Построить матрицу пространственных весов (Пространственная статистика)

Краткая информация

Создает файл с матрицей пространственных весов (.swm) для отображения пространственных отношений между объектами в наборе данных.

Подробнее о том, как работает инструмент Построить матрицу пространственных весов

Иллюстрация

Пространственные веса на основе смежности полигонов
Пространственные отношения, основанные на смежности полигонов, принцип "ферзя": общие ребра или узлы

Использование

  • Результат работы этого инструмента – файл матрицы пространственных весов (.swm). Для таких инструментов, как Анализ горячих точек, для которых требуется указывать параметр Определение пространственных взаимоотношений, может использоваться файл матрицы пространственных весов; выберите значение Получить пространственные веса из файла для параметра Определение пространственных взаимоотношений, а для параметра Файл матрицы весов укажите полный путь к файлу пространственных весов, который вы создаете с помощью этого инструмента.

  • Данный инструмент также выводит характеристики полученного файла матрицы пространственных весов: число объектов, связность, а также минимальное, максимальное и среднее число соседних объектов. Эта информация отображается в виде сообщений, которые появляются в нижней части панели Геообработка во время выполнения этого инструмента. Вы можете получить доступ к сообщениям, переместив курсор мыши на индикатор выполнения, щелкнув на всплывшую кнопку или развернув раздел сообщений в панели Геообработка. Вы можете получить доступ к сообщениям для выполненного ранее инструмента из панели История геообработки. В этих сводках должно быть указано, у всех ли объектов имеется хотя бы один сосед. В целом, особенно в случае больших наборов данных, каждому объекту желательно иметь, по меньшей мере, восемь соседей. Также желательно низкое значение связности объектов.

  • Для анализа пространства/времени выберите Пространственно-временное окно в параметре Определение пространственных взаимоотношений. Пространство задается значением Порогового расстояния; время задается параметром Поле даты/времени, а также двумя параметрами: Тип Даты/времени (часы или дни) и Значение интервала даты/времени. Значение интервала даты/времени должно быть целым числом. Например, если ввести пороговое расстояние в 1000 футов, выбрать Часы и в параметре Значение интервала даты/времени указать 3, то соседями будут считаться объекты, расположенные один от другого в пределах 1000 футов и 3-х часов.

  • Файл матрицы пространственных весов (.swm) изначально был предназначен для того, чтобы вы могли создавать, хранить, повторно использовать и передавать другим указанные пространственные взаимоотношения между объектами в наборе объектов. Для повышения быстродействия системы файл создается в двоичном формате. Отношения между пространственными объектами хранятся в виде разреженной матрицы, при этом в файл SWM записываются только ненулевые отношения. В общем случае инструмент показывает высокую производительность даже тогда, когда файл SWM содержит более 15 миллионов ненулевых отношений. Тем не менее, если вдруг при работе с файлом SWM возникнет ошибка оперативной памяти, следует пересмотреть метод определения отношений между объектами. За общее правило следует принять такую матрицу пространственных весов, в которой каждый объект имеет, по меньшей мере, одного соседа, большая часть объектов – около восьми, и при этом ни один объект не имеет числа соседей, значительно большего 1 000.

  • Совпадающие точки не используются в вычислении Порогового расстояния по умолчанию.

  • При использовании данных с координатами, включающими z-значения, Пороговое расстояние является 3D-расстоянием.

  • При использовании данных с координатами, включающими z-значения, единственными поддерживаемыми значениями параметра Определение пространственных взаимоотношений являются Обратное расстояние, Фиксированное расстояние, Ближайшая окрестность K и Пространственно-временное окно.

  • Если Входной класс пространственных объектов содержит z-значения, линейные единицы измерения вертикальной системы координат (VCS) должны совпадать с линейными единицами измерения горизонтальный системы координат. Если Входной класс пространственных объектов не содержит вертикальную систему координат, предполагается, что линейные вертикальные единицы измерения совпадают с горизонтальными.

  • Когда Входной класс объектов не имеет проекции (т.е. когда координаты заданы в градусах, минутах и секундах), или когда в качестве выходной системы координат используется Географическая система координат, расстояния в этих случаях будут рассчитываться с помощью хордовых измерений. Измерения хордовых расстояний применяются постольку, поскольку они могут быть быстро вычислены и дают хорошие оценки истинных геодезических расстояний, по крайней мере, для точек, расстояние между которыми в пределах порядка 30 градусов. Хордовые расстояния основаны на эллипсоиде вращения. Если взять две любые точки на поверхности Земли, то хордовым расстоянием между ними будет длина прямой линии, проходящей через трехмерное тело Земли и соединяющей эти две точки. Хордовые расстояния выражаются в метрах.

    Внимание:

    Следует обязательно производить проецирование ваших данных, если область исследования превышает 30 градусов. Хордовые расстояния не обеспечивают точных оценок геодезических расстояний, превышающих 30 градусов.

  • Когда при анализе используются хордовые расстояния, параметр Пороговое расстояние, если он указывается, должен быть выражен в метрах.

  • Для линейных или полигональных объектов, при расчете расстояний используются центроиды. Для мультиточек, полилиний или полигонов, состоящих их нескольких частей, центроид вычисляется с использованием средневзвешенного центра всех частей объекта. При определении весов точечные объекты имеют равный вес (1). Для линейных объектов это длина сегмента. Для полигональных – площадь.

  • Поле Уникальный ID связано с отношениями объектов, полученными в результате работы данного инструмента. Следовательно, значение поля уникального ID должно быть уникально для каждого объекта и, как правило, должно хранится в постоянном поле, которое остается с классом объектов. Если у вас нет поля уникального ID, его можно создать, добавив новое целочисленное поле (Добавить поле) к классу объектов и вычислив значения полей, которые должны быть равны FID или OBJECTID (Вычислить поле). Поскольку значения полей FID и OBJECTID могут изменяться при копировании и редактировании класса объектов, вы не можете использовать эти поля непосредственно в качестве параметра Поле уникального ID.

  • Параметр Количество соседей может перевесить параметр Пороговое расстояние в случаях определения пространственных отношений по обратному или фиксированному расстоянию. Если вы зададите пороговое расстояние в 10 миль и значение 3 для параметра Количество соседей, то каждый из объектов будут иметь минимум по 3 соседа, даже если для того, чтобы найти их, пришлось бы увеличить пороговое расстояние. Пороговое расстояние только увеличивается в тех случаях, где минимальное число соседей не найдено.

  • Опция Конвертировать таблицу для параметра Определение пространственных взаимоотношений может быть использована для конвертации ASCII-файла матрицы пространственных весов в SWM-файл матрицы пространственных весов. В первую очередь необходимо вставить текстовый файл с весами кодировки ASCII в отформатированную таблицу (используя, например, приложение Excel).

    Внимание:

    Если таблица включает веса для собственного потенциала, они не будут включены в полученный файл SWM, и при анализе будет использоваться значение собственного потенциала по умолчанию. Значение собственного потенциала по умолчанию для инструмента Анализ горячих точек равно единице, но это значение может быть заменено параметром Поле собственного потенциала. Для всех других инструментов значение собственного потенциала по умолчанию равно нулю.

  • Для полигональных объектов практически всегда необходимо выбирать значение Строка для параметра Нормализация ряда. Нормализация ряда нивелирует отклонение в ситуациях, когда количество соседей каждого объекта является функцией агрегирования или выборки, нежели отражением реального пространственного распределения анализируемой переменной.

  • Дополнительную информацию о параметрах инструмента см. в справочной статье Моделирование пространственных отношений.

  • Инструменты, которые могут использовать файл матрицы пространственных весов, перед анализом проецируют геометрию объектов в выходную систему координат, поэтому все математические вычисления основаны на выходной системе координат. Как следствие, если выходная система координат не соответствует пространственной привязке входного класса объектов, следует выполнить одно из двух: либо сделать так, чтобы для всех операций анализа, использующих файл матрицы пространственных весов, выходная система координат соответствовала тем настройкам, которые применялись при создании этого файла; либо проецировать входной класс объектов так, чтобы он соответствовал пространственной привязке файла матрицы пространственных весов.

  • Внимание:

    При использовании шейп-файлов, помните, что в них нельзя хранить нулевые (null) значения. Инструменты или другие процедуры, создающие шейп-файлы из прочих входных данных, могут хранить значения NULL в виде 0 или оперировать ими как нулем. В некоторых случаях нули в шейп-файлах хранятся как очень маленькие отрицательные числа. Это может привести к неожиданным результатам. Дополнительные сведения см. в разделе Рекомендации по геообработке выходных данных шейп-файла.

Параметры

ПодписьОписаниеТип данных
Входной класс пространственных объектов

Класс пространственных объектов, для которого пространственные отношения объектов будут оценены.

Feature Class
Поле уникального ID

Целочисленное поле, содержащее по уникальному значению для каждого объекта во входном классе объектов. Если у вас нет поля Уникальный ID, вы можете создать его путем добавления нового целого поля в вашу таблицу классов объектов и вычислив значения полей, которые были бы равны полям FID или OBJECTID.

Field
Выходной файл матрицы пространственных весов

Полный путь к создаваемому файлу матрицы пространственных весов (.swm).

File
Определение пространственных взаимоотношений

Определяет, как формируются пространственные отношения между объектами.

  • Обратное расстояние — Влияние одного объекта на другой уменьшается с ростом расстояния.
  • Фиксированное расстояние — Все объекты в пределах указанного критического расстояния от каждого объекта включаются в анализ; все объекты вне критического расстояния – исключаются.
  • Ближайшая окрестность K — Ближайшие K объектов включаются в анализ, где K – определенный числовой параметр.
  • Только совпадающие ребра — Соседями считаются полигональные объекты, имеющие общую границу.
  • Совпадающие ребра и углы — Соседями считаются полигональные объекты, имеющие общую границу и/или общий узел.
  • Триангуляция Делоне — На основе центроидов объектов создается сеть неперекрывающихся треугольников; соседями считаются объекты, связанные с узлами треугольников, которые имеют общие ребра.
  • Пространственно-временное окно —Соседями считаются объекты, расположенные друг от друга в пределах указанного критического расстояния и в указанном временном интервале.
  • Конвертировать таблицу — Пространственные отношения определены в таблице.
String
Метод определения расстояния
(Дополнительный)

Определяет, как рассчитываются расстояния от одного объекта до соседнего объекта.

  • Евклидово — Расстояние по прямой линии между двумя точками (как ворона летает)
  • Манхэттен — Расстояние между двумя точками, измеренное вдоль осей, расположенных под прямым углом друг к другу (городские кварталы); рассчитывается суммированием абсолютных разностей между координатами х и у.
String
Порядок
(Дополнительный)

Параметр для расчета обратного расстояния. Типичные значения – 1 или 2.

Double
Пороговое расстояние
(Дополнительный)

Определяет предельное расстояние для пространственных взаимоотношений Обратное расстояние и Фиксированное расстояние. Введите это значение, используя единицы, определенные во входящей системе координат. Задает размер пространственного окна при определении пространственных взаимоотношений Пространственно-временное окно.

Значение 0 указывает на то, что пороговое расстояние не применяется. Когда этот параметр остается пустым, пороговое значение по умолчанию будет вычислено исходя из экстента и количества объектов во Входном классе объектов.

Double
Число соседей
(Дополнительный)

Целое число, показывающее или минимально или точное количество соседей. В случае K ближайших соседей каждый объект будет иметь число соседей, в точности равное заданному. В случае Обратного расстояния или Фиксированного расстояния каждый объект будет иметь количество соседей, равное указанному значению или превышающее его (для этого, если потребуется, пороговое расстояние будет временно увеличено). Когда выбран один из вариантов смежности для параметра Определение пространственных взаимоотношений, каждому из полигонов будет присвоено минимальное число соседей. Для полигонов с меньшим числом соседей, чем число соседей с совпадающими границами, дополнительное количество соседей определяется по принципу близости центроидов объектов.

Long
Стандартизация строк
(Дополнительный)

Нормализация ряда рекомендуется, независимо от того, распределены ли объекты потенциально предвзято в зависимости от дизайна примера или от установленной схемы агрегации.

  • Отмечено – Пространственные веса нормализуются по ряду. Каждый вес делится на сумму его ряда. Используется по умолчанию.
  • Не отмечено – Нормализация пространственных весов не применяется.
Boolean
Входная таблица
(Дополнительный)

Таблица, содержащая числовые веса, связывающие объекты друг с другом во Входном классе объектов. Требуемые поля - Входной класс объектов, Поле уникального ID, NID (соседний ID) и WEIGHT.

Table
Поле даты/времени
(Дополнительный)

Поле даты с временной отметкой для каждого объекта.

Field
Тип интервала даты/времени
(Дополнительный)

Единицы измерения времени.

  • Секунды — Секунды
  • Минуты — Минуты
  • Часы — Часы
  • Дни — Дни
  • Недели — Недели
  • Месяцы — 30 дней
  • Годы —Годы
String
Значение интервала даты/времени
(Дополнительный)

Целочисленное значение количества единиц измерения времени, составляющее временной диапазон.

Например, если в качестве Типа интервала даты/времени выбрано Часы, а Значение интервала даты/времени равно 3, временной диапазон составит 3 часа; объекты, попадающие в указанный временной диапазон и в указанный пространственный диапазон, будут считаться соседями.

Long
Использовать Z-значения

Если входные объекты содержат z-значения, вы можете использовать или игнорировать их. Позволяет выбрать, будут ли z-координаты включаться в построение матрицы пространственных весов.

  • Отмечено – z-значения будут использоваться в построении матрицы пространственных весов.
  • Не отмечено – Z-значения игнорируются, в построении матрицы пространственных весов используются только координаты X и Y. Используется по умолчанию.

Boolean

arcpy.stats.GenerateSpatialWeightsMatrix(Input_Feature_Class, Unique_ID_Field, Output_Spatial_Weights_Matrix_File, Conceptualization_of_Spatial_Relationships, {Distance_Method}, {Exponent}, {Threshold_Distance}, {Number_of_Neighbors}, {Row_Standardization}, {Input_Table}, {Date_Time_Field}, {Date_Time_Interval_Type}, {Date_Time_Interval_Value}, Use_Z_values)
ИмяОписаниеТип данных
Input_Feature_Class

Класс пространственных объектов, для которого пространственные отношения объектов будут оценены.

Feature Class
Unique_ID_Field

Целочисленное поле, содержащее по уникальному значению для каждого объекта во входном классе объектов. Если у вас нет поля Уникальный ID, вы можете создать его путем добавления нового целого поля в вашу таблицу классов объектов и вычислив значения полей, которые были бы равны полям FID или OBJECTID.

Field
Output_Spatial_Weights_Matrix_File

Полный путь к создаваемому файлу матрицы пространственных весов (.swm).

File
Conceptualization_of_Spatial_Relationships

Определяет, как формируются пространственные отношения между объектами.

  • INVERSE_DISTANCEВлияние одного объекта на другой уменьшается с ростом расстояния.
  • FIXED_DISTANCEВсе объекты в пределах указанного критического расстояния от каждого объекта включаются в анализ; все объекты вне критического расстояния – исключаются.
  • K_NEAREST_NEIGHBORSБлижайшие K объектов включаются в анализ, где K – определенный числовой параметр.
  • CONTIGUITY_EDGES_ONLYСоседями считаются полигональные объекты, имеющие общую границу.
  • CONTIGUITY_EDGES_CORNERSСоседями считаются полигональные объекты, имеющие общую границу и/или общий узел.
  • DELAUNAY_TRIANGULATIONНа основе центроидов объектов создается сеть неперекрывающихся треугольников; соседями считаются объекты, связанные с узлами треугольников, которые имеют общие ребра.
  • SPACE_TIME_WINDOWСоседями считаются объекты, расположенные друг от друга в пределах указанного критического расстояния и в указанном временном интервале.
  • CONVERT_TABLEПространственные отношения определены в таблице.
String
Distance_Method
(Дополнительный)

Определяет, как рассчитываются расстояния от одного объекта до соседнего объекта.

  • EUCLIDEANРасстояние по прямой линии между двумя точками (как ворона летает)
  • MANHATTANРасстояние между двумя точками, измеренное вдоль осей, расположенных под прямым углом друг к другу (городские кварталы); рассчитывается суммированием абсолютных разностей между координатами х и у.
String
Exponent
(Дополнительный)

Параметр для расчета обратного расстояния. Типичные значения – 1 или 2.

Double
Threshold_Distance
(Дополнительный)

Определяет предельное расстояние для пространственных взаимоотношений Обратное расстояние и Фиксированное расстояние. Введите это значение, используя единицы, определенные во входящей системе координат. Задает размер пространственного окна при определении пространственных взаимоотношений Пространственно-временное окно.

Значение 0 указывает на то, что пороговое расстояние не применяется. Когда этот параметр остается пустым, пороговое значение по умолчанию будет вычислено исходя из экстента и количества объектов во Входном классе объектов.

Double
Number_of_Neighbors
(Дополнительный)

Целое число, показывающее или минимально или точное количество соседей. В случае K_NEAREST_NEIGHBORS каждый объект будет иметь это точно заданное число соседей. В случаях INVERSE_DISTANCE или FIXED_DISTANCE каждый объект будет иметь по крайней мере это заданное количество соседей, (для этого, если потребуется, пороговое расстояние будет временно увеличено). Когда выбран один из вариантов смежности для параметра Определение пространственных взаимоотношений, каждому полигону будет присвоено это минимальное число соседей. Для полигонов с меньшим числом соседей, чем число соседей с совпадающими границами, дополнительное количество соседей определяется по принципу близости центроидов объектов.

Long
Row_Standardization
(Дополнительный)

Нормализация ряда рекомендуется, независимо от того, распределены ли объекты потенциально предвзято в зависимости от дизайна примера или от установленной схемы агрегации.

  • ROW_STANDARDIZATIONПространственные веса нормализуются по ряду. Каждый вес делится на сумму его ряда. Используется по умолчанию.
  • NO_STANDARDIZATIONНормализация ряда пространственных весов не применяется.
Boolean
Input_Table
(Дополнительный)

Таблица, содержащая числовые веса, связывающие объекты друг с другом во Входном классе объектов. Требуемые поля - Входной класс объектов, Поле уникального ID, NID (соседний ID) и WEIGHT.

Table
Date_Time_Field
(Дополнительный)

Поле даты с временной отметкой для каждого объекта.

Field
Date_Time_Interval_Type
(Дополнительный)

Единицы измерения времени.

  • SECONDSСекунды
  • MINUTESМинуты
  • HOURSЧасы
  • DAYSДни
  • WEEKSНедели
  • MONTHS30 дней
  • YEARSГоды
String
Date_Time_Interval_Value
(Дополнительный)

Целочисленное значение количества единиц измерения времени, составляющее временной диапазон.

Например, если в качестве Типа интервала даты/времени выбрано Часы, а Значение интервала даты/времени равно 3, временной диапазон составит 3 часа; объекты, попадающие в указанный временной диапазон и в указанный пространственный диапазон, будут считаться соседями.

Long
Use_Z_values
  • USE_Z_VALUESZ-значения будут использоваться в построении матрицы пространственных весов.
  • DO_NOT_USE_Z_VALUESZ-значения игнорируются, в построении матрицы пространственных весов используются только координаты X и Y. Используется по умолчанию.
Boolean

Пример кода

GenerateSpatialWeightsMatrix – пример 1 (окно Python)

Следующий скрипт окна Python демонстрирует, как использовать инструмент GenerateSpatialWeightsMatrix.

import arcpy
arcpy.env.workspace = "C:/data"
arcpy.GenerateSpatialWeightsMatrix_stats("911Count.shp", "MYID", "euclidean6Neighs.swm", "K_NEAREST_NEIGHBORS", "#", "#", "#", 6, "NO_STANDARDIZATION")
GenerateSpatialWeightsMatrix, пример 2 (автономный скрипт Python)

Следующий автономный Python скрипт демонстрирует, как использовать инструмент GenerateSpatialWeightsMatrix.

# Analyze the spatial distribution of 911 calls in a metropolitan area
# using the Hot-Spot Analysis Tool (Local Gi*)
# Import system modules
import arcpy
# Set property to overwrite existing output, by default
arcpy.env.overwriteOutput = True
# Local variables...
workspace = "C:/Data"
try:
    # Set the current workspace (to avoid having to specify the full path to the feature classes each time)
    arcpy.env.workspace = workspace
    # Copy the input feature class and integrate the points to snap
    # together at 500 feet
    # Process: Copy Features and Integrate
    cf = arcpy.CopyFeatures_management("911Calls.shp", "911Copied.shp",
                         "#", 0, 0, 0)
    integrate = arcpy.Integrate_management("911Copied.shp #", "500 Feet")
    # Use Collect Events to count the number of calls at each location
    # Process: Collect Events
    ce = arcpy.CollectEvents_stats("911Copied.shp", "911Count.shp", "Count", "#")
    # Add a unique ID field to the count feature class
    # Process: Add Field and Calculate Field
    af = arcpy.AddField_management("911Count.shp", "MyID", "LONG", "#", "#", "#", "#",
                     "NON_NULLABLE", "NON_REQUIRED", "#",
                     "911Count.shp")
    
    cf = arcpy.CalculateField_management("911Count.shp", "MyID", "[FID]", "VB")
    # Create Spatial Weights Matrix for Calculations
    # Process: Generate Spatial Weights Matrix... 
    swm = arcpy.GenerateSpatialWeightsMatrix_stats("911Count.shp", "MYID",
                        "euclidean6Neighs.swm",
                        "K_NEAREST_NEIGHBORS",
                        "#", "#", "#", 6,
                        "NO_STANDARDIZATION") 
    # Hot Spot Analysis of 911 Calls
    # Process: Hot Spot Analysis (Getis-Ord Gi*)
    hs = arcpy.HotSpots_stats("911Count.shp", "ICOUNT", "911HotSpots.shp", 
                     "GET_SPATIAL_WEIGHTS_FROM_FILE",
                     "EUCLIDEAN_DISTANCE", "NONE",
                     "#", "#", "euclidean6Neighs.swm")
except:
    # If an error occurred when running the tool, print out the error message.
    print(arcpy.GetMessages())

Параметры среды

Выходная система координат

Геометрия пространственных объектов проецируется в выходную систему координат до начала анализа, поэтому значения параметра Пороговое расстояние должны быть выражены в единицах измерения, заданных в выходной системе координат. Все математическое вычисления основаны на пространственной привязке выходной системы координат. Если выходная система координат выражена в градусах, минутах и секундах, геодезические расстояния рассчитываются с помощью хордовых расстояний в метрах.

Связанные разделы