Mit der Spatial Analyst-Lizenz verfügbar.
Mit den Werkzeugen Optimale Regionsverbindungen, Optimaler Pfad als Linie und Optimaler Pfad als Raster können Sie Positionen auf optimale Weise durch einen Pfad miteinander verbinden. Manchmal soll der Pfad allerdings breiter sein als eine schmale Polylinie oder eine einzelne Zelle. Das Ergebnis soll ein breiteres, zweidimensionales Gebiet sein, in dem die gesamten Kosten für den Pfad unterhalb eines bestimmten Schwellenwerts liegen. Ein solches Gebiet wird als Korridor bezeichnet.
Sie können ihn durch Puffern eines optimalen Pfades um eine feste Entfernung erzeugen. Allerdings lassen sich mit dieser Vorgehensweise möglicherweise nicht alle für die Route wesentlichen Aspekte richtig erfassen. Ein einfacher Puffer um einen optimalen Pfad könnte z. B. ein Industriegebiet sein. Dieses in die Planung eines Wildtierkorridors einzubeziehen, wäre jedoch höchst unpassend. Die Breite des Korridors, durch den die Positionen miteinander verbunden werden, sollte sich entsprechend der Rate variieren lassen, durch die die tatsächlichen akkumulierten Kosten von Zelle zu Zelle zwischen den Standorten variieren. Da das Industriegebiet einen hohen Preis für die Wildtiere darstellen würde, würde dieses Gebiet nicht in den Korridor einbezogen.
Der Korridor umfasst alle möglichen Kostenpfade, die geringer sind als die angegebenen akkumulativen Kosten. Das Werkzeug Korridor berechnet die Summe der akkumulierten Kosten, die zwischen den Quellen entstanden sind. Wählen Sie zur Definition des Korridors aus diesem Ergebnis die Zellen mit Werten aus, die unterhalb des Schwellenwerts für die Kosten liegen.
Anwendungsbeispiele für Korridore
Korridore können zur Lösung von Analysen in verschiedenen Szenarien verwendet werden, z. B.:
- Zum Verbinden zweier Bereiche eines Rotwildhabitats in einem Rotwildschutzplan durch den optimalen Korridor.
- Zum Ermitteln der möglichen Route einer geplanten Erdleitung.
- Zum Bestimmen des geeigneten Gebiets, innerhalb dessen ein geplanter Radweg zwischen zwei Parkanlagen verlaufen muss.
Korridoranalyse
Die Entfernungsanalyse kann konzeptionell in die folgenden verwandten Funktionsbereiche unterteilt werden:
- Berechnen Sie die geradlinige Entfernung, und passen Sie die Berechnungen optional mit einem Barriere- oder Oberflächen-Raster an.
- Bestimmen Sie optional durch eine Kostenoberfläche, Quelleneigenschaften, einen vertikalen Faktor und einen horizontalen Faktor die Geschwindigkeit, mit der die Entfernung zurückgelegt wird. Erstellen Sie ein Raster für die akkumulative Entfernung.
- Verbinden Sie Regionen über die resultierende akkumulative Entfernungsoberfläche mithilfe eines optimalen Netzwerks, spezifischer Pfade oder eines Korridors miteinander.
Die Verbindung der Positionen durch Korridore über den dritten Funktionsbereich wird in den folgenden Beispielen dargestellt.
In einem neu eingerichteten Park gibt es eine Bärenpopulation (hellgrünes Polygon) und in der Umgebung einer der vier Ranger-Stationen eine zweite Population (gelber Punkt). Die Bären sollen sich durch einen Korridor zwischen den beiden Positionen bewegen können.
In der Karte wird ein Schwellenwert für die Breite des Korridors angegeben.
Erstellen eines Korridors
Allgemeiner Prozess zur Bestimmung eines Korridors zwischen zwei Quellen:
- Berechnen der akkumulierten Entfernung zwischen der Position der ersten Quelle und allen übrigen Zellen im Untersuchungsgebiet.
- Berechnen der akkumulierten Entfernung zwischen der Position der zweiten Quelle und allen übrigen Zellen im Untersuchungsgebiet.
- Berechnen der Summe der akkumulierten Entfernungen zwischen den beiden Quellen für jede Zelle.
- Ermitteln der Zellen, deren gesamte akkumulierte Entfernung zwischen den beiden Quellen innerhalb eines definierten Schwellenwerts liegt.
Führen Sie die folgenden Schritte aus, um einen resultierenden Korridor zu erstellen:
Berechnen Sie die Entfernungsakkumulation für die erste Quelle.
- Öffnen Sie das Werkzeug Entfernungsakkumulation.
- Geben Sie im Parameter Eingabe-Raster oder Feature-Quellen-Daten die erste Position an, die Sie als Quelle (Quelle A) verbinden möchten.
- Geben Sie einen Namen für das Ausgabe-Entfernungs-Raster für Quelle A an.
- Geben Sie im Parameter Eingabe-Kosten-Raster das Kosten-Raster an.
Es ist nicht möglich, eine Bewegungsrichtung in einen Korridor zu integrieren. Folglich dürfen Sie weder einen vertikalen oder horizontalen Faktor noch einen Wert für den Parameter für die Quelleneigenschaft Reiserichtung angeben.
- Klicken Sie auf Ausführen.
- Öffnen Sie das Werkzeug Entfernungsakkumulation.
- Geben Sie im Parameter Eingabe-Raster oder Feature-Quellen-Daten die zweite Position an, die Sie als Quelle (Quelle B) verbinden möchten.
- Geben Sie einen Namen für das Ausgabe-Entfernungs-Raster für Quelle B an.
- Geben Sie dieselben Parameter an wie in Schritt 4.
- Klicken Sie auf Ausführen.
- Öffnen Sie das Werkzeug Korridor.
- Bestimmen Sie die Ausgabe für die erste Position (Quelle A), die in Schritt 5 als Wert des Parameters Eingabe-Kostenentfernungs-Raster 1 erstellt wurde.
- Bestimmen Sie die Ausgabe für die zweite Position (Quelle B), die in Schritt 10 als Wert des Parameters Eingabe-Kostenentfernungs-Raster 2 erstellt wurde.
- Geben Sie einen Namen für das Ausgabe-Korridor-Raster an.
- Klicken Sie auf Ausführen.
- Öffnen Sie das Werkzeug Raster berechnen, Nach Attributen extrahieren oder If-Else-Bedingungen.
- Verwenden Sie das Ausgabe-Raster, das in Schritt 15 durch das Werkzeug Korridor erstellt wurde, als Eingabe.
- Geben Sie den Schwellenwert an.
- Geben Sie einen Namen für das Ausgabe-Raster an.
- Klicken Sie auf Ausführen.
Verbinden von Positionen durch die kostengünstigsten Korridore
Ein Korridor definiert den kostengünstigsten geographischen Bereich zur Verbindung zweier Quellenposition. Er enthält alle ungerichteten Kostenpfade zwischen den Quellen, die unter den angegeben akkumulativen Kosten liegen. Der Korridor und die darin enthaltenen Pfade sind ungerichtet, weil die Bewegungsrichtung zwischen den Quellen keine Rolle spielt.
Der Prozess der Korridorerstellung
Für die Erstellung eines Korridor-Rasters benötigen Sie zwei Datasets: in einem wird die erste und im anderen die zweite Gruppe von Quellenposition definiert. Mit dem Werkzeug Entfernungsakkumulation erstellen Sie dann ein Raster mit den akkumulierten Kosten für das erste Quellen-Dataset. Anschließend erstellen Sie mit demselben Werkzeug ein Raster mit den akkumulierten Kosten für das zweite Quellen-Dataset. Diese beiden Ergebnisse verwenden Sie als Eingaben für das Werkzeug Korridor, welches dann die Summe der akkumulierten Kosten zwischen den beiden Quellen berechnet. Im letzten Schritt bestimmen Sie einen akzeptablen Schwellenwert und wählen nur die Zellen für die Erstellung des endgültigen Raster-Ergebnisses aus, die innerhalb dieses Schwellenwerts liegen.
Richtungsabhängigkeit und Schwellenwerte von Korridoren
Korridore sind ungerichtet; die Bewegung von der ersten zur zweiten Quelle ist mit denselben Kosten verbunden wie die Bewegung von der zweiten zurück zur ersten. Hier ist es allerdings wichtig, das Werkzeug Entfernungsakkumulation beide Male mit denselben Einstellungen auszuführen.
Über eine Kostenoberfläche und ein Oberflächen-Raster können Sie den Komplexitätsgrad bei der Modellierung der Entfernung erhöhen. Sie können aber keinen vertikalen Faktor, horizontalen Faktor oder die Quelleneigenschaft Reiserichtung verwenden, da diese Parameter auf der Richtungsabhängigkeit der Bewegung beruhen.
Die nachfolgende Abbildung zeigt ein Beispiel für einen Korridor, der für ein geplantes Bauvorhaben für eine Stromleitung erstellt wurde. Hierbei bilden die Kosten für den Landerwerb das einzige Kriterium zur Bewertung der Kosten für den Korridor. Der endgültige Korridor (hellrot) enthält alle Pfade, deren Kosten maximal 10 Prozent über der kostengünstigsten Route liegen, welche ebenfalls abgebildet ist (dunkelrote Linie). Die Breite des Korridors variiert über seine Länge, und an einigen Stellen gibt es deutliche Abweichungen. Dieses Ergebnis ist anders, als wenn ein Puffer mit fester Breite um die kostengünstigste Route erstellt würde.
Wenn Sie alle Zellen mit akkumulativen Gesamtkosten auswählen, die maximal 10 Prozent über den Kosten der kostengünstigsten Route liegen, wäre das Ergebnis als 10-Prozent-Kostenkorridor zu betrachten.
Korridorbreite
Schmale Abschnitte eines Korridors sind typischerweise Bereiche, in denen der Korridor am stärksten kostensensibel ist, weil es dort weniger Optionen für Routenverläufe gibt. Im Fall der Stromleitung könnten die schmaleren Abschnitte des Korridors die Positionen sein, die zuerst erworben werden sollten, weil es in diesem Abschnitt des Korridors weniger Spielraum gibt, um Strommasten aufzustellen. Dies sind die kritischsten Bereiche des Korridors.
Bei der Standortauswahl für Wildtierkorridore sind die schmalen Abschnitte möglicherweise die Stellen, an denen die Tiere am stärksten gefährdet sind, wenn sie sich durch die Landschaft bewegen. Die schmalen Abschnitte müssen am besten geschützt werden, weil hier die Bewegungsoptionen für die Tiere geringer sind.
Eine weitere Möglichkeit, sich die Bedeutung der Korridorbreite vor Augen zu führen, ist die Vorstellung eines Flusses, der durch ein Tal fließt. Die weiten und flachen Stellen des Tals bieten dem Fluss die meisten Optionen, um ungehindert zu fließen. Bei Hochwasser kann der Fluss über die Ufer treten und sich verbreitern oder sogar seinen Lauf ändern. Wenn sich das Tal allerdings zu einer Schlucht mit steil aufsteigenden Wänden verengt, kann der Fluss seinen Lauf weniger gut ändern. Die Kosten, die die engeren Abschnitte der Schlucht verursachen, können als wesentlich höher angesehen werden. Eine visuelle Darstellung dieses Konzepts finden Sie unten im Abschnitt Weitere Informationen. In dieser Visualisierung stellt der Fluss die kostengünstigste Route dar, und die Konturlinien spiegeln die unterschiedlichen Kostenschwellen wider.
Angemessener Schwellenwert
Der Schwellenwert ist abhängig von den Einheiten der Kostenoberfläche. Am einfachsten ist es, wenn die Kosten in Dollar angegeben werden können. Für einen Wildtierkorridor allerdings lässt sich die Kostenschwelle nur schwer bestimmen, wenn die Kosteneinheiten eine Sache der Präferenz sind. Die Zuordnung eines biologischen Schwellenwerts zu subjektiven und präferenzabhängigen Kosteneinheiten ist schwierig zu rechtfertigen.
In solchen Fällen wird so lange mit unterschiedlichen Schwellenwerten experimentiert, bis die angemessenen Bandbreiten ermittelt sind. Idealerweise wird der festgelegte Schwellenwert durch objektive Messwerte bestimmt.
Inseln im Korridor
Je nach festgelegtem Schwellenwert können im resultierenden Korridor Inseln in Bereichen erzeugt werden, in den es zu Abweichungen kommt und der Korridor nicht zusammenhängend ist, ähnlich wie im Beispiel mit der Stromleitung weiter oben. Die Inselzellen sind mit höheren akkumulativen Kosten verbunden und müssen durch den Korridor umgangen werden.
Mehrere Quellenpositionen
Die Anzahl der eindeutigen Quellen für die Erstellung der Eingabe-Raster mit akkumulativen Kosten kann durchaus höher sein als eins. In das Werkzeug Entfernungsakkumulation können mehrere Quellen eingegeben werden. Je nach Höhe der akkumulativen Kosten zwischen den Quellen und dem angegebenen Schwellenwert können zwischen den Quellen anstelle eines einzelnen Korridors auch mehrere gebildet werden.
Berechnen der Korridore auf Zellenbasis
Das folgende Diagramm zeigt, wie ein Korridor für eine einzelne Zellenposition erstellt wird. Dieser Prozess wird eigentlich für jede Zelle in den Eingabe-Rastern ausgeführt; zu Demonstrationszwecken wird hier aber nur eine Zelle gezeigt.
Damit ein Korridor erstellt werden kann, müssen mit dem Werkzeug Entfernungsakkumulation zwei Raster mit akkumulativen Kosten erzeugt werden: eines von Quelle A und eines von Quelle B ausgehend.
Anschließend werden durch das Werkzeug Korridor zwei akkumulative Kostenoberflächen zusammengefügt.
Im Ausgabe-Raster wird nicht nur eine kostengünstigste Route zwischen den beiden Quellen definiert, sondern der gesamte Bereich der akkumulativen Kosten. Das bedeutet, dass die Summe aus den geringsten akkumulativen Kosten für das Erreichen von Quelle A und den geringsten akkumulativen Kosten für das Erreichen von Quelle B den akkumulativen Gesamtkosten für einen Pfad entspricht, der eine Zelle durchquert. Hierbei handelt es sich um die geringsten akkumulativen Kosten, wenn der Pfad die Zelle zwischen Quelle A und Quelle B durchquert.
Anschließend wird ein Schwellenwert festgelegt, der die Breite des Korridors definiert.
Alle Zellen, deren akkumulative Kosten unter dem angegebenen Schwellenwert liegen, werden aus dem Raster ausgewählt und ergeben einen Korridor. Nach Anwendung des Schwellenwerts kann die resultierende Ausgabe als kostengünstigster Korridor aus Zellen angesehen werden und nicht als kostengünstigste Route (einzelne Linie).
Interpretieren von Korridoren
Die Breite eines Korridors kann auf seiner gesamten Länge beträchtlich variieren. Es handelt sich nicht um einen Puffer mit fester Entfernung um eine kostengünstigste Route. Sie können eine erforderliche Mindestbreite definieren und diese festlegen, wenn sich durch eine Reihe von kostengünstigsten Routen ein akzeptabler Korridor bilden lässt.
Eine andere Vorstellung eines Korridors besteht darin, dass er die Unsicherheit hinsichtlich der Position einer kostengünstigsten Route zeigt. Der 10-Prozent-Korridor um eine bestimmte kostengünstigste Route bietet eine gute visuelle Übersicht über alle Pfade, deren Kosten die kostengünstigste Route um nicht mehr als 10 Prozent überschreiten.
Mit einem Korridor lässt sich zeigen, wo die kostengünstigste Route empfindlich auf Änderungen in ihrer Position reagiert. Im obigen Beispiel mit der Stromleitung liegt der breitere Bereich am oberen Ende des Korridors auf weniger teurem Land, sodass es mehr Möglichkeiten gibt, die Position des Pfades in diesem Bereich zu ändern, ohne dass sich die Kosten wesentlich erhöhen. Im Gegensatz dazu sind im schmalen mittleren Abschnitt des Korridors die alternativen kostengünstigsten Routen räumlich beschränkt, sodass es weniger Möglichkeiten gibt.
Weitere Informationen
Die folgenden Abschnitte enthalten weitere Informationen zum Verbinden von Positionen durch Korridore.
Alternative Werkzeuge zum Definieren des Schwellenwerts für Korridore
Es gibt verschiedene Werkzeuge, mit denen Sie anhand von Bedingungsklauseln einen Schwellenwert zur Definition der Korridorbreite festlegen können. Drei davon werden im Folgenden beschrieben. Es wird ein Schwellenwert für die akkumulativen Kosten von 100 verwendet.
If-Else-Bedingungen (Werkzeug)
Verwenden Sie das Werkzeug If-Else-Bedingungen (aus dem Toolset "Bedingungsfunktionen") mit den folgenden Einstellungen:
- Öffnen Sie das Werkzeug If-Else-Bedingungen.
- Geben Sie die Ausgabe aus dem Werkzeug Korridor im Parameter Eingabe-Bedingungs-Raster an.
- Erstellen Sie im Parameter Ausdruck die Anweisung "Wert < 100".
- Geben Sie für den Parameter Eingabe-Raster oder Eingabe-Wert, wenn Bedingung WAHR den Wert 100 an.
- Lassen Sie den Wert für den Parameter Eingabe-Raster oder Eingabe-Wert, wenn Bedingung FALSCH leer.
- Geben Sie einen Namen für das Ausgabe-Raster an.
- Klicken Sie auf Ausführen.
Nach Attributen extrahieren (Werkzeug)
Nehmen Sie im Werkzeug Nach Attributen extrahieren die folgenden Einstellungen vor:
- Öffnen Sie das Werkzeug Nach Attributen extrahieren.
- Geben Sie die Ausgabe aus dem Werkzeug Korridor als Wert für den Parameter Eingabe-Raster an.
- Erstellen Sie im Parameter WHERE-Klausel die Anweisung "Wert < 100".
- Geben Sie einen Namen für das Ausgabe-Raster an.
- Klicken Sie auf Ausführen.
Test (Werkzeug)
Nehmen Sie im Werkzeug Testen die folgenden Einstellungen vor:
- Öffnen Sie das Werkzeug Testen.
- Geben Sie die Ausgabe aus dem Werkzeug Korridor als Wert für den Parameter Eingabe-Raster an.
- Erstellen Sie im Parameter WHERE-Klausel die Anweisung "Wert < 100".
- Geben Sie einen Namen für das Ausgabe-Raster an.
- Klicken Sie auf Ausführen.
Verstehen der Korridore
Um besser verstehen zu können, warum durch Addition der beiden Entfernungsakkumulations-Raster und Festlegung eines Schwellenwerts ein Korridor entsteht, beginnen wir mit dem einfachsten geometrischen Szenario. Eine gerade Linie stellt die kostengünstigste Route zwischen zwei Punkten in einer Ebene dar. Wenn sich Punkt C auf dieser Linie befindet, dann ist AC + CB = AB. In der Terminologie für Korridore ausgedrückt bedeutet das, dass die Summe der akkumulativen Kosten von C nach A und von C nach B konstant ist und zudem den Minimalwert darstellt (also der Länge der Stecke AB entspricht). Folglich ist eine gerade Linie der 0-Prozent-Korridor zwischen A und B. Es gibt noch eine andere Möglichkeit, kostengünstigste Routen zu erstellen, für die kein Gegenrichtungs-Raster erforderlich ist.
Wenn C von der Linie weg bewegt (also aus der kostengünstigsten Route entfernt) wird, ist AC die neue kostengünstigste Route von C nach A und CB ist die kostengünstigste Route von C nach B. Das Ergebnis lautet: AC + CB > AB. Alle Punkte mit denselben summierten Kosten bilden eine Ellipse um die ursprüngliche kostengünstigste Route. Alle kostengünstigsten Routen, die C mit A und B verbinden, sind im Korridor enthalten. In der Terminologie für Korridore ausgedrückt bedeutet das, dass eine Ellipse der x-Prozent-Korridor um die kostengünstigste Route darstellt. Wie im Beispiel mit der Stromleitung gezeigt, unterscheidet sich am Anfang des Korridors ein kostengünstigster Korridor um eine kostengünstigste Route von einem Puffer mit fester Breite um diese Route.
Diese Tatsachen gelten ebenso für allgemeinere kostengünstigste Routen . Der 0-Prozent-Korridor entspricht der kostengünstigsten Route, und Korridore mit größeren Schwellenwerten bilden Konturlinien, die alle Zellen und alle Pfade in diesem Korridor enthalten.
Wenn die Bewegungsrichtung für Ihre Analyse der kostengünstigsten Route unerheblich ist, können Sie mithilfe von Korridoren die Unsicherheit der kostengünstigsten Route oder aller Positionen visualisieren, an denen sich alternative, ungerichtete Pfade befinden könnten, die innerhalb eines akzeptablen Kostenschwellenwerts um die kostengünstigste Route liegen.
Visualisieren von Korridoren
Aus der Darstellung von Korridoren in 3D können Sie Erkenntnisse und neue Perspektiven ableiten. Die kostengünstigste Route ist somit der relativ ebene Grund einer Schlucht, die aus den summierten Eingabeoberflächen für akkumulative Kosten konstruiert wird, und die verschiedenen x-Prozent-Korridore bilden die Konturlinien an den Wänden der Schlucht. Man muss sich von jedem Punkt einer Schluchtwand aus bergab begeben, um zu einer Quelle zu gelangen; das bedeutet, dass man unterhalb der Konturlinie bleiben muss, die den Bereich innerhalb des Prozent-Korridors angibt.
Die breiteren Abschnitte des Korridors aus dem Beispiel mit der Stromleitung befinden sich in dem breiteren, flacheren Becken in der Abbildung oben. Wenn die Bereitschaft besteht, höhere akkumulative Kosten aufzuwenden, kann der Schwellenwert erhöht werden. Die breiteren Becken bieten mehr Möglichkeiten für die Routenführung, da die Breite des Korridors deutlich zunimmt. Die Wände der Schlucht stellen die Bereiche dar, in denen diese Investition weniger erfolgreich sein wird.