Доступно с лицензией Spatial Analyst.
Смысл инструмента Стоимостная связанность заключается в определении сети оптимальных по стоимости путей, а не в создании отдельных путей, соединяющих один регион с другим. В полученной сети можно перемещаться от одного региона к любому другому, используя пути (которые могут проходить через другие регионы).
Примеры проблем, разрешаемых инструментом Стоимость связности.
- Составив модель пригодности, вы определили 10 лучших местообитаний для рыси. Вы хотите, чтобы рыси перемещались между участками по оптимальной сети коридоров, предназначенных для диких животных. Это позволит поддерживать генетическую изменчивость внутри популяции рыси.
- В военных целях вы определили 5 территорий для размещения войск и личного состава. Вы собираетесь разработать наилучшую сеть для поддержки маршрутов между базами.
- Для целей лесозаготовительных работ вы собираетесь создать наиболее экономически эффективную сеть дорог для вывоза древесины.
Как работает алгоритм стоимостной связности
В следующих шагах описывается концепция работы алгоритма Стоимостная связанность:
- Определяется входной источник и поверхность стоимости.
На рисунке ниже входные регионы (цветные полигоны) отображаются на слое поверхности стоимости.
Входные регионы отображаются поверх растра поверхности стоимости. - Выполняется Распределение по стоимостному расстоянию.
На рисунке ниже входные регионы (цветные полигоны) отображаются на слое поверхности стоимости. Значение каждой ячейки растра распределения соответствует досягаемости соответствующего региона с наименьшей накопленной стоимостью.
Регионы отображаются поверх слоя распределения по стоимости - Между каждым регионом и соседствующими с ним создаются пути стоимости.
На рисунке ниже входные регионы и пути наименьшей стоимости из каждого региона до соседствующих с ним (пурпурные линии) отображаются поверх связанного слоя распределения по стоимости.
Показано распределение по стоимости с регионами, соединенными путями. - Регионы и полученные пути конвертированы в граф (в теории графов). При конвертации регионы стали вершинами, а пути – ребрами. Накопленная стоимость пути для ребра является весом.
В общем виде, конвертация регионов и путей в теорию графов может быть представлена в виде следующей иллюстрации. Пронумерованные круги являются вершинами (регионами), а линии, соединяющие вершины – ребрами (пути наименьшей стоимости). Веса ребер являются накопленными стоимостями путей. На рисунке, чем выше стоимость, тем толще линия.
Концепция теории графов Примечание:
Чтобы полностью понять работу этого инструмента, рекомендуется изучить основы теории графов. Для этого имеется множество ресурсов, но начать можно со статьи в Википедии: https://en.wikipedia.org/wiki/Graph_theory.
- Минимальное остовое дерево определяется с помощью теории графов для соединения вершин (регионов) наиболее эффективным (с наименьшей стоимостью) из возможных способов.
Примечание:
Дополнительные сведения о минимальном остовном дереве доступны в Интернете, например, в статье Википедии https://en.wikipedia.org/wiki/Minimum_spanning_tree.
- Пространственное представление регионов и путей из минимального остовного дерева картируется обратно в выходной класс объектов.
На рисунке ниже входные регионы и сеть путей наименьшей стоимости из минимального остовного дерева (пурпурного цвета) отображаются поверх связанного слоя поверхности стоимости.
Выходные пути между регионами отображаются поверх поверхности стоимости - Дополнительно можно вывести класс объектов-путей к соседним регионам стоимости (см. шаг 3 выше).
Каждый путь будет отдельным линейным объектом, также будут встречаться дублирующиеся линии в тех местах, где коридоры проходят по общим сегментам.
Если входные регионы являются полигонами, пути продолжаются до точки внутри полигона, что позволяет входить по одному пути, перемещаться внутри полигона и выходить по другому пути, чтобы попасть в удаленный регион. Этим расширенным сегментам в регионе не присваивается стоимость; поэтому перемещение по региону происходит без стоимости. То же самое происходит с линейными регионами – стоимость перемещения по линейному объекту до другого пути отсутствует.
На рисунке ниже слева показан результат использования последовательности инструментов Стоимостное расстояние и Оптимальный путь для соединения регионов. Обратите внимание, что пути проходят только до граней регионов. На рисунке справа показана сеть путей, соединяющих регионы, полученная из инструмента Стоимостная связанность. Обратите внимание, что пути продолжаются внутри регионов, что позволяет входить в регион по одному пути и выходить по другому.
Значение регионов
Входными данными для инструмента Стоимостная связанность должны быть регионы. Регион – это соединенная серия ячеек (смежных) с одинаковыми значениями. Если ячейки с одинаковыми значениями разъединены, они являются зонами. Зоны можно преобразовать в регионы с помощью инструмента Группировка. Стоимостная связанность соединяет каждый регион с остальными, поэтому по полученной сети можно достичь всех регионов и всех ячеек в них.
Сценарии работы с инструментом Стоимость связности
Ниже приведены наиболее обычные сценарии использования инструмента Стоимостная связанность.
- Желательными выходными данными является оптимальная сеть (минимальное остовное дерево).
- Добавьте определенные пути к оптимальной сети, используя инструменты Стоимостное расстояние и Оптимальный путь, чтобы соединить регионы, если имеются причины, по которым оптимальное соединение не подходит. Например, необходимо добавить тропу для выхода пожарных из эпицентра лесного пожара.
- Создайте необходимую сеть из дополнительных выходных данных по всем путям к окружающим регионам, используя экспертные знания для удаления ненужных путей.
- Превратите любой из этих сценариев в сеть Network Analyst и проведите дополнительный анализ перемещения между регионами.