Die Entfernungsanalyse ist für die meisten GIS-Anwendungen grundlegend. In der einfachsten Form ist Entfernung ein Maß dafür, wie weit zwei Dinge voneinander entfernt sind. Eine gerade Linie ist das kürzeste mögliche Maß der Entfernung zwischen zwei Positionen. Es gibt jedoch viele weitere Faktoren, die in Betracht gezogen werden können. Beispielsweise kann eine Barriere im Weg sein, die Sie umgehen müssen. Dadurch vergrößert sich die Gesamtentfernung von einer Position zur anderen. Ein weiterer Gesichtspunkt ist die Textur der Oberfläche, die die tatsächlich zurückgelegte Entfernung verlängern kann, wenn sich das Terrain von einer ebenen Fläche in unwegsames Terrain ändert. Wie Sie sehen, sind es viele Faktoren, die den erforderlichen Aufwand beeinflussen, um von einem Startpunkt zu einem Endpunkt zu gelangen. Die Steilheit des Terrains, die Bewegungsrichtung zum Wind, die Art der Fortbewegung und die Typen von Landbedeckung, die durchquert werden, sind nur einige Beispiele dafür. Zudem gibt es einen Unterschied bei der Entfernungsmessung, je nachdem, ob die Berechnungen mit einer planaren oder einer geodätischen Methode vorgenommen werden.
Die Erweiterung Spatial Analyst bietet Werkzeuge, mit denen Sie für verschiedene Szenarien die Entfernung berechnen können. Die Werkzeuge verfügen über verschiedene Parameter, mit denen Sie unterschiedliche Modifikatoren auf den Vorgang anwenden können. Auf diese Weise generieren Sie eine genauere Ausgabe, durch die Sie bessere analytische Entscheidungen treffen können.
Die Entfernungsanalyse kann in zwei Hauptschritte unterteilt werden:
- Berechnen der Entfernung zur nächstgelegenen oder zur kostengünstigsten Quelle
- Verbinden einer Reihe von Positionen mit optimalen Pfaden über eine Entfernungsoberfläche
Berechnen der Entfernung
Bei der Entfernungsberechnung gilt es, zwei Aspekte zu berücksichtigen:
- Zunächst wird die Entfernung bestimmt.
- Nach der Entfernungsbestimmung wird definiert, wie diese Entfernung zurückgelegt wird.
Bestimmen der Entfernung
Die Bestimmung, wie weit etwas von etwas anderem entfernt ist, stellt das Grundelement der Entfernungsberechnung dar. Es ist die geradlinige oder euklidische Entfernung zwischen zwei Punkten. Weitere Informationen finden Sie unter Berechnen der geradlinigen Entfernung.
Es gibt jedoch weitere Faktoren, die die Berechnung der geradlinigen Entfernung beeinflussen können. Dazu gehören Barrieren und die Oberflächenentfernung.
Eine Barriere, wie ein Fluss, ein Kliff, eine Autobahn oder ein Gebäude, ist etwas, das Sie daran hindert, sich direkt von einer Position zu einer anderen zu bewegen. Da das Umgehen der Barriere eine Verlängerung der Route bedeutet, ist es in Ihrem Interesse, die kürzeste Strecke dafür zu ermitteln. Anwendungsfälle und weitere Informationen finden Sie unter Berücksichtigen von Barrieren bei der Berechnung von Entfernungen.
Die Oberflächenentfernung ist die tatsächliche Entfernung auf dem Boden, die beim Bewegen über die Landschaft zurückgelegt werden muss. Verglichen mit der geradlinigen Entfernung ist die Oberflächenentfernung länger, da Unebenheiten der eigentlichen Bodenoberfläche berücksichtigt werden. Anwendungsfälle und weitere Informationen finden Sie unter Berücksichtigen der Oberfläche bei der Berechnung von Entfernungen.
Von einem Reisenden zurückgelegte Entfernung
Wie die Entfernung von einem Reisenden zurückgelegt wird, ist häufig die relevante Interaktion. Es gibt immer einen implizierten "Reisenden". Dies kann ein lebendiges Wesen wie eine Person oder ein Tier sein. In einer abstrakten Form kann es ein unbelebtes Objekt wie eine Pipeline oder eine Straße sein. Beim Bau der Pipeline oder Straße können also verschiedene Landschafts-Features in jeder Zelle vorkommen, beispielsweise flache oder steile Neigungen, Wälder und Feuchtgebiete. Beim Berechnen der einfachen geradlinigen Entfernung können Sie sich den Reisenden als Vogel oder Flugzeug vorstellen, der bzw. das bei Windstille nah über dem Boden fliegt und von den Bedingungen auf der Oberfläche nicht betroffen ist.
Es gibt verschiedene Faktoren, die beeinflussen, wie die Entfernung zurückgelegt wird. Jeder wirkt sich auf die Geschwindigkeit aus, mit der Entfernungen bewältigt werden. Die folgenden Faktoren können verwendet werden, um die Geschwindigkeit zu steuern, mit der eine Entfernung zurückgelegt wird:
- Kostenoberfläche
- Merkmale des Reisenden von der Quelle
- Vertikaler Faktor
- Horizontaler Faktor
Kostenoberfläche
Eine Kostenoberfläche kennzeichnet für jede Zelle, wie die Features an der Position die Bewegung durch die Zelle beeinflussen. Dies sind die Kosten für die Bewegung durch die Position. Je geringer die definierten Kosten für eine Zelle sind, desto einfacher ist die Bewegung. Ein Wanderer kann sich beispielsweise schnell und einfach über ein offenes Feld bewegen. Schlammiger Boden in einem dichten Wald verlangsamt ihn jedoch, er verbraucht mehr Energie, und das Durchqueren der einzelnen Entfernungseinheiten dauert länger. Anwendungsfälle und weitere Informationen dazu, wie die Kostenoberfläche das Zurücklegen von Entfernungen beeinflusst, finden Sie unter Anpassen der zurückgelegten Entfernung unter Verwendung einer Kostenoberfläche.
Die Entfernung wird als Kostenrate gemessen. Aufgrund der Kostenoberfläche führen die Kostenentfernungen nicht gleichmäßig strahlenförmig von den einzelnen Quellen weg, wie es im Ergebnis der geradlinigen Entfernung der Fall ist.
Merkmale des Reisenden von der Quelle
Mit den Merkmalen des Reisenden kann geändert werden, wie eine Entfernung zurückgelegt wird. Die folgenden Merkmale des Reisenden beeinflussen, wie eine Entfernung zurückgelegt wird:
- Reisemodus: Er wird als Multiplikator angewendet und definiert das Transportmittel. Es wird z. B. erfasst, ob die Route zu Fuß oder in einem Geländewagen zurückgelegt wird. Zudem kann die Anzahl von Reisenden berücksichtigt werden. In beiden Fällen ändert der Modus, wie schnell Entfernungen zurückgelegt werden können.
- Startkosten: Damit kann z. B. die Zeit für die Vorbereitung des Geländewagens erfasst werden.
- Maximale Kapazität: Damit kann z. B. die Entfernung (oder Kosten) ermittelt werden, bevor dem Geländewagen der Treibstoff ausgeht.
- Reiserichtung: Damit kann z. B. erfasst werden, ob sich Wild auf einen Wasserlauf zubewegt oder davon entfernt.
Anwendungsfälle und weitere Informationen dazu, wie die Merkmale des Reisenden das Zurücklegen von Entfernungen beeinflussen, finden Sie unter Anpassen der zurückgelegten Entfernung unter Verwendung von Quelleneigenschaften.
Vertikaler Faktor
Verwenden Sie den Parameter Vertikaler Faktor, um den Aufwand zu berücksichtigen, den der Reisende zum Überwinden von Neigungen aufwenden muss. Wenn sich der Reisende direkt bergauf bewegt, muss er sich mehr anstrengen, sodass er langsamer wird. Im Ergebnis dauert es länger, eine bestimmte Entfernung zurückzulegen. Es kann einfacher sein, die gleiche Entfernung bergab zu überwinden. Das Queren von Neigungen liegt irgendwo dazwischen. Die im vorherigen Abschnitt beschriebenen Merkmale der Reiserichtung zusammen mit dem vertikalen Faktor beeinflussen, wie Neigungen überwunden werden. Bei einer Bewegung weg von einer Quelle oder auf sie zu können Sie unterschiedliche Ergebnisse erhalten.
Zur Verdeutlichung des Unterschieds zwischen der oben beschriebenen Oberflächenentfernung und dem vertikalen Faktor: Der vertikale Faktor ändert basierend auf dem Aufwand zur Überwindung von Neigungen, wie die Entfernung zurückgelegt wird. Die Oberflächenentfernung gleicht dagegen basierend auf den Unebenheiten der Oberfläche die tatsächlich zurückgelegte Entfernung aus. Anwendungsfälle und weitere Informationen finden Sie unter Anpassen der zurückgelegten Entfernung unter Verwendung eines vertikalen Faktors.
Horizontaler Faktor
Verwenden Sie den Parameter Horizontaler Faktor, um die Auswirkungen auf die Entfernung zu berücksichtigen, wenn der Reisende horizontalen Einflüssen wie Wind oder Meeresströmungen ausgesetzt ist. Wenn die Route z. B. in einem Boot mit dem Wind oder der Strömung zurückgelegt wird, werden Entfernungen schneller überwunden. Bei einer Bewegung gegen den Wind oder die Strömung dauert das Zurücklegen der Entfernung jedoch länger. Bewegt sich das Boot schräg zum Wind oder zur Strömung, kann der Einfluss minimal sein. Der horizontale Faktor wird beispielsweise offenkundig, wenn eine Strecke von Los Angeles im Westen nach New York City im Osten per Flugzeug zurückgelegt und mit der Reise in umgekehrter Richtung verglichen wird. Aufgrund des Einflusses der vorherrschenden Windrichtung ist der Flug von Westen nach Osten schneller: Das Flugzeug kann eine größere Entfernung mit höherer Geschwindigkeit zurücklegen. Anwendungsfälle und weitere Informationen finden Sie unter Anpassen der zurückgelegten Entfernung unter Verwendung eines horizontalen Faktors.
Auswirkungen von planaren und geodätischen Methoden auf Entfernungsberechnungen
Je nachdem, ob Sie die Entfernung in einem planaren oder geodätischen Raumbezugssystem berechnen, können Sie unterschiedliche Ergebnisse erhalten. Bei einer planaren Methode hängt die berechnete Entfernung davon ab, wie weit die Entfernungsberechnungen gemessen werden, wo auf der Welt die Berechnungen durchgeführt werden und welche Projektion angegeben wurde. Entfernungsberechnungen mit einer geodätischen Methode ergeben immer die echte Entfernung am Boden, unabhängig von Ihrem Standort oder der Entfernung der Positionen voneinander. Weitere Informationen finden Sie unter Geodätische im Vergleich zu planaren Entfernungen.
Analyseabfolge für "Entfernungsakkumulation"
Das Werkzeug Entfernungsakkumulation integriert Anpassungen an geradlinigen Entfernungsberechnungen und definiert die Geschwindigkeit, mit der die Entfernung zurückgelegt wird, über eine Reihe von Änderungsparametern. Sie arbeiten sich sequenziell durch die Parameter im Werkzeug und füllen die für Ihre Analyse relevanten Parameter aus. Über die verschiedenen Änderungsparameter können Sie die meisten Szenarien für die Entfernungsberechnung und die Ermittlung der Geschwindigkeit zum Zurücklegen der Entfernung erfassen. Die möglichen Änderungen sind im Folgenden beschrieben.
Berechnen der Entfernung
Geben Sie im Parameter Eingabe-Raster oder Feature-Quelldaten die Positionen an, von denen aus die Entfernung ermittelt wird.
Zum Anpassen der geradlinigen Entfernung, damit Hindernisse oder Barrieren berücksichtigt werden, geben Sie diese im Parameter Eingabe-Barriere-Raster- oder -Feature-Daten an.
Zum Anpassen der geradlinigen Entfernung, damit die tatsächlich zurückgelegte Oberflächenentfernung berücksichtigt wird, geben Sie im Parameter Eingabe-Oberflächen-Raster eine Höhenoberfläche an.
Definieren der Geschwindigkeit, mit der die Entfernung zurückgelegt wird
Um einen Reisenden zu simulieren, der sich durch die Landschaft bewegt, müssen Sie angeben, womit der Reisende in Berührung kommt. Geben Sie im Parameter Eingabe-Kosten-Raster eine Kostenoberfläche an.
Blenden Sie zum Definieren von spezifischen Merkmalen des Reisenden die Kategorie Eigenschaften der Quelle ein, um die verfügbaren Optionen anzuzeigen.
- Um die Anfangsentfernung oder die Kosten, die vor der Bewegung anfallen, festzulegen, verwenden Sie den Parameter Initiale Akkumulation.
- Um ein Limit für die mögliche Entfernung oder die möglichen Kosten festzulegen, verwenden Sie den Parameter Maximale Akkumulation.
- Um einen Transportmodus festzulegen, der die Geschwindigkeit für das Zurücklegen der Entfernung ändert, geben Sie im Parameter Multiplikator zum Anwenden auf Kosten einen Multiplikator an.
- Um die Bewegungsrichtung des Reisenden festzulegen (von der Quelle weg oder zur Quelle hin), geben Sie im Parameter Reiserichtung die Richtung an.
Um den Aufwand für das Überwinden von Neigungen auf der Route zu berücksichtigen, blenden Sie den Parameter Kosten im Verhältnis zur vertikalen Bewegung ein, geben Sie für Eingabe für vertikalen Faktor eine Höhenoberfläche an, und legen Sie einen vertikalen Faktor fest.
Um horizontale Einflüsse wie Wind oder Strömungen auf der Route zu berücksichtigen, blenden Sie den Parameter Kosten im Verhältnis zur horizontalen Bewegung ein, geben Sie für Eingabe für horizontalen Faktor ein Raster an, und legen Sie einen horizontalen Faktor fest.
Definieren des Oberflächenmodells
Um die tatsächliche Ellipsoidform der Erde zu berücksichtigen, legen Sie den Parameter Entfernungsmethode auf Geodätisch fest. Die Berechnungen für die Standardmethode Planar (flache Erde) werden in einem kartesischen 2D-Koordinatensystem auf einer projizierten Ebene durchgeführt. Für die Einstellung Geodätisch werden die Berechnungen in einem kartesischen 3D-Koordinatensystem durchgeführt. Dieses erzeugt ein genaueres Ergebnis, kann aber die Verarbeitungszeit verlängern.
Werkzeug "Entfernungsallokation"
Das Werkzeug Entfernungsakkumulation gibt ein Entfernungsakkumulations-Raster und optional Gegenrichtungs-, Quellenrichtungs- und Quellenpositions-Raster aus. Das Werkzeug Entfernungsallokation umfasst die gleichen Parameter wie das Werkzeug Entfernungsakkumulation und erstellt bei Bedarf die gleichen Ausgabe-Raster, es gibt jedoch zudem ein Entfernungsallokations-Raster aus.
Mit dem Entfernungsakkumulations-Raster wird die akkumulative Entfernung zur nächstgelegenen oder kostengünstigsten Quelle berechnet. Das Gegenrichtungs-Raster gibt die Richtung an, in die sich der Reisende aus jeder Zelle bewegen muss, um zur nächstgelegenen oder kostengünstigsten Quelle zurückzukehren. Das Quellenrichtungs-Raster bestimmt die Richtung zur nächsten oder kostengünstigsten Quelle. Mit dem Quellenpositions-Raster werden die Zeile und die Spalte der nächsten oder kostengünstigsten Quelle identifiziert. Für jede Zelle identifiziert das Entfernungsallokations-Raster die nächstgelegene oder die kostengünstigste erreichbare Quelle.
Kostenentfernungswerkzeuge im Toolset "Vorversion"
Vor ArcGIS Pro 2.5 musste eine Reihe von Werkzeugen eingesetzt werden, um die verschiedenen Entfernungsmodifikatoren zu erfassen, da die Entfernung auf andere Art berechnet wurde. Die euklidische oder geradlinige Entfernung wurde direkt zwischen dem Mittelpunkt der Zielzelle und dem der Quellenzelle berechnet. Für Kostenentfernungsanalysen waren separate Werkzeuge erforderlich, da bei der Kostenentfernung die Netzwerkentfernung an einer Abfolge von Kanten, die zwischen benachbarten Zellen konstruiert wurden, gemessen wurde. Die Werkzeuge Entfernungsakkumulation und Entfernungsallokation können die geradlinige Entfernung und die Kostenentfernung sowie deren Variationen berechnen. Weitere Informationen zum zugrunde liegenden Algorithmus sowie zur Berechnung der geradlinigen Entfernung und der Kostenentfernung in einem Werkzeug finden Sie unter Funktionsweise von "Entfernungsakkumulation".
Verbinden von Positionen über eine Entfernungsoberfläche
Es ist zwar nützlich, die Entfernung zu etwas zu kennen, in anderen Situationen möchten Sie aber herausfinden, wie eine Reihe von Positionen entweder durch die kürzesten Pfade oder möglichst kostengünstige Pfade am besten verbunden werden kann. Es gibt drei Hauptszenarien für das Verbinden von Positionen:
- Sie haben eine Reihe von Positionen, die Sie verbinden möchten. Durch ein Netzwerk von Pfaden sollen sie auf optimale Weise verbunden werden. Dies kann der kürzeste oder der kostengünstigste Pfad sein.
- Bestimmte Positionen sollen über optimale Pfade mit bestimmten anderen Positionen verbunden werden.
- Bestimmte Positionen sollen über einen optimalen Korridor mit bestimmten anderen Positionen verbunden werden.
Verbinden von Positionen unter Verwendung von optimalen Verbindungen
Verwenden Sie das Werkzeug Optimale Regionsverbindungen, um eine Reihe von Positionen oder Regionen über das kürzeste oder das kostengünstigste Netzwerk von Pfaden zu verbinden. Bei diesem Werkzeug ist es unerheblich, welche Regionen miteinander verbunden werden. Sie sollen auf möglichst kurze oder kostengünstige Weise verbunden werden. Dazu geben Sie die Positionen oder Regionen, die verbunden werden sollen, und optional eine Kostenoberfläche an. Im resultierenden Pfadnetzwerk können Sie jede Position von einer beliebigen anderen Position aus erreichen. Manchmal müssen Sie jedoch eine Position durchqueren, um eine entfernt liegende Position zu erreichen.
Anwendungsfälle und weitere Informationen finden Sie unter Verbinden von Regionen mit dem optimalen Netzwerk.
Verbinden bestimmter Positionen durch Pfade
In diesem Szenario verbinden Sie bestimmte Positionen mit bestimmten anderen Positionen. Dies erfolgt in zwei Schritten. Zuerst führen Sie das Werkzeug Entfernungsakkumulation mit den Positionen aus, die Sie mit bestimmten anderen Positionen verbinden möchten. Sie müssen mit dem Werkzeug zwei Ausgaben generieren: ein Entfernungsakkumulations-Raster und ein Gegenrichtungs-Raster. Im zweiten Schritt verwenden Sie die beiden gerade erstellten Raster sowie den anderen Satz von Positionen, die Sie verbinden möchten, als Eingaben für das Werkzeug Optimaler Pfad als Linie oder das Werkzeug Optimaler Pfad als Raster. Unter Verwendung des Gegenrichtungs-Rasters verfolgen die Werkzeuge einen Pfad von dem zweiten Satz an angegebenen Positionen zurück zu den Ausgangspositionen. Der Unterschied zwischen den beiden Werkzeugen besteht darin, dass das eine Werkzeug die resultierenden optimalen Pfade als Linien-Feature zurückgibt und das andere als Raster.
Anwendungsfälle und weitere Informationen finden Sie unter Verbinden von Positionen durch optimale Pfade.
Verbinden bestimmter Positionen durch einen Korridor
Dieses Szenario ähnelt dem Pfadszenario, bei dem Sie bestimmte Positionen mit bestimmten anderen Positionen verbinden möchten. Statt die Positionen jedoch mit linearen Pfaden zu verbinden, wird hier ein Korridor verwendet. Die Breite des Korridors ist an allen Punkten kostenbasiert. Es handelt sich dabei nicht einfach um einen euklidischen Puffer um die Verbindungspfade. Führen Sie zum Erstellen des Korridors zuerst das Werkzeug Entfernungsakkumulation für die Ausgangsposition aus. Führen Sie dann das Werkzeug für die andere Position aus, die Sie verbinden möchten. Verwenden Sie als Nächstes die resultierenden Entfernungsakkumulations- und Gegenrichtungs-Raster als Eingabe für das Werkzeug Kostengünstigster Korridor. Wenden Sie zum Definieren der Breite des Korridors einen Schwellenwert an. Diesen können Sie als Prozentsatz des Minimalwertes der Summe aller akkumulativen Kostenentfernungs-Raster oder als festen akkumulativen Kostenwert angeben.