Optimale Regionsverbindungen

Das Werkzeug "Optimale Regionsverbindungen" berechnet das optimale Konnektivitätsnetzwerk zwischen mindestens zwei Eingaberegionen.

Die Ausgabe ist ein gehosteter Feature-Layer.

Informationen zum Werkzeug "Optimale Regionsverbindungen"

Beispiele

Das Werkzeug "Optimale Regionsverbindungen" wird in den folgenden Szenarien verwendet:

• Sie haben 10 der besten Lebensräume für Rotluchse über ein Eignungsmodell identifiziert. Sie möchten, dass die Rotluchse sich durch das effektivste Netzwerk aus Wildtierkorridoren zwischen den Lebensräumen bewegen können, um die genetische Vielfalt in der Metapopulation zu erhalten.
• Für einen Katastrophenschutzeinsatz wurden fünf Gebiete bestimmt, in denen Rettungskräfte und medizinisches Personal stationiert werden sollen. Sie möchten das beste Netzwerk aus Versorgungswegen zwischen den Lagern entwickeln.
• Bei einer Holzernte möchten Sie das kosteneffizienteste Netzwerk von Waldwegen für den Abtransport des Holzes erstellen.
• Für einen Löscheinsatz möchten Sie das optimale Wegenetz ermitteln, über das sich die Feuerwehrleute zwischen ihren jeweiligen Einsatzzentralen fortbewegen können.

Verwendungshinweise

"Optimale Regionsverbindungen" enthält Konfigurationen für Eingabe-Layer, Pfadeinstellungen und Ausgabeergebnisse.

Eingabe-Layer

Die Gruppe Eingabe-Layer enthält die folgenden Parameter:

• Eingabe-Regionen-Raster oder -Features gibt das Raster oder den Feature-Layer an, das bzw. der die Regionen identifiziert, die durch das optimale Netzwerk verbunden werden sollen. Sie können einen Layer auswählen, indem Sie die Schaltfläche Layer verwenden. Sie können auch mit der Schaltfläche Eingabe-Features darstellen einen Skizzen-Layer erstellen, der als Eingabe verwendet wird. Bei Feature-Eingaben wird unter dem Layer-Namen eine Feature-Anzahl angezeigt. Die Anzahl umfasst alle Features in dem Layer mit Ausnahme von Features, die mit einem Filter entfernt wurden. Umgebungseinstellungen, beispielweise die Verarbeitungsausdehnung, werden in der Feature-Anzahl nicht berücksichtigt.

  Wenn die Region-Eingabe ein Raster ist, werden die Regionen nach Gruppen zusammenhängender (benachbarter) Zellen mit identischem Wert definiert. Jede Region muss eindeutig nummeriert sein. Die Zellen, die nicht Teil einer Region sind, müssen vom Typ "NoData" sein. Der Rastertyp muss ein Ganzzahlwert sein, und die Werte können positiv oder negativ sein.

  Wenn die Regionseingabe ein Feature-Dataset ist, kann es sich um Polygone, Polylinien oder Punkte handeln. Polygon-Feature-Regionen dürfen nicht aus Multipart-Polygonen bestehen.

  Wenn es sich bei den Eingaberegionen um Features handelt, werden diese vor Ausführung der Analyse intern in ein Raster umgewandelt. Die resultierende Regionen weisen dabei Einzelwerte auf.‎ Wenn Multipoint-Daten angegeben werden, wählt das Werkzeug einen der Punkte an der Position nach dem Zufallsprinzip als Regionswert aus.

  Die Auflösung des Rasters kann mithilfe der Umgebungseinstellung Zellengröße gesteuert werden. Standardmäßig wird als Auflösung die Auflösung des Wertes unter Eingabe-Kosten-Raster festgelegt, insofern angegeben. Als Auflösung wird die Auflösung des Wertes unter Eingabe-Barriere-Raster oder -Features festgelegt, insofern nur ein Barriere-Raster angegeben wurde. Wenn keine anderen Raster angegeben sind, entspricht die Auflösung der Breite oder Höhe (der jeweils kleinere Wert) der Ausdehnung des Eingabe-Features im Eingaberaumbezug, dividiert durch 250.

  Bei der Verwendung von Polygon-Feature-Daten als Eingabe-Regionsdaten müssen Sie auf den Umgang mit der Zellengröße achten, wenn diese, relativ zum Detaillierungsgrad der Eingabe, grob ist. Bei der internen Raster-Verarbeitung wird für den Zellenzuweisungstyp die Methode "Zellenmittelpunkt" verwendet. Das bedeutet, dass Daten, die sich nicht am Zellenmittelpunkt befinden, nicht in die Zwischenausgabe der gerasterten Regionen aufgenommen und nicht in den Berechnungen berücksichtigt werden. Wenn die Regionen beispielsweise aus einer Serie kleiner Polygone bestehen (wie etwa Gebäudegrundrisse), die in Relation zur Ausgabe-Zellengröße klein sind, kann es sein, dass nur einige von ihnen an den Mittelpunkten der Ausgabe-Raster-Zellen liegen und scheinbar dazu führen, dass die meisten anderen Polygone in der Analyse nicht enthalten sind.

  Um dies zu vermeiden, können Sie die Eingabe-Features in einem Zwischenschritt mit dem Werkzeug Feature in Raster konvertieren direkt auf die geeignete Auflösung rastern. Verwenden Sie dann die resultierende Ausgabe als Eingabe für das Werkzeug "Optimale Regionsverbindungen".

  Wenn es sich bei den Eingaberegionen um Raster handelt und eine Region räumlich getrennte Teilregionen aufweist, führen die resultierenden Pfade zu dem Teil der Region, der am nächsten liegt bzw. am kostengünstigsten zu erreichen ist.

  Wenn eine Region in einer NoData-Zelle der Maske oder eines der entsprechenden Eingabe-Raster liegt, wird sie in der Analyse ignoriert, sodass keine Pfade zu dieser Region berechnet werden.

  Die standardmäßige Verarbeitungsausdehnung entspricht der des Wertes unter Eingabe-Kosten-Raster, sofern angegeben. Andernfalls wird die Ausdehnung der Eingaberegionen verwendet.

• Die Gruppe Optionale Layer enthält die folgenden Parameter:

  • Eingabe-Barrieren-Raster oder -Features ist der Layer, der die Barrieren definiert. Barrieren sind Hindernisse, die umgangen werden müssen. Sie können entweder als Raster-Daten oder als Feature-Daten definiert werden. Sie können einen Layer auswählen, indem Sie die Schaltfläche Layer verwenden. Sie können auch mit der Schaltfläche Eingabe-Features darstellen einen Skizzen-Layer erstellen, der als Eingabe verwendet wird. Bei Feature-Eingaben wird unter dem Layer-Namen eine Feature-Anzahl angezeigt. Die Anzahl umfasst alle Features in dem Layer mit Ausnahme von Features, die mit einem Filter entfernt wurden. Umgebungseinstellungen, beispielweise die Verarbeitungsausdehnung, werden in der Feature-Anzahl nicht berücksichtigt.

    Bei einem Raster-Layer kann der Eingabetyp ganzzahlig oder mit Gleitkomma sein. Zellen, die über einen Wert (einschließlich 0) verfügen, werden als Barriere verarbeitet. Zellen, die über einen NoData-Wert verfügen, werden nicht als Barriere verarbeitet.

    Bei einem Feature kann die Eingabe ein Punkt, eine Linie oder ein Polygon sein. Feature-Eingaben werden intern in ein Raster konvertiert, bevor sie verarbeitet werden.

    Wenn Barrieren nur durch diagonale Zellen verbunden sind, werden sie verstärkt, damit sie undurchlässig werden.

    Barrieren werden auch durch Positionen definiert, an denen NoData-Zellen im Parameterwert Eingabe-Kosten-Raster vorliegen. Weiterhin fungieren Positionen, die sich nicht in der Maskenumgebung befinden, als Barrieren. Wenn NoData-Zellen nur durch diagonale Zellen verbunden sind, werden sie mit zusätzlichen NoData-Zellen verstärkt, damit sie zu einer undurchlässigen Barriere werden.

  • Eingabe-Kosten-Raster ist der Raster-Layer, der die Impedanz oder die Kosten für eine planimetrische Bewegung durch jede Zelle definiert.

    Der Wert an jeder Zellenposition in der Kostenoberfläche stellt die Kosten pro Einheitenentfernung für die Bewegung durch die Zelle dar. Jeder Zellenpositionswert wird mit der Zellenauflösung multipliziert, und gleichzeitig werden diagonale Bewegungen ausgeglichen, um die Gesamtkosten für die Bewegung durch die Zelle zu erhalten.

    Die Werte im Kosten-Raster können ganzzahlig oder mit Gleitkomma sein, sie dürfen jedoch nicht negativ oder 0 sein (negative oder keine Kosten sind nicht zulässig). Wenn das Kosten-Raster den Wert 0 enthält und dieser Wert Gebiete mit den niedrigsten Kosten darstellt, müssen Sie den Wert 0 in einen kleinen positiven Wert (z. B. 0,01) ändern, bevor Sie das Werkzeug ausführen.

    Weitere Informationen zu Kostenoberflächen finden Sie unter Anpassen der zurückgelegten Entfernung unter Verwendung einer Kostenoberfläche in der Hilfe zur ArcGIS Pro-Erweiterung Spatial Analyst.

Pfadeinstellungen

Die Gruppe Pfadeinstellungen enthält die folgenden Parameter:

• Mit Entfernungsmethode wird angegeben, ob die Entfernungsberechnung mit einer planaren Methode (flache Erde) oder geodätischen Methode (Ellipsoid) erfolgen soll.

  • Planar: Die Entfernungsberechnung erfolgt auf einer projizierten flachen Ebene mithilfe eines kartesischen 2D-Koordinatensystems. Dies ist das Standardverfahren.
  • Geodätisch: Die Entfernungsberechnung erfolgt für das Ellipsoid. Unabhängig von der Eingabe- oder Ausgabeprojektion ändern sich die Ergebnisse nicht.

• Verbindungen innerhalb von Regionen gibt an, ob die Pfade fortgesetzt und innerhalb der Eingaberegionen verbunden werden.

  • Verbindungen generieren: Pfade werden innerhalb der Eingaberegionen fortgesetzt, um alle Pfade zu verbinden, die in eine Region hineinführen. Dies ist das Standardverfahren.
  • Keine Verbindungen: Pfade werden an den Kanten der Eingaberegionen beendet und nicht fortgesetzt bzw. nicht in den Regionen verbunden.

Ergebnis-Layer

Die Gruppe Ergebnis-Layer enthält die folgenden Parameter:

• Name der Ausgabelinie für optimale Verbindungen ist der Name des Ausgabe-Layers, der das resultierende Netzwerk aus optimalen Pfaden zwischen den Eingaberegionen enthält.

  Der Name muss eindeutig sein. Wenn in der Organisation bereits ein Layer mit dem gleichen Namen vorhanden ist, tritt ein Fehler auf, und Sie werden aufgefordert, einen anderen Namen zu verwenden.

• Die Gruppe Optionale Layer enthält den folgenden Parameter:

  • Name der Ausgabelinie für benachbarte Verbindungen ist der Name des optionalen Ausgabe-Layers, der die resultierenden Pfade von jeder Region zu jeder ihrer nächstgelegenen bzw. kostengünstigsten Nachbarn identifiziert.

    Der Name muss eindeutig sein. Wenn in der Organisation bereits ein Layer mit dem gleichen Namen vorhanden ist, tritt ein Fehler auf, und Sie werden aufgefordert, einen anderen Namen zu verwenden.

• In Ordner speichern gibt den Namen eines Ordners in Eigene Inhalte an, in dem das Ergebnis gespeichert wird.

Beschränkung

Die Schaltfläche Eingabe-Features darstellen ist in Scene Viewer nicht verfügbar.

Umgebungen

Umgebungseinstellungen für die Analyse sind zusätzliche Parameter, mit denen die Ergebnisse eines Werkzeugs beeinflusst werden können. Sie können über die Parametergruppe Umgebungseinstellungen auf die Umgebungseinstellungen des Werkzeugs für die Analyse zugreifen.

Dieses Werkzeug berücksichtigt die folgenden Analyseumgebungen:

• Ausgabe-Koordinatensystem
• Geographische Transformationen
• Verarbeitungsausdehnung

  Hinweis:

  Die standardmäßige Verarbeitungsausdehnung ist Volle Ausdehnung. Diese Standardeinstellung unterscheidet sich von Map Viewer Classic, wo Aktuelle Kartenausdehnung verwenden standardmäßig aktiviert ist.

• Fang-Raster
• Zellengröße
• Maske

Credits

Dieses Werkzeug verbraucht Credits.

Verwenden Sie Credit-Anzahl schätzen, um die Anzahl der Credits zu berechnen, die zum Ausführen des Werkzeugs erforderlich sind. Weitere Informationen finden Sie unter Informationen zu Credits für räumliche Analysen.

Ausgaben

Das Werkzeug umfasst die folgenden Ausgaben:

• Der Layer Name der Ausgabelinie für optimale Verbindungen zeigt das Netzwerk aus optimalen Pfaden zwischen den einzelnen Eingaberegionen.

  Im resultierenden Netzwerk sind die Regionen nach kostengünstigster oder kurzmöglichster Entfernung verbunden. Über das Netzwerk kann ein Reisender jede Region von einer beliebigen anderen Region aus erreichen (wobei er möglicherweise andere Regionen passiert).

  Jeder Pfad (bzw. jede Linie) ist eindeutig nummeriert, und bestimmte Informationen über den Pfad sind in den folgenden zusätzlichen Feldern in der Attributtabelle gespeichert:

  • Pathid: die eindeutige Kennung für den Layer
  • Pathcost: die akkumulative Gesamtentfernung oder die akkumulativen Gesamtkosten für den Pfad
  • Region1: die erste Region, die der Pfad verbindet
  • Region2: die andere Region, die der Pfad verbindet

  Diese Informationen geben Aufschluss über die im Netzwerk enthaltenen Pfade.

  Da jeder Pfad durch eine eindeutige Linie dargestellt wird, weisen Positionen, an denen Pfade an derselben Route verlaufen, mehrere Linien auf.

  Das optimale Ausgabe-Netzwerk wird aus den Pfaden erstellt, die in der Ausgabe der optionalen benachbarten Verbindungen erstellt wurden. Die Pfade in der Ausgabe der optionalen benachbarten Verbindungen werden in Graphentheorie konvertiert. Die Regionen sind die Stützpunkte, die Pfade sind die Kanten, und die akkumulativen Entfernungen oder Kosten sind die Gewichtungen für die Kanten. Der minimale Spannbaum wird aus der Graphendarstellung der Pfade berechnet, um das Netzwerk der optimalen Pfade zu bestimmen, das für die Reise zwischen den Regionen erforderlich ist.

  Ist keine Kostenoberfläche angegeben, werden die Nachbarn anhand der euklidischen Entfernung identifiziert. In diesem Fall ist der nächste Nachbar einer Region derjenige Nachbar mit der geringsten Entfernung. Wenn eine Kostenoberfläche angegeben wurde, werden die Nachbarn anhand der Kostenentfernung identifiziert. Der nächste Nachbar einer Region ist dann die Region, die auf die kostengünstigste Weise erreicht werden kann. Es wird eine Kosten-Entfernungszuweisung durchgeführt, um benachbarte Regionen zu ermitteln.

  Wenn für den Parameter Verbindungen innerhalb von Regionen die Option Verbindungen generieren angegeben wird, erreicht jeder optimale Pfad erst die äußere Grenze des Polygons oder der Mehrzellenregion. Das Werkzeug setzt dann die Pfade vom äußeren Rand der Region mit zusätzlichen Liniensegmenten durch die Region fort, was Übergänge zwischen Regionen in Form von Anfangs- und Endpunkten und die Bewegung innerhalb einer Region ermöglicht. Die Bewegung entlang dieser Liniensegmente gilt nicht als zusätzliche Entfernung und verursacht keine zusätzlichen Kosten.

  Je nach Konfiguration der Eingaberegionen und der zugewiesenen Nachbarn kann ein Pfad durch eine zwischenliegende Region verlaufen, um zu einer benachbarten Region zu gelangen. Beim Durchqueren der zwischenliegenden Region über diesen Pfad entstehen Kosten.

• Der Layer Name der Ausgabelinie für benachbarte Verbindungen zeigt die Pfade von jeder Region zu jeder ihrer nächstgelegenen bzw. kostengünstigsten Nachbarn.

  Jeder Pfad (bzw. jede Linie) ist eindeutig nummeriert, und bestimmte Informationen über den Pfad sind in den folgenden zusätzlichen Feldern in der Attributtabelle gespeichert:

  • Pathid: die eindeutige Kennung für den Layer
  • Pathcost: die akkumulative Gesamtentfernung oder die akkumulativen Gesamtkosten für den Pfad
  • Region1: die erste Region, die der Pfad verbindet
  • Region2: die andere Region, die der Pfad verbindet

  Diese Informationen geben Aufschluss über die im Netzwerk enthaltenen Pfade. Dies ist nützlich, wenn Entscheidungen über zu entfernende Pfade getroffen werden sollen.

  Da jeder Pfad durch eine eindeutige Linie dargestellt wird, weisen Positionen, an denen Pfade an derselben Route verlaufen, mehrere Linien auf.

  Die Ausgabe optionaler benachbarter Verbindungen kann als alternatives Netzwerk zum Netzwerk des minimalen Spannbaums verwendet werden. Bei dieser Ausgabe wird jede Region mit ihren benachbarten nächstgelegenen Regionen bzw. Kostenregionen verbunden, sodass ein komplexeres Netzwerk mit vielen Pfaden entsteht. Der Feature-Layer kann direkt verwendet werden oder als Grundlage für die Erstellung eines neuen Netzwerks fungieren.

Anforderungen für die Verwendung

Für dieses Werkzeug werden der folgende Benutzertyp und die folgenden Konfigurationen benötigt:

• Benutzertyp Professional oder Professional Plus
• Publisher-, Vermittler- oder Administratorrolle oder eine entsprechende benutzerdefinierte Rolle mit der Berechtigung "Bilddatenanalyse"

Referenzen

• Douglas, D. "Least-cost Path in GIS Using an Accumulated Cost Surface and Slopelines", Cartographica: The International Journal for Geographic Information and Geovisualization, 1994, Bd. 31, Nr. 3, DOI: 10.3138/D327-0323-2JUT-016M
• Goodchild, M.F. "An evaluation of lattice solutions to the problem of corridor location", Environment and Planning A: Economy and Space, 1977, Bd. 9, S. 727–738
• Sethian, J.A. "Level Set Methods and Fast Marching Methods", Evolving Interfaces in Computational Geometry, Fluid Mechanics, Computer Vision, and Materials Science, Cambridge University Press, 2. Ausgabe, 1999
• Warntz, W. "Transportation, Social Physics, and the Law Of Refraction", The Professional Geographer, 1957, Bd. 9, Nr. 4, S. 2–7.
• Zhao, H. "A fast sweeping method for Eikonal equations", Mathematics of Computation, 2004, Bd. 74, Nr. 250, S. 603–627

Ressourcen

Weitere Informationen finden Sie in den folgenden Quellen:

• Funktionsweise des Werkzeugs "Optimale Regionsverbindungen" in ArcGIS Pro
• Optimal Region Connections in ArcGIS REST API
• optimal_region_connections in ArcGIS API for Python
• Optimale Regionsverbindungen in ArcGIS Pro mit der Erweiterung Raster Analysis
• Optimale Regionsverbindungen in ArcGIS Pro mit der Erweiterung Spatial Analyst