Корректировка пройденного расстояния с использованием поверхности стоимости

Доступно с лицензией Spatial Analyst.

После вычисления расстояния по прямой и выполнения возможной корректировки с учетом барьеров и растра поверхности, можно определить цену прохождения расстояния. Поверхность стоимости - один из четырех факторов, влияющих на цену прохождения расстояния. Остальные три - характеристики источника, вертикальный фактор и горизонтальный фактор.

Поверхность стоимости отражает то, что должен пройти путешественник, когда он перемещается по ландшафту. Перемещение по полю легче, чем перемещение по лесу, что в свою очередь легче, чем перемещение по болоту. Каждое значение в поверхности стоимости умножается на скорректированное расстояние по прямой для определения цены расстояния, пройденного путешественником.

В результате использования стоимостной поверхности, путешественник пройдет единицу скорректированного расстояния по прямой быстрее, если это будет поле, и медленнее, если это будет болото или лес.

Расстояние по прямой выражено в линейных единицах, например, метрах или футах. При определении цены, затрачиваемой на прохождение расстояния, единицами будут доллары, предпочтения, затраченная энергия или уровень риска. Цена - это стоимость на единицу измерения расстояния.

Создание стоимостной поверхности - многошаговый процесс. Сначала необходимо идентифицировать критерии, влияющие на передвижение. Затем преобразовать значения каждого критерия в общую шкалу стоимости. И в финале, присвоить веса и объединить критерии.

Этот тип анализа называется анализ наименьшей стоимости. Стоимостная поверхность также может называться поверхностью импеданса или поверхностью сопротивления. Проходить скорректированное расстояние по прямой может быть труднее (дороже, медленнее) в местоположениях с высокой стоимостью перемещения. Создание поверхности стоимости напоминает создание поверхности пригодности, с тем отличием, что в поверхности пригодности высокие значения более предпочтительны. В поверхности стоимости наоборот, низкие значения указывают на более легкое перемещение.

Для создания поверхности стоимости комбинируются различные факторы. Например, при создании поверхности стоимости передвижения для диких животных, такие факторы, как тип землепользования, расстояния от автодорог и расстояния от источников пресной воды используются для обозначения предпочтений животных, которые перемещаются по ландшафту. Так как значения для этих критериев можно трактовать по разному, каждый из них необходимо преобразовать в единую шкалу стоимости, перед тем, как получить единый объединенный критерий.

В большинстве случаев поверхности стоимости определяет единицы стоимости для анализа стоимостного расстояния. Характеристики источника, вертикальный фактор и горизонтальный фактор затем умножаются на эти единицы. Каждый множитель должен учитывать одни и те же единицы стоимости, определенные поверхностью стоимости. Если указано более одного фактора, влияющего на затраты (поверхность стоимости, характеристики источника, вертикальный и горизонтальный факторы), только один из них может использовать единицы измерения, остальные являются безразмерными множителями, корректирующими эти единицы.

Поверхность стоимости позволяет вам имитировать перемещение путешественника по реальному ландшафту.

Примеры использования поверхности стоимости

Поверхность стоимости может использоваться в различных сценариях, например:

• Определение наиболее дешевого маршрута для постройки дороги к новой школе. Единицы поверхности стоимости в этом случае будут выражены в долларах на метр построения.
• Соединение наилучших мест обитания диких животных естественными коридорами, что позволит им свободно перемещаться между ними. Единицы поверхности стоимости - это предпочтения на фут для перемещения по объектам в каждом местоположении.
• Размещение нового трубопровода для соединения нефтяного месторождения с перерабатывающим заводом. Единицы поверхности стоимости рассчитываются исходя из воздействия на окружающую среду в каждом местоположении прохождения трубопровода.
• Определение наиболее быстрого пути к пострадавшему альпинисту в удаленном районе. Единицы поверхности стоимости в этом случае будут выражены в минутах на метр.

Встраивание поверхности стоимости

Анализ расстояния можно разделить на следующие функциональные разделы:

• Вычисление расстояния по прямой и, дополнительно, корректировка вычислений с барьером или растром поверхности.
• После вычисления скорректированного расстояния по прямой, дополнительно можно определить цену, затрачиваемую на прохождение расстояния с учетом поверхности стоимости, характеристик источника, вертикального фактора и горизонтального фактора. Создание растра накопления расстояния
• Соединение регионов по поверхности накопленного расстояния, используя оптимальную сеть, заданные пути или коридоры.

Ниже показано, как выполняется во второй рабочей области определение цены, затрачиваемой на прохождение расстояния по поверхности стоимости. Сценарий включает набор из четырех лесничеств (сиреневые точки) и несколько рек (синие линии).

Карта кратчайших расстояний по прямой, от каждой ячейки до ближайшего лесничества, скорректированная по наличию барьеров и поверхности фактических расстояний.

Добавление поверхности стоимости позволяет смоделировать, как путешественник перемещается по ландшафту. Обратите внимание, что на изображении ниже расстояния не формируются радиально от каждой из станций.

Поверхности расстояний по прямой выше скорректирована на основе поверхности стоимости для определения расстояния с наименьшей стоимостью от каждой ячейки до лесничества с наименьшей стоимостью. Единицы измерения меняются с линейных в расчете расстояния по прямой на цену в поверхности расчета наименьшей стоимости.

Поверхности стоимости затрат на прохождение расстояния по прямой.

Чтобы создать поверхность стоимости, для определения цены, затрачиваемой на прохождения скорректированного расстояния по прямой, выполните следующее:

• Идентифицируйте критерии, которые могут влиять на передвижение. Эти критерии отражают то, как путешественник проходит это расстояние, перемещаясь по ландшафту.
• Некоторые данные, например, землепользование, могут использоваться непосредственно в качестве критериев. Другие критерии, например экспозиция, расстояние от объектов или видимость - должны быть получены из базовых данных. Теперь можно использовать инструменты Spatial Analyst для вычисления критериев, например, Накопление расстояния, Экспозиция, Геодезическая обоюдная видимость, Плотность ядер и Параметры поверхности.
• Преобразование критериев по единой шкале Это можно выполнить с помощью инструментов Переклассификация, Пересчет по функции и Калькулятор растра.
• Вес и комбинация преобразованных критериев. Это можно сделать с помощью инструмента Взвешенная сумма.

Поверхность стоимости влияет на цену прохождения расстояния

Поверхность стоимости идентифицирует стоимость, импеданс, сопротивление или предпочтение для каждого местоположения в отношении перемещения на основе объектов в местоположениях. Независимо от потенциального применения, или моделированных единиц стоимости, общий рабочий процесс одинаковый.

В идеале, вычисляется абсолютная стоимость, например, затраты на построение, время или энергетические траты, но их может быть трудно вычислить для каждого местоположения. Тем не менее, для многих случаев абсолютные единицы стоимости не существуют. Например, если вы строите поверхность стоимости, для идентификации пешеходного или велосипедного маршрута между двумя местоположениями, использование только времени или энергозатрат для единиц стоимости, не будет отражать другие факторы, которые могут влиять на продвижение по маршруту. Такими факторами могут живописные виды, частные землевладения или избегание особо охраняемых природных территорий. При создании стоимостной поверхности для построения коридоров естественного перемещения, нужно учитывать возможный выбор животного между перемещением в пределах подходящей среды обитания и безопасностью. В обоих случаях невозможно отразить оценку для стоимости перемещения в простых единицах стоимости.

В этих случаях необходимо использовать относительные, субъективные единицы, например, предпочтения, безопасность и риск. Каждому из значений критериев назначается оценка по единой шкале стоимости, которая соотносится с остальными оценками, выраженными в субъективных единицах. То есть стоимость 10 означает, что перемещение будет в два раза труднее, чем в области со стоимостью 5. Каждое значение в каждом критерии оценивается по единой шкале стоимости.

Если в поверхности стоимости заданы единицы анализа стоимости, другие факторы, влияющие на цену — характеристики источника, вертикальный фактор и горизонтальный фактор — являются безразмерными множителями, корректирующими эти единицы.

Абсолютные единицы стоимости можно назначить напрямую, используя инструменты Spatial Analyst. При назначении субъективных единиц стоимости для поверхности стоимости, рекомендуется использовать описанный ниже рабочий процесс.

Рабочий процесс создания поверхности стоимости

Для создания поверхности относительной стоимости используется следующий рабочий процесс:

• Идентификация критериев, которые могут влиять на стоимость передвижения, и соберите базовые данные.
• Получение критериев из базовых данных, если необходимо.
• Преобразование значений каждого критерия в общую шкалу стоимости.
• Взвешивание критериев относительно друг друга и объединение их для создания поверхности стоимости.

После создания стоимостной поверхности можно соединить регионы путями с наименьшей стоимостью по поверхности стоимости.

Как обсуждалось выше, создание поверхности стоимости использует те же этапы, что и создание поверхности пригодности. Общие шаги для этих процессов - идентификация критериев, получение базовых данных, получение нужных критериев из базовых данных, преобразование значений критериев в оценки по единой шкале и комбинация критериев. В отличие от поверхности пригодности, в которой предпочтительными являются высокие значения, в поверхности стоимости предпочтительнее низкие значения, указывающие на более низкую стоимость перемещения. Поверхность стоимости используется в анализе наименьшей стоимости. В результате, после преобразования более предпочтительным местоположениям для перемещения присваиваются низкие значения.

Ниже описан пример применения этого рабочего процесса: Цель - определить естественные коридоры, которые позволяют рысям свободно перемещаться между местами обитания. Рабочий процесс используется для иллюстрации возможностей и не имеет цели описать все условия обитания рыси. Описанный выше рабочий процесс можно использовать для создания поверхности стоимости для многих других целей.

Определение цели и единиц стоимости

Сначала определяется цель перемещения. Определяемая цель будет зависеть от конкретной проблемы, которая будет решаться. Например, если цель использования поверхности стоимости - определить местоположения линий электропередач для минимизации расходов на построение ЛЭП. При поиске маршрута для пожарных, чтобы максимально быстро перемещать ресурсы от одного пожара к другому, цель состоит в том, чтобы двигаться как можно быстрее. Для сценария с рысями, назначение поверхности стоимости - определить безопасные участки, по которым животные могут безопасно перемещаться между местами обитания, сохраняя при этом доступ к определенным ресурсам.

Далее необходимо установить единицы стоимости. Для размещения линий электропередач, каждый критерий должен быть преобразован на основании вклада в стоимость возведения конструкции. Для маршрутов пожарных единицами стоимости должны быть временные единицы. Для коридоров рысей определение единиц преследует две задачи. Одна из них - отсутствуют объективные единицы измерения стоимости. Вторая - критерии могут иметь самые различные назначения. Например, критерий расстояние до рек определяет возможность приблизится к источникам воды, а расстояние от дорог позволяет сохранять безопасность. В этом случае перед объединением критерии должны быть преобразованы по единой шкале стоимости, позволяющей оценить относительные предпочтения.

После определения цели и единиц необходимо разработать методы оценки результатов модели. Если полученные с использованием поверхности стоимости пути перемещения рыси удовлетворяют всем условиям, вы можете увидеть использование этих коридоров животными, если организуете наблюдения.

На рисунке ниже иллюстрируется создание поверхности стоимости для перемещения рысей.

Идентификация критериев, влияющих на стоимость перемещения.

Вы определили цель, единицы и методы оценки для анализа - и первым шагом создания поверхности стоимости будет идентификация критериев, влияющих на перемещение. В данном примере это то, что предпочитает рысь в процессе перемещения по ландшафту. Каждый выявленный критерий должен играть важную роль в достижении общей цели модели, которая заключается в обеспечении возможности для рыси безопасно перемещаться между местообитаниями для потребления ресурсов, необходимых для выживания. Выявленные критерии должны отражать взаимосвязи рыси со средой обитания, касающиеся их требований к возможности перемещаться.

В упрощенном примере с рысями используются следующие критерии:

• Типы землепользования - рыси предпочитают перемещаться по лесным участкам, где можно прятаться, и не используют для передвижения сильно и средне освоенные районы.
• Расстояние до дорог - рыси предпочитают перемещаться как можно дальше от автомагистралей.
• Расстояние от водотоков - животным необходимы источники воды, поэтому они предпочитают придерживаться участков близ реек.

Получение критериев из базовых данных, если необходимо.

Некоторые данные, например, землепользование, в примере с рысями, могут сразу использоваться в качестве критериев в поверхности стоимости. Можно четко определить типы землепользования, предпочитаемые рысями. Другие критерии необходимо рассчитать. Помните, что сами по себе дороги и реки не являются критериями, в то время как расстояние до них может указывать на участки, предпочитаемые рысями.

Поскольку наборы данных расстояний до дорог и рек в исходном виде недоступны для применения, используйте соответствующие инструменты Spatial Analyst для получения этих критериев из существующих базовых данных. Используйте инструмент Накопление расстояния, чтобы определить, как далеко каждое местоположение находится от ближайшей дороги для критерия расстояний до дорог, и еще раз для определения расстояния до ближайших водотоков для соответствующего критерия.

Расстояния от дорог отображены с применением поверхности поверх рельефа с отмывкой.

Преобразование значений каждого критерия в общую шкалу стоимости.

Математическая комбинация типов землепользования, расстояния от дорог и расстояний от водотоков позволяет вычислить значения (безразмерные). Например, конкретное местоположение может иметь тип землепользования 4, представляющий собой зону жилой застройки частными домами. Так же оно находится в 627 до ближайшей дороги и в 2252 метрах от ближайшего водотока. Комбинирование этих значений позволяет для данного местоположения получить результат 2883, что не имеет никакого значения. Прежде чем растры критериев можно будет сложить вместе, значения внутри каждого критерия должны быть преобразованы в соответствии с общей шкалой предпочтительной стоимости.

В этом примере будет использоваться единая шкала стоимости от 1 до 10. Для каждого критерия его значения в местоположениях с наиболее легкими или предпочтительными для перемещения через них, объектами, получат более низкие значения стоимости, а в местоположениях с наименее предпочтительными или более сложными для прохождения объектами - более высокие значения стоимости. Например, местоположения в пределах 100 метров от автодороги менее предпочтительны, и получат значение стоимости - 10, участки в пределах расстояния от 100 до 300 метров получат оценку - 5, а области, расположенные на расстоянии свыше 300 получат оценку стоимости - 1, так как рыси предпочитают обитать максимально далеко от автодорог.

При преобразовании значений каждого критерия в шкалу стоимости от 1 до 10, они трансформируются в относительные значения в пределах этой шкалы. То есть местоположение, которому присвоено значение стоимости 3, вдвое предпочтительнее для перемещения, чем местоположение, со значением стоимости 6, а значение стоимости 10 в 10 раз сложнее для перемещения, чем местоположение со значением стоимости 1.

Этот процесс преобразования применяется к каждому значению в рамках каждого критерия, задаваемого в поверхности стоимости. В модели с рысями для критерия землепользования предпочтительным типам землепользования, таким как леса, будет присвоено значение стоимости 1 (предпочтительные и наименее затратные для перемещения по ним), жилым - значение стоимости 5, а промышленным - значение стоимости 9. В критерии расстояния от дорог, местоположения рядом с автодорогами получают высокие значения стоимости, 9 или 10, а местоположения, расположенные далеко - получают низкие значения стоимости (рыси предпочитают перемещаться по ним). Для критерия расстояния до водотоков более близкие местоположения более предпочтительны, поэтому области близко к водотокам получат низкие значения стоимости, 1 или 2, а удаленные местоположения получат более высокое значение стоимости 9 или 10.

Желательно, чтобы присвоенные значения стоимости имели одинаковый приоритет между критериями. То есть преобразованное расстояние от дорог со значением стоимости 5, имело тот же приоритет, что и тип землепользования или расстояние до водотоков, которым также присвоено значение стоимости 5.

Для преобразования критериев, как правило, используются инструменты Переклассификация и Пересчет по функции. Одна и та же шкала стоимости, заданная в этих инструментах, присваивается каждому критерию. В этом примере будет использоваться единая шкала стоимости от 1 до 10.

Типы землепользования - категорийные данные, и для преобразования землепользования в стоимость используется сопоставление один-к-одному. Будет использован инструмент Переклассифицировать. Лесам назначается 1, промышленным зонам - 9, и так далее в таблице переклассификации.

Таблица стоимости, назначенной значениями землепользования

Значение	Новое
Сельское хозяйство	2
Голая земля	1
Застроенный, высокая интенсивность	9
Застроенный, низкая интенсивность	5
Застроенный, средняя интенсивность	8
Хвойные леса	1
Лиственные леса	2
Смешанные леса	2
Луг	4
Кустарники	3
Вода	10
Заболоченная местность	9
NODATA	NODATA

Ниже представлена карта преобразованных по шкале значений землепользования. Местоположения зеленого цвета более предпочтительны для перемещения, а красного цвета - менее.

Результирующая карта преобразованных значений землепользования.

Расстояния от дорог и расстояния до рек - непрерывные данные. Чтобы трансформировать значения критериев и получить значения стоимости, необходимо применить функцию. С каждым шагом удаления от дороги стоимость перемещения уменьшается, в соответствии с заданной функцией.

Специфика инструмента Пересчет по функции в том, что в моделировании пригодности, наиболее предпочитаемые атрибуты получают наиболее высокие значения. В анализе наименьшей стоимости обратная логика. Более предпочтительные области для перемещения получают более низкие значения, указывающие на низкую стоимость. Эту логику можно учесть в инструменте Пересчет по функции одним из следующих способов:

• Выберите функцию, обратную пригодности, в инструменте. В модели пригодности к критерию расстояний до водотоков нужно применить функцию Маленький, так как низкие значения, указывающие на близость к водотокам, более пригодные, и получают высокие баллы пригодности. Если расстояния до водотоков используются в поверхности стоимости, применяется функция преобразования Большой так как большие расстояния менее предпочтительны и получают высокие значения стоимости. Местоположения, близкие к водотокам, получают низкие значения (низкую стоимость), как более предпочтительные для перемещения.
• То есть применяется логика, схожая с моделью пригодности, но в обратном порядке. Функция Маленький может быть применена для критерия расстояний до рек в модели пригодности, и с преобразованием значений критерия расстояний до рек в поверхности стоимости. Но для поверхности стоимости для параметров Шкала От и Шкала До должны быть изменен порядок с 1 до 10 на с 10 до 1. В результате близкие местоположения получают значения Шкалы До, то есть 1, так как это наименьшая стоимость для перемещения по участку.

Критерий преобразованных значений расстояния от дорог, полученных с применением непрерывной функции. Чем дальше от дорог (области зеленого цвета) - тем предпочтительнее для перемещения.

Чтобы выявить предпочтения для перемещений животных поблизости от рек, необходимо применить другую функцию к критерию расстояний от рек.

Критерий преобразованных значений расстояния до рек, полученных с применением непрерывной функции. Чем ближе к рекам (области зеленого цвета) - тем предпочтительнее для перемещения.

Если вы используете абсолютные единицы стоимости при преобразовании значений критериев в стоимости, например, время или стоимость постройки, можно использовать прямое назначение или математическую формулу. Эти формулы можно применить с помощью Калькулятора растра, не используя преобразования по функции, описанные выше.

Подсказка:

Значения стоимости всегда должны быть положительными; входной растр стоимости не может иметь значения ячеек меньше или равно 0. Если такие значения есть, необходимо пересчитать диапазон целиком, чтобы все значения были больше 0 или заменить проблемные значения невысокими положительными числами. Вы можете сделать это с помощью инструмента Условие. Если ячейки с нулевыми значениями представляют области, которые должны быть исключены из анализа, замените нулевые значения на NoData перед запуском инструмента Накопление расстояния. Это можно сделать с помощью инструмента Установить Null.

Значения каждого из критериев преобразованы относительно друг друга в единую шкалу стоимости, и вы можете объединить преобразованные критерии.

Взвешивание критериев относительно друг друга и объединение их для создания поверхности стоимости

Когда три преобразованных критерия суммируются вместе, диапазон результирующих значений может быть от 3 до 30. Место, которому присвоено значение 3, является наиболее предпочтительным для перемещения. Это может быть лес, далеко от дороги, но рядом с рекой. Места, которым присвоены более высокие значения, будут менее предпочтительными (стоимость перемещения выше), в соответствии с расположенными там объектами.

Однако прежде чем складывать критерии вместе, вы можете решить, что один критерий важнее других, или оказывает большее влияние на стоимость перемещения животных, в сравнении с остальными. Если это так, то этот критерий будет иметь больший вес, чем остальные. Чтобы подчеркнуть это различие, процесс преобразования конвертирует значения в пределах критерия относительно других критериев. Взвешивание определяет важность каждого критерия относительно друг для друга.

Вес выступает в роли множителя, на который умножаются преобразованные значения критериев.

В модели пригодности местообитаний рыси применение высокого веса к критерию указывает что этот более важен в биологии рысей. В поверхности стоимости вес указывает, что этот критерий больше других влияет на стоимость перемещения.

В поверхности стоимости для анализа перемещений рысей определено, что для безопасного перемещения рыси избегают участки близ автодорог. Соответственно преобразованные значения расстояний от дорог будут иметь больший вес, чем расстояния до рек. Например, какому-то местоположению изначально присвоена стоимость 10, для критерия расстояний от дорог, так как этот участок рядом с дорогой. Этому же местоположению присвоена стоимость 1, для критерия расстояний до рек, так как он рядом с рекой. Соответственно, если к расстоянию от дорог применить значение веса - 1.5, а для расстояния до рек применить вес - 1, местоположение получить результирующую стоимость 16 (10 х 1.5 + 1). В результате местоположения рядом с дорогой получают высокую стоимость и менее предпочтительны для перемещения.

В этом примере критерию землепользования также назначен вес 1.

Итоговая карта стоимости, полученная в результате объединения всех критериев. Наиболее предпочтительные для перемещения рысей области показаны зеленым цветом, наименее - красным.

Так как применяется вес, часто анализ наименьшей стоимости называется взвешенным анализом наименьшей стоимости.

Примечание:

Если используются абсолютные единицы стоимости, например доллары или время - веса не применяются. Даже если критерии более или менее значимы, абсолютная стоимость не изменяется. Стоимость в долларах или в единицах времени - это фактическая стоимость. Если используется вес, абсолютные единицы теряют актуальность, и стоимость будет оцениваться в относительных единицах.

Поверхность стоимости создана. Основываясь на объектах в каждом местоположении, поверхность стоимости указывает на предпочтения каждого местоположения относительно других местоположений с позиции перемещений рысей. Окончательная цель разработки модели перемещения рыси - соединение серий местообитаний коридорами по результирующему растру накопления стоимости, которые показывают возможные пути перемещения животных.

Участки местообитаний могут соединяться между собой с помощью следующих техник:

• Создание сети наименьшей стоимости (см. Соединение регионов оптимальной сетью).
• Соединение отдельных участков друг с другом (см. Соединение местоположений оптимальными путями).
• Соединение участков коридорами (см. Соединения местоположений коридорами).

Уклон и поверхность стоимости

Поверхность стоимости - один из четырех факторов, влияющих на цену прохождения скорректированного расстояния по прямой. В поверхности стоимости, величина стоимости одинакова, независимо от направления перемещения сквозь ячейку с востока на запад, с запада на восток, с севера на юг, с юга на север или в любом диагональном направлении. Тем не менее для путешественника может быть важно, в каком направлении он движется. Подъем требует больше усилий, спуск - меньше. Таким образом важно учитывать влияние уклона на прохождение дистанции. Например, если вы перемещаетесь в области с крутыми склонами и двигаетесь перпендикулярно склонам (вдоль изолинии), вы затрачиваете меньше усилий, чем при подъеме по крутому склону.

Инструмент Уклон вычисляет уклон путем вычисления разницы высоты в центре обрабатываемой ячейки и высоты в каждом из восьми центров соседних ячеек. Максимальный восходящий или нисходящий уклон присваивается обрабатываемой ячейке. Так как ячейке присваивается показатель максимальной разницы, направление движения в ячейку не фиксируется. При моделировании движения крутизна уклона в определенном месте может быть не важна, но важно, каким образом этот уклон проходится. Если в качестве поверхности стоимости использовать растр уклона, путешественник может излишне избегать ячейки с максимальным значением уклона.

В целом, если направление перемещения путешественника по поверхности уклона важно, его необходимо учитывать с использованием вертикального фактора, дополнительно к поверхности стоимости. Уклон часто некорректно используется как входной критерий в поверхности стоимости.

Тем не менее есть случаи, когда растр уклона можно использовать в поверхности стоимости. Например, если вы прокладываете новую пешеходную тропу, а уклон в ячейке настолько крутой, что независимо от направления, в котором путешественник входит в ячейку, уклон замедляет движение путешественника. В этом случае направление уклона значения не имеет, поэтому можно включить растр уклона в поверхность стоимости.

Сопротивление движению варьируется в зависимости от состояния поверхности и уклона. Цвет указывает на относительную стоимость перемещения. Проход по подготовленной тропе (ярко-зеленый) - совсем несложный. Проход по неровной поверхности (темно-зеленый) труднее, тем более по наклонной неровной поверхности (коричневый). Движение по крутым склонам (желтый) может быть опасным независимо от направления движения. Чрезвычайно крутые уклоны (красный) - могут служить барьерами.

Важно не степень крутизны уклонов, а как путешественник преодолевает их. Подъем вверх по крутому склону требует больше усилий, спуск вниз - меньших, ходьба по склону - более или средних. Комбинирование уклона и почвенного покрова также влияет на перемещение. Движение по неровной необработанной поверхности сложнее, чем движение по дороге. Путешественники отображены разными цветами, в зависимости от того, насколько легко они двигаются по уклонам и разным поверхностям. Зеленые фигуры двигаются быстрее, чем красные.

Факторы, влияющие на единицы стоимости

После вычисления скорректированного расстояния по прямой, цена, на которую увеличивается расстояние, зависит от поверхности стоимости, характеристик источника, вертикального фактора и горизонтального фактора. Каждый фактор является множителем для скорректированного расстояния по прямой. При определении единиц для этих факторов следует быть очень внимательным. Поверхность стоимости не показывать предпочтения, а вертикальный фактор не может быть в единицах времени. Единицы должны быть согласованы.

В большинстве случаев поверхность стоимости определяет единицы для анализа цены прохождения расстояния. Характеристики источника, вертикальный фактор и горизонтальный фактор — являются безразмерными множителями, на которые умножается стоимость прохождения поверхности в единицах стоимости.

В этом случае не используется функция пешего прохода Тоблера с вертикальным фактором. В функции пешего прохода единицы измерения - временные, и являются единицами передвижения в анализе стоимости. Если поверхность стоимости добавляется к анализу, единицы стоимости должны быть безразмерными множителями, изменяющими время передвижения по ландшафту с учетом уклона, выраженного вертикальным фактором.

Создание поверхности стоимости с помощью ModelBuilder

ModelBuilder - эффективная среда для создания поверхности стоимости. Он предлагает возможности для создания последовательностей входных и выходных критериев, и инструментов геообработки. Графическое представление модели дает возможность визуализировать логику, а также в любой момент вносить изменения, и перезапускать модель.

При создании сложной поверхности стоимости можно включать различные факторы передвижения, а также подмодели. Подмодели не только организуют задачи модели - различные преобразования могут быть использованы для определенных критериев, чтобы учесть специфические факторы движения. Например, в нашем примере с рысями, при преобразовании типа землепользования может быть предпочтительнее перемещаться по краю поля в подмодели ресурсов, но одновременно, это может быть неблагоприятным в подмодели безопасности.

Дополнительные применения поверхности стоимости

Ниже показано, как еще можно использовать поверхность стоимости.

Зоны без волн

Можно использовать поверхность стоимости для представления максимального темпа передвижения в зоне без волн, в гавани. В пределах 100-метрового буфера вдоль береговой линии судно может иметь максимальную скорость 5 узлов и максимальный темп 1 ч/(5*1.852) км. В коридоре буфера между 100 и 200 метрами максимальный темп может достигать 1ч/(10*1.852) км. Обратите внимание, что с повышением скорости снижается темп.

Стоимость построения дороги

Для оценки общей стоимости затрат на прокладку новой дороги вы можете создать поверхность стоимости, в которой закодирована стоимость в пересчете на одну милю. Прокладка новой двухполосной неразделенной дороги через сельскую местность дешевле, чем прокладка такой же дороги через город. В этом случае вы можете классифицировать ячейки в поверхности стоимости, противопоставляя город/сельскую местность. На основании информации в источниках, FAQ, American Road and Transportation Builders Association (ARTBA), можно заключить, что стандартные значения стоимости в пересчете на милю, для сельской местности составляют $2 миллиона, а для города - $4 миллиона. Дополнительно можно добавить барьеры на основании локального зонирования и данных собственности.

Дополнительная информация

В следующих разделах приведены дополнительные сведения о поверхности стоимости.

Время года и его влияние на перемещение.

Время года может влиять на поверхность стоимости. Стоимость передвижения по поверхности оценивалась зимой или летом, в сухой или влажный сезон? Перемещение оценивалось для хорошей или плохой погоды, для экстремальных или типичных условий?

Есть ли какие-либо временные аспекты, влияющие на перемещение? Для анализа стоимости перемещения диких животных, является ли перемещение для размножения, ежедневного перемещения между участками или для сезонной миграции? Или это перемещение в сезон охоты?

Различные временные факторы, влияющие на перемещение, могут играть роль не только в преобразованиях и веса; они также могут влиять на критерии в поверхности стоимости.

Чтобы учесть разнообразные сезонные и прочие особенности перемещения, вам может понадобиться несколько поверхностей стоимости для проведения анализа расстояний с каждой. Возможно, вам придется объединить результаты, чтобы учесть все ежегодные особенности перемещения.

Встраивание дорог и троп в поверхность стоимости

Предположим, у нас есть поверхность стоимости, которая будет использоваться спасателями на вездеходах (квадроциклах) для оценки перемещения к пострадавшим туристам. В этом примере критериями будут типы землепользования, экспозиция и уклон. Заболоченным участкам будет присвоена высокая стоимость, а лугам - низкая. Так как речь идет о весне, пути по участкам, обращенным на юг, более размыты и загрязнены, чем на северных, где земля еще схвачена морозами и перемещаться по ней легче. Сложности, обусловленные уклонами, учитываются с помощью вертикального фактора.

Если встречается дорога, стоимость меняется. По дороге перемещаться дешевле и легче. Стоимость передвижения по дороге - постоянна и низка.

Чтобы учесть константу низкой стоимости передвижения по дороге, после создания поверхности стоимости, дороги необходимо встроить в нее.

1. Преобразуйте объекты дорог в растры с использованием инструмента Полилиния в растр, и назначьте им одинаковую стоимость. Если в наборе объектов дорог отсутствует поле стоимости, воспользуйтесь при растеризации любым полем со значением 0 или больше, например FID, и примените следующее выражение в Калькуляторе растров: Con(rasterRoads >= 0, 50)

   50 - назначенная стоимость. Результирующий растр с именем roadCostValue будет использован в выражении в следующем шаге.

   Если возможно, стоимость можно привязать к типу дороги.

2. Преобразуйте значения NoData в ноль с использованием инструментов Con или IsNull из списка в инструменте Калькулятор растра. Используйте следующее выражение: Con(IsNull(roadCostValue), 0, roadCostValue).

   Результирующий растр с именем roadCost будет использован в выражении в следующем шаге.

3. Встройте дороги в поверхность стоимости с помощью Калькулятора растров. Используйте следующее выражение: Con(roadCost > 0, roadCost, costSurface)

   В окончательном выходном растре, ячейкам, соответствующим дорогам, назначена стоимость перемещения по дорогам. Ячейкам, не относящимся к дорогам, будут присвоены значения стоимости из поверхности стоимости.

В результате, внедорожник будет двигаться по ландшафту. и в случае, если он попадет на дорогу, будет придерживаться дороги как можно дольше, пока не съедет с нее, чтобы добраться до пострадавшего туриста. Стоимость дороги можно дополнительно уточнить для крутых и извилистых участков.

Расширение барьеров для предотвращения проходов

Вы можете встроить линейные объекты, такие как дороги или реки, у которых более высокая стоимость, как барьеры, в свою поверхность стоимости. Если это линейные объекты, их необходимо растеризовать. Преобразованные в растр, линейные объекты будут только в одну ячейку шириной. Хотя природа барьера сохраняется, если он горизонтальный или вертикальный, они также могут быть диагональными. В этом случае геометрически возможно, что путешественник пройдет через барьер. Если это произойдет, барьер, или участок высокой стоимости больше не будет влиять на перемещение.

Путешественник может пройти по диагонали между углами ячеек барьера (слева). Чтобы избежать этого, диагональные участки барьеров слегка расширяются (справа).

Для добавления линейных объектов к поверхности стоимости выполните следующие шаги:

1. Постройте буфер вокруг линейных объектов, с расстоянием, как минимум превышающем, диагональное расстояние между ячейками поверхности стоимости с помощью инструмента Буфер.
2. Преобразуйте полученные полигональные объекты в растр с помощью инструмента Полигон в растр.
3. Назначьте значение стоимости всем растеризованным ячейкам буферных полигонов, и нулевое значение всем ячейкам NoData. Используя Калькулятор растра: введите следующее выражение: Con(IsNull(buffRaster), 0, 35).

   Значение 35 - стоимость для линейных объектов.

   Если линейный объект - истинный барьер, назначьте ячейкам буфера значения NoData, оставив пустое значение для выражения Ложь (35), указанное в предыдущем выражении.

4. Добавьте результирующий растр из шага 3 к поверхности стоимости, как описано в предыдущем разделе.

Те же шаги используются, если входной линейный объект представлен растром. Но вам не надо выполнять предварительную растеризацию линейных объектов. Создайте буфер вокруг растровых объектов с помощью инструмента Накопление расстояния, и установите значение Максимального накопления (расстояние).

Вместо буферизации линейных объектов вы можете растеризовать их, если они представлены в векторном формате. Затем запустите инструмент Фокальная статистика для растеризованных линейных объектов, указав тип статистики. Инструмент расширит линейные объекты на одну ячейку с каждой стороны, если выбрана окрестность 3 х 3. Назначенные ячейкам значения будут основываться на указанном типе статистики. Результирующая поверхность будет добавлена к поверхности стоимости, как описано в предыдущем разделе. Этот подход хорошо применять, если линейный объект - растр, и представляет градиент, например, глубину, соленость, pH или расстояние.

Примечание:

Если линейному объекту назначается высокая стоимость по относительной шкале стоимости, убедитесь, что назначенная стоимость соотносится с суммированными значениями в финальной поверхности стоимости.

Но, если линейный объект является истинным барьером, назначьте ячейкам значения NoData перед объединением с поверхностью стоимости. Если линейный объект является истинным барьером, лучше указать его в параметре барьера в инструменте Накопление расстояния.

Использование Разработчика пригодности для создания поверхности стоимости

Вы можете создать поверхность стоимости, используя отдельные инструменты геообработки, но вам необходимо отслеживать последовательность инструментов, которые вы используете, и указывать нужные параметры, чтобы применить последовательные изменения. Рекомендуется использовать ModelBuilder для создания поверхности стоимости.

Поверхность стоимости также может быть сделана в Spatial Analyst Если вы используете Разработчик пригодности для создания поверхности стоимости, помните что в модели пригодности более предпочтительные области по значениям критериев получают высокие значения пригодности. Поверхность стоимости используется в анализе наименьшей стоимости. Области, легкие для прохождения, или менее затратные получают меньшие значения.

Уникальные категории и Диапазон классов - методы преобразования в Разработчике пригодности, в которых назначаются значения стоимости категориям классов методом один-к-одному. В методе преобразования Непрерывные функции вам необходимо применить обратную функцию, той, которую вы использовали бы в модели пригодности. Например, если близость к рекам более предпочтительна в модели пригодности, вы можете применить функцию преобразования Маленький. Низкие значения, или близкие к рекам местоположения, получают максимальные значения пригодности. Если перемещение вблизи рек более предпочтительно (или менее затратно) в поверхности стоимости, вы можете выбрать функцию Большой. Дальние местоположения получат высокие значения, то есть высокую стоимость. Местоположения, близкие к водотокам, получают низкие значения (низкую стоимость), как более предпочтительные для перемещения.

Вы можете использовать такую логику при выборе непрерывных функций в модели пригодности. Более предпочтительные местоположения получают высокие значения, но в поверхности стоимости более предпочтительные местоположения для перемещения по ним должны получить низкие значения стоимости. Для получения обратных значений в поверхности стоимости используйте параметр Обратить функция в методе Непрерывная функция.