in the main text) as the study area, with the express delivery points as the specific case. Methods such as Ordinary Least Squares (OLS), Spatial Lag Model (SLM), Spatial Error Model (SEM), and Geographically Weighted Regression (GWR) were used to reveal the layout influence factors of rural express delivery points. The main conclusions drawn from this paper are as follows. (1) The Deformed Thiessen Polygon is an improvement and expansion of the Thiessen Polygon for socio-economic applications. It consists of two parts: the deformation area and the non-deformation area. The deformation area represents a local deformation of the Thiessen Polygon, while the non-deformation area retains the original Thiessen Polygon. The Deformed Thiessen Polygon can effectively solve the mismatch problem between the spatial division of the Thiessen Polygon and actual situations, improving the feasibility and scientificity of social and economic research. (2) Using the service scope as a characterization indicator of express delivery point layout, with this indicator as the dependent variable and population size, economic size, road network density, etc., as independent variables, we explored the layout influence factors of express delivery points in the study area. When the probability is less than 0.05, the OLS and SLM results show that population size, average slope, and water area are positive influence factors, with population size being the dominant positive influence factor; Economic size is a negative influence factor. The GWR results show that population size and water area have positive spatial effects, while economic size has a negative spatial effect. There are both positive and negative spatial effects on the road network density and average slope. Based on the analysis presented throughout this paper, the main considerations for the development of the rural express delivery industry are as follows. (1) Give full play to the basic guarantee role of public express delivery points. (2) Emphasize the decisive role of population and economic factors. (3) Guide the comprehensive layout for express delivery points. (4) Create relatively equal rural express delivery services. The Deformed Thiessen Polygon helps to advance the development of the Thiessen Polygon, providing a new basis for spatial division in future studies of socio-economic applications. At the same time, the results of this paper have value for understanding the layout influence factors for rural express delivery points and for implementing rural revitalization strategies.
CHENG Dongya , ZHANG Xiaolin , LI Hongbo . Application of the Deformed Thiessen Polygon in the Analysis of Layout Influence Factors for Rural Express Delivery Points[J]. Journal of Geo-information Science, 2024 , 26(9) : 2140 -2160 . DOI: 10.12082/dqxxkx.2024.230727
表1 变形泰森多边形的主要特征Tab. 1 Main features of the Deformed Thiessen Polygon |
主要特征 | 属性 | 变形区 | 非变形区 | 主要特征归纳 |
---|---|---|---|---|
1 | 分区 | 泰森多边形局部变形而来 | 原始的泰森多边形 | 存在2个分区 |
2 | 点数量 | 单个多边形内,点数量有两个或以上 | 单个多边形内,点数量仅有一个 | 单个多边形内,点数量具有差异 |
3 | 适用性 | 社会经济点距离很近,且各点实际服务(影响)边界相对模糊时,变形区能够科学准确地说明该特征 | 社会经济点距离较大,且各点服务(影响)边界相对明显时,非变形区能够科学准确地说明该特征 | 适用于社会经济点空间划分研究 |
表2 快递点布局影响因素的数据来源与指标说明Tab. 2 Data sources and indicator description of layout influence factors for express delivery points |
数据名称 | 来源说明 | 提取的 具体指标 | 指标单位 | 指标 编码 | 标准化后的指标编码 | 指标用途 |
---|---|---|---|---|---|---|
快递点变形泰森多边形数据 | 以变形泰森多边形理论为基础,提取若干个快递点所服务的范围,即单个变形泰森多边形的面积 | 服务范围 | km2 | Y | ZY | 反映快递点布局特征 |
人口数据 | 来源于中国人口空间分布公里网格数据集[28],该数据来源于资源环境科学数据注册与出版系统[资源环境科学数据平台(https://www.resdc.cn/)],数据分辨率为 1 km,时间为2019年 | 人口规模 | 人 | RK | ZRK | 反映人口因素对快递点布局的影响 |
经济数据 | 来源于中国GDP空间分布公里网格数据集[29],该数据来源于资源环境科学数据注册与出版系统[资源环境科学数据平台(https://www.resdc.cn/)],数据分辨率为 1 km,时间为2019年 | 经济规模 | 元 | JJ | ZJJ | 反映经济因素对快递点布局的影响 |
道路数据 | 来源于全国地理信息资源目录服务系统(https://mulu.tianditu.gov.cn/main.do?method=index),本文路网密度是公路的路网密度 | 路网密度 | m/km2 | JT | ZJT | 反映交通因素对快递点布局的影响 |
坡度数据 | 通过DEM(Digital Elevation Model,DEM)数据计算得出,DEM数据来源于中国科学院计算机网络信息中心地理空间数据云(https://www.gscloud.cn/),分辨率为90 m | 平均坡度 | o | DX | ZDX | 反映地形因素对快递点布局的影响 |
水域数据 | 来源于全国地理信息资源目录服务系统(https://mulu.tianditu.gov.cn/main.do?method=index),本文水域面积 基于面SHP格式水系数据提取 | 水域面积 | m2 | SY | ZSY | 反映水域因素对快递点布局的影响 |
注:由于具体指标进行了编码处理,后文中经济规模与ZJJ可以认为一致,其他指标同理。 |
表3 本文涉及的主要计量方法Tab. 3 The main measurement methods covered in this article |
方法 | 简要表达形式 | 公式和变量说明 | 公式编号 |
---|---|---|---|
普通最小二乘法(OLS)[30-31] | x为自变量,y为因变量,q0为常数,qi为系数值,ε是随机误差。文献[30]和[31]中基本表达式有所差异,本文结合两个文献[30-31]简化表达式 | (33)[30-31] | |
空间滞后模型(SLM)[31-32] | x为自变量,y为因变量,q0为空间系数值,w空间矩阵;qi反映自变量对因变量的影响,ε是随机误差 | (34)[31-32] | |
空间误差模型(SEM)[31-32] | x为自变量,y为因变量,qi反映自变量对因变量的影响,w空间矩阵,λ表示误差系数,u表示随机误差向量,ε是随机误差 | (35)[31-32] | |
地理加权回归(GWR)[30,35] | xi为自变量,yi为因变量,(mi, ni)为某个点的中心坐标,qi(mi, ni)为i处的值,εi是随机误差,k为样本量 | (36)[30,35] |
注:“方法”和“编号”栏目中的引用标注,表示本行参考(引用)的文献。 |
表4 苏州市乡村快递点布局影响因素的普通最小二乘法(OLS)、空间滞后模型(SLM)、空间误差模型(SEM)的莫兰指数和R2检验Tab. 4 Moran's index and R-squared of ordinary least squares, spatial lag model and spatial error model of layout influence factors of rural express delivery points in Suzhou city |
莫兰指数 | R2 | Adjusted R2 | |
---|---|---|---|
普通最小二乘法(OLS) | — | 0.89 | 0.89 |
空间滞后模型(SLM) | 0.46 | 0.90 | — |
空间误差模型(SEM) | 0.46 | 0.92 | — |
注:本文空间自相关分析采用莫兰指数测度,莫兰指数采用GeoDa软件计算得出,其适用于SLM、SEM、GWR的前提性检验,不属于回归模型计算结果;自变量为ZRK、ZJJ、ZJT、ZDX、ZSY,因变量为ZY。 |
表5 苏州市乡村快递点布局影响因素的普通最小二乘法(OLS)、空间滞后模型(SLM)、空间误差模型(SEM)结果Tab. 5 Results of ordinary least squares, spatial lag model and spatial error model of layout influence factors of rural express delivery points in Suzhou city |
模型 | 属性 | ZRK | ZJJ | ZJT | ZDX | ZSY |
---|---|---|---|---|---|---|
普通最小二乘法 (OLS) | Coefficient | 1.60 | -0.84 | -0.03 | 0.04 | 0.17 |
Std. Error | 0.05 | 0.05 | 0.01 | 0.01 | 0.02 | |
t-Statistic | 33.80 | -18.51 | -1.85 | 2.73 | 10.58 | |
Probability | 0.00 | 0.00 | 0.07 | 0.01 | 0.00 | |
空间滞后模型 (SLM) | Coefficient | 1.46 | -0.74 | -0.02 | 0.04 | 0.15 |
Std. Error | 0.05 | 0.04 | 0.01 | 0.01 | 0.01 | |
z-value | 31.63 | -17.36 | -1.90 | 2.93 | 9.78 | |
Probability | 0.00 | 0.00 | 0.06 | 0.00 | 0.00 | |
空间误差模型 (SEM) | Coefficient | 1.48 | -0.73 | -0.01 | 0.02 | 0.16 |
Std. Error | 0.05 | 0.05 | 0.01 | 0.01 | 0.02 | |
z-value | 28.88 | -14.66 | -1.03 | 1.21 | 10.33 | |
Probability | 0.00 | 0.00 | 0.30 | 0.23 | 0.00 |
注:自变量为ZRK、ZJJ、ZJT、ZDX、ZSY,因变量为ZY。 |
表6 苏州市乡村快递点布局影响因素的地理加权回归(GWR)参数检验Tab. 6 Simulation parameter test of geographically weighted regression on layout influence factors of rural express delivery points in Suzhou City |
Bandwidth | Residual Squares | Effective Number | Sigma | AICc | R2 | R2 Adjusted |
---|---|---|---|---|---|---|
25 206.35 | 46.22 | 32.24 | 0.28 | 202.02 | 0.93 | 0.92 |
注:自变量为ZRK、ZJJ、ZJT、ZDX、ZSY,因变量为ZY。 |
表7 苏州市乡村快递点布局影响因素的地理加权回归(GWR)回归系数统计特征Tab. 7 Statistical characteristics of geographically weighted regression regression coefficient on layout influence factors of rural express delivery points in Suzhou City |
属性 | ZRK | ZJJ | ZJT | ZDX | ZSY |
---|---|---|---|---|---|
最大值 | 2.03 | -0.27 | 0.05 | 0.10 | 0.29 |
最小值 | 1.16 | -1.27 | -0.04 | -0.78 | 0.04 |
极差 | 0.87 | 1.00 | 0.09 | 0.88 | 0.24 |
空间回归系数极差大小排序 | 3 | 1 | 5 | 2 | 4 |
注:由于四舍五入的原因,数据会出现加减运算后不相等的情况。 |
图9 苏州市乡村快递点布局影响因素的地理加权回归(GWR)局部R2和标准残差Fig. 9 Local R2 and standard residual analysis of geographically weighted regression on layout influence factors of rural express delivery points in Suzhou City |
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