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Una volta che la distanza in linea retta è calcolata ed eventualmente regolata secondo le barriere e il raster di superficie, può essere determinato il tasso a cui la distanza viene raggiunta. La superficie di costo è uno dei quattro fattori che influiscono sul tasso a cui la distanza viene raggiunta. Gli altri tre sono le caratteristiche di origine, il fattore verticale e il fattore orizzontale.
La superficie di costo simula ciò che il viaggiatore affronta mentre si muove sul territorio. Viaggiare attraverso un campo è più facile di viaggiare attraverso una foresta, il che è più facile di muoversi in una palude. Ogni valore nella superficie di costo viene moltiplicato per la distanza in linea retta regolata per determinare il tasso a cui la distanza viene raggiunta dal viaggiatore.
Come risultato della superficie di costo, il viaggiatore è in grado di coprire le unità di distanza in linea retta regolate con un tasso più elevato in un campo rispetto a una foresta o una palude.
La distanza in linea retta è in unità lineari, come metri o piedi. Quando si determina il tasso a cui la distanza viene raggiunta, le unità possono essere dollari, preferenza, energia spesa o rischio. Il tasso è un costo per unità di misura della distanza.
Creare una superficie di costo è un processo con più passaggi. In primo luogo, è necessario identificare i criteri che influenzeranno il movimento. Dopodiché, i valori dei criteri vengono trasformati in una scala di costo comune. Infine, i criteri vengono ponderati e combinati.
Questo tipo di analisi è conosciuta come analisi del costo minimo. Le superfici di costo vengono definite anche come superfici di impedenza o di frizione. È più difficile, costoso o più lento coprire le unità di distanza in linea retta regolate in luoghi con costo elevato. Creare una superficie di costo può essere simile a creare una superficie di idoneità; tuttavia, in una superficie di idoneità vengono preferiti i valori più alti. In una superficie di costo, valori più bassi significano maggiore facilità di movimento.
Possono essere combinati diversi fattori per creare la superficie di costo. Ad esempio, quando si crea una superficie di costo del movimento degli animali, i fattori quali il tipo di utilizzo del suolo, la distanza dalle strade e la distanza dall'acqua vengono utilizzati per simulare la preferenza degli animali che si muovono sul territorio. Poiché i valori nei criteri hanno significati diversi, ogni criterio deve essere convertito nella stessa scala di costo prima che vengano combinati.
In molti casi, la superficie di costo definisce le unità per l'analisi della distanza dei costi. Le caratteristiche di origine, il fattore verticale e il fattore orizzontale sono moltiplicatori di tali unità. Ciascun moltiplicatore deve essere relativo alle stesse unità di costo definite nella superficie di costo. Se vengono specificati più di uno dei quattro fattori che controllano il tasso (superficie di costo, caratteristiche di origine, fattore verticale e fattore orizzontale), solo uno di loro può avere unità, mentre gli altri fattori saranno moltiplicatori senza unità che modificano tali unità.
La superficie di costo consente di simulare il viaggiatore su un terreno reale.
Esempi d'uso della superficie di costo
Le superfici di costo possono essere utilizzate per risolvere diversi scenari, ad esempio:
- Identificare il percorso meno costoso per costruire una strada verso una scuola. Le unità della superficie di costo sono dollari per metro di costruzione.
- Collegare le zone di habitat della fauna selvatica con i corridoi per consentire alle specie di spostarsi tra le zone. Le unità della superficie di costo sono preferenza per piede per il movimento attraverso le feature in ogni posizione.
- Localizzare una nuova conduttura per collegare i pozzi petroliferi a una raffineria. Le unità della superficie di costo sono basate sull'impatto ambientale che la conduttura avrà su ogni posizione.
- Determinare il modo più rapido di raggiungere un escursionista ferito in un'area remota. Le unità della superficie di costo sono minuti per metro.
Incorporare una superficie di costo
Distance analysis can be divided conceptually into the following related functional areas:
- Calculate straight-line distance and optionally adjust the calculations with a barrier or surface raster.
- Una volta calcolata la distanza in linea retta, determinare facoltativamente il tasso a cui verrà raggiunta la distanza tramite superficie di costo, caratteristiche di origine, fattore verticale e fattore orizzontale. Creare il raster della distanza cumulativa.
- Connect regions over the resulting accumulative distance surface using an optimal network, specific paths, or a corridor.
Dalla seconda area funzionale, viene in seguito illustrato come determinare il tasso a cui la distanza verrà raggiunta tramite una superficie di costo. Lo scenario prevede un insieme di quattro stazioni della guardia forestale (punti viola) e alcuni fiumi (linee blu).
Aggiungere una superficie di costo simula il viaggiatore che si muove sul territorio. Notare nell'immagine seguente che le distanze non si irradiano uniformemente da ciascuna delle stazioni.
Superficie di costo per il tasso di distanza in linea retta
Per creare una superficie di costo che determina il tasso a cui la distanza in linea retta regolata viene raggiunta, eseguire le seguenti operazioni:
- Identificare i criteri per definire i fattori che influiscono sul movimento. Questi criteri simuleranno il modo in cui il viaggiatore raggiungerà la distanza mentre si muove sul territorio.
- Alcuni dati, come l'uso del suolo, possono essere direttamente utilizzati come criteri. Gli altri criteri, come l'aspetto, la distanza da una feature o la visibilità, devono essere derivati dai dati di base. Gli strumenti di analisi spaziale che possono essere utilizzati per creare questi criteri derivati includono Accumulo distanza, Aspetto, Campo di visibilità geodetico, Calcola densità e Parametri di superficie.
- Convertire i criteri in una scala comune. Ciò può essere eseguito con lo strumento Rimappa.
- Ponderare e combinare i criteri convertiti. Utilizzare lo strumento Somma ponderata per fare ciò.
La superficie di costo influisce sul tasso a cui la distanza viene raggiunta
Le superfici di costo identificano il costo, impedenza, frizione o preferenza di ogni posizione relativamente al movimento in base alle feature presenti sulle posizioni. Indipendentemente dall'applicazione potenziale, o le unità di costo che vengono modellate, il flusso di lavoro generale è simile.
I costi assoluti quali il costo della costruzione, il tempo o le energie sono ideali, ma possono essere difficili da definire per ogni posizione. Tuttavia, per molte applicazioni, non esiste una singola unità di costo assoluta. Ad esempio, se si sta creando una superficie di costo per identificare un sentiero di escursione o ciclistico tra due posizioni, utilizzare l'energia o il tempo solo come unità di costo non terrà conto di altri fattori che influenzano il percorso che i sentieri dovrebbero seguire. Tali fattori possono includere viste panoramiche, proprietà dei terreni ed evitare le aree sensibili a livello ambientale. Quando si crea una superficie di costo per la creazione di corridoi per la fauna selvatica, l'animale può trovare un equilibrio tra lo spostamento all'interno di un buon habitat e l'essere al sicuro. In entrambi i casi, non esiste una singola unità di costo in grado di cogliere l'ambito delle decisioni di movimento.
In questi casi vengono utilizzate unità di costo soggettive relative come preferenza, sicurezza e rischio. Ciascuno dei valori dei criteri è assegnato a una scala di costi comune con i costi assegnati che sono relativi l'uno all'altro in base alle unità soggettive. Ad esempio, un costo di 10 è due volte più difficile da superare rispetto a un costo di 5. Ogni valore in ogni criterio viene posizionato sulla stessa scala di costo comune.
Se la superficie di costo definisce le unità per l'analisi del costo, gli altri fattori che controllano il tasso (caratteristiche di origine, fattore verticale e fattore orizzontale) sono moltiplicatori senza unità che modificano le unità di costo specificate.
Le unità di costo assolute possono essere assegnate direttamente usando un qualsiasi numero di strumenti di Spatial Analyst. Quando si definiscono le unità di costo soggettive per creare la superficie di costo, il flusso di lavoro seguente viene spesso utilizzato.
Flusso di lavoro per la superficie di costo
Il flusso di lavoro per la creazione di una superficie di costo quando si specificano i costi relativi è il seguente:
- Identificare i criteri che influiscono sul costo di movimento e acquisire i dati di base.
- Derivare i criteri dai dati di base se necessario.
- Convertire i valori di ciascun criterio in una scala comune.
- Ponderare i criteri l'uno rispetto all'altro e combinarli per creare una superficie di costo.
Una volta creata la superficie di costo, è possibile connettere le regioni con i percorsi di costo minimo su tale superficie di costo.
Come già menzionato, la creazione di una superficie di costo segue passaggi simili alla creazione di una superficie di idoneità. I passaggi comuni sono identificare i criteri, raccogliere i dati di base, derivare i criteri necessari dai dati di base, trasformare i valori dei criteri in una scala comune, ponderare e combinare i criteri. A differenza della superficie di idoneità finale in cui si preferiscono valori più alti, nella superficie di costo si prediligono i valori più bassi per il movimento perché rappresentano costi inferiori. La superficie di costo viene utilizzata per l'analisi del costo minimo. Di conseguenza, quando si implementano le trasformazioni, le posizioni più preferite per il movimento ricevono valori inferiori.
Nelle seguenti sezioni viene descritto un esempio di applicazione di questo flusso di lavoro. L'obiettivo è identificare corridoi di fauna selvatica per permettere alle linci di spostarsi tra le zone di habitat. Il flusso di lavoro è solo a scopo dimostrativo e non definisce realisticamente tutte le interazioni delle linci. Il flusso di lavoro descritto può essere applicato per creare superfici di costo in molte altre applicazioni.
Definire l'obiettivo e le unità di costo
Come prima cosa, definire l'obiettivo del movimento. L'obiettivo varierà a seconda del problema da risolvere. Ad esempio, l'obiettivo per una superficie di costo da utilizzare per localizzare una linea elettrica potrebbe essere quello di minimizzare il costo per costruirla. Quando si individua un percorso per i vigili del fuoco per spostare le risorse tra due incendi, l'obiettivo potrebbe essere quello di spostarsi tra gli incendi il più rapidamente possibile. Riguardo allo scenario della lince rossa, l'obiettivo della superficie del costo è consentire alle linci di muoversi in sicurezza tra le zone dell'habitat mantenendo allo stesso tempo l'accesso a determinate risorse.
Dopodiché, devono essere stabilite le unità del costo. Nel caso dell'ubicazione della linea elettrica, ogni criterio può essere trasformato in base al costo di costruzione. Nel caso dell'individuazione del percorso antincendio, le unità di costo possono essere il tempo. Nel caso dei corridoi per le linci, la definizione delle unità presenta due sfide. Una è che non esiste alcuna unità di costo oggettiva misurabile. L'altra è che i criteri hanno obbiettivi variabili. Ad esempio, il criterio della distanza dai corsi d'acqua riguarda la necessità di acqua, mentre la distanza dalle strade riguarda la sicurezza. In questa situazione, i criteri devono essere convertiti su una scala di costo di preferenza relativa e soggettiva prima che possano essere combinati.
Una volta definiti l'obiettivo e le unità, devono essere stabilite le modalità di valutazione dei risultati del modello. Nella superficie di costo del caso della lince, per determinare se i percorsi risultanti hanno successo, è possibile visitare i corridoi e osservare se le linci stanno usando i percorsi per spostarsi tra le zone di habitat.
La seguente immagine illustra la creazione della superficie di costo per il caso delle linci:
Identificare i criteri che influiscono sul costo del movimento
Dopo aver definito l'obiettivo, le unità e i metodi di valutazione per l'analisi, il primo passaggio nella creazione di una superficie di costo consiste nell'identificare i criteri che definiscono il movimento. In questo esempio, i criteri sono i fattori che le linci preferiscono mentre si muovono nel territorio. Ogni criterio identificato deve essere determinante per raggiungere l'obiettivo generale del modello, che è garantire che le linci rosse possano spostarsi in sicurezza tra le zone di habitat mentre accedono a risorse fondamentali. I criteri identificati devono simulare le interazioni delle linci rispetto alle loro esigenze di movimento.
Nell'esempio semplificato della lince rossa, verranno presi in considerazione i seguenti criteri:
- Tipi di uso del suolo: le linci rosse preferiscono spostarsi attraverso le foreste per ripararsi e non amano spostarsi in aree sviluppate o semisviluppate.
- Distanza dalle strade: per sicurezza, le linci rosse preferiscono spostarsi in aree lontane dalle strade.
- Distanza dai corsi d'acqua: per le loro esigenze idriche, le linci amano stare vicino a fonti d'acqua mentre si muovono attraverso il territorio.
Derivare i criteri dai dati di base se necessario
Alcuni criteri, come i tipi di uso del suolo nell'esempio della lince rossa, possono essere utilizzati direttamente nella creazione della superficie di costo. Le linci rispondono direttamente ai diversi tipi di uso del suolo. Gli altri criteri devono essere derivati. È necessario tenere presente che non sono le strade o i corsi d'acqua stessi a essere i criteri, ma lo sono la distanza dalle strade o dai corsi d'acqua a cui rispondono le linci.
Poiché i set di dati della distanza dalle strade e dai corsi d'acqua non sono inizialmente disponibili, è possibile utilizzare gli strumenti appropriati per derivare questi criteri dai dati di base. Utilizzare lo strumento Accumulo distanza per determinare la distanza di ogni posizione dalla strada più vicina nel caso del criterio stradale e utilizzarlo di nuovo per determinare le distanze dai corsi d'acqua nel caso del criterio dell'approvvigionamento idrico.
Convertire i valori di ogni criterio in una scala comune
Sommando matematicamente i raster dell'uso del suolo, della distanza dalle strade e della distanza dai corsi d'acqua, si otterranno valori privi di significato. Ad esempio, una particolare località può avere un valore d'uso del suolo pari a 4, che rappresenta un'abitazione unifamiliare. Dista inoltre 627 metri da una strada e 2.252 metri da un ruscello. Sommando questi valori si ottiene 2.883, un numero irrilevante. Prima che i raster dei criteri possano essere sommati, i valori di ciascun criterio devono essere convertiti in una scala di preferenza di costo comune.
In questo esempio, viene utilizzata una scala di costo comune da 1 a 10. Per ogni valore in un criterio, le località con le caratteristiche che sono più facili o preferibili da attraversare riceveranno valori di costo bassi, mentre le località più difficili o meno preferibili riceveranno valori di costo più elevati. Ad esempio, le posizioni entro 100 metri da una strada sono meno preferibili e riceveranno un costo di 10, le distanze tra 100 e 300 metri possono ricevere un valore di costo di 5 e le distanze superiori a 300 metri possono ricevere un costo di 1 poiché le linci preferiscono viaggiare lontano dalle strade.
Quando si convertono i valori in ciascun criterio nella scala dei costi da 1 a 10, trasformare i valori l'uno rispetto all'altro all'interno della scala. In altre parole, attraversare una località a cui è assegnato un valore di costo 3 è doppiamente preferibile rispetto a una località a cui è assegnato un valore di costo 6, e una località a cui è assegnato un valore di costo di 10 è 10 volte più difficile da attraversare rispetto a una località a cui è assegnato un valore di costo di 1.
Questo processo di trasformazione viene applicato a ogni valore in ogni criterio identificato per la superficie di costo. Nel caso del modello delle linci, per il criterio di uso del suolo, ai tipi di uso del suolo preferiti, come la foresta, verrà assegnato un valore di costo pari a 1 (preferito e meno costoso da attraversare), al tipo residenziale verrà assegnato un valore di costo pari a 5 e al tipo industriale verrà assegnato un costo di 9. Riguardo al criterio della distanza dalle strade, le località più vicine alle strade riceveranno costi maggiori di 9 e 10, mentre le località più lontane dalle strade riceveranno valori di costo inferiori (poiché le linci le preferiscono). Riguardo al criterio della distanza dai corsi d'acqua, è più preferibile avvicinarsi ai corsi, quindi le località vicine riceveranno costi di 1 o 2 e le località distanti riceveranno costi più elevati di 9 o 10.
È auspicabile che i costi assegnati abbiano la stessa preferenza tra i criteri. Ovvero, una distanza trasformata dalle strade a cui è assegnato un costo di 5 ha la stessa preferenza di un tipo di uso del suolo o di una posizione di distanza dai corsi d'acqua a cui è comunque assegnato un costo di 5.
Per convertire i criteri viene eseguita una riclassificazione. Per ciascun criterio, viene specificata la stessa scala di costo in questi strumenti. In questo esempio, verrà utilizzata una scala di preferenza di costo da 1 a 10.
Il tipo di uso del suolo è un dato categoriale e viene utilizzata una conversione 1 a 1 per mappare i tipi di uso del suolo nei costi. Lo strumento Riclassifica verrà utilizzato. Alla foresta viene assegnato un 1 e alle zone industriali un 9, e così via nella tabella di riclassificazione.
| Valore | Nuovo |
|---|---|
Agricoltura | 2 |
Terreno nudo | 1 |
Sviluppato, alta intensità | 9 |
Sviluppato, bassa intensità | 5 |
Sviluppato, media intensità | 8 |
Foresta, conifere | 1 |
Foresta, decidue | 2 |
Foresta, misto decidue-conifere | 2 |
Prateria | 4 |
Macchia/Arbusti | 3 |
Acqua | 10 |
Terreno paludoso | 9 |
NODATA | NODATA |
Di seguito è riportata la risultante mappa dell'uso del suolo trasformata. Le posizioni in verde sono le più preferite su cui muoversi, le rosse sono le meno preferite.
La distanza dalle strade e la distanza dai corsi d'acqua sono dati continui. Per trasformare i valori dei criteri in modo da simulare l'interazione dei costi verrà applicata una funzione. Per ogni passo che una lince fa da una strada, il costo o preferenza diminuisce in modo continuo in base alla funzione specificata.
Il focus dello strumento Riscala per funzione è la modellazione dell'idoneità, in cui gli attributi preferiti ricevono valori più alti. Nell'analisi del costo minimo la logica è inversa. Le aree preferite in cui viaggiare ricevono valori più bassi, che indicano un costo inferiore. Lo strumento Riscala per funzione può implementare questa logica inversa con uno dei due seguenti metodi:
- Selezionare l'inverso della funzione di idoneità nello strumento. La funzione Piccolo può essere applicata per il criterio di distanza dai corsi d'acqua in un modello di idoneità che indica che la vicinanza ai corsi è più idonea, assegnando quindi valori più alti. Quando la distanza dai corsi d'acqua viene utilizzata per la superficie del costo, la funzione Grande viene utilizzata per indicare che le posizioni più lontane ricevono valori più alti (meno preferite). Le posizioni più vicine ricevono i valori più bassi (il costo inferiore) e vengono preferite per il viaggio attraverso di esse.
- La stessa logica utilizzata nel modello di idoneità può essere applicata con un'inversione. La funzione Piccolo può essere specificata per il criterio della distanza dai corsi d'acqua per il modello di idoneità e quando si converte il criterio della distanza dai corsi d'acqua per la superficie di costo. Tuttavia, nel caso della superficie di costo, i parametri Scala Da e Scala A devono essere invertiti da 1 - 10 a 10 - 1. Di conseguenza, le posizioni più vicine ora riceveranno il valore Scala A, che ora è 1 poiché muoversi al loro interno costa meno.
Per simulare la preferenza della lince rossa, che vuole muoversi vicino ai corsi d'acqua, è stata applicata una funzione diversa al criterio della distanza dai corsi d'acqua.
Se si utilizzano unità di costo assolute quando si convertono i valori dei criteri nel costo, ad esempio il costo di costruzione o il tempo, è possibile utilizzare l'attribuzione diretta o le formule matematiche. Queste formule possono essere applicate usando il Raster Calculator invece di applicare i precedenti passaggi per la conversione relativa.
Suggerimento:
I valori di costo devono sempre essere positivi; il raster di costo di input non può avere valori di cella inferiori o uguali a 0. Se tali valori esistono, è possibile riscalare l'intero intervallo per farlo diventare maggiore di 0 o sostituire i valori problematici con piccoli numeri positivi. È possibile fare ciò utilizzando lo strumento Con. Se le aree con un valore di 0 rappresentano le aree che devono essere escluse dall'analisi, convertire questi valori in NoData prima di eseguire Accumulo distanza. È possibile fare ciò utilizzando lo strumento Imposta Null.
Ora i valori in ciascun criterio vengono trasformati l'uno rispetto all'altro in una scala di costi comune e i criteri trasformati possono essere combinati.
Ponderare i criteri l'uno rispetto all'altro e combinarli per creare una superficie di costo
Quando i tre criteri trasformati vengono sommati, l'intervallo risultante può essere compreso tra 3 e 30. Una posizione a cui è assegnato un valore di 3 è la più preferita per spostarsi. Rappresenta una posizione nella foresta, lontano da una strada e vicino a un corso d'acqua. Le posizioni a cui sono assegnati valori più alti saranno meno preferite (più costose da attraversare), in base alle loro caratteristiche.
Tuttavia, prima di sommare i criteri, può darsi che un criterio sia più importante o più significativo rispetto ad altri per il costo del movimento delle linci rosse. Se un tale caso si verifica, il criterio avrà un peso maggiore degli altri. Per enfatizzare la distinzione, il processo di trasformazione converte i valori in un criterio relativo l'uno all'altro. La ponderazione definisce l'importanza della relazione di ciascun criterio l'uno con l'altro.
Un peso è un moltiplicatore che viene applicato a ogni valore trasformato nel criterio.
Nel modello di idoneità delle linci rosse, l'applicazione di un peso maggiore a un criterio indica che il criterio è più importante per la biologia delle linci. In una superficie di costo, tuttavia, il peso indica che il criterio è più significativo o costoso per il movimento rispetto agli altri criteri.
Nella superficie del costo delle linci, per ragioni di sicurezza si presuppone che le linci vogliano evitare di spostarli vicino alle strade. Di conseguenza, alla distanza trasformata dalle strade verrà assegnato un peso maggiore rispetto al criterio della distanza dai corsi d'acqua. Ad esempio, a un luogo può essere inizialmente assegnato un costo di 10 nell'ambito della distanza dalle strade poiché è vicino a una strada. Alla posizione può essere assegnato un costo di 1 nell'ambito della distanza dai corsi d'acqua, poiché è anche vicina a un corso d'acqua. Se al criterio della distanza dalle strade viene applicato un peso di 1,5 mentre al criterio della distanza dai corsi d'acqua viene assegnato un peso di 1, tale posizione riceverà un valore di costo totale pari a 16 (il risultato di 10 x 1,5 + 1) nella superficie di costo risultante. Di conseguenza, le località più vicine alle strade diventano più costose e meno preferite da attraversare.
In questo esempio, al criterio di uso del suolo verrà assegnato un peso di 1.
A causa della ponderazione, a volte l'analisi del costo minimo viene definita analisi del costo minimo ponderato.
Nota:
Se vengono utilizzate unità di costo misurabili assolute, come dollari o tempo, non applicare pesi. Anche se un criterio può essere più o meno significativo, il costo assoluto non varierà. Il costo in dollari o in tempo è il costo effettivo. Se viene applicato un peso, le unità assolute non sono più valide e il costo sarà quindi su una scala relativa.
Ora la superficie di costo è stata creata. Sulla base delle caratteristiche di ciascuna posizione, la superficie di costo indica la preferenza di ciascuna posizione l'una rispetto all'altra per il movimento dal punto di vista di una lince rossa. L'obiettivo finale del modello della lince rossa è connettere una serie di aree di habitat con i corridoi della fauna selvatica sul risultante raster a costo cumulativo, consentendo alle linci di spostarsi tra di esse.
Le zone di habitat possono essere collegate nei seguenti modi:
- Creare una rete di costo minimo (consultare Collegare regioni con la rete ottimale).
- Collegare le specifiche zone l'una con l'altra (consultare Collegare posizioni con i percorsi ottimali).
- Collegare le zone usando corridoi (consultare Collegare posizioni con i corridoi).
Pendenza e superficie di costo
La superficie di costo è uno dei quattro fattori che possono controllare il tasso a cui si raggiunge la distanza in linea retta regolata. In una superficie di costo, il costo è lo stesso sia che ci si muova attraverso la cella da est a ovest, da ovest a est, da nord a sud, da sud a nord, sia che ci si muova avanti e indietro in qualsiasi direzione diagonale. Tuttavia, potrebbe essere importante per il viaggiatore la direzione in cui si sta muovendo attraverso la cella. Andare in salita richiede uno sforzo diverso rispetto a muoversi in discesa. Pertanto, il senso con cui si percorre la pendenza può avere importanza. Ad esempio, se ci si sposta in una posizione con pendii ripidi e ci si muove perpendicolarmente a tali pendii (muovendosi seguendo il contorno), lo sforzo è inferiore rispetto a quello che si ottiene salendo direttamente il pendio ripido.
Lo strumento Pendenza calcola la pendenza determinando l'elevazione durante la corsa dall'altezza al centro della cella in elaborazione alle altezze in ciascuno degli otto centri delle celle adiacenti. Alla cella viene assegnata la più ripida delle otto pendenze. Poiché a una cella viene assegnata la massima discesa, ciò non simula alcuna direzionalità del movimento nella cella. Quando si modella il movimento, potrebbe non importare quanto sia ripida la pendenza in una posizione, ma potrebbe importare come si incontra quella pendenza. Se il raster di pendenza viene utilizzato in una superficie di costo, il viaggiatore potrebbe evitare erroneamente le celle a cui sono assegnate pendenze ripide.
In generale, se la direzione in cui il viaggiatore incontra le pendenze ha importanza, la direzione deve essere simulata dal fattore verticale, non tramite la superficie di costo. La pendenza viene spesso utilizzata incorrettamente come criterio di input in una superficie di costo.
Tuttavia, ci sono casi in cui è appropriato includere un raster di pendenza in una superficie di costo. Ad esempio, si sta individuando un nuovo sentiero escursionistico e la pendenza in una cella è così ripida che, indipendentemente dalla direzione in cui il viaggiatore entra nella cella, essa rallenta il viaggiatore. In questo caso, la direzionalità della pendenza non ha importanza, quindi è opportuno includere il raster della pendenza nella superficie di costo.
Ciò che conta per il viaggiatore è come incontra i pendii, non quanto sono ripidi. Salire un pendio ripido richiederà il massimo sforzo, scendere richiederà il minimo e muoversi lungo il pendio una via di mezzo. Inoltre, la copertura del suolo combinata alla pendenza può influire sul movimento. Il movimento su un terreno naturale più accidentato è più difficile rispetto a viaggiare su una strada. Gli escursionisti sono codificati con colori in base alla facilità con cui possono superare i pendii incontrati e la copertura del suolo. Le figure verdi sono in grado di viaggiare a una velocità maggiore rispetto alle figure rosse.
Unità nei fattori di controllo del tasso
Quando la distanza in linea retta regolata è calcolata, il tasso a cui tali unità di distanza vengono raggiunte è controllato da superficie di costo, caratteristiche di origine, fattore verticale e fattore orizzontale. Ogni fattore è un moltiplicatore della distanza in linea retta regolata. È necessario prestare attenzione quando si specificano le unità dei fattori. La superficie di costo non può essere in unità di preferenza e il fattore verticale non può essere in tempo. Le unità devono essere coerenti.
In generale, la superficie di costo è l'unità trainante per l'analisi del tasso. Il fattore verticale, il fattore orizzontale e le caratteristiche di origine sono spesso moltiplicatori senza unità delle unità della superficie di costo.
Questo non è il caso quando si applica la funzione di escursione di Tobler usando il fattore verticale. In questa funzione, le unità sono il tempo e diventano le unità trinanti per l'analisi di costo. Se all'analisi viene aggiunta una superficie di costo, i valori della superficie di costo devono essere moltiplicatori senza unità che modificano il tempo per spostarsi attraverso il territorio tenendo conto delle pendenze nel fattore verticale.
Creare una superficie di costo usando ModelBuilder
ModelBuilder è un ambiente efficace per creare una superficie di costo. Fornisce la funzionalità di incatenare i criteri di input e di output e gli strumenti di geoprocessing. La rappresentazione grafica del modello consente di presentare visivamente la logica del modello ed è sempre possibile effettuare modifiche e rieseguire il modello.
Quando si creano superfici di costo complesse che possono includere diversi obiettivi di movimento, spesso vengono utilizzati i sottomodelli. I sottomodelli non organizzano solamente gli obiettivi del modello; possono essere utilizzate diverse trasformazioni per alcuni criteri per raggiungere i diversi obiettivi di movimento. Ad esempio, nel nostro esempio della lince rossa, quando si trasforma il tipo di uso del suolo può essere favorevole spostarsi vicino al confine di un campo per il sottomodello delle risorse, ma sfavorevole per il sottomodello della sicurezza.
Ulteriori applicazioni della superficie di costo
Quanto segue dimostra come una superficie di costo può essere utilizzata per affrontare altri tipi di applicazioni.
Zone a velocità controllata
È possibile utilizzare una superficie di costo per rappresentare l'andatura massima attraverso una zona a velocità controllata in un porto. Un buffer di 100 metri lungo la costa può avere una velocità massima di 5 nodi e un'andatura massima di 1h/(5*1.852)km. Il corridoio buffer tra i 100 e i 200 metri può avere un'andatura massima di 1h/(10*1.852)km. Si noti che all'aumentare della velocità, l'andatura diminuisce.
Costo della costruzione di una strada
Per stimare il costo totale di costruzione per una nuova strada, è possibile creare una superficie di costo che codifica i costi di costruzione in base alle miglia. Costruire una nuova strada indivisa a due corsie nelle aree rurali è più economico che costruire lo stesso tipo di strada nelle aree urbane. In questo caso, è possibile classificare le celle nella superficie di costo in urbane e rurali. Sulla base delle informazioni in una FAQ proveniente dall'American Road and Transportation Builders Association (ARTBA), i valori tipici per i costi nelle celle rurali sono $ 2 milioni per miglio e $ 4 milioni per miglio per le celle urbane. Inoltre, possono essere aggiunte barriere che si basano sulla suddivisione locale in zone e sulle leggi sulla proprietà.
Ulteriori informazioni
Le sezioni seguenti contengono informazioni aggiuntive riguardanti le superfici di costo.
Considerazione del periodo dell'anno nel movimento
Il periodo dell'anno potrebbe alterare la superficie di costo. La superficie di costo è per il movimento in inverno o in estate, nella stagione secca o nella stagione delle piogge? Il movimento avviene nel bel tempo o cattivo tempo, in un evento estremo o in condizioni tipiche?
Ci sono altri fattori temporali che influenzano il movimento? Nel caso di un'analisi del costo della fauna selvatica, il movimento è per raggiungere i siti di parto o è per il movimento quotidiano tra le zone o per la migrazione stagionale? Il movimento avviene durante la stagione di caccia?
I vari fattori temporali che possono influenzare il movimento possono non solo influenzare le trasformazioni e i pesi, ma anche quali criteri verranno utilizzati nella superficie dei costi.
Per acquisire i vari tipi di stagionalità e movimento, potrebbero essere necessarie più superfici di costo ed eseguire l'analisi della distanza su ciascuna. Potrebbe essere necessario combinare i risultati per acquisire tutte le esigenze di movimento annuali.
Includere strade o sentieri nella superficie di costo
Si consideri una superficie di costo che verrà utilizzata dai soccorritori su veicoli fuoristrada (ATV) per raggiungere un escursionista ferito. In questo esempio i criteri sono i tipi di uso del suolo, l'aspetto e le pendenze. Le aree paludose avranno un costo elevato e le zone pianeggianti un costo inferiore. Poiché questo salvataggio avverrà in primavera, le zone esposte a sud sono più fangose e più costose, mentre le zone esposte a nord sono ghiacciate e meno costose. La difficoltà di superare le pendenze può essere simulata tramite il fattore verticale.
Quando si incontra una strada, il costo cambia. Viaggiare su strada è più veloce e più facile. Il costo per spostarsi su strada è un costo costante e basso.
Per acquisire il basso costo costante della strada, una volta creata la superficie di costo, le strade vengono incise nella superficie di costo.
- Rasterizzare le strade con lo strumento Converti feature in raster e assegnare un singolo costo alle strade. Se il feature dataset delle strade non ha un campo di costo, rasterizzare su tutti i campi con valori maggiori o uguali a 0, come FID, e applicare la seguente espressione nello strumento Raster Calculator: Con(rasterRoads >= 0, 50)
50 è il costo assegnato. Il raster risultante verrà denominato roadCostValue e utilizzato come input nell'espressione del passaggio successivo.
Se applicabile, il costo può variare in base al tipo di strada.
- Convertire i valori NoData in zero usando gli strumenti Con e IsNull dall'elenco dello strumento Raster Calculator. Utilizzare un'espressione nella forma: Con(IsNull(roadCostValue), 0, roadCostValue).
Il raster risultante viene denominato roadCost e utilizzato come input nell'espressione del passaggio successivo.
- Incidere le strade nella superficie di costo usando il Raster Calculator. Utilizzare un'espressione nella forma: Con(roadCost > 0, roadCost, costSurface)
Nel raster di output finale, alle celle attraverso le quali passa una strada verrà assegnato il costo associato alla strada. Tutte le celle senza strada riceveranno il valore di costo creato nella superficie di costo.
Di conseguenza, l'ATV si muoverà attraverso il territorio e, quando incontra una strada, viaggerà su quella strada il più a lungo possibile prima di lasciarla per raggiungere l'escursionista ferito. Il costo della strada può essere ulteriormente affinato per tratti ripidi e tortuosi.
Ispessire le barriere per evitare le fessure
È possibile incorporare le feature lineari, come strade o fiumi, che hanno un costo elevato o fungono da barriere nella superficie di costo. Se la feature lineare è una polilinea, essa verrà rasterizzata. Quando viene rappresentata come un raster, la feature lineare sarà spessa solo una cella. La natura della barriera sarebbe preservata se fosse perfettamente orizzontale o verticale; tuttavia, potrebbe essere diagonale. In questo caso, è geometricamente possibile che il viaggiatore scivoli attraverso quelle che sono le fessure della barriera. Se ciò accade, la barriera o le celle con costo elevato non fungono più da ostacolo al movimento.
Per aggiungere una feature lineare alla superficie di costo, completare i seguenti passaggi:
- Applicare un buffer alla feature lineare largo almeno più della diagonale della distanza delle celle nella superficie di costo.
- Rasterizzare la feature bufferizzata risultante usando lo strumento Da poligono a raster.
- Assegnare tutte le celle rasterizzate e bufferizzate al costo e assegnare tutte le celle NoData a zero. Usando lo strumento Raster Calculator, immettere un'espressione del tipo: Con(IsNull(buffRaster), 0, 35).
Il valore 35 è il costo della feature lineare.
Se la barriera lineare è una barriera effettiva, impostare le celle bufferizzate su NoData senza specificare nulla per l'istruzione falsa (il 35) identificata nell'espressione precedente.
- Aggiungere il raster risultante del passaggio 3 alla superficie di costo come descritto nella sezione precedente.
Questi stessi passaggi vengono utilizzati se la feature lineare di input è un raster. Non è necessario rasterizzare prima la feature raster lineare. Creare il buffer attorno alla feature raster usando lo strumento Accumulo distanza e impostando un valore di Accumulo massimo (distanza).
Invece di applicare un buffer alla feature lineare, è possibile rasterizzare la feature lineare se non è già un raster. Dopodiché, eseguire lo strumento Statistiche focali sulla feature lineare rasterizzata specificando la statistica. Lo strumento allargherà la feature lineare di una cella su ogni lato se viene selezionato un vicinato di 3 per 3. I valori di cella assegnati si baseranno sulla statistica specificata. La superficie risultante può quindi essere aggiunta alla superficie di costo come descritto nella sezione precedente. Questo approccio è particolarmente utile se la feature lineare è un raster e rappresenta un gradiente come la profondità, la salinità, il pH o la distanza.
Nota:
Se è necessario assegnare un costo elevato alla feature lineare in una scala di costi relativi, assicurarsi che i costi assegnati siano relativi ai valori sommati nella superficie di costo finale.
Tuttavia, se la feature lineare è una barriera effettiva, assegnare alle celle NoData prima che vengano combinate nella superficie di costo. Se la feature lineare è una barriera effettiva, si consiglia di inserirla tramite il parametro di barriera nello strumento Accumulo distanza.
Utilizzare il modellatore di idoneità per creare una superficie di costo
Dal momento che è possibile creare una superficie di costo usando strumenti geoprocessing individuali, sarà necessario tenere traccia degli strumenti utilizzati e dei parametri specificati in modo da poter apportare modifiche successive. Il metodo consigliato è creare una superficie di costo usando ModelBuilder.
Le superfici di costo possono essere inoltre create nel Modellatore di idoneità. Se si sta utilizzando il Suitability Modeler per creare una superficie di costo, tenere presente che in un modello di idoneità più favorevole è il valore di criterio più è alta l'idoneità che riceverà. Le superfici di costo vengono utilizzate per eseguire l'analisi del costo minimo. Le aree in cui muoversi è più facile o meno costoso riceveranno un valore inferiore.
I metodi di trasformazione Categorie univoche e Intervallo di classi nel Suitability Modeler sono un'attribuzione uno a uno del valore di costo alla categoria o alla classe. Nel metodo di trasformazione Funzioni continue, è necessario applicare la funzione opposta rispetto a quella applicata in un modello di idoneità. Ad esempio, se la vicinanza ai corsi d'acqua è preferibile in un modello di idoneità, è possibile applicare la funzione di trasformazione Piccolo. Le posizioni più piccole o più vicine ricevono il valore di idoneità più alto. Se spostarsi vicino ai corsi d'acqua è preferibile o meno costoso in una superficie di costo, è possibile selezionare la funzione Grande. Le posizioni più lontane verranno convertite in valori più elevati, ovvero un costo maggiore. Le posizioni più vicine riceveranno valori inferiori, ovvero un costo minore, e saranno preferite per lo spostamento attraverso di esse.
In alternativa, è possibile utilizzare la stessa logica per selezionare le funzioni continue allo stesso modo del modello di idoneità. Le posizioni più preferibili ricevono il valore più alto, ma in una superficie di costo le posizioni in cui muoversi è preferibile devono ricevere valori bassi. Per invertire i valori nella superficie di costo, utilizzare il parametro Inverti funzione nel metodo Funzioni continue.