Entfernungsanalyse

Mit der Spatial Analyst-Lizenz verfügbar.

Die Entfernungsanalyse ist für die meisten GIS-Anwendungen grundlegend. In der einfachsten Form ist Entfernung ein Maß dafür, wie weit zwei Dinge voneinander entfernt sind. Eine gerade Linie ist das kürzeste mögliche Maß der Entfernung zwischen zwei Positionen. Möglicherweise sind jedoch noch weitere Faktoren zu berücksichtigen: Beispielsweise kann eine Barriere im Weg sein, die Sie umgehen müssen. Dadurch vergrößert sich die Gesamtentfernung von einer Position zur anderen. Eine weitere Überlegung ist die Textur der Oberfläche, die die tatsächlich zurückgelegte Entfernung verlängern kann, wenn sich das Terrain von einer ebenen Fläche in ein unwegsames Terrain ändert. Es kann viele weitere Faktoren geben, die den erforderlichen Aufwand beeinflussen, um von einem Startpunkt zu einem Endpunkt zu gelangen. Dazu gehören die Steilheit des Terrains, die Bewegungsrichtung zum Wind, die Art der Beförderung und die Typen von Landbedeckung, die durchquert werden. Zudem gibt es einen Unterschied bei der Entfernungsmessung, wenn die Berechnungen mit einer planaren oder einer geodätischen Methode vorgenommen werden.

Analysieren unterschiedlicher Wege zu einem Ziel

Die Erweiterung Spatial Analyst bietet Werkzeuge, mit denen Sie für eine Reihe von Szenarien die Entfernung berechnen können. Die Werkzeuge verfügen über verschiedene Parameter, die Sie verwenden können, um unterschiedliche Modifikatoren auf den Vorgang anzuwenden. Als Ergebnis generieren Sie eine genauere Ausgabe, die Sie für bessere analytische Entscheidungen nutzen können.

Die Entfernungsanalyse kann in zwei Hauptaufgaben unterteilt werden:

  • Berechnen der Entfernung zur nächsten oder zur günstigsten Quelle.
  • Verbinden einer Reihe von Positionen mit optimalen Pfaden über eine Entfernungsoberfläche.

Berechnen der Entfernung

Bei der Berechnung der Entfernung gilt es zwei Aspekte zu berücksichtigen:

  • Bestimmen der Entfernung.
  • Nach der Entfernungsbestimmung definieren, wie diese Entfernung zurückgelegt wird.

Bestimmen der Entfernung

Die Bestimmung, wie weit etwas von etwas anderem entfernt ist, stellt das Grundelement der Entfernungsberechnung dar. Es ist die geradlinige oder euklidische Entfernung zwischen zwei Punkten. Weitere Informationen finden Sie unter Berechnen der geradlinigen Entfernung.

Karte der geradlinigen Entfernung, berechnet von vier Punkten
Die geradlinige Entfernung wird von jeder Zelle zum nächstgelegenen elektrischen Umspannwerk (violette Punkte) berechnet. Die Entfernung wird in linearen Einheiten gemessen.

Es gibt jedoch weitere Faktoren, die die Berechnung der geradlinigen Entfernung ändern können. Dazu gehören Barrieren und die Oberflächenentfernung.

Eine Barriere, wie ein Fluss, ein Kliff, eine Autobahn oder ein Gebäude, ist etwas, das Sie daran hindert, sich direkt von einer Position zu einer anderen zu bewegen. Da das Umgehen der Barriere eine Verlängerung der Route bedeutet, sollten Sie die kürzeste mögliche Entfernung ermitteln. Anwendungsfälle und weitere Informationen finden Sie unter Berücksichtigen von Barrieren bei der Berechnung von Entfernungen.

Die Oberflächenentfernung ist die tatsächliche Entfernung auf dem Boden, die beim Bewegen über die Landschaft zurückgelegt werden muss. Verglichen mit der geradlinigen Entfernung ist die Oberflächenentfernung länger, da Unebenheiten der eigentlichen Bodenoberfläche berücksichtigt werden. Anwendungsfälle und weitere Informationen finden Sie unter Berücksichtigen der Oberfläche bei der Berechnung von Entfernungen.

Von einem Reisenden zurückgelegte Entfernung

Wie die Entfernung von einem Reisenden zurückgelegt wird, ist häufig die relevante Interaktion. Es gibt immer einen implizierten "Reisenden". Dies kann ein lebendiges Wesen wie eine Person oder ein Tier sein. In einer abstrakten Form kann es ein unbelebtes Objekt, wie eine Pipeline oder eine Straße, sein. Beim Bau der Pipeline oder Straße können also verschiedene Landschafts-Features in jeder Zelle vorkommen, beispielsweise flache oder steile Neigungen, Wälder und Feuchtgebiete. Beim Berechnen der einfachen geradlinigen Entfernung können Sie sich den Reisenden als Vogel oder Flugzeug vorstellen, der bzw. das bei Windstille nah über dem Boden fliegt und von den Bedingungen auf der Oberfläche nicht betroffen ist.

Es gibt verschiedene Faktoren, die beeinflussen, wie die Entfernung zurückgelegt wird. Jeder wirkt sich auf die Geschwindigkeit aus, mit der Entfernungen bewältigt werden. Die folgenden Faktoren können verwendet werden, um die Geschwindigkeit zu steuern, mit der eine Entfernung zurückgelegt wird:

  • Kostenoberfläche
  • Merkmale des Reisenden von der Quelle
  • Vertikaler Faktor
  • Horizontaler Faktor

Kostenoberfläche

Für jede Zelle kennzeichnet eine Kostenoberfläche, wie die Features an der Position die Bewegung durch die Zelle beeinflussen. Dies sind die Kosten für die Bewegung durch die Position. Je geringer die definierten Kosten für eine Zelle sind, desto einfacher ist die Bewegung. Ein Wanderer kann sich beispielsweise schnell und einfach über ein offenes Feld bewegen. Schlammiger Boden in einem dichten Wald verlangsamt ihn jedoch, er verbraucht mehr Energie, und das Durchqueren der einzelnen Entfernungseinheiten dauert länger. Anwendungsfälle und weitere Informationen dazu, wie die Kostenoberfläche das Zurücklegen von Entfernungen beeinflusst, finden Sie unter Anpassen der zurückgelegten Entfernung unter Verwendung einer Kostenoberfläche.

Karte der akkumulativen Kostenentfernung, berechnet von vier Punkten
Die akkumulative Kostenentfernung wird von jeder Zelle zum günstigsten elektrischen Umspannwerk (violette Punkte) über eine Kostenoberfläche berechnet.

Die Entfernung wird als Kostenrate gemessen. Aufgrund der Kostenoberfläche führen die Kostenentfernungen nicht gleichmäßig strahlenförmig von den einzelnen Quellen weg, wie es im Ergebnis der geradlinigen Entfernung der Fall ist.

Merkmale des Reisenden von der Quelle

Mit den Merkmalen des Reisenden kann geändert werden, wie eine Entfernung zurückgelegt wird. Die folgenden Merkmale des Reisenden ändern, wie eine Entfernung zurückgelegt wird:

  • Reisemodus: Er wird als Multiplikator angewendet und kann das Transportmittel definieren. Er kann z. B. erfassen, ob die Route zu Fuß oder in einem Geländewagen zurückgelegt wird. Zudem kann er die Anzahl von Reisenden berücksichtigen. In beiden Fällen ändert der Modus, wie schnell Entfernungen zurückgelegt werden können.
  • Startkosten: Sie können z. B. verwendet werden, um die Zeit für die Vorbereitung des Geländewagens zu erfassen.
  • Maximale Kapazität: Damit können z. B. die Entfernung oder die Kosten ermittelt werden, bevor dem Geländewagen der Treibstoff ausgeht.
  • Reiserichtung: Damit kann z. B. erfasst werden, ob sich Wild auf einen Wasserlauf zubewegt oder davon entfernt.

Anwendungsfälle und weitere Informationen dazu, wie die Merkmale des Reisenden das Zurücklegen von Entfernungen beeinflussen, finden Sie unter Anpassen der zurückgelegten Entfernung unter Verwendung von Quelleneigenschaften.

Vertikaler Faktor

Verwenden Sie den Parameter Vertikaler Faktor, um den Aufwand zu berücksichtigen, den der Reisende zum Überwinden von Neigungen aufwenden muss. Wenn sich der Reisende direkt bergauf bewegt, muss er sich mehr anstrengen, und er wird langsamer. Im Ergebnis dauert es länger, eine bestimmte Entfernung zurückzulegen. Es kann einfacher sein, die gleiche Entfernung bergab zu überwinden, und schräg über eine Neigung zu gehen, liegt dazwischen. Die im vorherigen Abschnitt beschriebenen Merkmale der Reiserichtung zusammen mit dem vertikalen Faktor beeinflussen, wie Neigungen überwunden werden. Die Bewegung weg von einer Quelle oder auf sie zu kann zu unterschiedlichen Ergebnissen führen.

Zur Verdeutlichung des Unterschieds zwischen der oben beschriebenen Oberflächenentfernung und dem vertikalen Faktor: Der vertikale Faktor ändert basierend auf dem Aufwand zur Überwindung von Neigungen, wie die Entfernung zurückgelegt wird. Die Oberflächenentfernung gleicht dagegen basierend auf den Unebenheiten der Oberfläche die tatsächlich zurückgelegte Entfernung aus. Anwendungsfälle und weitere Informationen finden Sie unter Ausgleichen der zurückgelegten Entfernung unter Verwendung eines vertikalen Faktors.

Horizontaler Faktor

Verwenden Sie den Parameter Horizontaler Faktor, um die Auswirkungen auf die Entfernung zu berücksichtigen, wenn der Reisende horizontalen Einflüssen wie Wind oder Meeresströmungen ausgesetzt ist. Wenn die Route z. B. in einem Boot mit dem Wind oder der Strömung zurückgelegt wird, werden Entfernungen schneller überwunden. Bei einer Bewegung gegen den Wind oder die Strömung dauert das Zurücklegen der Entfernung jedoch länger. Bewegt sich das Boot schräg zum Wind oder zur Strömung, kann der Einfluss minimal sein. Der horizontale Faktor wird beispielsweise beim Zurücklegen einer Strecke von Westen nach Osten im Flugzeug von Los Angeles nach New York City im Vergleich zur umgekehrten Richtung offenkundig. Aufgrund des Einflusses der vorherrschenden Windrichtung ist der Flug von Westen nach Osten schneller. Das Flugzeug kann eine größere Entfernung mit höherer Geschwindigkeit zurücklegen. Anwendungsfälle und weitere Informationen finden Sie unter Ausgleichen der zurückgelegten Entfernung unter Verwendung eines horizontalen Faktors.

Planare und geodätische Methoden beeinflussen Entfernungsberechnungen

Die Entfernung kann davon abhängen, ob Sie sie in einem planaren oder geodätischen Raumbezugssystem berechnen. Wenn Sie mit einer planaren Methode rechnen, kann die Entfernung davon abhängen, wie weit die Entfernungsberechnungen gemessen werden, wo auf der Welt die Berechnungen durchgeführt werden und welche Projektion angegeben wurde. Entfernungsberechnungen mit einer geodätischen Methode führen immer zur echten Entfernung am Boden, unabhängig von Ihrem Standort oder der Entfernung der Positionen voneinander. Weitere Informationen finden Sie unter Geodätische im Vergleich zu planarer Entfernung.

Analytische Sequenz mit Entfernungsakkumulation

Das Werkzeug Entfernungsakkumulation integriert Anpassungen der geradlinigen Entfernungsberechnungen und definiert die Geschwindigkeit, mit der die Entfernung zurückgelegt wird, über eine Reihe von Änderungsparameter. Sie arbeiten sich sequenziell durch die Parameter im Werkzeug und füllen die für Ihre Analyse relevanten aus. Über die Reihe von Änderungsparametern können Sie die meisten Szenarien für die Berechnung der Entfernung und die Ermittlung der Geschwindigkeit zum Zurücklegen der Entfernung erfassen. Diese möglichen Änderungen sind im Folgenden beschrieben.

Berechnen der Entfernung

Identifizieren Sie für den Parameter Eingabe-Raster oder Feature-Quellen-Daten die Positionen, von denen die Entfernung ermittelt wird.

Zum Ausgleichen der geradlinigen Entfernung, um ein Hindernis oder eine Barriere zu berücksichtigen, identifizieren Sie sie im Parameter Eingabe-Barriere-Raster- oder -Feature-Daten.

Zum Ausgleichen der geradlinigen Entfernung, um die zurückgelegte tatsächliche Oberflächenentfernung zu berücksichtigen, geben Sie im Parameter Eingabe-Oberflächen-Raster eine Höhenoberfläche an

Definieren der Geschwindigkeit, mit der die Entfernung zurückgelegt wird

Um einen Reisenden zu simulieren, der sich durch die Landschaft bewegt, identifizieren Sie, womit der Reisende in Berührung kommt. Geben Sie im Parameter Eingabe-Kosten-Raster eine Kostenoberfläche an.

Erweitern Sie zum Definieren von eindeutigen Aspekten des Reisenden die Kategorie Eigenschaften der Quellen, um die verfügbaren Optionen anzuzeigen.

  • Um die Anfangsentfernung oder die Kosten, die vor der Bewegung anfallen, festzulegen, verwenden Sie den Parameter Initiale Akkumulation.
  • Um ein Limit für die mögliche Entfernung oder die möglichen Kosten festzulegen, verwenden Sie den Parameter Maximale Akkumulation.
  • Um einen Transportmodus festzulegen, der die Geschwindigkeit für das Zurücklegen der Entfernung ändert, geben Sie im Parameter Multiplikator zum Anwenden auf Kosten einen Multiplikator an.
  • Um die Richtung der Bewegung des Reisenden festzulegen (von der Quelle weg oder zur Quelle), geben Sie im Parameter Reiserichtung die Richtung an.

Um den Aufwand für das Überwinden von Neigungen auf der Route zu berücksichtigen, erweitern Sie den Parameter Kosten im Verhältnis zur vertikalen Bewegung, geben Sie für Eingabe für vertikalen Faktor eine Höhenoberfläche an, und geben Sie einen vertikaler Faktor an.

Um horizontale Einflüsse wie Wind oder Strömungen auf der Route zu berücksichtigen, erweitern Sie den Parameter Kosten im Verhältnis zur horizontalen Bewegung, geben Sie für Eingabe für horizontalen Faktor ein Raster an, und geben Sie einen horizontalen Faktor an.

Definieren des Oberflächenmodells

Um die tatsächliche elliptische Form der Erde zu berücksichtigen, legen Sie den Parameter Entfernungsmethode auf Geodätisch fest. Die Berechnungen für die Standardmethode Planar (flache Erde) werden in einem kartesischen 2D-Koordinatensystem auf einer projizierten Ebene durchgeführt. Für die Einstellung Geodätisch werden die Berechnungen in einem kartesischen 3D-Koordinatensystem durchgeführt. Dieses erzeugt ein genaueres Ergebnis, kann aber die Dauer der Verarbeitung verlängern.

Entfernungsallokation (Werkzeug)

Das Werkzeug Entfernungsakkumulation gibt ein Entfernungsakkumulations-Raster und optional Gegenrichtungs-, Quellenrichtungs- und Quellenpositions-Raster aus. Das Werkzeug Entfernungsallokation umfasst die gleichen Parameter und kann die gleichen Ausgabe-Raster erstellen wie das Werkzeug Entfernungsakkumulation, es gibt jedoch zudem ein Entfernungsallokations-Raster aus.

Mit dem Entfernungsakkumulations-Raster wird die akkumulative Entfernung zur nächstgelegenen oder kostengünstigsten Quelle berechnet. Das Gegenrichtungs-Raster gibt die Richtung von den einzelnen Zellen zurück zur nächstgelegenen oder kostengünstigsten Quelle an. Mit dem Quellenrichtungs-Raster wird die Richtung zur nächstgelegenen oder kostengünstigsten Quelle ermittelt. Mit dem Quellenpositions-Raster werden die Zeile und die Spalte der nächstgelegenen oder kostengünstigsten Quelle ermittelt. Für jede Zelle identifiziert das Entfernungsallokations-Raster die nächstgelegene oder die kostengünstigste erreichbare Quelle.

Kostenentfernungswerkzeuge der Vorversion

Vor ArcGIS Pro 2.5 musste eine Reihe von Werkzeugen eingesetzt werden, um die verschiedenen Entfernungsmodifikatoren zu erfassen, da die Entfernung auf eine andere Art berechnet wurde. Die euklidische oder geradlinige Entfernung wurde direkt zwischen dem Mittelpunkt der Zielzelle und dem der Quellzelle berechnet. Die Kostenentfernungsanalyse erforderte getrennte Werkzeuge, da die Kostenentfernung die Netzwerkentfernung an einer Sequenz von Kanten misst, die zwischen benachbarten Zellen konstruiert wurden. Die Werkzeuge Entfernungsakkumulation und Entfernungsallokation können die geradlinige Entfernung und die Kostenentfernung sowie deren Variationen berechnen. Weitere Informationen zum zugrunde liegenden Algorithmus und zur Berechnung der geradlinigen Entfernung und der Kostenentfernung in einem Werkzeug finden Sie unter Funktionsweise von "Entfernungsakkumulation".

Verbinden von Positionen über eine Entfernungsoberfläche

Es ist zwar nützlich, die Entfernung zu etwas zu kennen, Sie könnten aber auch daran interessiert sein, wie eine Reihe von Positionen entweder durch die kürzesten Pfade oder möglichst kostengünstige Pfade am besten verbunden werden kann. Es gibt drei Hauptszenarien für das Verbinden von Positionen:

  • Sie haben eine Reihe von Positionen, die Sie verbinden möchten. Ein Netzwerk von Pfaden soll sie auf optimale Weise verbinden: mit dem kürzesten oder dem kostengünstigsten Pfad.
  • Bestimmte Positionen sollen über optimale Pfade mit bestimmten anderen Positionen verbunden werden.
  • Bestimmte Positionen sollen über einen optimalen Korridor mit bestimmten anderen Positionen verbunden werden.

Verbinden einer Reihe von Positionen unter Verwendung von optimalen Verbindungen

Verwenden Sie das Werkzeug Optimale Regionsverbindungen, um eine Reihe von Positionen oder Regionen über das kürzeste oder das kostengünstigste Netzwerk von Pfaden zu verbinden. Bei diesem Werkzeug ist es unerheblich, welche Regionen miteinander verbunden werden. Sie sollen auf die kürzeste oder kostengünstigste Weise verbunden werden, die möglich ist. Dazu geben Sie die Positionen oder Regionen, die verbunden werden sollen, und optional eine Kostenoberfläche an. Im resultierenden Netzwerk von Pfaden können Sie jede Position von einer beliebigen anderen Position erreichen. Manchmal müssen Sie jedoch eine Position durchqueren, um eine entfernte Position zu erreichen.

Vier Punkte, die über die kostengünstigsten Pfade verbunden sind
Die vier elektrischen Umspannwerke (violette Punkte) sind durch Stromleitungen verbunden, die die kostengünstigsten Pfade zwischen den Umspannwerken nutzen (blaue Linien).

Anwendungsfälle und weitere Informationen finden Sie unter Verbinden von Regionen durch das optimale Netzwerk.

Verbinden bestimmter Positionen durch Pfade

In diesem Szenario verbinden Sie bestimmte Positionen mit bestimmten anderen Positionen. Dies erfolgt in zwei Schritten. Zuerst führen Sie das Werkzeug Entfernungsakkumulation mit den Positionen aus, die Sie mit bestimmten anderen Positionen verbinden möchten. Sie müssen mit dem Werkzeug zwei Ausgaben generieren: ein Entfernungsakkumulations-Raster und ein Gegenrichtungs-Raster. Im zweiten Schritt verwenden Sie die beiden gerade erstellten Raster sowie die anderen bestimmten Positionen, die Sie verbinden möchten, als Eingaben für das Werkzeug Optimaler Pfad als Linie oder das Werkzeug Optimaler Pfad als Raster. Die Werkzeuge verfolgen unter Verwendung des Gegenrichtungs-Rasters einen Pfad von den anderen angegebenen Positionen zurück zu den Ausgangspositionen. Der Unterschied zwischen den beiden Werkzeugen ist, dass das eine die resultierenden optimalen Pfade als Linien-Feature zurückgibt, und das andere gibt sie als Raster zurück.

Anwendungsfälle und weitere Informationen finden Sie unter Verbinden von Positionen durch optimale Pfade.

Verbinden bestimmter Positionen durch einen Korridor

Dieses Szenario ähnelt dem Pfadszenario, bei dem Sie bestimmte Positionen mit bestimmten anderen Positionen verbinden möchten. Statt die Positionen jedoch mit linearen Pfaden zu verbinden, wird in diesem Szenario ein Korridor verwendet. Die Breite des Korridors an einem beliebigen Punkt basiert auf Kosten. Es ist kein einfacher euklidischer Puffer um die Verbindungspfade. Führen Sie zum Erstellen des Korridors zuerst Entfernungsakkumulation für die Ausgangspositionen aus. Führen Sie dann das Werkzeug für die anderen angegebenen Positionen aus, mit denen Sie die Verbindung herstellen möchten. Verwenden Sie als Nächstes die beiden resultierenden Entfernungs-Raster als Eingabe für das Werkzeug Korridor. Verwenden Sie ein konditionales Spatial Analyst-Werkzeug wie If-Else-Bedingungen, um auf das resultierende Raster von Korridor einen Schwellenwert anzuwenden, mit dem Sie die Breite des Korridors definieren können.

Anwendungsfälle und weitere Informationen finden Sie unter Verbinden von Positionen durch Korridore.

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