Использование геолокационных данных в машинном обучении: основные методы
Данные о местоположении — это важная категория данных, с которыми часто приходится иметь дело в проектах машинного обучения. Они, как правило, дают дополнительный контекст к данным используемого приложения. Специально к старту нового потока курса по Machine Learning, делимся с вами кратким руководством по проектированию и визуализации элементов с геопространственными данными.
Например, перед вами может встать задача прогнозирования объёмов онлайновых продаж через анализ клиентских данных. Методы машинного обучения способны определить более точные модели покупательского поведения с учётом информации о местоположении клиента. Применение таких методов более эффективно, если речь идёт о физических (не онлайновых) площадках, таких как магазины розничной торговли, рестораны, гостиницы или больницы.
В этой статье я попробую представить обзор методов работы с геолокационными данными для приложений машинного обучения. Эта довольно обширная тема, поэтому здесь я изложу только её основы. В следующих статьях я расскажу о конкретных областях более подробно.
Данные о предметной области приложения (включают основную информацию о местоположении)
Как и в случае со всеми приложениями машинного обучения геолокатором, начинаем с набора данных о предметной области приложения. Важно понять, что в этих данных, помимо прочей, также содержится информация для определения нужного нам физического местоположения — либо в виде адреса, либо в виде географических координат: широты и долготы.
Допустим, мы хотим спрогнозировать цены на недвижимость. Наш набор данных обычно состоит из информации о доме (его типе, времени постройки, площади и т. д.), его цене и, естественно, местоположении. Эти данные представляют собой структурированную таблицу.
Другие приложения могут использовать другие типы данных, например изображения. При прогнозировании для таких предметных областей, как сельское хозяйство (например в составлении прогнозов объёмов производства продуктов питания), геология (например при поиске оптимального места добычи полезных ископаемых), могут использоваться спутниковые изображения.
Очевидно, что при составлении прогноза данные о местоположении играют большую роль. Как же их можно использовать?
Геопространственные данные (используются как дополнение к информации о местоположении)
Наш набор данных можно расширить, добавив к нему внешние данные, основанные на местоположении (либо общедоступные, либо полученные от третьей стороны). В этой статье я буду использовать термин “геопространственные данные”, или “данные геоинформационной системы (ГИС)”, поскольку такие данные включают в себя информацию, связанную с географическим контекстом местности.
С помощью геопространственных данных фиксируются основные географические атрибуты местоположения.
Для нашей задачи прогнозирования цен на недвижимость это может быть информация о районе, местах расположения школ и парков, административных границах города, плотности населения, зонах землетрясений или наводнений, а также о любых других факторах.
Аналогичным образом, если используется информация со спутника, такие данные могли бы включать сведения о расположении рек и лесов, топографическую информацию (сведения о расположении холмов и долин), данные о региональном климате и прочее. Давайте вначале посмотрим, как эти данные представлены.
Форматы геопространственных данных
Таких стандартных форматов может быть несколько. В них хранятся геометрические данные и другие описательные атрибуты географических объектов. Например, в таких данных могут храниться координаты дорожных маршрутов с указанием типа и ширины дорожного покрытия, данные об ограничениях скорости на участках дороги, типе дороги (городская улица, автострада и пр.).
Самые часто используемые форматы:
- Векторный формат (самый древний и самый распространённый стандарт. Файл в векторном формате фактически представляет собой набор файлов: в одном файле хранятся геометрические данные, в другом — специальные атрибуты данных и т. п.).
- GeoPackage (более новый стандарт, набирающий популярность. Данные хранятся в одном небольшом по размеру файле, реализованном в виде контейнера базы данных SQLLite).
- GeoJSON (использует стандартный текстовый формат JSON).
Геометрические геоданные хранятся в виде векторных объектов:
- точка: например местоположения зданий, домов, ресторанов, стоянок такси;
- ломаная: например улицы, реки, железные дороги;
- полигон: определяет зоны, например регионы, районы, озера, штаты, страны;
- мультиполигон: набор полигонов.