Анализ расстояний

Доступно с лицензией Spatial Analyst.

Анализ расстояния - основа для множества ГИС-приложений. В самой простой форме - расстояние - измерение того, насколько далеко один объект отстает до другого. Прямая линия - кратчайшее возможное измеренное расстояния между двумя местоположениями. Тем не менее есть множество вещей, которые должны быть учтены. Например, если на пути встречается барьер, его необходимо обойти, что увеличивает общее расстояние от одного местоположения до другого. Другой фактор - текстура поверхности, которая может увеличить фактическое расстояние, если рельеф поверхности меняется с плоского на гористый. Есть также множество других факторов, влияющих на усилия, необходимые для перехода от одной точки к другой. Некоторые из этих факторов включают в себя крутизну местности, наличие попутного или встречного ветра, способ передвижения и типы пересекаемой местности. Так же есть существенная разница в измерении расстояния плоскостным, либо геодезическим методом.

Дополнительный модуль Spatial Analyst предлагает инструменты, которые можно использовать для вычисления расстояния во множестве сценариев. В инструментах есть разнообразные параметры, которые вы можете использовать, чтобы добавить модификаторы к операциям. В результате вы получите более точный выходной набор данных, которые поможет вам принять лучшие решения.

Анализ расстояния можно разделить на две основные задачи:

• Вычисление расстояния до ближайшего источника или источника наименьшей стоимости.
• Соединение набора местоположений оптимальными путями по поверхности стоимости.

Вычисление расстояния

При вычислении расстояния необходимо учитывать два аспекта.

• Определение, насколько далеко что-то находится.
• После определения расстояния вычислить, каким образом это расстояние будет пройдено путешественником.

Определение, насколько далеко что-то находится

Определение, насколько далеко один объект находится от другого - основная задача вычисления расстояния. Это расстояние по прямой, или Евклидово расстояние между двумя точками. Дополнительную информацию см. в разделе Вычисление расстояния по прямой.

Расстояние по прямой, вычисленное из каждой ячейки до ближайшей трансформаторной подстанции (фиолетовые точки). Расстояние измеряется в линейных единицах.

Но существуют другие факторы, которые могут менять расстояние по прямой, при добавлении в вычисление барьеров или расстояния по поверхности.

Барьер - например, река, обрыв, шоссе или здание - то, что мешает вам пройти по прямой от одного местоположения к другому. Так как обход вокруг барьера означает, что вам придется преодолеть большее расстояние, вы хотите узнать самый короткий возможный путь. Примеры использования и дополнительную информацию см. в разделе Учет барьеров в вычислениях расстояний.

Расстояние по поверхности - это фактическое расстояние, которое преодолевает путешественник, перемещаясь по ландшафту. В сравнении с расстоянием по прямой - расстояние по поверхности может быть дальше, так как необходимо учитывать подъемы и спуски согласно рельефу поверхности. Примеры использования и дополнительную информацию см. в разделе Учет поверхности в вычислениях расстояний.

Расстояние, пройденное путешественником

Часто важно выяснить, как именно расстояние проходится путешественником. В любом случае речь идет о путешественнике. Это может быть живое существо, человек или животное. Это может быть неодушевленный объект, вода в трубе или машина на дороге. То есть при строительстве трубопровода или дороги в каждой ячейке нужно проходить через различные особенности ландшафта, такие как плоские и крутые склоны, леса и болота. При расчете основного расстояния по прямой путешественника можно представить как птицу или самолет, летящий прямо над землей в неподвижном воздухе, не подверженном влиянию условий на поверхности.

Есть множество факторов, влияющих на то, как путешественник проходит расстояние. Каждый из них влияет на цену, затрачиваемую на прохождения расстояния. Следующие факторы определяют цену, затрачиваемую на прохождение расстояния:

• Поверхность стоимости
• Характеристики путешественника от источника.
• Вертикальный фактор
• Горизонтальный фактор

Поверхность стоимости

Для каждой ячейки в поверхности стоимости определяется, как объект в местоположении движется через ячейку. Это стоимость прохождения через местоположение для путешественника. Чем меньше стоимость для ячейки, тем легче передвижение. Например, путешественник может легко и быстро передвигаться по открытому полю, но грязная земля в густом лесу замедляет его движение, заставляя расходовать больше энергии, и на каждую единицу расстояния уходит больше времени. Примеры использования и дополнительную информацию о том, как поверхность стоимости влияет на прохождение расстояния см. в разделе Корректировка пройденного расстояния с использованием горизонтального фактора.

Расстояние с накоплением стоимости, вычисленное из каждой ячейки до ближайшей трансформаторной подстанции (фиолетовые точки) по поверхности стоимости.

Расстояние измеряется по затраченной стоимости. Так как учитывается поверхность стоимости, стоимостные расстояния не одинаковы от каждого источника, как это происходит в результате расстояния по прямой.

Характеристики путешественника от источника.

Характеристики путешественника оказывают влияние на прохождение расстояния. Следующие характеристики путешественника могут оказывать влияние на прохождение расстояния.

• Режим передвижения - применяется как множитель и может задавать значение транспорта. Например, это может отражать, перемещается ли путешественник пешком или с помощью внедорожника. Также здесь может учитываться число путешественников. В обоих случаях режим передвижения влияет на прохождение расстояния.
• Стартовая стоимость - может использоваться, например, для учета времени на подготовку внедорожника.
• Максимальная емкость - может идентифицировать, например, расстояние или стоимость до того, как закончится топливо.
• Направление движения - может учитывать, например, движутся ли стада оленей к водопою или в другую сторону.

Примеры использования и дополнительную информацию о том, как характеристики путешественника влияют на прохождение расстояния см. в разделе Корректировка пройденного расстояния с использованием характеристик источника.

Вертикальный фактор

Используйте параметр Вертикальный фактор для учета усилий, прикладываемых путешественником для преодоления подъемов и спусков при прохождении расстояния. Прохождение склонов по прямой может потребовать больше усилий и замедлить путешественника. То есть на прохождение конкретного расстояния потребуется больше времени. Возможно, двигаться вниз по склону и вокруг холма, для преодоления того же расстояния, будет быстрее. Характеристики путешественника, описанные в предыдущих разделах, в сочетании с вертикальным фактором, могут влиять на прохождение склонов. Движение от или к источнику может привести к разному результату.

Различие между расстоянием по поверхности, описанным выше, и вертикальным фактором, состоит в том, что вертикальный фактор изменяет прохождение расстояние на основе усилий, затрачиваемых для преодоления склонов, а расстояние по поверхности корректируется для расчета фактического пройденного расстояния на основе неровности поверхности. Дополнительные сведения см. в разделе Корректировка пройденного расстояния с использованием вертикального фактора.

Горизонтальный фактор

Используйте параметр Горизонтальный фактор для влияния на прохождение расстояния путешественником таких воздействий, как ветер или океанские течения. Например, если путешественник - судно, и оно двигается по ветру или по течению, расстояние будет пройдено быстрее. При этом движение против ветра или течения потребует больше времени для преодоления того же расстояния. Если ветер или течение воздействуют на судно под углом, эффект может быть не очень выраженным. Например, горизонтальный фактор очевиден при путешествии в самолете с запада на восток, из Лос-Анджелеса в Нью-Йорк, по сравнению с полетом в обратную сторону. Полет с запада на восток занимает меньше времени из-за влияния преобладающего ветра — и самолет может покрыть большее расстояние, и с большей скоростью. Дополнительные сведения см. в разделе Корректировка пройденного расстояния с использованием горизонтального фактора.

Геодезическое и плоскостное расстояние влияет на вычисление.

Полученное расстояние очень сильно зависит от того, пользовались ли вы при вычислении геодезическим и плоскостным методом. Если вы вычисляете плоскостным методом, расстояние сильно зависит от того, насколько далеко выполняются измерения, от мирового масштаба и от используемой проекции. Вычисление расстояния в геодезическом методе всегда выдает истинное расстояние по земной поверхности, независимо местонахождения в мире, и от того, как далеко друг от друга находятся местоположения. Дополнительную информацию см. в разделе Геодезическое и плоскостное расстояние.

Аналитическая последовательность накопления расстояния

Инструмент Накопление расстояния корректирует измерение расстояния по прямой и задает цену прохождения единицы расстояния через набор модификаторов. Вы последовательно заполняете параметры инструмента, указывая опции, нужные для вашего анализа. Через серию модификаторов вы можете влиять на разнообразные параметры для вычисления расстояния и определять цену, затрачиваемую на прохождение расстояния. Эти модификаторы описаны ниже.

Вычисление расстояния

Укажите местоположение, от которого начинается расчет расстояния в параметре Входные растровые или векторные данные источника.

Для корректировки вычисления расстояния по прямой, в случае наличия преграды или барьера, укажите его в параметре Входные растровые или векторные данные барьеров.

Для корректировки вычисления расстояния по прямой, чтобы учесть фактическое расстояние которое путешественник должен пройти, укажите поверхность высот для параметра Входной растр поверхности.

Определение цены прохождения расстояния

Чтобы имитировать путешественника, идущего по ландшафту, определите, что он должен преодолеть. Укажите поверхность стоимости для параметра Входной растр стоимости.

Для определения уникальных аспектов путешественника, разверните категорию Характеристики источника и посмотрите список доступных опций.

• Чтобы установить начальное расстояние, или стоимость, потраченную до начала движения, укажите параметр Начальное накопление.
• Чтобы ограничить объем расстояния, или затраченную стоимость, укажите параметр Максимальное накопление.
• Чтобы указать режим передвижения, которые может влиять на цену прохождения расстояния, укажите множитель в параметре Множитель для применения к стоимости.
• Чтобы установить направление движения путешественника от источника или к нему, укажите направление в параметре Направление движения.

Чтобы учесть усилия, затраченные для преодоления уклонов, разверните параметр Стоимость относительно вертикального перемещения, выберите поверхность высот в опции Входной вертикальный фактор и задайте вертикальный фактор.

Чтобы учесть горизонтальное влияние, оказываемое на перемещение, например, ветер или течение, разверните параметр Стоимость относительно горизонтального перемещения, выберите растр в опции Входной горизонтальный фактор и задайте горизонтальный фактор.

Определение модели поверхности

Чтобы учесть актуальную форму земной поверхности, то есть эллипсоид, установите в параметре Метод расстояния - Геодезический. Вычисления по умолчанию Плоскостным методом не учитывают кривизну земной поверхности и выполняются на проецированной плоскости при использовании декартовой системы координат 2D. Для Геодезического метода все вычисления выполняются в декартовой системе координат 3D, которая выдает более точные результаты, но увеличивает время обработки.

Инструмент Распределение по расстоянию

Инструмент Накопление расстояния создает результирующие растры накопленного расстояния и, дополнительно, обратного направления, направления источника и местоположения источников. Инструмент Распределение по расстоянию использует те же параметры и создает те же выходные растры, что и инструмент Накопление расстояния, но также создает выходной растр распределения по расстоянию.

Растр накопления расстояния вычисляет накопленное расстояние к ближайшему источнику, или источнику наименьшей стоимости. Растр обратного направления показывает направление перемещения из каждой ячейки до ближайшего источника, или источника наименьшей стоимости. Исходный растр направления определяет направление к ближайшему источнику или источнику наименьшей стоимости. Исходный растр местоположений определяет строку и столбец ближайшего источника или источника наименьшей стоимости. Для каждой ячейки растр распределения по расстоянию идентифицирует ближайший источник или источник с наименьшей стоимостью.

Устаревшие инструменты стоимостного расстояния

До версии ArcGIS Pro 2.5 было необходимо использовать несколько инструментов расстояния для учета разных факторов влияющих на прохождение и вычисление расстояния. Евклидово, или расстояния по прямой рассчитывалось напрямую между центрами целевой и исходной ячеек. Анализ стоимостного расстояния требовал отдельных инструментов, так как стоимость измерялась по сети вдоль последовательности ребер смежных ячеек. Инструменты Накопление расстояния и Распределение по расстоянию могут вычислить и стоимостное расстояние и расстояние по прямой, с различными вариациями. Дополнительную информацию об используемом алгоритме, и о том, как рассчитывается расстояние по прямой и стоимостное расстояние в едином инструменте, см. раздел Как работает инструмент накопления расстояния.

Соединение местоположений по поверхности стоимости.

Хотя бывает важно знать, как далеко что-то находится, вы также можете захотеть узнать наилучший способ соединить ряд местоположений либо кратчайшими путями, либо путями с наименьшими возможными затратами. Есть три основных сценария для соединения местоположений:

• У вас есть серия местоположений, которые вы хотите соединить. Вы хотите получить сеть оптимальных путей для их соединения - кратчайших, или наименьшей стоимости.
• У вас есть конкретные местоположения, которые должны быть соединены с другими - оптимальными путями.
• У вас есть конкретные местоположения, которые должны быть соединены с другими - оптимальным коридором.

Соединение местоположений оптимальными способами

Используйте инструмент Оптимальные соединения регионов для соединения ряда местоположений или регионов с помощью сети кратчайших путей или путей наименьшей стоимости. Для этого инструмента не важно, какой конкретно регион соединен с каким. Вы хотите, чтобы они были соединены кратчайшими путями, или путями наименьшей стоимости. Для этого укажите местоположения или регионы для соединения, и, дополнительно, поверхность стоимости. В результирующей сети путей вы можете достичь любого местоположения из другого местоположения, хотя, возможно, путь будет пролегать через какое-либо третье местоположение.

Четыре трансформаторные подстанции (фиолетовые точки), соединенные линиями электропередач, идущими по путям наименьшей стоимости (голубые линии).

Примеры использования и дополнительную информацию см. в разделе Соединение регионов оптимальной сетью.

Соединение определенных местоположений путями

В этом сценарии вы хотите соединить определенные местоположения с другими определенными местоположениями. Процедура состоит из двух шагов. Сначала вы запускаете инструмент Накопление расстояния, используя конкретные местоположения, которые вы хотите соединить с другими конкретными местоположениями. Вам необходимо создать два результирующих растра - растр расстояния и растр обратного направления. В следующем шаге используйте эти два созданных растра вместе с местоположениями, которые вы хотите соединить, как входные данные в инструментах Оптимальный путь как линия или Оптимальный путь как растр. Инструмент выполнит трассировку по пути от заданных местоположений к исходным местоположениям с помощью растра обратного направления. Разница в этих инструментах в том, что один возвращает оптимальные пути в виде линейных объектов, а другой - в виде растра.

Примеры использования и дополнительную информацию см. в разделе Соединение местоположений оптимальными путями.

Соединение определенных местоположений коридором

Этот сценарий напоминает тот, в котором вы хотите соединить определенные местоположения с другими определенными местоположениями. Но вместо соединения местоположений линейными путями, в этом сценарии они соединяются коридором. Ширина коридора в любой точке определяется стоимостью. Это не совсем Евклидов буфер вокруг путей соединения. Чтобы создать коридор, запустите инструмент Накопление расстояния для конкретных начальных местоположений. Затем запустите инструмент для других местоположений, которые вы хотите соединить. Далее используйте два результирующих растра расстояний как входные в инструменте Коридор. Используйте условные инструменты Spatial Analyst, например Условие, чтобы применить порог к результирующему растру, полученному в инструменте Коридор, что позволит вам указать ширину коридора.

Примеры использования и дополнительную информацию см. в разделе Соединение местоположений коридором.