Основы анализа наложения

Доступно с лицензией Spatial Analyst.

Анализ наложения представляет собой группу методологий, применяемую для выбора оптимальной территории или моделирования пригодности. Это методика применения общей шкалы значений к разнотипным и разнородным входным данным с целью выполнения единого комплексного анализа.

Модели пригодности определяют лучшие или наиболее предпочтительные места для конкретного явления. Виды задач, рассматриваемых анализом пригодности, включают:

• Где расположить новое жилищное строительство
• Какие территории предпочтительнее для обитания оленей
• Где скорее всего возникнет экономический рост
• Где находятся местоположения, наиболее восприимчивые к оползням?

Анализ наложения зачастую предполагают анализ многих различных факторов. Например, выбор места для строительства нового дома означает оценку таких вещей, как стоимость земли, близость к существующим коммуникациям, уклоны и угроза наводнений. Эта информация существует на различных растрах с разными шкалами измерений: доллары, расстояния, градусы и т.д. Вы не можете сложить растр стоимости земли (выраженной в долларах) и растр расстояния до инженерных сетей (выраженного в метрах) и получить при этом значимый результат.

Кроме того, факторы, учитываемые в вашем анализе, могут иметь различную степень важности. Может случиться так, что стоимость земли более важна при выборе места, чем расстояние до инженерных коммуникаций. Насколько именно важнее – решать вам.

Даже с одним растром вы должны определить приоритет значений. Некоторые значения конкретного растра могут идеально подходить целям (например, уклоны от 0 до 5 градусов) , в то время как другие могут быть лучше или хуже и быть неприемлемыми.

Ниже приведён перечень шагов для выполнения анализа наложения:

1. Определите проблему.
2. Разбейте проблему на подмодели.
3. Определите значащие слои.
4. Переклассифицируйте или трансформируйте данные в слое.
5. Взвесьте входные слои.
6. Добавьте или комбинируйте слои.
7. Выбрать наилучшие местоположения.
8. Проанализируйте.

Шаги 1–3 – это общие шаги для решения практически всех пространственных проблем и особенно важны в анализе наложения.

1. Определите проблему

Определение проблем – один из наиболее трудных аспектов процесса моделирования. Необходимо определить общие цели. Все аспекты остальных шагов процесса моделирования наложения должны способствовать достижению общей цели.

Необходимо определить компоненты, имеющие отношение к цели. Некоторые компоненты могут быть комплиментарными, другие – конкурентоспособными. Однако, должно быть установлено чёткое определение каждого компонента и их взаимодействие.

Важно не только определить причину проблемы, но и развивать чёткое понимание вопроса, чтобы определять, когда проблема решена или когда явление завершено. В определении проблемы должны быть установлены конкретные измерения для определения успеха результатов модели.

Например, при определении лучшего местоположения для горнолыжного курорта, общая цель может быть – заработать деньги. Все факторы, которые определены в модели, должны помочь области курорта быть выгодной.

2. Разбейте проблему на подмодели

Большинство проблем наложения являются сложными, и рекомендуется разбить их на подмоделей для ясности, чтобы организовать свои мысли, и более эффективно решать проблемы наложения.

Например, модель пригодности для определения лучшего местоположения для горнолыжного курорта можно разбить на ряд подмоделей, которые будут помогать сделать горнолыжный курорт более выгодным. Первой подмоделью может быть подмодель поверхности, выявляющая местоположения, которые имеют широкий спектр благоприятных поверхностей для лыжников и сноубордистов.

Проверка того, что человек может достичь горнолыжной зоны, может быть охвачена в подмодели доступности. В подмодель может входить доступ из крупных городов, а также местные подъездные дороги.

Подмодель стоимости может определить местоположения, оптимальные для строительства. Эта подмодель может определять плоские уклоны, а также близкие к линиям электропередач и воде как благоприятные.

Конкретные атрибуты или слои могут быть в нескольких подмоделях. Например, крутые склоны могут быть благоприятными в подмодели поверхности, но неблагоприятны для стоимости в подмоделях строительства.

3. Определите значащие слои

Необходимо определить атрибуты или слои, которые влияют на каждую подмодель. Каждый фактор фиксирует и описывает компонент явления, который определяет подмодель. Каждый фактор способствует достижению целей подмодели, и каждая подмодель способствует достижению общей цели модели наложения. Только те факторы, которые способствуют определению явления, должны быть включены в модель наложения.

Для определённых фактором нужно, чтобы были созданы слои. Например, может быть более желательным располагаться ближе к основной дороге. Чтобы определить расстояние каждой ячейки до дороги, можно запустить инструмент Евклидово расстояние для создания растра расстояния.

4. Переклассификация/трансформация

Различные системы счисления не могут быть эффективно скомбинированы напрямую. Например, при добавлении уклона к землепользованию, будут произведены бессмысленные результаты. Четыре главные системы исчисления:

• Относительная – Относительный масштаб имеет точку отсчёта, обычно 0, и числа в пределах масштаба сопоставимы. Например, значения высоты – это относительные числа, а высота 50 метров в два раза больше, чем высота 100 метров.
• Интервальная – Значения в интервальном масштабе являются относительными друг друга, однако, пока нет общей точки отсчёта. Например, рН масштаб имеет интервальный тип, где чем выше значение над нейтральным значением 7, тем оно более щёлочное, и чем ниже значения (меньше 7), тем оно более кислое. Однако, значения не полностью сопоставимы. Например, pH, равный 2, не является в два раза более кислым, чем pH, равный 4.
• Порядковая – Порядковый масштаб устанавливает порядок, например, кто пришёл первым, вторым и третьим в забеге. Порядок установлен, но присваиваемые значения порядка нельзя сравнить напрямую. Например, пришедший первым человек не обязательно передвигался вдвое быстрее, чем пришедший вторым.
• Номинальная – Нет никакой связи между присвоенными значениями в номинальном масштабе. Например, значения землепользования, которые являются номинальными значениями, нельзя сравнивать друг с другом. Землепользование, равное 8, вероятно, не вдвое больше, чем землепользование, равное 4.

Поскольку каждый входной слой может иметь разные диапазоны значений и типы систем счисления, перед объединением нескольких факторов для анализа, каждый из них должен быть переклассифицирован или трансформирован в общий относительный масштаб.

Общие масштабы могут быть заранее определены, например, 1 к 9 или 1 к 10, где более высокое значение будет более благоприятным. Масштаб может быть 0 к 1, он выражает возможность принадлежности к определённому набору.

5. Вес

Одни факторы могут быть более важными для достижения общей цели, чем другие. В таком случае перед комбинированием факторов их значение взвешивается на основе их важности. Например в подмодели построения для размещения горнолыжного курорта, критерий уклона могут быть в два раза важнее для стоимости строительства, чем расстояние от дороги. Поэтому до комбинирования двух слоёв нужно умножить критерий уклона на два расстояния до дороги.

6. Добавить/Комбинировать

В анализе наложения желательно установить отношение между всеми входными факторами, чтобы определить нужные местоположения, которые отвечают целям модели. Например, после соответствующего взвешивания слои можно объединить в дополняющей модели взвешенного наложения. В этом комбинированном подходе предполагается, что чем более благоприятный факторов, более желательным будет местоположение. Таким образом, чем выше значение на результирующем выходном растре, тем более желательным будет местоположение.

Можно применить другие комбинированные подходы. Например, в анализе наложения нечёткой логики комбинированные подходы позволяют изучить возможность принадлежности местоположения к нескольким наборам.

7. Выбрать наилучшие местоположения.

В большинстве моделей наложения и пригодности главной целью является нахождение наилучших местоположений моделируемого явления. Это явление должно будет удовлетворять специфическим требованиям к размеру и пространственному положению для эффективной работы функции. Эти требования включают необходимую для функции общую площадь, число регионов, вдоль которых должны быть распределена область, характеристики формы регионов, минимальное и максимальное расстояние между регионами.

Инструмент Найти регионы позволит вам определить наилучшие сочетания регионов, которые будут учитывать пространственные ограничения.

8. Анализ

Последним шагом в процессе моделирования – проанализировать результаты. Отвечают ли возможно идеальные местоположения разумно критерию? Полезно не только изучить лучшие местоположения, определённые моделью, но и исследовать второй и третий наиболее благоприятные участки.

Определённые местоположения должны быть видимыми. Вам нужно удостоверится в этом. Всё могло измениться, т.к. были созданы данные для модели. Например, одним из входных критериев в модели могут являться виды, т.е. чем лучше вид, тем более предпочтительным будет местоположение. Из входных данных высоты, модель, определяющая местоположения с лучшими видами; однако, если одна из благоприятных поверхностей видима, становится ясно, что здание было построено в перед местоположением, препятствующим виду.

Если взять входные данные из всех шагов выше, выбирается местоположение.