通过最佳路径连接位置

需要 Spatial Analyst 许可。

创建最佳路径的目的是将特定源与特定目的地连接起来。

而最佳区域连接工具可通过最佳路径网络连接一系列输入区域。 哪个区域连接到哪个区域由最低成本计算确定。 区域之间的行驶方向并不重要。 这意味着从区域 A 行驶到区域 B 产生的累积距离与从区域 B 行驶到区域 A 产生的累积距离相同。

如果要将某个特定位置连接到另一个特定位置，或者位置之间的行驶方向至关重要，请使用最佳路径为线或最佳路径为栅格工具。

当在两个位置之间上坡行驶或下坡行驶时，行驶方向至关重要。 上坡需要付出更多努力，并且需要更长的时间才能覆盖每个距离单位。 下坡付出的努力更少，旅行者可以更快地覆盖每个距离单位。 这种努力称为垂直系数。 当存在水平系数（例如顺风或逆风）时，方向也很重要。 与逆风行驶相比，顺风行驶付出的努力更少。

要使用最佳路径连接特定位置，请执行以下操作：

• 距离累积工具可用于计算输入源的累积距离和反向栅格。
• 使用最佳路径为线或最佳路径为栅格工具来创建最佳路径。 提供目的地和上面创建的距离累积和反向栅格。

如果将任何速率控制系数（例如成本表面、源特征、垂直系数和水平系数）输入到距离累积工具中，则生成的路径将是最低成本路径。 如果未输入任何速率控制系数，则生成的路径将是两个位置之间的最短路径。

最佳路径应用示例

通过最佳路径连接位置可用于解决各种情况，例如：

• 找到从一个港口到另一个港口的最短水程距离，并尽可能保持在距海岸 2 英里的范围内。
• 确定两个野生动物地区之间的最佳路径，以便您可以确定需要获取的属性，以允许动物在地区间活动。
• 建立踪迹网络，以便消防员能够在一系列正在持续的火灾之间移动。 由于其中一场火灾的严重性，即使存在主要的火灾通道，您也想添加第二条通道以将其用作逃生通道。
• 在日志记录操作中，为可用于提取日志的日志记录路径确定最小成本路径。
• 确定撒药飞机到达必须喷洒的田地的直线飞行路径。

最佳路径分析

可以在概念上将距离分析分为以下相关功能领域：

• 计算直线距离，可以选择性地使用障碍或表面栅格调整计算。
• 可以选择使用成本表面、源特征、垂直系数和水平系数来确定遇到距离的比率。 创建累积距离栅格。
• 使用最佳网络、特定路径或廊道连接生成的累积距离表面的区域。

从第三个功能区起，使用特定的最佳路径连接位置的过程如下所示。 该方案包括 4 个护林员站（紫色点）和一些河流（蓝色线）的集合。

创建新公园（浅绿色面）。 该公园将会添加到管理站最低成本网络中。

从新公园到每个像元的最低成本距离将河流（作为障碍）、表面栅格和成本表面进行整合。

需要通过公园到公园东南方的管理站创建路径。 将管理站（目的地）、在距离累积工具中创建的输出累积距离和反向栅格输入到最佳路径为线工具中。

从公园到管理站（黄点）的青色线为最佳路径。 通过连接管理站的路径网络（橙色线），可通过该路径访问新公园。 以公园为起点的累积距离表面显示为背景。

创建最佳路径

要创建位置之间的最佳路径，需要两个简短的工作流。

创建输入距离栅格

首先，创建距离累积和反向栅格。

1. 打开距离累积工具。
2. 为输入栅格或要素源数据参数提供要连接到的源。
3. 为输出距离累积栅格参数提供名称。
4. 对于直线距离，您可以提供障碍和表面栅格。 要考虑最低成本路径，还可以提供部分或全部速率控制参数、成本表面、源特征、垂直系数和水平系数。
5. 为输出反向栅格参数提供名称。
6. 单击运行。

确定路径

然后确定最佳路径：

1. 打开最佳路径为线或最佳路径为栅格工具。
2. 在输入栅格或要素目标数据参数中标识要连接的目标（连接起点）。
3. 在输入距离累积栅格参数中标识刚刚创建的输出距离累积栅格。
4. 在输入反向或流向栅格参数中标识刚刚创建的输出反向栅格。
5. 为输出最佳路径作为要素值提供名称。
6. 为路径类型选择值。
7. 单击运行。

使用最佳路径将特定源与特定目的地连接起来

创建最佳路径的目的是将特定源与特定目的地连接起来。 要标识源和目的地之间的最短直线路径，只需标识源和目的地即可。 结果是一只低空飞翔的小鸟将在两个位置之间移动的路径。

输入成本表面时，输出为最低成本路径。 最低成本路径分析可查找在不同位置之间旅行的成本最低的方式。 如果给出一组源、一组目的地以及有关在成本表面捕获的景观中移动的难度的信息，最低成本路径是连接位置的成本最低的方式。 这将模拟旅行者在景观中移动的过程。

最佳路径创建过程

要在特定位置之间创建最短或最低成本路径，请依次使用两个工具：距离累积和最佳路径为线（或最佳路径为栅格）。 使用多个目的地创建最低成本路径的工作流如下所示。

分析所需的输入为源、成本表面栅格（指示在每个像元中移动的难度）和目的地。 分析的结果为连接已标识位置的最低成本路径。

提示：

标识位置之间的最短路径遵循相同的工作流，只是未使用成本表面而已。

准备输入数据

在下图中，源输入栅格为蓝色像元。 此输入显示在高程栅格背景的山形阴影的顶部。

成本表面输入栅格如下所示。 绿色区域表示具有较低值的像元，这些像元指示成本较低且易于移动的位置。 从绿色到黄色再到红色的颜色过渡表示成本增加。

输入成本表面的地图显示绿色区域的成本较低且易于移动，而红色区域的成本较高。

目的地输入栅格如下所示。 请注意，存在多个目的地。 此输入显示在高程栅格背景的山形阴影的顶部。

创建累积和方向输出

使用源和成本表面输入来运行距离累积工具。

输出距离累积栅格如下所示。

这是输出距离累积栅格。 对于每个非源像元，确定返回到源的最低成本。 绿色像元的成本最低。 成本向外逐渐增加。

输出反向栅格如下所示。 颜色表示离开像元以移回成本最低的源像元时的行进方向。

输出反向栅格表示离开像元以移回源的方向。 输出方向值基于 0 到 360 度的罗盘范围。

创建路径输出

借助您要连接的目的地以及上面创建的累积距离和反向栅格，运行最佳路径为线或最佳路径为栅格工具。

由于存在多个目的地，因此可使用三个选项来确定如何将目的地连接到源：

• 最佳单一 - 标识以最近或成本最低的目的地为起点的最短或最低成本路径。
• 每个区域 - 标识从每个目的地返回到最近或成本最低的源的最短或最低成本路径。
• 每个像元 - 标识从每个目的地中的像元返回到最近或成本最低的源的最短或最低成本路径。

最佳单一选项的结果的示例如下所示。

已选择最佳单一选项。 已标识从成本最低的目的地（绿色像元）到达源（蓝色像元）的最低成本路径（洋红色线）。 成本表面显示在背景中。

如果输入位置为要素，则会在内部将其转换为栅格。 输入可以是连续栅格像元组。 创建的路径可将目的地中最近或成本最低的像元连接到源中最近或成本最低的像元。

已选择每个区域选项。 已标识从每个目的地返回到成本最低的源的最低成本路径（紫色线）。 成本表面显示在背景中。

有关每个像元选项的详细信息，请参阅下面的其他信息部分。

说明路径方向

您可以明确说明源和目的地之间的行进方向。 在最佳路径创建过程中，使用距离累积工具时，您可以通过以下方式合并方向性：

• 使用行进方向源特征指定是以靠近源还是远离源为前提计算距离累积。
• 使用垂直系数说明克服遇到的坡度问题所付出的努力。
• 说明在遇到水平系数（例如风或洋流）时的付出或收获。

就其本身而言，行进方向参数对计算和生成的路径没有影响。 但是，当与取决于旅行者移动方向的垂直和水平系数结合时，生成的路径将发生变化。

垂直系数可说明在靠近源或远离源时为克服遇到的坡度问题所付出的努力。 如果移动者上坡，则需要付出更多努力和时间才能行驶每个距离单位。 如果移动者下坡，则可以更快地覆盖距离。 如果按照等值线移动，则坡度基本上是平坦的。 有关应用垂直系数的其他信息，请参阅使用垂直系数调整遇到的距离。

与垂直系数一样，水平系数会受到旅行者在像元中移动的方向的影响。 在强风或洋流中逆向行驶的船会施加旅行者必须克服的阻力，因此会以较慢的速度覆盖距离单位。 在风或洋流中顺向行驶的船可能会以较快的速度覆盖距离。 因此，进入像元时，遇到风或洋流的角度很重要。 有关应用水平系数的其他信息，请参阅使用水平系数调整遇到的距离。

远离源或靠近源将改变旅行者在像元中移动的方式，从而改变旅行者在像元中遇到垂直和水平系数的方式。

示例：确定电线路径

您希望确定新电线的最佳路径。 路径可能受到多种因素的影响，例如征用土地和在其上构建路径的成本、使路径远离居住区的法规以及潜在的过度暴露风险。 此外，沿着平坦地面的路径比频繁上坡和下坡的路径更容易构建。

这些因素以及电线路径的一组建议的起点（源）均会用作距离累积工具的输入。 将土地征用和构建成本以及潜在暴露风险进行加权并组合到成本表面中。 不论在像元中行进的方向如何，成本均相同。

障碍参数使用城镇周围的监管缓冲区。 水平栅格和相关系数可用于鼓励遵循等值线的路径，并避免上坡或下坡。 在这种情况下，源与目的地之间的行进方向并不重要（水平系数函数将成为对称函数）。 距离累积工具可创建累积距离和反向栅格。

然后使用最佳路径为线或最佳路径为栅格工具。 累积距离和反向栅格以及建议的目的地为输入。 最佳路径为线的输出为折线要素类，可描绘一条或多条以最佳方式连接目的地和源的路径。 最佳路径为栅格的输出为栅格，可表示像元的使用频率或受欢迎程度，这两项由通过该像元的路径数度量。 该过程类似于如何通过追踪流向栅格来创建流量累积栅格。

红线表示提议的电线的最低成本路径。 粉色背景显示了相关的最低成本廊道。

最低成本路径分析

为确认生成的路径的正确性，请考虑以下事项：

• 输入数据可以回答您所提出的问题吗？
• 栅格分辨率合适吗？
• 成本表面的单位是否正确？
• 您是否已考虑方向性？
• 在成本表面中，如何转换标准中的值以及确定标准之间的权重？
• 是否存在可以测试您的结果以确定其是否合理的方法？

输入数据的分辨率

您可以使用最低成本路径分析来确定失踪人员的 1 小时和 2 小时搜索半径。 如果您使用 30 米土地覆被栅格作为标准之一，则您的成本路径分析可能无法标识搜救队徒步行进时可以使用的路径类型。 同样，在此分辨率下，路径可能会忽略实际障碍。 在这两种情况下，生成的路径都可能允许地形中不存在的行进选项。 另一方面，垂直系数栅格可以使用 30 米高程栅格来对行进方向的每个像元的成本进行加权。

距离累积输入单位

距离累积工具将输入成本表面中的比率（可能隐式设置为 1）乘以像元大小，该像元大小以线性单位表示。 重要的是，您必须对成本表面进行维度分析，以验证输出累积成本栅格具有预期单位（例如行程时间、美元或能源）。 有关距离分析中单位的详细信息，请参阅距离累积算法主题。

验证结果

在上面的电线示例中，您应确定建议路径的质量。 一种方法是使用相同的数据和建模工作流来预测现有电线的完工位置。 如果位置不同，您能解释区别吗？

其他信息

以下部分将提供有关通过最佳路径连接位置的其他信息。

多条路径的汇聚

最佳路径为线工具可输出要素类，其中包含每个目的地的折线。 每条折线都具有属性，该属性可提供在目的地和源之间移动的总累积成本。 其他属性可提供目的地的特性。 如果多条路径汇聚在一起，并沿同一路径返回到源，则每条线的顶部将出现多条线（每个目的地延伸出一条线）。 当标识最低成本路径时，最佳路径为线是更常用的工具。

最佳路径为栅格工具可输出栅格，该栅格可标识用于在目的地和源之间移动的最低成本路径（宽度为一个像元）。 路径中的输出像元值指示以目的地为起点且通过该像元的路径数。 如果存在一个或多个目的地，并且路径不重叠，路径上的所有像元都将包含相同值。

如果存在多个目的地，并且路径汇聚在一起，则每个像元将记录通过该像元的路径数。

最佳路径为栅格的输出指示使用频率。 例如，在通过多个栖息地标识野生动物廊道时，路径上具有较高值的像元指示路径线段最为关键，原因在于许多路径都依赖于该线段。 如果某些线段由许多路径使用，您可能想先对其进行保护。

最低成本路径创建

在上面的电线示例中，距离累积工具创建了距离累积和反向栅格。 距离累积栅格具有以美元为单位的像元值，并表示从源像元到达每个像元的总构建成本。 反向栅格可提供从每个像元返回到成本最低的源的行进方向。 行进方向表示为地图方位角（以方格北为基准方向，按顺时针进行测量），范围为 0 到 360，其中为源像元保留了零。

最佳路径为线工具可使用这两个数据集绘制从一组目的地位置开始的最低成本路径。 目的地可以是要素类或栅格数据集。 如果使用要素类，则首先对其进行栅格化，并将包含数据值的像元中心用作目的地。 始终在反向栅格的空间参考、范围和像元大小中进行分析。

通过追踪从目的地到源的反向栅格来创建路径。 反向栅格从目的地中成本最低的像元开始，可标识要移入的下一个像元，以产生返回到源的最低成本路径。 然后，从反向栅格获得的该像元的值会标识要移入的下一个像元。 此过程将继续进行，直到到达源为止。

默认情况下，每个输出折线可定义从目的地返回到成本最低的源的完整路径。 要素类包括用于每个输入目的地的 ID、其累积成本以及其起始行和列的字段。

如果在最佳路径为线工具中选中创建网络路径参数，则输出折线要素类的方案会更改。 每个要素都将描述将目的地连接到源的网络中的边。 每条边都具有 EdgeCost 属性，当您沿着边行进时，该属性会提供累积成本的变化。 有关详细信息，请参阅下面的“使用最佳路径为线创建最低成本路径网络”部分。

注：

在从目的地到源的路径中，不会强制使最佳路径通过像元中心。 在确定每个像元的累积成本时，需要对平面进行拟合。 平面的梯度方向可确定在通往最短或成本最低源的路径中离开该像元的真实方向。 从反向使用格网结构调整路径以创建生成的路径。 路径以更直接的方向通过像元，从而产生更精确的结果。 有关如何计算距离累积和路径的详细信息，请参阅距离累积算法。

具有流量累积和流向栅格的最佳路径工具

对于最佳路径为线和最佳路径为栅格工具，累积距离栅格参数的输入可以是流量累积工具的输出，而反向栅格参数的输入可以是流向工具的输出。 在这种情况下，这些工具将追踪河流路径，直到超出数据集的边缘或停在未定义流量的像元上为止。 在这种情况下，创建网络路径参数很有用，原因在于该参数会生成可与 Esri 网络解决方案之一配合使用的河流网络。 河流边缘沿流向定向，EdgeCost 属性是边缘长度的流量累积的变化。

更改目的地的路径类型和配置的影响

在上面的电线示例中，累积成本和反向栅格是通过表示建议电线一端（例如，现有变电站）的单个源像元构建的。 通过使用最佳路径为线工具探索不同的路径类型和输入目的地的配置，您可以检查最低成本路径如何发生变化以及将产生的影响。 以下是常见场景：

• 存在已知目的地（作为单个点）。 您希望查找该目的地与源（也是点）之间的最佳路径。 在这种情况下，选择哪种路径类型并不重要。 最佳路径为线工具将找到两个位置之间的最佳路径，并在输出折线要素类中生成单个要素。
• 存在一组不同的候选目的地点，并且您希望比较以每个目的地点为起点的路径。 由于每个目的地是一个不同的区域，因此需要选择每个区域或每个像元作为路径类型。
• 存在单一多像元连续区域目的地，并且您希望确定该区域内具有最低建设成本的位置以及从该位置到源的路径。 选择最佳单一或每个区域路径类型。 如果存在多个连续的区域，请指定每个区域以比较以每个区域为起点的最佳路径。

当目的地很多时，路径可能会在接近源时合并。 可将最低成本路径视为累积成本表面上最陡的下坡路径。

合并路径可用于分析社区中学生向学校移动的情况。 最佳路径为栅格表示路径如何通过像元或像元的受欢迎程度。 通过使用每个像元路径类型和作为工具输入的多像元目的地，您可以确定学生在从学习区域内的位置行进到学校时使用哪些像元的次数更多。

将最佳路径为栅格的输出与目的地输入（所选面）和每个像元路径类型配合使用。

输出结果显示了学生在从学习区域的每个像元移动到学校时使用像元的频率。 这实际上是学生移动而不是水路旅行的“流量累积”地图。 该频率信息有助于确定改善街道安全性会对大多数学生产生影响的位置（假设学生在学习区域内均匀分布）

使用最佳路径为线创建最低成本路径网络

默认情况下，最佳路径为线的输出会为从目的地追踪到源的每条路径创建单独要素。 这会在输出中引入许多重叠或几乎重叠的折线。 您可以使用最佳路径为线创建不重叠的折线要素类，这些要素类可用作 Esri 网络解决方案之一（例如 Network Analyst）的输入，以及网络数据集、公共设施网络或追踪网络。 当您选中创建网络路径参数时，进入单个像元的多条路径将被捕捉到该像元中心并终止。 多条路径会合并为单一路径以创建网络。 新路径使用该像元中心作为其起始位置。 输出折线要素类的方案也会更改。 该EdgeCost属性可报告沿边而不是沿完整路径的累积成本的变化。

这适用于流向输入以及反向约定。 使用流向时，输入累积栅格必须为流量累积栅格。

最佳路径为线的默认行为是独立追踪每条路径（棕色线）。 由于路径不一定通过每个像元中心，因此许多路径几乎可以重叠在一起。 其中一条线处于突出显示状态。 您会看到该线与另一条路径重叠，该路径通向目的地中相邻像元的中心。

选中创建网络路径参数后，许多路径将汇聚为单一路径。

选中“创建网络路径”参数时，当路径在同一像元中移动时，路径会被视为重叠在一起。 这时，到达像元的所有传入路径都将终止，并且将发起一条传出路径。 每条单独的边以及其累积成本的变化都作为折线要素发出。 通往图像右侧的一组路径现在组成了一个路径（较粗的棕色线）。

标识最低成本路径的替代起始位置

在电线示例中，已知电线将在变电站处终止。 但是，如果使用最佳单一路径类型将面（例如宗地）作为目的地输入，则只能标识目的地内的一个起点。

对于面目的地，存在到达该点的成本最低的路径，但是，还可以使用其他可能的替代方案进入面。 因此，分析的目标会更改为以下内容：

• 确定创建从单个目的地到具有多个像元的目的地的路径的灵活性。
• 标识成本接近的路径，这些路径是可能的替代解决方案。 也就是说，对于多个目的地，来自目的地 A 的成本可以是 1，而来自目的地 B 的成本可以是 1.0001。 最佳单一只会标识最低成本路径，而且您不了解是否存在可行的替代路径。
• 在提供指定的成本阈值的情况下，标识可能的路径选项。
• 确定源位置的灵活性。 也就是说，从多像元源开始，查看成本路径如何围绕该源分布。

如果应用每个像元路径类型，则可以探索目的地中的其他可能起点。 在下图中，通过从目的地返回到源的路线中的每个像元计算所有潜在路径（棕色线）。 突出显示的路径大约是所有潜在路径中前 10% 的成本最低的路径。 这些路径通常共享返回到源的相同路径，并且具有相似成本。 选择成本与最低成本路径相似的路径可以在确定从哪个目的地像元位置开始路径以到达源时提供灵活性。

前 10% 的最低成本路径都从大致相同的区域开始，并且大多遵循共享路径。

在 3D 视图中，这一点更加明显，在该视图中，您可以看到这组路径全部位于累积距离栅格的分水岭中。

成本相似的一组路径的 3D 视图，以及这些路径如何共享累积成本表面的相同分水岭。

对于第三个分析目标，您可能会对路径的固定成本进行严格管控，并希望查看可能的替代方案的。 在这种情况下，请注意，累积距离栅格的等值线上的所有位置（等值线均在下图中进行标识）具有相同的成本。 从该等值线上的任意点开始的路径将具有相同的成本。

您可以使用条件函数工具来标识成本相同的目的地。 例如，使用具有以下表达式的累积成本栅格 SchoolTravelTime 中选择行进时间等值线：

equalCostPathDestinations = Con((Raster('SchoolTravelTime') > 19.9) & (Raster('SchoolTravelTime') < 20), 1)

目的地中一组生成的栅格像元表明，生成的路径分布具有相同的成本和到达同一源的行进时间，同时满足固定成本限制。

从相等行进时间的相同等值线开始的不同路径将具有相同的成本。

对于第四个分析目标，路径始于相同的目的地，并且成本大致相同，但会延伸到不同源。 在下图中，已输入多个源。

从分配区域边界上的目的地开始的最低成本路径可能开始彼此靠近，并且具有相同成本，但前往不同的源。

路径前往不同区域中的源位置，这表明它们在分配边界上或附近。 这是一种不稳定的情况，原因在于边界可能会根据距离累积的任何输入中的不确定性而变化。 这种不确定性可能会更改其中一个路径所通往的源，从而会略微改变累积成本。 使用上方的流动模拟，如果您站在分水岭的山脊线上，离开山脊的一小步就会对您继续下山的方向产生很大的影响。

最低成本廊道

您可以使用最低成本廊道一次可视化一组最低成本路径。 您还可以使用这些路径来可视化成本几乎最低的路径对其成本变化的敏感度。 有关更多信息，请参阅使用廊道连接区域。