Dostępne na serwerze Image Server
Analiza odległości ma fundamentalne znaczenie dla większości aplikacji GIS. W najprostszej formie odległość jest miarą tego, jak daleko jedna rzecz znajduje się od drugiej. Linia prosta jest najkrótszą możliwą miarą odległości między dwiema lokalizacjami. Istnieją jednak inne kwestie, które należy wziąć pod uwagę. Jeśli na przykład na drodze znajduje się bariera, trzeba ją ominąć, co zwiększa całkowitą odległość do pokonania z jednej lokalizacji do drugiej. Inną kwestią jest tekstura powierzchni, która może zwiększyć rzeczywistą odległość podróży, jeśli teren zmieni się z płaskiego na trudniejszy. Istnieje wiele innych składników, które mogą wpływać na wysiłek wymagany, aby dotrzeć z punktu początkowego do punktu końcowego. Niektóre z tych składników obejmują stromość terenu, to, czy przemieszczanie będzie się odbywało z wiatrem, czy pod wiatr, rodzaj transportu i rodzaj pokrycia pokonywanego terenu. Istnieje również różnica w pomiarach odległości, jeśli obliczenia są wykonywane przy użyciu metody planarnej albo geodezyjnej.
Rozszerzenie Spatial Analyst zapewnia narzędzia, których można użyć do obliczania odległości dla różnych scenariuszy. Narzędzia te mają kilka parametrów, których można użyć do zastosowania różnych modyfikatorów do operacji. W rezultacie generowane są dokładniejsze dane wynikowe, które można wykorzystać do podejmowania lepszych decyzji analitycznych.
Analizę odległości można podzielić na dwa główne zadania:
- Oblicz odległość do najbliższego lub najtańszego źródła.
- Połączenie serii lokalizacji optymalnymi ścieżkami na powierzchni odległości.
Obliczanie odległości
Podczas obliczania odległości należy wziąć pod uwagę dwa aspekty:
- Określenie, jak daleko coś się znajduje.
- Po określeniu tej odległości zdefiniowanie, w jaki sposób jest ona pokonywana przez podróżującego.
Określenie, jak daleko coś się znajduje
Określenie odległości jednej rzeczy od drugiej jest podstawowym elementem obliczania odległości. Jest to odległość w linii prostej (odległość euklidesowa) między dwoma punktami. Więcej informacji zawiera sekcja Obliczanie odległości w linii prostej.
Istnieją jednak inne składniki, które mogą zmienić obliczenia odległości w linii prostej, w tym bariery i odległość powierzchniowa.
Bariera, taka jak rzeka, klif, autostrada lub budynek, to coś, co uniemożliwia podróżowanie bezpośrednio z jednej lokalizacji do drugiej. Ponieważ objazd wokół bariery oznacza, że podróżujący będzie musiał pokonać większą odległość, warto znać najkrótszy możliwy dystans. Przypadki zastosowania i dodatkowe informacje zawiera sekcja Uwzględnianie barier w obliczeniach odległości.
Odległość powierzchniowa to rzeczywista odległość w terenie, którą należy pokonać podczas poruszania się po terenie. W porównaniu z odległością w linii prostej, odległość powierzchniowa jest większa, jeśli uwzględni się pofałdowania w górę i w dół rzeczywistej powierzchni terenu. Przypadki zastosowania i dodatkowe informacje zawiera sekcja Uwzględnianie powierzchni w obliczeniach odległości.
Odległość pokonywana przez podróżującego
To, w jaki sposób odległość jest pokonywana przez podróżującego, jest często interesującą interakcją. Zawsze jest jakiś podróżujący. Podróżującym może być żywa istota, taka jak człowiek lub zwierzę. W abstrakcyjnej formie może to być obiekt nieożywiony, taki jak rurociąg lub droga. Oznacza to, że podczas budowy rurociągu lub drogi w każdej komórce występują różne cechy krajobrazu, takie jak wypłaszczone i strome nachylenia, lasy i tereny podmokłe. Obliczając podstawową odległość w linii prostej, podróżujący może być postrzegany jako ptak lub samolot lecący nisko nad ziemią przy spokojnym powietrzu, pozostając poza wpływem warunków panujących na powierzchni.
Istnieje wiele składników, które wpływają na to, w jaki sposób podróżujący pokonuje odległość. Każdy z nich wpływa na szybkość pokonywania odległości. Następujące składniki mogą być wykorzystane do kontrolowania tempa pokonywania odległości:
- Powierzchnia kosztów
- Charakterystyka podróżującego od źródła
- Składnik pionowy
- Składnik poziomy
Powierzchnia kosztów
Dla każdej komórki powierzchnia kosztów określa, w jaki sposób cechy danej lokalizacji wpływają na ruch przez komórkę. Jest to koszt, jaki podróżujący ponosi w związku z poruszaniem się po danej lokalizacji. Im niższy zdefiniowany koszt dla komórki, tym łatwiejszy ruch. Na przykład turysta może poruszać się szybko i łatwo przez otwarte pole, ale błotniste podłoże w gęstym lesie spowolni go, sprawiając, że zużyje więcej energii, a pokonanie każdej jednostki odległości zajmie mu więcej czasu. Przypadki zastosowania i dodatkowe informacje na temat wpływu powierzchni kosztów na pokonywane odległości zawiera sekcja Korygowanie pokonywanej odległości przy użyciu powierzchni kosztów.
Odległość jest mierzona jako wskaźnik stawki. Ze względu na powierzchnię kosztów, odległości kosztów nie rozchodzą się równomiernie z każdego źródła, tak jak ma to miejsce w przypadku odległości w linii prostej.
Charakterystyka podróżującego od źródła
Charakterystyka podróżującego może modyfikować sposób pokonywania odległości. Następujące charakterystyki podróżującego mogą wpływać na sposób pokonywania odległości wyrażonej stawką:
- Tryb podróżowania — jest stosowany jako mnożnik i może określać sposób transportu. Może na przykład uwzględniać, czy podróżujący porusza się pieszo, czy quadem. Może również uwzględniać liczbę podróżujących. W obu przypadkach tryb modyfikuje szybkość pokonywania odległości.
- Koszt początkowy — może być wykorzystany na przykład do uwzględnienia czasu potrzebnego na przygotowanie quada.
- Maksymalne możliwości — może określać na przykład odległość lub koszt, zanim w quadzie skończy się paliwo.
- Kierunek podróży — pozwala na przykład uwzględnić, czy jeleń porusza się w kierunku strumienia, czy od niego.
Przypadki zastosowania i dodatkowe informacje na temat wpływu charakterystyki podróżującego na pokonywaną odległość zawiera sekcja Korygowanie pokonywanej odległości przy użyciu charakterystyki źródła.
Składnik pionowy
Parametr Składnik pionowy umożliwia uwzględnienie wysiłku, jaki podróżujący musi włożyć w pokonanie pokonywanych nachyleń. Przemieszczanie się bezpośrednio pod górę wymaga więcej wysiłku i spowalnia podróżującego. W rezultacie pokonanie danego dystansu zajmuje więcej czasu. Pokonanie tego samego dystansu może być łatwiejsze podczas poruszania się w dół, a poruszanie się w poprzek nachylenia jest gdzieś pomiędzy. Charakterystyka kierunku podróży opisana w poprzedniej sekcji w połączeniu ze składnikiem pionowym wpłynie na sposób pokonywania nachyleń. Oddalanie się od źródła lub zbliżanie do niego może przynieść różne rezultaty.
Aby wzmocnić rozróżnienie między opisaną powyżej odległością powierzchniową, a składnikiem pionowym, składnik pionowy modyfikuje sposób pokonywania odległości w oparciu o wysiłek związany z pokonywaniem nachyleń, podczas gdy odległość powierzchniowa koryguje rzeczywistą odległość podróży w oparciu o pofałdowanie powierzchni. Przypadki zastosowania i dodatkowe informacje zawiera sekcja Korygowanie pokonywanej odległości przy użyciu składnika pionowego.
Składnik poziomy
Parametr Składnik poziomy umożliwia uwzględnienie wpływu na odległość w przypadku napotkania przez podróżującego składników poziomych, takich jak wiatr lub prąd oceaniczny. Jeśli na przykład podróżującym jest łódź i porusza się ona z wiatrem lub prądem, pokonuje odległość w szybszym tempie. Jeśli jednak porusza się pod wiatr lub pod prąd, pokonanie tej odległości zajmie jej więcej czasu. Jeśli łódź napotka wiatr lub prąd pod kątem, może on nie mieć większego wpływu. Składnik poziomy jest na przykład widoczny podczas podróżowania samolotem z zachodu na wschód z Los Angeles do Nowego Jorku w porównaniu do podróży ze wschodu na zachód. Lot z zachodu na wschód zajmuje mniej czasu ze względu na wpływ przeważającego wiatru: samolot może pokonać większy dystans w szybszym tempie. Przypadki zastosowania i dodatkowe informacje zawiera sekcja Korygowanie pokonywanej odległości przy użyciu składnika poziomego.
Metody planarne i geodezyjne wpływają na obliczenia odległości
Odległość może się różnić w zależności od tego, czy obliczenia są wykonywane w planarnym czy geodezyjnym systemie odniesień przestrzennych. Jeśli obliczenia są wykonywane metodą planarną, odległość może się różnić w zależności od tego, jaka jest odległość na potrzeby obliczeń, gdzie na świecie są wykonywane obliczenia i jakie zastosowano odwzorowanie. Obliczanie odległości metodą geodezyjną zawsze daje w wyniku prawdziwą odległość naziemną, niezależnie od tego, w którym miejscu na świecie się znajdujesz i jak daleko od siebie znajdują się lokalizacje. Więcej informacji zawiera sekcja Odległość geodezyjna a odległość planarna.
Sekwencja analityczna akumulacji odległości
Narzędzie Akumulacja odległości uwzględnia korekty obliczeń odległości w linii prostej i definiuje tempo pokonywania odległości za pomocą szeregu parametrów modyfikujących. Użytkownik przechodzi kolejno przez parametry w narzędziu i wypełnia te, które są istotne dla analizy. Za pomocą szeregu parametrów modyfikujących można uwzględnić większość scenariuszy obliczania odległości i określania tempa jej pokonywania. Poniżej opisano te możliwości modyfikacji.
Obliczanie odległości
Dla parametru Raster wejściowy lub dane źródłowe obiektów należy określić lokalizacje, na podstawie których zostanie wyznaczona odległość.
Aby skorygować odległość w linii prostej w celu uwzględnienia przeszkody lub bariery, należy je określić w parametrze Raster wejściowy lub dane obiektowe barier.
Aby skorygować odległość w linii prostej w celu uwzględnienia rzeczywistej odległości powierzchniowej, która jest pokonywana, należy podać powierzchnię wysokościową w parametrze Wejściowy raster powierzchni.
Zdefiniowanie tempa pokonywania dystansu
Aby zasymulować podróżującego poruszającego się po terenie, należy wskazać, co podróżujący napotka. W parametrze Wejściowy raster kosztów należy podać powierzchnię kosztów.
Aby zdefiniować unikalne aspekty podróżującego, rozwiń kategorię Charakterystyka źródła, aby zobaczyć dostępne opcje.
- Aby ustawić początkową odległość lub koszt ponoszony przed przemieszczeniem się, należy go określić w parametrze Akumulacja początkowa.
- Aby skonfigurować limit odległości lub kosztu, który jest akceptowalny, należy go określić w parametrze Akumulacja maksymalna.
- Aby ustawić tryb transportu, który zmienia tempo pokonywania dystansu, należy określić mnożnik w parametrze Mnożnik do zastosowania do kosztów.
- Aby skonfigurować kierunek ruchu podróżującego, od źródła lub w jego kierunku, należy określić kierunek w parametrze Kierunek podróży.
W celu uwzględnienia wysiłku związanego z pokonywaniem występujących nachyleń, należy rozwinąć parametr Koszty względem ruchu w pionie, podać powierzchnię kosztów w parametrze Wejściowy składnik pionowy, a także określić składnik pionowy.
W celu uwzględnienia występujących wpływów poziomych, takich jak wiatr lub prąd, należy rozwinąć parametr Koszty względem ruchu w poziomie, podać raster dla parametru Wejściowy składnik poziomy i określić składnik poziomy.
Definiowanie modelu powierzchni
W celu uwzględnienia rzeczywistego kształtu ziemi jako elipsoidy, dla parametru Metoda ustalania odległości należy wybrać wartość Geodezyjna. Obliczenia dla domyślnej metody Planarna (płaska powierzchnia ziemi) są wykonywane na odwzorowanej płaskiej płaszczyźnie przy użyciu 2-wymiarowego kartezjańskiego układu współrzędnych. W przypadku ustawienia Geodezyjna obliczenia są wykonywane w 3-wymiarowym kartezjańskim układzie współrzędnych, co daje dokładniejsze wyniki, ale może wydłużyć czas przetwarzania.
Narzędzie Przydział odległości
Narzędzie Akumulacja odległości generuje raster akumulacji odległości oraz, opcjonalnie, rastry kierunku powrotnego, kierunku do źródła i lokalizacji źródłowych. Narzędzie Przydział odległości zawiera te same parametry i może tworzyć te same rastry wynikowe, co narzędzie Akumulacja odległości, ale tworzy też raster przydziału odległości.
Raster akumulacji odległości oblicza zakumulowaną odległość do najbliższego lub najmniej kosztownego źródła. Raster kierunku powrotnego wskazuje kierunek podróży z każdej komórki, aby powrócić do najbliższego lub najmniej kosztownego źródła. Raster kierunku do źródła określa kierunek do najbliższego lub najmniej kosztownego źródła. Raster lokalizacji źródeł identyfikuje wiersz i kolumnę najbliższego lub najmniej kosztownego źródła. Dla każdej komórki raster przydziału odległości identyfikuje najbliższe lub najmniej kosztowne źródło, do którego można dotrzeć.
Wcześniejsze narzędzia do określania odległości kosztu
Przed pojawieniem się aplikacji ArcGIS Pro 2.5 konieczne było posiadanie szeregu narzędzi do uwzględniania różnych modyfikatorów odległości ze względu na sposób obliczania odległości. Odległość euklidesowa lub w linii prostej była obliczana bezpośrednio między środkiem komórki docelowej a środkiem komórki źródłowej. Analiza odległości kosztu wymagała osobnych narzędzi, ponieważ odległość kosztu mierzy odległość w sieci wzdłuż sekwencji krawędzi zbudowanych między sąsiednimi komórkami. Narzędzia Akumulacja odległości i Przydział odległości mogą obliczać odległość w linii prostej i odległość kosztu oraz wszystkie ich odmiany. Więcej informacji na temat bazowego algorytmu oraz sposobu, w jaki odległość w linii prostej i odległość kosztu mogą być teraz obliczane w jednym narzędziu, zawiera sekcja Jak działa narzędzie Akumulacja odległości.
Łączenie lokalizacji na powierzchni odległości
Warto wiedzieć, jak daleko coś się znajduje, ale czasem warto też znać najlepszy sposób na połączenie szeregu lokalizacji najkrótszymi ścieżkami lub ścieżkami, które wiążą się z najmniejszym możliwym kosztem. Istnieją trzy główne scenariusze łączenia lokalizacji:
- Istnieje szereg lokalizacji, które mają być połączone. Potrzebna jest sieć ścieżek łączących je w sposób optymalny — najkrótszy lub najmniej kosztowny.
- Określone lokalizacje mają być połączone z innymi określonymi lokalizacjami za pomocą optymalnych ścieżek.
- Określone lokalizacje mają być połączone z innymi określonymi lokalizacjami za pomocą optymalnego korytarza.
Połączenie zestawu lokalizacji za pomocą optymalnych połączeń
Narzędzie Optymalne połączenia regionów umożliwia połączenie szeregu lokalizacji lub regionów za pomocą najkrótszej lub najmniej kosztownej sieci ścieżek. W tym narzędziu nie ma znaczenia, które regiony są połączone z którymi. Mają one być połączone w najkrótszy lub najtańszy możliwy sposób. W tym celu określa się lokalizacje lub regiony do połączenia oraz, opcjonalnie, powierzchnię kosztów. W wynikowej sieci ścieżek można dotrzeć do dowolnej lokalizacji z dowolnej innej lokalizacji, chociaż może być konieczne przejście przez inne lokalizację, aby dotrzeć do odległej lokalizacji.
Przypadki zastosowania i dodatkowe informacje zawiera sekcja Łączenie regionów przy użyciu sieci optymalnej.
Łączenie określonych lokalizacji za pomocą ścieżek
W tym scenariuszu określone lokalizacje mają być połączone z innymi określonymi lokalizacjami. Proces ten składa się z 2 etapów. Najpierw uruchamia się narzędzie Akumulacja odległości, używając określonych lokalizacji, które mają zostać połączone z innymi określonymi lokalizacjami. W tym narzędziu należy wygenerować dwa rastry: raster zakumulowanej odległości i raster kierunku powrotnego. W drugim etapie należy użyć dwóch właśnie utworzonych rastrów wraz z innymi określonymi lokalizacjami, które mają być połączone, jako danych wejściowych narzędzia Ścieżka optymalna jako linia lub Ścieżka optymalna jako raster. Narzędzia te śledzą ścieżkę wstecz od innych określonych lokalizacji do lokalizacji początkowych przy użyciu rastra kierunku powrotnego. Różnica między tymi dwoma narzędziami polega na tym, że jedno z nich zwraca wynikowe ścieżki optymalne jako obiekt liniowy, a drugie jako raster.
Przypadki zastosowania i dodatkowe informacje zawiera sekcja Łączenie lokalizacji za pomocą optymalnych ścieżek.
Łączenie określonych lokalizacji za pomocą korytarza
Ten scenariusz jest podobny do scenariusza ze ścieżkami, w którym określone lokalizacje mają być połączone z innymi określonymi lokalizacjami. Jednak zamiast łączyć lokalizacje ścieżkami liniowymi, w tych scenariuszach są one łączone korytarzem. Szerokość korytarza w dowolnym punkcie zależy od kosztu. Nie jest to prosty bufor euklidesowy wokół łączących ścieżek. Aby utworzyć korytarz, najpierw należy uruchomić narzędzie Akumulacja odległości w określonej lokalizacji początkowej. Następnie należy uruchomić narzędzie w innej lokalizacji, która ma być połączona. Następnie należy użyć wynikowych rastrów zakumulowanej odległości i kierunku powrotnego jako danych wejściowych narzędzia Korytarz najmniejszego kosztu. Aby zdefiniować szerokość korytarza, należy zastosować próg jako procent minimalnej wartości zsumowanych rastrów zakumulowanej odległości kosztu lub według określonego kosztu zakumulowanego.