Доступно с лицензией Spatial Analyst.
Соединение местоположений с помощью наиболее оптимального пути можно сделать, используя инструменты Оптимальное соединение регионов, Оптимальный путь как линия и Оптимальный путь как растр. Но, возможно, вам нужен результат, который не ограничен тонкой линей, или путем толщиной в одну ячейку. Вам может потребоваться более широкая двумерная область, где итоговая стоимость перемещения между местоположениями ниже, чем некоторый порог. Такая область называется коридором.
Можно создать область, построив буфер вокруг оптимального пути на фиксированном расстоянии. Но такой подход не всегда может корректным образом учесть то, что важно путешественнику. Например, простой буфер вокруг оптимального пути может включать промышленную зону, которая может войти в планируемый коридор для передвижения диких животных. Ширина коридора, который соединяет местоположения, должна иметь возможность варьироваться в соответствии со скоростью изменения фактических накопленных затрат на перемещение от ячейки к ячейке между местоположениями. Поскольку у коридора для диких животных в промышленной зоне стоимость будет высокая, эта область в коридор включаться не будет.
Коридор находит все возможные стоимостные пути, которые меньше, чем указанная накопленная стоимость. Инструмент Коридор вычисляет сумму накопленной стоимости, созданной между источниками. На основе этого результата будут выбраны ячейки со значениями меньшими, чем стоимость порога, задающего коридор.
Примеры использования коридора
Коридоры можно использовать для решения анализа по различным сценариям, таким как:
- В плане сохранения местообитаний оленей нужно соединить два участка среды обитания оптимальным коридором.
- Нужно определить возможный маршрут предлагаемого подземного трубопровода.
- Нужно определить возможную зону, в пределах которой должна проходить планируемая велосипедная дорожка при соединении двух парков.
Анализ коридоров
Анализ расстояния можно разделить на следующие функциональные разделы:
- Вычисление расстояния по прямой и, дополнительно, корректировка вычислений с барьером или растром поверхности.
- Дополнительно можно определить цену, затрачиваемую на прохождение расстояния с учетом поверхности стоимости, характеристик источника, вертикального фактора и горизонтального фактора. Создание растра накопления расстояния
- Соедините регионы на полученной поверхности с накопленным расстоянием через оптимальную сеть, заданные пути или коридор.
В третьей рабочей области местоположения соединены с помощью коридоров, как это показано в примерах ниже.
Есть популяция медведей в недавно созданном парке (светло-зеленый полигон) и вторая популяция в окрестностях одного из четырех лесничеств (желтая точка). Коридор позволит медведям перемещаться между этими двумя областями.
Чтобы определить ширину коридора, на карте коридоров был задан порог.
Создание коридора
Основной процесс определения коридора между двумя источниками выглядит следующим образом:
- Вычислить накопленное расстояние от первого исходного местоположения до каждой остальной ячейки в изучаемой области.
- Вычислить накопленное расстояние от второго исходного местоположения до каждой остальной ячейки в изучаемой области.
- Вычислить сумму накопленных расстояний между двумя источниками для каждой ячейки.
- Определить ячейки, в которых накопленное расстояние между двумя источниками попадает в пределы заданного порога.
Чтобы создать итоговый коридор, выполните следующие шаги:
Вычислите накопленное расстояние для первого источника.
- Откройте инструмент Накопление расстояния.
- Задайте первое местоположение, которое нужно подключить как источник (Источник A) в параметре Входной растр или данные источников объектов.
- Присвойте выходному растру расстояния для Источника A имя.
- Укажите растр стоимости в параметре Входной растр стоимости.
Направление перемещения в коридоре не учитывается. Соответственно, не указывайте вертикальный фактор, горизонтальный фактор или значение Направление перемещения в параметре характеристик источника.
- Щелкните Запустить.
- Откройте инструмент Накопление расстояния.
- Задайте второе местоположение, которое нужно подключить как источник (Источник В) в параметре Входной растр или данные источников объектов.
- Присвойте выходному растру расстояния для Источника В имя.
- Укажите такие же параметры, как в шаге 4.
- Щелкните Запустить.
- Откройте инструмент Коридор.
- Задайте результат для первого местоположения (Источник А), который был создан в шаге 5, как значение параметра Входной растр стоимостного расстояния 1.
- Задайте результат для второго местоположения (Источник B), который был создан в шаге 10, как значение параметра Входной растр стоимостного расстояния 2.
- Задайте имя для выходного растра коридора
- Щелкните Запустить.
- Откройте инструмент Калькулятор растра, Извлечь по атрибутам или Условие.
- Используйте выходной растр, созданный с помощью инструмента Коридор в шаге 15, в качестве входных данных.
- Укажите пороговое значение.
- Задайте имя для выходного растра.
- Щелкните Запустить.
Соединение местоположений с помощью коридоров с наименьшей стоимостью
Коридор определяет географическую область с наименьшей стоимостью, которая соединяет два исходных местоположения. Он содержит все ненаправленные стоимостные пути между источниками, которые меньше указанной накопленной стоимости. Коридор и пути в рамках него не имеют направлений, поскольку не имеет значения, в каком направлении вы будете перемещаться между источниками.
Процесс создания коридора
Чтобы создать растр коридора, вам понадобятся два набора данных: один, который определяет первый набор исходных местоположений, и второй, определяющий второй набор местоположений. Вы будете использовать инструмент Накопление расстояния, чтобы создать накопленный растр стоимости для первого набора источников. Затем вы используете тот же инструмент, чтобы создать накопленный растр стоимости для второго набора местоположений. Используйте эти два результата в качестве входных данных для инструмента Коридор, который создает сумму накопленной стоимости между двумя источниками. Последним шагом по созданию итогового результата растра коридора будет определение приемлемого порога и выбор только тех ячеек, которые попадают в пределы этого порога.
Направленность и порог в коридоре
Коридоры не имеют направления и перемещение из одного источника в другой будет иметь тут же стоимость, что и перемещение в обратную сторону. Однако важно использовать те же настройки для обоих запусков инструмента Накопление расстояния.
Вы можете использовать стоимостную поверхность и растр поверхности, чтобы повысить уровень сложности в моделировании расстояния. Однако вы не можете использовать характеристики источника вертикальный фактор, горизонтальный фактор или направление перемещения, поскольку эти параметры зависят от направления передвижения.
На рисунке ниже показан пример коридора, который был создан для проекта проектируемой линии электросети. Единственным критерием оценки стоимости коридора является стоимость приобретения земли. Итоговый коридор (показан светло-красным) содержит все пути, которые максимум на 10% дороже, чем путь с наименьшей стоимостью (показан линией темно-красного цвета). Ширина коридора меняется на его протяжении, и местами коридор заметно расширяется. Результат отличается от того, который можно было бы построить на основе буфера фиксированной ширины вокруг пути с наименьшей стоимостью.
Если вы выберете все ячейки с общей накопленной стоимостью, которая не более чем на 10 процентов превышает путь с наименьшей стоимостью, результат можно рассматривать как коридор стоимости в 10 процентов.
Ширина коридора
Узкие участки коридора обычно определяют области, где коридор наиболее чувствителен к стоимостям и где существенно меньше вариантов маршрутов между этими участками. В случае с линиями электропередачи более узкие участки коридора могут быть теми местами, которые следует приобрести в первую очередь, потому что в этой части коридора меньше диапазон для размещения линий электропередач. Эти области являются наиболее критическими участками в коридоре.
При размещении коридоров для диких животных узкие участки коридора могут оказаться там, где животные подвергаются наибольшему риску при перемещении по ландшафту. Эти узкие участки могут оказаться наиболее важными для сохранения, потому что у диких животных будет меньше вариантов при перемещении по ним.
Чтобы визуализировать значимость ширины коридора можно также представить его в виде реки, текущей по долине. Там, где долина широкая и плоская, у реки есть множество вариантов для прокладки русла (с учетом наименьшего сопротивления). При наводнении река может выйти из берегов и разлиться широко, вплоть до того, что проложить себе новое русло. Однако если долина сужается до каньона, где по обеим сторонам идут высокие отвесные скалы, у реки остается гораздо меньше возможностей изменить свой путь. Стоимость участков, окружающих узкие части каньона, окажется гораздо выше. Иллюстрации к этой концепции см. в разделе ниже Дополнительная информация. На рисунке путь с наименьшей стоимостью - это река, а разные стоимостные пороги - это изолинии.
Подходящий порог
Порог зависит от единиц измерения стоимостной поверхности. Стоимость в долларах - это один из самых простых способов определить единицы. Однако для коридора дикой природы, если предпочтительны единицы стоимости, определить пороговое значение может оказаться сложно. Труднее будет обосновать привязку биологического порога к единицам субъективной оценки стоимости.
В таком случае пытаются анализировать несколько порогов, пока не будет получена подходящая ширина. Идеально, если заданный порог будет учитывать объективные измерения.
Острова в коридоре
В зависимости от заданного порога в итоговом коридоре могут появиться острова в областях, где коридор расширяется и не является сплошным, как, например, в случае с электросетями, описанном выше. У ячеек островов накопленные стоимости выше, и коридор будет проходить вокруг них.
Несколько местоположений источников
Количество уникальных источников, которые будут использоваться для создания входных растров накопленной стоимости, может быть больше одного. У инструмента Накопление расстояния может быть несколько входных наборов данных. В зависимости от значений совокупной стоимости между источниками и заданного порогового значения, между источниками может быть создано несколько коридоров вместо одного коридора.
Вычисление коридоров по отдельным ячейкам
На рисунках ниже показано, как создается коридор для местоположения из одной ячейки. Этот процесс выполняется для каждой ячейки во входных растрах, но в целях демонстрации показана только одна ячейка.
Чтобы создать коридор, два растра накопленной стоимости должны быть созданы с помощью инструмента Накопление расстояния: один от источника А и другой от источника В.
Затем инструмент Коридор соединяет две поверхности растра накопления вместе.
Итоговый растр не определяет единый путь с наименьшей стоимостью между двумя источниками; он определяет диапазон накопленных стоимостей между источниками. То есть наименьшая накопленная стоимость для достижения источника A плюс наименьшая накопленная стоимость для достижения источника B равна общей накопленной стоимости пути, проходящего через ячейку. Это будет наименьшая накопленная стоимость, если путь проходит через ячейку между источником А и источником В.
Затем задается порог, чтобы определить ширину коридора.
Все ячейки, значения накопленной стоимости которых меньше указанного порога, будут выбраны в растре для построения коридора. Как только будет применен порог, итоговый результат можно считать коридором ячеек с наименьшей стоимостью, а не путем с наименьшей стоимостью (отдельная линия).
Интерпретация коридоров
Ширина коридора может существенно меняться вдоль его длины. Это не фиксированное буферное расстояние вдоль пути с наименьшей стоимостью. Вы можете определить минимально необходимую ширину и указать, должен ли набор путей с наименьшей стоимостью формировать допустимый коридор.
Можно также сказать, что коридор показывает неопределенность в выборе пути с наименьшими затратами. 10-процентный коридор вокруг заданного пути с наименьшей стоимостью представляет собой хорошее визуальное обобщение всех путей, которые не более чем на 10 процентов дороже, чем путь с наименьшими затратами.
Коридор может показать, где путь с наименьшей стоимостью чувствителен к изменениям на пути его прохождения. В приведенном выше примере с линией электропередачи более широкая область в верхней части коридора находится на менее дорогой земле, поэтому есть больше возможностей для изменения местоположения пути в этой области без значительного влияния на его стоимость. В отличие от этого, в узкой средней части коридора альтернативные пути с наименьшими затратами пространственно ограничены лишь несколькими вариантами.
Дополнительная информация
В следующих разделах приведены дополнительные сведения о соединении местоположений с помощью коридоров.
Альтернативные инструменты для определения порогового значения коридора
Есть несколько инструментов, которые вы можете использовать для задания порога, определяющего ширину коридора с использованием условий. Три из них описаны ниже. Используется порог накопленной стоимости 100.
Инструмент Условие
Используйте инструмент Условие (из группы Условия) со следующими настройками:
- Откройте инструмент Условие.
- Укажите результат инструмента Коридор в качестве значения параметра Входной растр условий.
- Постройте выражение "Value < 100" в параметре Выражение.
- Укажите 100 в качестве значения параметра Входной растр значения "истина" или константа.
- Оставьте пустым значение параметра Входной растр значения "ложь" или константа.
- Задайте имя для выходного растра.
- Щелкните Запустить.
Инструмент Извлечь по атрибутам
Используйте инструмент Извлечь по атрибутам со следующими настройками:
- Откройте инструмент Извлечь по атрибутам.
- Укажите результат работы инструмента Коридор в качестве значения параметра Входной растр.
- Постройте выражение "Value < 100" в параметре Условие Where.
- Задайте имя для выходного растра.
- Щелкните Запустить.
инструмент Тест
Используйте инструмент Тест со следующими настройками:
- Откройте инструмент Тест.
- Укажите результат работы инструмента Коридор в качестве значения параметра Входной растр.
- Постройте выражение "Value < 100" в параметре Условие Where.
- Задайте имя для выходного растра.
- Щелкните Запустить.
Понимание коридоров
Чтобы понять, почему добавление двух растров накопления расстояний и установка порога создает коридор, начнем с простейшего геометрического случая. Прямая линия - это путь с наименьшей стоимости между двумя точками на плоскости. Если точка C находится на этой линии, то AC + CB = AB. В терминологии коридоров сумма накопленных стоимостей от С до А и от С до В является постоянной и также минимальной (длина линии АВ). В результате прямая линия - это 0% коридор между А и В. Также есть другой способ создания путей с наименьшей стоимостью, при котором вам не нужен растр обратного направления.
Если убрать точку С с линии (в сторону от пути с наименьшей стоимостью), то АС будет новым путем с наименьшей стоимостью от С до А, а СВ будет путем с наименьшей стоимостью от С до В. В результате, AC + CB > AB. Все точки с одинаковой суммированной стоимостью образуют эллипс вокруг исходного пути с наименьшей стоимостью. Все пути с наименьшей стоимостью, соединяющие С с А и В находятся в этом коридоре. В терминологии коридоров эллипс - это коридор х % вокруг пути с наименьшей стоимостью. Как и в случае с примером линии электропередачи, в начале коридора коридор с наименьшей стоимостью вокруг пути с наименьшей стоимостью отличается от буфера фиксированной ширины вокруг этого пути.
Эти факты также верны при работе с более общими путями с наименьшей стоимостью. Коридор 0 процентов идентичен пути с наименьшей стоимостью, а коридоры с более высоким порогом образуют контурные петли, которые содержат все ячейки и все пути в этом коридоре.
Если направление движения не важно в вашем анализе пути с наименьшей стоимостью, вы можете использовать коридоры для визуализации неопределенности пути с наименьшей стоимостью или всех мест, где могут быть расположены альтернативные ненаправленные пути, которые находятся в пределах допустимого порогового значения затрат вокруг пути с наименьшей стоимостью.
Визуализация коридоров
Вы можете получить новые знания и перспективы при просмотре коридоров в 3D. Путь с наименьшей стоимостью становится относительно ровным дном каньона, построенным из входных поверхностей с суммарной накопленной стоимостью, а различные коридоры x процентов образуют изолинии на стенах каньона. Из любой точки стены каньона вы должны спускаться вниз, чтобы добраться до источника, а это значит, что вам нужно оставаться ниже изолинии, указывающей, что вы находитесь в коридоре этого процента.
Более широкие секции коридора в примере с электросетями находятся в более широкой и плоской чаше на рисунке выше. Если вы планируете потратить дополнительную стоимость накопления, вы можете повысить порог. Широкие чаши будут там, где вы получаете больше опций для определения маршрута пути, поскольку ширина коридора существенно повышается. Стены каньона показывают, где инвестиции будут наименее успешными.