Доступно с лицензией Spatial Analyst.
Анализ расстояний имеет основополагающее значение для большинства приложений ГИС. В простейшем случае расстояние — это мера того, насколько далеко один объект находится от другого. Прямая линия является кратчайшим расстоянием между двумя точками. Но следует учитывать разные аспекты. Например, если на пути есть барьер, вам придется объехать его, что увеличит общее расстояние, необходимое для перемещения из одного местоположения в другое. Еще одним фактором является текстура поверхности, которая может увеличить фактическое пройденное расстояние, если местность меняется с ровной на пересеченную. Есть много других факторов, которые могут повлиять на усилия, необходимые для перехода из начальной точки в конечную. Среди таких факторов - крутизна склонов местности, направление движения по ветру или против него, вид транспорта и типы пересекаемого почвенно-растительного покрова. Также существует разница в расчетах, которые производятся плоскостным или геодезическим методом.
Дополнительный модуль Spatial Analyst предлагает инструменты, которые можно использовать для вычисления расстояния во множестве сценариев. У инструментов есть разнообразные параметры, которые вы можете использовать, чтобы добавить модификаторы к операциям. В результате вы получите более точные выходные данные, которые помогут вам принять лучшие решения.
Анализ расстояния можно разделить на две основные задачи:
- Вычисление расстояния до ближайшего источника или источника наименьшей стоимости.
- Соединение набора местоположений оптимальными путями по поверхности стоимости.
Вычисление расстояния
Есть два аспекта, которые необходимо принять во внимание при вычислении расстояния:
- Определение, насколько далеко что-то находится.
- После определения расстояния необходимо вычислить, каким образом это расстояние будет пройдено путешественником.
Определение, насколько далеко что-то расположено
Определение, насколько далеко один объект находится от другого - основная задача вычисления расстояния. Это расстояние по прямой, или Евклидово расстояние между двумя точками. Дополнительную информацию см. в разделе Вычисление расстояния по прямой.
Но есть другие факторы, которые могут влиять на расстояние по прямой, в то числе, наличие барьеров и вычисление расстояния по поверхности.
Барьер - например, река, обрыв, шоссе или здание - то, что мешает вам пройти от одного местоположения к другому по прямой . Так как обход барьера означает, что вам придется преодолеть большее расстояние, вы хотите узнать самый короткий возможный путь. Примеры использования и дополнительную информацию вы найдете в разделе Учет барьеров в вычислениях расстояний.
Расстояние по поверхности - это фактическое расстояние, которое нужно преодолеть, перемещаясь по ландшафту. По сравнению с расстоянием по прямой, расстояние по поверхности будет больше, так как при его вычислении учитывать подъемы и спуски по рельефу поверхности. Примеры использования и дополнительную информацию вы найдете в разделе Учет поверхности в вычислениях расстояний.
Расстояние, пройденное пешеходом
Часто важно выяснить, как именно расстояние проходится пешеходом. В любом случае речь идет о пешеходе. В данном случае это может быть человек или какое-то другое существо. Но в принципе, речь может идти и о неодушевленном объекте, например, жидкости в трубе или машине на дороге. То есть при строительстве трубопровода или дороги в каждой ячейке нужно проходить через различные особенности ландшафта, такие как плоские и крутые склоны, леса и болота. При расчете основного расстояния по прямой пешехода можно представить как птицу или самолет, летящий низко над землей в неподвижном воздухе, не подверженном влиянию особенностей поверхности.
Есть множество факторов, влияющих на то, как пешеход проходит расстояние. Каждый из них влияет на усилия, затрачиваемые на прохождение расстояния. Следующие факторы определяют усилия, затрачиваемые на прохождение расстояния:
- Поверхность стоимости
- Характеристики путешественника от источника
- Вертикальный фактор
- Горизонтальный фактор
Поверхность стоимости
Для каждой ячейки поверхности стоимости определяется, как объект в местоположении движется через ячейку. Это стоимость прохождения через местоположение для пешехода. Чем меньше стоимость для ячейки, тем легче передвижение. Например, турист может легко и быстро идти по открытому полю, а грязная земля в густом лесу замедляет его движение, заставляя расходовать больше энергии, и поэтому на каждую единицу расстояния уходит больше времени. Примеры использования и дополнительную информацию о том, как поверхность стоимости влияет на прохождение расстояния см. в разделе Корректировка пройденного расстояния с использованием поверхности стоимости.
Расстояние измеряется по затраченной стоимости. Так как учитывается поверхность стоимости, стоимостные расстояния от каждого источника не будут одинаковыми, как это имеет место при вычислении расстояний по прямой.
Характеристики пешехода от источника
Характеристики пешехода оказывают влияние на прохождение расстояния. На прохождение расстояния могут оказывать влияние следующие характеристики пешехода.
- Режим передвижения - применяется как множитель, и может задавать вид транспорта. Например, это может показывать, перемещается ли пешеход пешком или на внедорожнике. Также здесь может учитываться число пешеходов. В обоих случаях режим передвижения повлияет на прохождение расстояния.
- Стартовая стоимость - может использоваться, например, для учета времени на подготовку внедорожника.
- Максимальная емкость - может определять, например, расстояние или стоимость до того, как у внедорожника закончится топливо.
- Направление движения - может учитывать, например, движутся ли стада оленей к водопою или от него.
Примеры использования и дополнительную информацию о том, как характеристики пешехода влияют на прохождение расстояния, см. в разделе Корректировка пройденного расстояния с использованием характеристик источника.
Вертикальный фактор
Используйте параметр Вертикальный фактор для учета усилий, прикладываемых пешеходом для преодоления подъемов и спусков при прохождении расстояния. Прохождение склонов по прямой может потребовать больше усилий и замедлить пешехода. То есть на прохождение этого расстояния потребуется больше времени. Возможно, двигаться вниз по склону и вокруг холма, для преодоления того же расстояния, будет быстрее. Характеристики пешехода, описанные в предыдущих разделах, в сочетании с вертикальным фактором, могут влиять на прохождение склонов. Движение от источника или к нему может привести к разному результату.
Различие между расстоянием по поверхности, описанным выше, и вертикальным фактором, состоит в том, что вертикальный фактор изменяет прохождение расстояние на основе усилий, затрачиваемых для преодоления склонов, а расстояние по поверхности корректируется для расчета фактического пройденного расстояния на основе неровности поверхности. Дополнительные сведения см. в разделе Корректировка пройденного расстояния с использованием вертикального фактора.
Горизонтальный фактор
Используйте параметр Горизонтальный фактор для учета влияния на прохождение расстояния пешеходом таких воздействий, как ветер или океанические течения. Например, если в роли пешехода выступает судно, которое двигается по ветру или по течению, расстояние будет пройдено быстрее. При этом движение против ветра или течения потребует больше времени для преодоления того же расстояния. Если ветер или течение воздействуют на судно под углом, эффект может не быть ярко выраженным. Например, горизонтальный фактор более значителен при полете на самолете с запада на восток, из Лос-Анджелеса в Нью-Йорк, по сравнению с полетом в обратную сторону. Полет с запада на восток занимает меньше времени из-за влияния преобладающего ветра — и самолет может покрыть большее расстояние, и с большей скоростью. Дополнительные сведения см. в разделе Корректировка пройденного расстояния с использованием горизонтального фактора.
Геодезическое и плоскостное расстояние влияет на вычисление
Полученное расстояние очень сильно зависит от того, пользовались ли вы при вычислении геодезическим и плоскостным методом. Если вы вычисляете плоскостным методом, расстояние сильно зависит от того, насколько далеко выполняются измерения, от мирового масштаба и от используемой проекции. Вычисление расстояния геодезическим методом всегда выдает истинное расстояние по земной поверхности, независимо от местонахождения в мире, и от того, как далеко друг от друга находятся местоположения. Дополнительную информацию см. в разделе Геодезическое и плоскостное расстояние.
Аналитическая последовательность накопления расстояния
Инструмент Накопление расстояния корректирует измерение расстояния по прямой и задает цену прохождения единицы расстояния через набор модификаторов. Вы последовательно заполняете параметры инструмента, указывая опции, нужные для вашего анализа. Через серию модификаторов вы можете влиять на разнообразные параметры для вычисления расстояния и определять цену, затрачиваемую на прохождение расстояния. Эти модификаторы описаны ниже.
Вычисление расстояния
Укажите местоположения, от которых будет начинаться расчет расстояния в параметре Входные растровые или векторные данные источника.
Для корректировки вычисления расстояния по прямой, в случае наличия преграды или барьера, укажите его в параметре Входные растровые или векторные данные барьеров.
Для корректировки вычисления расстояния по прямой, чтобы учесть фактическое расстояние которое пешеход должен пройти, укажите поверхность высот для параметра Входной растр поверхности.
Определение цены прохождения расстояния
Чтобы имитировать пешехода, идущего по земле, определите, что он должен преодолеть. Укажите поверхность стоимости для параметра Входной растр стоимости.
Для определения уникальных аспектов пешехода разверните категорию Характеристики источника и посмотрите список доступных опций.
- Чтобы установить начальное расстояние, или стоимость, потраченную до начала движения, укажите эти данные в параметре Начальное накопление.
- Чтобы ограничить объем расстояния или затраченную стоимость, укажите ее в параметре Максимальное накопление.
- Чтобы указать режим передвижения, который может влиять на цену прохождения расстояния, задайте множитель в параметре Множитель для применения к стоимости.
- Чтобы установить направление движения пешехода - от источника или к нему, - укажите направление в параметре Направление движения.
Чтобы учесть усилия, затраченные для преодоления уклонов, разверните параметр Стоимость относительно вертикального перемещения, выберите поверхность высот в опции Входной вертикальный фактор и задайте вертикальный фактор.
Чтобы учесть горизонтальное влияние, оказываемое на перемещение, например, ветер или течение, разверните параметр Стоимость относительно горизонтального перемещения, укажите растр в опции Входной горизонтальный фактор и задайте горизонтальный фактор.
Определение модели поверхности
Чтобы учесть актуальную форму земной поверхности, то есть эллипсоид, установите в параметре Метод расстояния - Геодезический. Вычисления по умолчанию Плоскостным методом выполняются на проецированной плоскости - с помощью декартовой системы координат 2D. Геодезический метод выполняет все вычисления в декартовой системе координат 3D, использование которой позволяет получить более точные результаты, но увеличивает время обработки.
Инструмент Распределение по расстоянию
Инструмент Накопление расстояния создает результирующие растры накопленного расстояния и, дополнительно, растров обратного направления, направления источника и местоположения источников. Инструмент Распределение по расстоянию использует те же параметры и создает те же выходные растры, что и инструмент Накопление расстояния, но также создает выходной растр распределения по расстоянию.
Растр накопления расстояния вычисляет накопленное расстояние к ближайшему источнику, или источнику наименьшей стоимости. Растр обратного направления показывает направление перемещения из каждой ячейки до ближайшего источника, или источника наименьшей стоимости. Исходный растр направления определяет направление к ближайшему источнику или источнику наименьшей стоимости. Исходный растр местоположений определяет строку и столбец ближайшего источника или источника наименьшей стоимости. Для каждой ячейки растр распределения по расстоянию идентифицирует ближайший источник или источник с наименьшей стоимостью.
Устаревшие инструменты стоимостного расстояния
До версии ArcGIS Pro 2.5 из-за способа вычисления расстояния необходимо было использовать несколько инструментов для учета разных факторов влияющих на прохождение и вычисление расстояния. Евклидово расстояние, то есть расстояние по прямой, рассчитывалось напрямую между центрами целевой и исходной ячеек. Анализ стоимостного расстояния требовал отдельных инструментов, так как стоимость измерялась по сети вдоль последовательности ребер, создаваемых между смежными ячейками. Инструменты Накопление расстояния и Распределение по расстоянию могут вычислить и стоимостное расстояние и расстояние по прямой, с различными вариациями. Дополнительную информацию об используемом алгоритме и о том, как рассчитывается расстояние по прямой и стоимостное расстояние в едином инструменте, см. в разделе Как работает инструмент накопления расстояния.
Соединение местоположений по поверхности стоимости
Хотя бывает важно знать, как далеко что-то находится, вам также, вероятно, захочется узнать наилучший способ соединения ряда местоположений - либо кратчайшими путями, либо путями с наименьшими возможными затратами. Есть три основных сценария соединения местоположений:
- У вас есть серия местоположений, которые вы хотите соединить. Вы хотите получить сеть оптимальных путей для их соединения - кратчайших, или наименьшей стоимости.
- У вас есть конкретные местоположения, которые должны быть соединены с другими - оптимальными путями.
- У вас есть конкретные местоположения, которые должны быть соединены с другими - оптимальным коридором.
Соединение местоположений оптимальными способами
Используйте инструмент Оптимальные соединения регионов для соединения ряда местоположений или регионов с помощью сети кратчайших путей или путей наименьшей стоимости. Для этого инструмента не важно, какой конкретно регион соединен с каким. Вы хотите, чтобы они были соединены кратчайшими путями, или путями наименьшей стоимости. Для этого укажите местоположения или регионы для соединения, и, дополнительно, поверхность стоимости. В результирующей сети путей вы можете достичь любого местоположения из другого, но, возможно, путь будет пролегать через какое-то третье местоположение.
Примеры использования и дополнительную информацию см. в разделе Соединение регионов оптимальной сетью.
Соединение определенных местоположений путями
В этом сценарии вы хотите соединить одни определенные местоположения с другими. Процедура состоит из двух шагов. Сначала вы запускаете инструмент Накопление расстояния, используя конкретные местоположения, которые вы хотите соединить с другими конкретными местоположениями. Вам необходимо создать инструментом два выходных набора - растр расстояния и растр обратного направления. На следующем шаге используйте эти два созданных растра вместе с местоположениями, которые вы хотите соединить, как входные данные в инструментах Оптимальный путь как линия и Оптимальный путь как растр. Инструмент выполнит трассировку по пути от заданных местоположений к исходным с помощью растра обратного направления. Разница между этими инструментами заключается в том, что один возвращает оптимальные пути в виде линейных объектов, а другой - в виде растра.
Примеры использования и дополнительную информацию см. в разделе Соединение местоположений оптимальными путями.
Соединение определенных местоположений коридором
Этот сценарий аналогичен сценарию с путями, в котором вы хотите соединить одни определенные местоположения с другими. Однако вместо того, чтобы соединять локации линейными путями, в этих сценариях они соединяются коридором. Ширина коридора в любой точке зависит от стоимости. Это не совсем Евклидов буфер вокруг путей соединения. Чтобы создать коридор, сначала запустите инструмент Накопление расстояния для определенных начальных местоположений. Затем запустите инструмент для других местоположений, которые вы хотите соединить. Затем используйте два результирующих растра расстояний накопления и растры обратного направления как входные данные в инструменте Коридор наименьшей стоимости. Чтобы задать ширину коридора, примените пороговое значение или в виде процентов от минимального значения растров расстояния суммарной накопленной стоимости или при помощи указанной накопленной стоимости.
Примеры использования и дополнительную информацию см. в разделе Соединение местоположений коридорами.