Collega le regioni con una rete ottimale

Disponibile con ArcGIS Image for ArcGIS Online.

Lo strumento Connessioni ottimali tra regioniidentifica la rete ottimale di percorsi a costo minimo per collegare una serie di regioni in input Non crea percorsi separati che collegano una posizione all'altra.

Utilizza questo strumento se hai un certo numero di regioni e vuoi creare una rete che tracci come viaggiare tra di esse nel modo migliore. Ad esempio, le regioni possono essere una serie di habitat, parchi o operazioni di taglio. Le reti che ne derivano possono essere corridoi per la fauna selvatica che collegano gli habitat, piste ciclabili che collegano i parchi o strade forestali che collegano le operazioni di taglio.

All'interno della rete di che ne scaturirà, il viaggiatore può spostarsi da una regione a un'altra regione attraverso i percorsi, compreso il passaggio da una regione a un'altra regione distante.

La connessione ottimale della rete per sei regioni viene visualizzata sulla superficie dei costi. Il viaggiatore può raggiungere qualsiasi regione (punto viola) viaggiando sulla rete (linea blu).

Se fornisci una superficie di costo, la rete risultante sarà una rete di percorsi a costo minimo. Se fornisci solo fonti di input, la rete risultante sarà la rete dei percorsi più brevi.

Nella rete ottimale, la direzione di marcia non ha importanza. Il costo cumulativo è lo stesso sia che il viaggiatore si sposti da una regione all'altra sia che torni dalla seconda regione alla prima. Se la direzione di marcia è importante per la tua analisi, usa lo Percorso ottimale come linea.

Esempi di applicazioni di rete ottimali

Una rete ottimale di percorsi a costo minimo tra le località può essere utilizzata per risolvere diversi scenari, come ad esempio i seguenti:

• In un lavoro di recupero dopo una calamità, sono state identificate cinque aree in cui collocare i campi del personale medico. Si desidera sviluppare la migliore rete di itinerari di approvvigionamento tra i campi.
• In una raccolta di legname, si desidera creare la rete economicamente più efficiente di strade per l'estrazione del legname.
• Nello spegnimento di un incendio, si desidera identificare la migliore rete di percorsi per spostare le risorse anti-incendio tra i diversi quartieri.
• Da un modello di idoneità, sono stati identificati 10 dei migliori lotti di habitat per la lince rossa. Si desidera che le linci rosse siano in grado di spostarsi tra i patch attraverso la rete più efficace di corridoi faunistici per mantenere la diversità genetica all'interno della metapopolazione.

Analisi di rete ottimale

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.
• Optionally determine the rate the distance will be encountered using a cost surface, source characteristics, vertical factor, and horizontal factor. Create the accumulative distance raster.
• Collegare le regioni sulla superficie della distanza cumulativa risultante utilizzando una rete ottimale, dei percorsi specifici o dei corridoi.

La terza area funzionale, che collega le regioni con una rete ottimale di percorsi, è illustrata di seguito. Lo scenario prevede un insieme di quattro regioni che corrispondono a stazioni della guardia forestale (punti viola) e alcuni fiumi (linee blu).

Le regioni sono collegate da una rete ottimale sulla superficie dei costi, applicando al contempo una barriera.

La rete ottimale (linee arancioni) che collega le regioni viene visualizzata sulla superficie di distanza dei costi accumulati.

Esaminando i risultati dell'allocazione della distanza, si può capire perché le due regioni più basse non sono collegate. A causa della barriera fluviale non sono vicini di costo.

La rete ottimale (linee arancioni) che collega le regioni viene visualizzata sulla superficie di ripartizione delle distanze.

Creare una rete ottimale

Per creare una rete ottimale, completate i seguenti passi:

1. Apri lo strumento dei Collegamenti ottimali originali.
2. Fornisci le regioni da collegare nel parametro raster di input o dato regione feature.
3. Nomina la rete di connessioni ottimali di output
4. In via opzionale, fornisci un dataset di barriera.
5. Fornisci una superficie di costo per il parametro raster del costo di input, se applicabile.
6. In via opzionale, fornisci un nome per il parametro delle Feature class di output delle connessioni vicine.
7. In via opzionale, specifica i valori dei parametri Metodo distanza oppure Connessioni all'interno della regione.
8. Fare clic su Esegui.

Strumento dei collegamenti ottimali tra regioni

Lo strumento dei collegamenti ottimali tra regioni idenifica la rete ottimale di percorsi a costo minimo per collegare una serie di regioni in input.

Fornisci gli input

Per prima cosa, identifica le regioni dell'origine.

Una regione può essere un punto, una linea, un poligono o un gruppo di celle raster. Le regioni identificano le posizioni da connettere. Le posizioni in un feature dataset sono considerate le regioni. Quando l'input è un raster, una regione è un gruppo di celle contigue con lo stesso valore.

Nell'immagine sottostante, le regioni di input (i poligoni colorati) sono mostrati lungo lo strato di superficie dei costi.

Determina la regione dai costi minori

La regione dai costi minori viene identificata per ogni cellula non-fonte, utilizzando i calcoli effettuati dallo strumento di Allocazione di Distanza.

Nell'immagine sottostante, le regioni d'ingresso sono visualizzate sopra il livello di allocazione della distanza associato. Il valore di ogni cella del raster di allocazione identifica la regione che può essere raggiunta con il costo accumulato più economico (più basso).

Crea percorsi di costo

Vengono creati dei percorsi di costo tra ogni regione e le regioni di costo vicine.

Nell'immagine sottostante, le regioni di ingresso e i percorsi a costo minimo da ogni regione alle regioni di costo vicine (linee magenta) sono visualizzati sopra il livello di allocazione dei costi associato.

Convertire regioni e percorsi in un grafico

Le regioni e i percorsi risultanti vengono convertiti in un grafico. In questo contesto, un grafo è la struttura matematica utilizzata per modellare le relazioni a coppie attraverso la teoria dei grafi. Nella conversione, le regioni sono i vertici e i percorsi sono i bordi. Il costo cumulativo del percorso è il peso del bordo.

Concettualmente, questa conversione è rappresentata dalla seguente figura. I cerchi numerati sono i vertici (le regioni) e le linee di collegamento tra i vertici sono i bordi (i percorsi a costo minimo). I pesi dei bordi sono il costo cumulativo dei percorsi. Nell'illustrazione, i costi più elevati sono rappresentati da linee più spesse.

Il presente grafico è un'illustrazione concettuale delle connezioni ottimali ai vicini di costo di ogni regione nella teoria del grafico.

Nota:

Per comprendere appieno il funzionamento di questo strumento, si consiglia di avere una conoscenza di base della teoria dei grafi. Molte risorse sono disponibili su questo argomento, ma è possibile iniziare con la voce che c'è su Wikipedia: https://en.wikipedia.org/wiki/Graph_theory

L'albero minimo di spanning viene determinato utilizzando la teoria dei grafi per collegare i vertici (regioni) nel modo più efficace (meno costoso). L'albero minimo di spanning non è necessariamente unico, dato che potrebbero essere più di un set di edge che vengono considerati i migliori.

Nota:

Ulteriori informazioni sull'albero minimo di spanning si trovano online, ad esempio alla voce Wikipedia https://en.wikipedia.org/wiki/Minimum_spanning_tree.

Funzioni mappa/linea

La rappresentazione spaziale delle regioni e dei sentieri che iniziano dall'albero minimo di spanning vengono rimappati in una classe di funzioni di output.

Nell'immagine sottostante, le regioni di input e la rete di sentieri dal costo minore dall'albero di spanning minimo (linee magenta) sono visualizzati sopra il livello di allocazione dei costi associato.

Percorsi di output su regioni di costo vicine

In via opzionale, una classe di funzioni dei sentieri verso le regioni di costo vicine può essere l'output. Puoi utilizzare questo risultato per creare la tua rete, aggiungere percorsi al tuo albero di minima estensione o analizzarlo ulteriormente in analisi di rete.

Viene mostrata l'allocazione della distanza dei costi con regioni che sono collegate da percorsi alle regioni di costo vicine.

Se non viene fornita una superficie economica, l'uscita sarebbe una rete di sentieri che collegano le regioni nel modo più breve possibile.

Nota:

Lo strumento di Connessioni per le regioni ottimali rispetta le barriere. Le barriere possono essere specificate con il parametro barriera o con cellule senza dati nella maschera o nel distanziatore dei costi. La rete risultante identifica la distanza fisica più breve o meno costosa per raggiungere ogni luogo da una fonte, aggirando queste barriere.

Ulteriori informazioni

Le sezioni seguenti contengono ulteriori informazioni sul collegamento delle regioni con una rete ottimale di percorsi.

Sentieri che continuano lungo le regioni

Ogni percorso è un elemento lineare separato e le linee duplicate esisteranno dove i percorsi percorrono un segmento comune.

Per una rete connessa di percorsi, se le regioni di ingresso sono poligoni o un raster di regioni multicella, i percorsi proseguono fino a un punto all'interno della regione per consentire al viaggiatore di entrare con un percorso, muoversi all'interno della regione e uscire con un altro percorso per raggiungere altre regioni. Poiché non è noto come un viaggiatore si muoverà all'interno della regione, non viene assegnato alcun costo a questi segmenti estesi all'interno di una regione e non viene sostenuto alcun costo quando ci si sposta attraverso la regione. Lo stesso accade quando si inseriscono regioni lineari: non si sostiene alcun costo quando ci si sposta lungo la regione lineare per raggiungere altri percorsi.

Per illustrare la rete connessa risultante rispetto a una serie di percorsi a costo minimo indipendenti, l'immagine seguente mostra la differenza tra i due modi in cui le regioni possono essere connesse. La prima immagine mostra il risultato dell'utilizzo dell'output dello strumento di Accumulazione della Distanza come input per lo strumento di Sentiero ottimale come linea. In questo caso, i percorsi raggiungono solo i bordi delle regioni. La seconda immagine mostra la rete di percorsi risultante che collega le regioni create dallo strumento Connessioni ottimali di regioni. In questo caso, i percorsi continuano all'interno della regione, permettendo al viaggiatore di entrare nella regione da un percorso e di uscirne da un altro.

Confronta i tracciati risultanti dagli strumenti Accumulazione della distanza e Percorso ottimale come linea con i tracciati risultanti dallo strumento Connessioni ottimali della regione.

Poiché l'output delle Connessioni ottimali fra regioni è una rete topologicamente corretta, può essere utilizzato innetwork analysis per effettuare analisi aggiuntiva.

Puoi anche usare lo strumento di Connessioni fra regioni ottimali per impedire ai percorsi di continuare fra le regioni specificando Nessuna connessione per il parametroConnessioni entro le regioni.

Strumenti di connessioni fra regioni ottimali e Pensieri ottimali come linea

Lo strumento Connessioni ottimali tra regioni crea una rete ottimale di percorsi tra una serie di regioni in ingresso. Gli strumenti di accumulazione di distanza e Percorso ottimoale come linea funzionano in combinazione per creare sentieri fra risorse e destinazioni identificate. La sequenza di strumenti Accumulazione di distanza e Percorso ottimale come linea può anche essere usata per creare una rete di percorsi isolando in maniera iterativa una regione come risorsa e connettendola alle altre regioni identificate come destinazioni. Questo processo viene ripetuto per ogni regione e i percorsi meno costosi risultanti vengono combinati.

Le seguenti limitazioni all'approccio letterario:

• Collegare ogni regione a tutte le altre è un processo combinatorio che può creare un numero molto elevato di percorsi, soprattutto quando ci sono molte regioni. Questo approccio non permette di raggiungere una regione lontana utilizzando una serie di percorsi che collegano una sequenza di regioni che si trovano tra te e la regione lontana.
• Per ridurre il potenziale di un gran numero di percorsi, spesso si utilizza la distanza rettilinea più vicina tra due regioni per identificare la sorgente e la destinazione. Tuttavia, anche se due regioni possono essere vicine dal punto di vista geografico, può essere costoso viaggiare tra di esse a causa di un elemento intermedio come una montagna o un fiume. Lo strumento di Connessione fra regioni ottimali determina le regioni da connettere in base alla loro prossimità al costo minimo.
• Molte volte, percorsi diversi provenienti da regioni diverse si uniscono e seguono lo stesso percorso a costo minimo verso una regione comune. È difficile analizzare la porzione condivisa se si tratta di percorsi di raster, come quelli creati dallo strumentoPercorso ottimale come Raster. Quando si eseguono le analisi successive, è meglio che ogni percorso venga trattato come un'entità separata.
• I sentieri creati dallo strumento Percorso ottimale come linea raggiungono solo il confine di una regione. Non creano una rete connessa di percorsi.

Regioni e zone

Le regioni sono usate come input perConnessioni ottimali fra regioni. Le regioni possono essere sia un dataset di caratteristiche che di raster. Se le regioni in ingresso sono dati di caratteristiche, le caratteristiche vengono convertite in un raster. Una regione è un gruppo di celle contigue con lo stesso valore di cella. Una zona è costituita da tutte le celle di un raster che hanno lo stesso valore. Le zone possono essere composte da un'unica regione o da più regioni scollegate. Per le Connessioni ottimali fra regioni, se ci sono gruppi di celle nell'input con lo stesso valore che non sono connesse l'una all'altra, sono trattate come regione singola con celle sconnesse. Il risultato è che solo il gruppo di celle all'interno della regione che è il meno costoso da raggiungere sarà connesso nella rete, quindi non tutte le celle in ingresso saranno connesse.

Un input che contiene molteplici gruppi di celle sconnessi può essere convertito in una serie di regioni indipendenti tramite lo strumento Gruppo di regioni. Tramite l'output del Gruppo delle Regioni come input delle Connessioni ottimali fra regioni, ogni regione sarà connessa a tutte le altre regioni, in modo tale che ogni cellula nell'input possa essere raggiunta tramite la rete risultante.

Esempi di scenari che utilizzano lo strumento Connessioni ottimali fra regioni

I seguenti sono scenari comuni in cui si usa lo strumento di Connessioni ottimali fra regioni.

• La rete ottimale (l'albero di spanning minimo) è l'output desiderato.
• Aggiungere percorsi specifici alla rete ottimale tramite Accumulazione di distanza e Percorso ottimale come linea per connettere regioni che la rete ottimale non ha catturato. Ad esempio, quando si combattono incendi boschivi multipli, aggiungi delle vie di fuga che i vigili del fuoco possono utilizzare se le condizioni cambiano.
• Crea la rete dall'output opzionale di tutti i percorsi verso le regioni vicine. Usare lo strumento di Selezione per selezionare i percorsi.
• Tramutare ciascuno degli scenari di cui sopra in una rete per rete ed effettuare un'analisi aggiuntiva del movimento fra le regioni.