Инструмент Пространственная связь между зонами измеряет степень пространственной связи между двумя регионами одной и той же области, где каждый регион состоит из набора категорий, называемых зонами. Связь между наборами зон определяется перекрытием площадей между зонами каждого региона, и связь является самой высокой, когда площади зон обоих регионов близко соответствуют пространственно. Точно так же пространственная связь является самой низкой, когда зоны каждого региона имеют большое перекрытие со многими зонами другого региона. Первичный результат – это глобальная связь пространственной связи, одно число в диапазоне от 0 (нет соответствия) до 1 (идеальное пространственное выравнивание зон), но связь также можно вычислить и визуализировать для конкретных зон либо региона, либо конкретных комбинаций. зон из обоих регионов с использованием дополнительных выходов. Каждый набор зон может быть предоставлен как полигональные объекты или растр, а поле категории используется для указания зоны каждого объекта или ячейки растра.
Возможное применение
Этот инструмент можно использовать в следующих приложениях-примерах:
- Лесничий может спланировать борьбу с вредителями, сравнивая карту типа леса с картой риска болезней вызываемых насекомыми (низкий, средний и высокий) по типам леса. Это позволяет лесничему определять, какие типы леса наиболее и наименее подвержены риску заражения насекомыми.
- Эколог создал классифицированную карту пригодности среды обитания для серого волка, включив такие переменные, как уклон, растительный покров и расстояние до воды, и он заинтересован в измерении того, насколько хорошо окончательная карта пригодности соответствует каждой из переменных, используемых для ее создания. . Эколог может запустить этот инструмент несколько раз, чтобы вычислить числовую меру связи между картой пригодности и каждой переменной. Высокое соответствие с одной переменной и низкое соответствие со всеми другими переменными может указывать на то, что одна переменная имеет непропорциональное влияние на окончательную пригодность.
Мера связи
Статистика, используемая для измерения пространственной связи между зонами, называется V-мерой, и она определяет количество информации, которую можно получить об одном наборе зон, наблюдая за значениями другого набора зон. Например, если бы вы знали тип леса в месте, насколько вы были бы уверены в типе почвы в том же месте? Точно так же, если бы вы знали тип почвы в местности, насколько уверенно вы могли бы предсказать тип леса? Чтобы понять, почему эти два вопроса не совпадают, предположим, что определенный тип почвы встречается только в определенном типе леса, но этот тип леса произрастает на многих типах почв. Если бы вы знали, что на данном месте этот тип почвы, вы были бы уверены в типе леса, потому что этот тип почвы присутствует только в одном типе леса. Однако, если бы вы знали, что на данном месте лес этого типа, вы не были бы уверены в типе почвы, потому что в этом типе леса встречается много типов почв. Чем больше тип леса разделен на разные типы почв, тем сложнее предсказать тип почвы в данном месте. В худшем случае, если площадь леса равномерно разделена между всеми типами почв, у вас не будет оснований прогнозировать более частую встречаемость одного типа почвы по сравнению с другим. Таким образом, чтобы измерить связь типа леса и типа почвы, вы должны смотреть на разнообразие типов почвы в пределах фиксированных типов леса, и вы должны смотреть на разнообразие типов леса в пределах фиксированных типов почвы.
Для ясности, первый набор зон называется входными зонами, а второй набор зон называется зонами наложения. V-мера вычисляется путем измерения разнообразия зон наложения внутри входных зон и разнообразия входных зон внутри зон наложения и вычисления среднего гармонического значения этих двух значений. Три глобальных меры связи следующие:
- Глобальная мера связи – V-мера, мера общей связи между входной зоной и зоной наложения. Это значение колеблется от 0 (отсутствие связи) до 1 (идеальное соответствие). Значение не зависит от того, какой из двух регионов указан как входная зона и зона наложения (входную зону и зону наложения можно поменять местами, и это значение не изменится). Статистика определяется путем расчета среднего гармонического значения следующих двух показателей глобальной связи.
- Глобальное соответствие зон наложения во входных зонах – мера согласованности категорий наложения в каждой из входных зон в диапазоне от 0 до 1. Значение 1 указывает на то, что каждая входная зона содержит в себе только одну зону наложения (идеальное соответствие зон). Значения, близкие к 0, указывают на то, что входные зоны равномерно поделены на множество категорий зон наложения (низкое соответствие отдельной зоне наложения). Эта мера в документе, упомянутом в разделе Дополнительные ресурсы, называется полнотой.
- Глобальное соответствие зон наложения внутри входных зон – показатель согласованности категорий наложения внутри каждой из входных зон. Это значение аналогично другому глобальному значению соответствия, но оно определяет изменчивость входных зон в пределах зон наложения. Значения этих двух показателей изменяются, если входные зоны и зоны наложения меняются местами. Эта мера в документе, упомянутом в разделе Дополнительные ресурсы, называется однородностью.
Эти три меры глобальной связи отображаются в сообщениях геообработки и возвращаются как производные выходные данные. На эти производные выходные данные можно ссылаться как на переменные в сценариях Python или использовать в качестве входных данных для других инструментов в ModelBuilder. Формулы для каждого из показателей можно найти перейдя по ссылке в разделе Дополнительные ресурсы ниже.
Пространственное исследование соответствия зон
Каждая из двух мер глобального соответствия, используемых для вычисления V-меры, может быть пространственно разделена на каждое пересечение входной зоны и зоны наложения. Каждое из этих пересечений измеряет соответствие конкретной комбинации входной зоны и зоны наложения, например соответствие между кукурузой (тип культуры) и хорошо дренированной почвой (класс дренирования почвы). Эти конкретные комбинации могут быть созданы с помощью параметра Выходные объекты или параметра Выходной растр, в зависимости от того, были ли зоны указаны как полигоны или растры. В отличие от мер глобальной ассоциации связи и соответствия, меньшие значения мер локального соответствия указывают на более высокое соответствие комбинаций зон. Минимальное значение 0 указывает на полное соответствие, а локальные показатели не имеют верхней границы, но они редко превышают 2.
При добавлении на карту выходной объект или растр появляется в цветовой схеме, одновременно показывая соответствие определенной входной зоны определенной зоне наложения и соответствие входной зоны внутри зоны наложения. Более светлые оттенки синего указывают на более высокое соответствие зоны наложения внутри входной зоны, а более светлые оттенки розового указывают на более высокое соответствие входной зоны внутри зоны наложения. Области, отображаемые самым светлым оттенком серого, указывают на наивысшее соответствие в обоих направлениях, а самый темный оттенок фиолетового указывает на самый низкий уровень соответствия в обоих направлениях.
Примечание:
Для создания бивариантной цветовой схемы должно быть по крайней мере три уникальных значения как для соответствия зон наложения внутри зон ввода, так и для соответствия зон ввода внутри зон наложения. В этом случае рекомендуется просмотреть агрегированные по зонам пересечения.
Например, на изображении ниже показаны пересечения температурных регионов и климатических зон. Самый высокий уровень общего соответствия наблюдается в большинстве южных и северных регионов страны, обозначенных светло-серыми зонами пересечения. Самые низкие уровни соответствия – в среднем и западном регионах.
На пересечениях также есть две диаграммы для визуализации соответствия определенных комбинаций зон. Первая диаграмма – это Сводка зон наложения во входных зонах, расположенная рядом столбчатая диаграмма разделена по каждой категории входных зон. Каждая из расположенных рядом столбчатых диаграмм показывает область пересечения зон наложения со входными зонами.
Например, на изображении ниже входные зоны относятся к типу леса, а зоны наложения – к категории риска появления насекомых и болезней. Для каждого типа леса показана столбчатая диаграмма для области пересечения в пределах каждой из категорий риска появления насекомых и болезней. Столбчатая диаграмма в крайнем левом углу показывает, что тип леса California Mixed Conifer в значительной степени пересекается с категорией Без риска; однако примерно одна треть территории либо находится В зоне риска, либо там уже Присутствуют насекомые/болезни. Для типа леса Lodgepole Pine только около одной трети площади не подвержены риску, но только небольшой процент леса уже имеет насекомых/болезней. Для крайнего правого типа леса Pinyon Juniper Woodland только небольшая часть находится в зоне риска или в настоящее время в ней присутствуют насекомые или болезни. Все три столбца pinyon juniper woodland короче чем California mixed conifer и lodgepole pine, потому что этот тип леса имеет меньшую общую площадь в пределах исследуемой области.
Вторая диаграмма - это Сводка входных зон в зонах наложения, она аналогична первой диаграмме, но показывает пересечения областей входной зоны в каждой из зон наложения.
Агрегирование пересечений по зонам
Максимальное количество пересечений между входной зоной и зоной наложения равно количеству категорий входных зон, умноженному на количество категорий зон наложения. При таком большом количестве возможных комбинаций и двумерной цветовой схеме, даже со столбчатыми диаграммами, может быть трудно различить, какие конкретные входные зоны соответствуют конкретным зонам наложения. Когда существует слишком много комбинаций для оценки каждой из них по отдельности, полезно агрегировать меры соответствия по зонам для каждой из входных зон и зон наложения. Это позволяет вам идентифицировать входные зоны и зоны наложения, которые соответствуют какой-то зоне другого региона, но не скажет вам, какой именно зоне она соответствует. Затем выходные объекты или выходной растр и диаграммы можно использовать для определения точной комбинации или комбинаций соответствия. Эти агрегации могут быть созданы с использованием параметров Соответствие зон наложения во входных зонах и Соответствие входных зон в зонах наложения, если входные зоны и зоны наложения являются полигонами. Если любой из них представлен как растр, агрегации сохраняются как поля выходного растра. При добавлении на карту области, отображаемые более светлым цветом, характеризуются более высоким соответствием.
Дополнительные ресурсы
Для получения дополнительной информации и математических подробностей см. следующую ссылку:
- Nowosad, J., Stepinski, T. F. (2018). "Spatial association between regionalizations using the information-theoretical V-measure." International Journal of Geographical Information Science. https://doi.org/10.1080/13658816.2018.1511794