源特征如何影响成本距离分析

需要 Spatial Analyst 许可。

成本距离路径距离工具中,定义移动者的源特征可控制以下各项:

  • 不同源的不同出行模式(例如乘坐汽车或步行出行)
  • 源的量级(例如每个位置上部队数量有所不同)
  • 成本衰减函数(例如徒步旅行者感到疲劳)
  • 某个源的起始成本(例如卡车上路所花费的时间)
  • 源的容量(例如车辆在耗尽燃油之前能够行驶的距离)
  • 移动者的行驶方向(例如,移动者是否接近或远离源)

源特征所解决的 一些示例问题

通过源特征,您可以处理以下附加成本距离和路径距离应用:

  • 确定从两个总部以不同的出行模式(一个骑 ATV,另一个步行)出发搜索失踪的徒步旅行者时可能搜索的区域。
  • 浏览三个设施点的消防队员能够到达的位置,而且需考虑到每个设施点安排的消防队员数量有所不同。第一个设施点 25 个消防队员,第二个设施点 15 个,第三个设施点 10 个。
  • 结合徒步旅行者疲劳时的能量损失情况,标识出野营地的最佳位置。
  • 分析到达远处灌丛火灾所要花费的时间,其中要考虑到消防队员装载设备所需的 16 分钟时间。
  • 定义在何处放置需要在人道行动中行驶长距离到达远处目标的医疗器材车辆补给站。

解释源特征的成本距离公式

以下各部分将详细介绍用于解释源特征的成本距离公式。

基本成本距离公式

有两个基本成本距离公式可能适用,具体取决于相邻像元间的遍历方式。

垂直像元

垂直像元的成本距离公式如下:

accum_cost = a1 + (cost2 + cost3)/2

  • Where

    a1 - 从像元 1 到像元 2 的累积成本

    cost2 - 像元 2 的行程成本

    cost3 - 像元 3 的行程成本

    accum_cost - 从像元 1 移动到像元 3 的累积成本

非相邻像元的成本计算

对角像元

对角像元的成本距离公式如下:

accum_cost = a1 + (1.4142 * ((cost2 + cost3)/2))

路径距离公式

有两个基本路径距离公式可能适用,具体取决于相邻像元间的遍历方式。

垂直像元

accum_cost = a1 + ((((cost2 * HF(2)) + (cost3 * HF(3)))/2) * Surface_distance(23) * VF(23))

  • Where

    cost2 - 像元 2 的行程成本

    cost3 - 像元 3 的行程成本

    HF(2) - 像元 2 的水平系数

    HF(3) - 像元 3 的水平系数

    Surface_distance(23) - 从 2 到 3 的表面距离

    VF(23) - 从 2 到 3 的垂直系数

对角像元

accum_cost = a1 + ((((cost2 * HF(2)) + (cost3 * HF(3)))/2) * 1.414214 * Surface_distance(23) * VF(23))

解释源特征的成本距离公式与路径距离公式

为解释源的移动者特征,需要用到以下公式。

到垂直像元的成本距离

accum_cost = (a1 * (1.0 + resistance_rate) + (((cost2 + cost3) / 2) * cost_multiplier))

  • Where

    resistance_rate - 针对累积成本的动态调整,用以模拟累积成本增加时(如徒步旅行者疲劳时)为克服成本单位而做出的不断变化的响应。

    cost_multiplier - 成本单位的一个乘数。该值越大,移动成本越高,例如徒步与骑 ATV 相比。

到垂直像元的路径距离

accum_cost = (a1 * (1 + resistance_rate)) + ((((cost2 * HF(2)) + (cost3 * HF(3)))/2)               * Surface_distance(23) * VF(23) * cost_multiplier)

源特征可通过适用于所有源的单个值进行标识,或者通过与源相关联的属性表(其中每个值均适用于相应的源)中的字段进行标识。

用于标识源特征的表
用于标识应用于各个源的源特征的表

成本乘数

用例 1:来自各个源的不同行驶模式,如使用 ATV 和步行。

用例 2:各个源的不同资源量级,如在各总部的不同的消防员人数。

不同出行模式或源的不同量级允许移动速度或成本面覆盖范围进行增减。这些特征可增加或减少通过像元的移动成本。

可通过成本乘数实施模式或量级。与步行相比,ATV 的乘数值较低,原因是 ATV 克服成本的速度较快,而且,与消防队员较少的源相比,消防队员较多的源乘数值较低,原因是他们能够覆盖更大的区域(即克服成本的速度较快)。

如果乘数为单个值,则该乘数适用于所有源。如果模式或量级(乘数)随源的不同呈现差异,则可通过与各个源相关联的字段指定此乘数。

起始成本

使用情况:离开源之前用于准备的时间。

起始成本可由单个值进行标识,方法是将该值添加到每个源中,或者,不同源的起始成本存在差异时,可通过与源相关联的字段进行标识。以下是与源相关的固定成本。

要到达第一个像元(而不是从零开始源计算),请使用以下选项:

a1 = (((cost1 + cost2) / 2) * cost_multiplier)

累积公式用于 starting_cost,与源相关的开始成本。

a1 = starting_cost + (((cost1 + cost2) / 2) * cost_multiplier)

阻力比率

使用情况:我是一名能量逐渐散失的徒步旅行者。

这是唯一一个动态变化的源特征。随着累积成本的增加,阻力比率的影响也会增加。确定移入下一像元的成本时,从概念上讲,需要使用到达下一像元的累积成本乘以阻力比率,再用所得乘积加上正在进行的累积成本计算结果。因此,该比率对出行者的影响是复合的;也就是说,阻力比率越大,要克服每个后续成本单位所花费的努力就越多 - 出行者就会越快感到疲倦。

由于阻力比率与复利率相似且累积成本值通常会很大,因此建议采用较小的阻力比率(如 0.005)。

容量

用例:标识在远处用于医疗器材车辆补给站的潜在位置。

可通过单个值或字段对每个源的成本容量(或源的出行模式)进行定义。动态成本距离算法持续增长,直到达到每个源的容量为止。如果设置了容量参数,则输出成本分配可能不同,反之亦然。也就是说,如果某个容量较低的区域在某个容量较高的区域附近,则在未设置容量的情况下,高容量区域能够捕捉低容量区域原始分配的一些像元(但仅限于低容量区域中累积成本高于所定义容量的像元)。

行驶方向

用例 1:短尾猫喜欢远离公路的安全位置。

用例 2:短尾猫喜欢容易到达河流的位置。

此类源特征可用于指定移动者的行驶方向。行驶方向参数的行驶来自源 选项模拟移动者从源开始移动至所有非源位置的过程。行驶到源选项模拟移动者从所有非源位置开始移动回源的过程。行驶方向将影响受移动者行驶方向影响的所有参数。这些参数是 成本距离成本分配成本回溯链接的开始成本和阻力比率,以及路径距离路径距离分配路径距离回溯链接的开始成本、阻力比率、垂直和水平系数。

之前章节所述的公式反映了如何使用行驶到源行驶方向进行计算。对于行驶来自源选项,公式基本相反。例如,如果公式的阻力比率部分单独列出,则当行驶方向远离源的时候,将前五个像元将使用以下常规公式:

行驶来自源

a5 = c1 + c2 (1+r) + c3 (1+r)2 + c4(1+r)3 + c5(1+r)4

  • 其中

    a5 - 前五个像元的最小累积成本

    ci - 像元标识符

    r - 阻力比率

此参数的其他设置表示相反的公式,例如:

行驶到源

a5 = c1 (1+r)4 + c2 (1+r)3 + c3 (1+r)2 + c4 (1+r) + c5

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