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 произойдет 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 задачу.
2. Разбейте задачу на подмодели.
3. Определите значащие слои.
4. Переклассифицируйте или преобразуйте данные в слое.
5. Взвесьте входные слои.
6. Добавьте или комбинируйте слои.
7. Выберите наилучшие местоположения.
8. Анализируйте.

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

1. Определите задачу

Определение задачи – один из наиболее трудных аспектов процесса моделирования. Необходимо определить общие цели. Все аспекты остальных этапов процесса моделирования наложения должны способствовать достижению этой 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, в чем заключается задача; необходимо выработать четкое понимание, чтобы установить, когда эта задача будет решена или когда данное явление будет отвечать требованиям. В определении задачи 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 задачу на подмодели

Большинство задач наложения являются сложными, и рекомендуется разбить их на подмоделей для ясности, чтобы организовать свои мысли, и более эффективно решать задачи 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 люди могут 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 более пологие склоны, а также склоны, расположенные близко к источникам питания 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 факторов нужно, чтобы были созданы слои. Например, может быть более желательным расположение 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 – Относительная шкала имеет точку отсчёта, обычно 0, и числа в пределах шкалы сопоставимы. Например, значения высоты – это относительные числа, а высота 50 метров в два раза больше, чем высота 100 метров.
• Интервальная – Значения в интервальной шкале являются относительными друг друга, однако нет общей точки отсчёта. Например, шкала рН 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 – Порядковая шкала устанавливает порядок, например, кто пришёл первым, вторым и третьим в забеге. Порядок установлен, но присваиваемые значения порядка нельзя сравнить напрямую. Например, человек, пришедший первым, необязательно был в два раза быстрее человека, пришедшего вторым.
• Номинальная – Нет никакой связи между присвоенными значениями в номинальной шкале. Например, значения землепользования, которые являются номинальными значениями, нельзя сравнивать друг с другом. Землепользование, равное 8, вероятно, не вдвое больше, чем землепользование, равное 4.

Из-за потенциальных различий в диапазонах значений и из-за разных типов систем нумерации, которые могут быть у каждого из входных слоев, прежде чем можно будет объединить несколько этих параметров (факторов) для анализа, каждый из них должен быть переклассифицирован или приведен к единой, общей шкале.

Общие шкалы могут быть заранее определены, например, от 1 до 9 или от 1 до 10, где более высокое значение будет более благоприятным. Шкала может быть от 0 до 1, она выражает возможность принадлежности к определённому набору.

5. Назначьте веса

Одни факторы могут быть более важными для достижения общей цели, чем другие. Если это так, то перед объединением этих факторов их можно взвесить по 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. Добавьте/Объедините

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

Можно применить другие комбинированные подходы. Например, при анализе наложения нечеткой логики такие комбинированные подходы исследуют возможность принадлежности местоположения к нескольким наборам.

7. Выберите 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. Анализируйте

Последним шагом в процессе моделирования – проанализировать результаты. Отвечают ли возможно идеальные местоположения разумно критерию? Возможно, будет полезно исследовать не только самые лучшие местоположения, определенные моделью, но и другие подходящие участки, получившие второе и третье места.

Следует посетить указанные места. Вам нужно подтвердить, что то, что вы определили, существует на самом деле. Всё могло измениться с момента создания данных для модели. Например, одним из входных критериев для модели могут быть виды; чем лучше вид, тем более предпочтительным будет местоположение. На основе входных данных о высоте модель определила местоположения с наилучшими видами; однако при посещении одного из благоприятных мест обнаруживается, что перед этим местоположением построено здание, загораживающее обзор.

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