Łączenie lokalizacji za pomocą optymalnych ścieżek

Dostępne z aplikacją ArcGIS Image for ArcGIS Online.

Celem tworzenia optymalnych ścieżek jest połączenie określonych źródeł z określonymi miejscami docelowymi.

Z kolei narzędzie Optymalne połączenia regionów łączy serię regionów wejściowych z optymalną siecią ścieżek. To, które regiony są połączone z którymi, jest określane na podstawie obliczeń najmniejszego kosztu. Kierunek podróży między regionami nie ma znaczenia. Oznacza to, że podróż z regionu A do regionu B ma taką samą zakumulowaną odległość jak podróż z regionu B do regionu A.

Jeśli określona lokalizacja ma być połączona z inną określoną lokalizacją lub kierunek podróży między lokalizacjami ma mieć znaczenie, należy użyć narzędzia Ścieżka optymalna jako linia lub Ścieżka optymalna jako raster.

Kierunek podróży ma znaczenie w przypadku poruszania się pod górę lub w dół między dwiema lokalizacjami. Poruszanie się pod górę wymaga więcej wysiłku, a pokonanie każdej jednostki odległości zajmuje więcej czasu. Poruszanie się w dół wymaga mniej wysiłku, a podróżujący może pokonać każdą jednostkę odległości szybciej. Wysiłek ten jest określany jako składnik pionowy. Kierunek ma również znaczenie, gdy występuje składnik poziomy, taki jak poruszanie się z wiatrem lub pod wiatr. Poruszanie się z tylnym wiatrem wymaga mniej wysiłku niż podróżowanie pod wiatr.

Aby połączyć określone lokalizacje z optymalnymi ścieżkami, wykonaj następujące czynności:

• Użyj narzędzia Akumulacja odległości, aby obliczyć zakumulowaną odległość i rastry kierunku powrotnego ze źródeł wejściowych.
• Użyj narzędzia Ścieżka optymalna jako linia lub Ścieżka optymalna jako raster, aby utworzyć optymalne ścieżki. Podaj miejsca docelowe oraz utworzone powyżej rastry akumulacji odległości i kierunku powrotnego.

Jeśli w narzędziu Akumulacja odległości wprowadzono jakiekolwiek składniki wpływające na tempo, takie jak powierzchnia kosztów, charakterystyka źródła, składnik pionowy i składnik poziomy, ścieżka wynikowa będzie ścieżką najmniejszego kosztu. Jeśli nie wprowadzono żadnych składników wpływających na tempo, ścieżka wynikowa będzie najkrótszą ścieżką między dwiema lokalizacjami.

Przykłady zastosowania ścieżki optymalnej

Łączenie lokalizacji optymalną ścieżką można wykorzystać do rozwiązywania różnych scenariuszy, takich jak na przykład:

• Znalezienie najkrótszej drogi wodnej z jednego portu do drugiego, w miarę możliwości z zachowaniem odległości 2 mil od wybrzeża.
• Identyfikacja optymalnej ścieżki między dwoma obszarami występowania dzikiej zwierzyny, aby określić właściwości, które należy uzyskać, aby umożliwić zwierzętom przemieszczanie się między tymi obszarami.
• Utworzenie sieci szlaków, z których strażacy będą mogli korzystać, aby przemieszczać się między seriami trwających pożarów obszarów naturalnych. Ze względu na dotkliwość jednego z pożarów, mimo że istnieje jeden główny szlak do pożaru, trzeba dodać drugi szlak, który można wykorzystać jako trasę ewakuacyjną.
• Zidentyfikowanie najtańszej trasy dla szlaku pozyskiwania drewna, którą można wykorzystać do transportu drewna.
• Zidentyfikowanie prostoliniowego toru lotu samolotu rolniczego w celu dotarcia do pola, które musi zostać opryskane.

Analiza ścieżki optymalnej

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.
• Połącz regiony na wynikowej powierzchni zakumulowanej odległości za pomocą optymalnej sieci, określonych ścieżek lub korytarzy.

Trzeci obszar funkcjonalny, łączący lokalizacje z określonymi optymalnymi ścieżkami, został zilustrowany poniżej. Scenariusz obejmuje zbiór czterech posterunków strażników leśnych (fioletowe kropki) i kilku rzek (niebieskie linie).

Tworzony jest nowy park (jasnozielony poligon). Zostanie on dodany do sieci posterunków strażników o najmniejszych kosztach.

Odległość o najmniejszym koszcie od nowego parku do każdej komórki uwzględnia strumienie jako bariery, raster powierzchni i powierzchnię kosztów.

Należy utworzyć ścieżkę prowadzącą z parku do posterunku strażników na południowy wschód od parku. Posterunek strażników (miejsce docelowe), wynikowa zakumulowana odległość i raster kierunku powrotnego utworzony w narzędziu Akumulacja odległości są wprowadzane do narzędzia Ścieżka optymalna jako linia.

Ciemnoniebieska linia od parku do posterunku strażników (żółty punkt) to ścieżka optymalna. Ścieżka zapewnia dostęp do nowego parku przez sieć ścieżek łączących posterunki (pomarańczowe linie). Powierzchnia zakumulowanej odległości od parku jest wyświetlana jako tło.

Tworzenie ścieżki optymalnej

Wystarczą dwie krótkie procedury wykonywania zadań, aby utworzyć ścieżkę optymalną między lokalizacjami.

Tworzenie wejściowych rastrów odległości

Najpierw utwórz rastry akumulacji odległości i kierunku powrotnego.

1. Otwórz narzędzie Akumulacja odległości.
2. Podaj źródło do połączenia w parametrze Raster wejściowy lub dane źródłowe obiektów.
3. Podaj nazwę w parametrze Wynikowy raster akumulacji odległości.
4. W przypadku odległości w linii prostej można podać bariery i raster powierzchni. Aby rozważyć ścieżkę najmniejszego kosztu, można również podać niektóre lub wszystkie parametry wpływające na tempo, powierzchnię kosztów, charakterystykę źródła, składnik pionowy i składnik poziomy.
5. Podaj nazwę w parametrze Wynikowy raster kierunku powrotnego.
6. Kliknij przycisk Uruchom.

Określenie ścieżki

Następnie określ ścieżkę optymalną:

1. Otwórz narzędzie Ścieżka optymalna jako linia lub Ścieżka optymalna jako raster.
2. Zidentyfikuj miejsce docelowe, z którego chcesz się połączyć, w parametrze Wejściowe dane rastrowe lub dane docelowe obiektów.
3. Zidentyfikuj właśnie utworzony wynikowy raster akumulacji odległości w parametrze Wejściowy raster akumulacji odległości.
4. Zidentyfikuj właśnie utworzony wynikowy raster kierunku powrotnego w parametrze Wejściowy raster kierunku powrotnego lub raster kierunku przepływu.
5. Podaj nazwę w parametrze Wynikowa ścieżka optymalna jako obiekt.
6. Wybierz wartość w parametrze Typ ścieżki.
7. Kliknij opcję Uruchom.

Połącz określone źródła z określonymi miejscami docelowymi przy użyciu ścieżek optymalnych.

Celem tworzenia optymalnych ścieżek jest połączenie określonych źródeł z określonymi miejscami docelowymi. Aby zidentyfikować najkrótszą ścieżkę w linii prostej między źródłami i miejscami docelowymi, należy tylko zidentyfikować źródła i miejsca docelowe. Wynikiem jest ścieżka, jaką nisko lecący ptak pokonałby, aby przemieścić się między tymi dwiema lokalizacjami.

Po wprowadzeniu powierzchni kosztów wynikiem jest ścieżka najmniejszego kosztu. Analiza ścieżki najmniejszego kosztu znajduje najtańszy sposób podróżowania między różnymi lokalizacjami. Biorąc pod uwagę zestaw źródeł, zestaw miejsc docelowych i informacje na temat trudności poruszania się po terenie ujęte w powierzchni kosztów, ścieżki najmniejszego kosztu są najtańszym sposobem połączenia lokalizacji. Stymuluje to podróżującego poruszającego się po terenie.

Proces tworzenia ścieżek optymalnych

Aby utworzyć ścieżki najkrótsze lub ścieżki najmniejszego kosztu między określonymi lokalizacjami, używane są kolejno dwa narzędzia: Akumulacja odległości i Ścieżka optymalna jako linia (lub Ścieżka optymalna jako raster). Procedura wykonywania zadań związanych z tworzeniem ścieżki najmniejszego kosztu została zilustrowana poniżej z wykorzystaniem wielu miejsc docelowych.

Dane wejściowe niezbędne do analizy to źródła, raster powierzchni kosztów wskazujący trudność poruszania się przez każdą komórkę oraz miejsca docelowe. Wynikiem analizy jest ścieżka najmniejszego kosztu, która łączy zidentyfikowane lokalizacje.

Wskazówka:

Identyfikacja najkrótszych ścieżek między lokalizacjami odbywa się zgodnie z tą samą procedurą wykonywania zadań, z wyjątkiem tego, że nie jest używana powierzchnia kosztów.

Przygotowanie danych wejściowych

Na poniższym obrazie źródłowy raster wejściowy to niebieskie komórki. Dane wejściowe są wyświetlane na tle cieniowania rzeźby terenu rastra danych wysokościowych.

Poniżej przedstawiono raster wejściowy powierzchni kosztów. Zielone obszary reprezentują komórki o niższych wartościach, które wskazują lokalizacje mniej kosztowne i łatwiejsze do pokonania. Przejście kolorów z zielonego przez żółty do czerwonego oznacza rosnące koszty.

Mapa wejściowej powierzchni kosztów pokazuje, że zielone obszary są mniej kosztowne i łatwiej się po nich poruszać, a czerwone obszary są bardziej kosztowne.

Poniżej pokazano wejściowy raster miejsc docelowych. Należy zwrócić uwagę, że istnieje wiele miejsc docelowych. Dane wejściowe są wyświetlane na tle cieniowania rzeźby terenu rastra danych wysokościowych.

Tworzenie danych wynikowych akumulacji i kierunku

Uruchom narzędzie Akumulacja odległości z danymi wejściowymi źródeł i powierzchni kosztów.

Poniżej przedstawiono wynikowy raster akumulacji odległości.

Jest to wynikowy raster akumulacji odległości. Dla każdej komórki nieźródłowej określany jest najmniejszy koszt powrotu do źródła. Zielone komórki są najmniej kosztowne. Koszty stopniowo wzrastają.

Poniżej przedstawiono wynikowy raster kierunku powrotnego. Kolor wskazuje kierunek podróży podczas opuszczania komórki w celu powrotu do najtańszej komórki źródłowej.

Wynikowy raster kierunku powrotnego wskazuje kierunek opuszczenia komórki w celu powrotu do źródła. Wynikowe wartości kierunku oparte są na zakresie kompasu od 0 do 360 stopni.

Tworzenie ścieżki wynikowej

Uruchom narzędzie Ścieżka optymalna jako linia lub Ścieżka optymalna jako raster z miejscami docelowymi, które chcesz połączyć oraz rastrami zakumulowanej odległości i kierunku powrotnego utworzonymi powyżej.

Ponieważ istnieje wiele miejsc docelowych, istnieją trzy opcje określenia sposobu połączenia miejsc docelowych ze źródłem:

• Najlepsza pojedyncza — identyfikuje ścieżkę najkrótszą lub ścieżkę najmniejszego kosztu od najbliższego lub najtańszego miejsca docelowego.
• Każda strefa — identyfikuje ścieżki najkrótsze lub ścieżki najmniejszego kosztu z każdego miejsca docelowego z powrotem do najbliższego lub najtańszego źródła.
• Każda komórka — identyfikuje ścieżki najkrótsze lub ścieżki najmniejszego kosztu z każdej komórki w miejscach docelowych z powrotem do najbliższego lub najtańszego źródła.

Poniżej przedstawiono przykładowy wynik dla opcji Najlepsza pojedyncza.

Wybrano opcję Najlepsza pojedyncza. Zidentyfikowano ścieżkę najmniejszego kosztu (linia w kolorze magenta), aby dotrzeć do źródła (niebieskie komórki) z najtańszego miejsca docelowego (zielone komórki). W tle wyświetlana jest powierzchnia kosztów.

Jeśli lokalizacje wejściowe są obiektami, są one wewnętrznie konwertowane na raster. Danymi wejściowymi mogą być grupy przylegających komórek rastrowych. Utworzone ścieżki łączą najbliższą lub najtańszą komórkę w miejscu docelowym z najbliższą lub najtańszą komórką w źródle.

Wybrano opcję Każda strefa. Zidentyfikowano ścieżki najmniejszego kosztu (fioletowe linie) z każdego miejsca docelowego z powrotem do najtańszego źródła. W tle wyświetlana jest powierzchnia kosztów.

Więcej informacji na temat opcji Każda komórka zawiera sekcja Dodatkowe informacje poniżej.

Uwzględnienie kierunku ścieżki

Można wprost uwzględnić kierunek podróży między źródłami i miejscami docelowymi. W procesie tworzenia ścieżek optymalnych, podczas korzystania z narzędzia Akumulacja odległości można uwzględnić kierunkowość na następujące sposoby:

• Użyj charakterystyki źródła Kierunek podróży, aby określić, czy akumulacja odległości będzie obliczana przy poruszaniu się w kierunku do lub od źródeł.
• Uwzględnij wysiłek związany z pokonaniem wzniesień za pomocą składnika pionowego.
• Uwzględnij zwiększony lub zmniejszony wysiłek w przypadku pokonywania składnika poziomego, takiego jak wiatr lub prąd.

Sam parametr Kierunek podróży nie ma żadnego wpływu na obliczenia i wynikową ścieżkę. Jednak w połączeniu ze składnikami pionowymi i poziomymi, które zależą od kierunku poruszania się, wynikowe ścieżki będą się różnić.

Składnik pionowy uwzględnia wysiłek włożony w pokonanie wzniesień podczas przemieszczania się w kierunku do lub od źródła. W przypadku poruszania się pod górę pokonanie każdej jednostki odległości wymaga więcej wysiłku i czasu. W przypadku poruszania się w dół dystans można pokonać w szybszym tempie. W przypadku poruszania się wzdłuż warstwicy nachylenie jest zasadniczo płaskie. Dodatkowe informacje na temat stosowania składnika pionowego zawiera sekcja Korygowanie pokonywanej odległości przy użyciu składnika pionowego.

Podobnie jak w przypadku składnika pionowego, na składnik poziomy ma wpływ kierunek podróży przez komórkę. Łódź płynąca pod silny wiatr lub prąd stawia opór, który trzeba pokonać, więc jednostki odległości są pokonywane wolniej. Poruszając się z wiatrem lub prądem, łódź może pokonać dystans w szybszym tempie. W rezultacie kąt, pod jakim wieje wiatr lub płynie prąd podczas przemieszczania się do komórki, ma znaczenie. Dodatkowe informacje na temat stosowania składnika poziomego zawiera sekcja Korygowanie pokonywanej odległości przy użyciu składnika poziomego.

Oddalenie się od źródła lub zbliżenie się do źródła zmieni sposób, w jaki podróżujący porusza się przez komórkę, zmieniając sposób, w jaki pokona pionowe i poziome składniki w tej komórce.

Przykład: wyznaczanie trasy linii energetycznej

Konieczne jest określenie optymalnej ścieżki nowej linii energetycznej. Na ścieżkę może wpływać kilka czynników, takich jak koszt nabycia gruntu i budowy na nim, przepisy nakazujące budowę ścieżek poza obszarami zamieszkałymi oraz potencjalna nadmierna widoczność. Ponadto łatwiej zbudować ścieżkę biegnącą po równym terenie niż taką, która często prowadzi pod górę i w dół.

Czynniki te, wraz z zestawem proponowanych punktów początkowych (źródeł) dla ścieżki linii energetycznej, są wykorzystywane jako dane wejściowe do narzędzia Akumulacja odległości. Koszty nabycia gruntu i budowy oraz potencjał widoczności są ważone i zestawiane na powierzchni kosztów. Te same koszty będą obowiązywać niezależnie od kierunku podróży przez komórkę.

Dla parametru barier stosowany jest bufor wynikający z przepisów dotyczących omijania miast. Można użyć rastra poziomego i powiązanego z nim składnika, aby promować wyznaczanie tras po warstwicach i unikać poruszania się pod górę lub w dół. W tym przypadku kierunek podróży między źródłami i miejscami docelowymi nie ma znaczenia (funkcja składnika poziomego będzie symetryczna). Narzędzie Akumulacja odległości tworzy rastry zakumulowanej odległości i kierunku powrotnego.

Następnie należy użyć narzędzia Ścieżka optymalna jako linia lub Ścieżka optymalna jako raster. Rastry zakumulowanej odległości i kierunku powrotnego wraz z proponowanymi miejscami docelowymi są danymi wejściowymi. Wynikiem działania narzędzia Ścieżka optymalna jako linia jest klasa obiektów liniowych wyznaczająca jedną lub większą liczbę ścieżek łączących miejsca docelowe i źródła w optymalny sposób. Wynikiem działania narzędzia Ścieżka optymalna jako raster jest raster reprezentujący intensywność użycia (popularność) komórki mierzoną liczbą tras przez nią przechodzących. Jest to analogiczne do tworzenia rastra przepływu zbiorczego przez prześledzenie rastra kierunku przepływu.

Czerwona linia przedstawia ścieżkę najmniejszego kosztu proponowanej linii energetycznej. Różowe tło wskazuje powiązany korytarz najmniejszego kosztu.

Analiza ścieżki najmniejszego kosztu

Aby mieć zaufanie do wynikowych ścieżek, należy rozważyć następujące kwestie:

• Czy dane wejściowe umożliwiają odpowiedź na zadawane pytania?
• Czy rozdzielczość rastra jest odpowiednia?
• Czy jednostki powierzchni kosztów są prawidłowe?
• Czy uwzględniana jest kierunkowość?
• W jaki sposób na powierzchni kosztów przekształcono wartości w kryterium i określono wagi między kryteriami?
• Czy istnieje sposób na przetestowanie uzyskanych wyników, aby sprawdzić, czy mają one sens?

Rozdzielczość danych wejściowych

Za pomocą analizy ścieżki najmniejszego kosztu można określić 1- i 2-godzinny promień poszukiwań zaginionej osoby. Jeśli używany jest 30-metrowy raster pokrycia terenu jako jedno z kryteriów, analiza ścieżek kosztów może nie identyfikować typów ścieżek, z których można korzystać podczas pieszej wyprawy ekipy poszukiwawczo-ratowniczej. Ponadto przy tej rozdzielczości ścieżki mogą ignorować rzeczywiste bariery. W obu przypadkach wynikowe ścieżki mogą umożliwiać opcje podróży, które nie istnieją w terenie. Z drugiej strony, 30-metrowy raster danych wysokościowych może być wystarczający jako raster składnika pionowego do ważenia kosztu na komórkę w kierunku podróży.

Jednostki wejściowe akumulacji odległości

Narzędzie Akumulacja odległości mnoży współczynnik w wejściowej powierzchni kosztów (który może domyślnie wynosić 1) przez wielkość komórki, która jest wyrażona w jednostkach liniowych. Ważne jest, aby przeprowadzić analizę wymiarową powierzchni kosztów w celu sprawdzenia, czy wynikowy raster akumulowanych kosztów ma oczekiwane jednostki (takie jak czas podróży, dolary lub energia). Więcej informacji na temat jednostek w analizie odległości zawiera temat Algorytm akumulacji odległości.

Weryfikacja wyników

W powyższym przykładzie dotyczącym linii energetycznej należy określić, jak dobra jest proponowana ścieżka. Jednym ze sposobów jest wykorzystanie tych samych danych i procedury wykonywania zadań modelowania do prognozowania w odniesieniu do zrealizowanej lokalizacji istniejącej linii energetycznej. Jeśli się różnią, czy można wyjaśnić różnicę?

Dodatkowe informacje

Poniższe sekcje zawierają dodatkowe informacje dotyczące łączenia lokalizacji optymalnymi ścieżkami.

Zbieżność wielu ścieżek

Narzędzie Ścieżka optymalna jako linia generuje klasę obiektów zawierającą jedną polilinię na miejsce docelowe. Każda polilinia ma atrybut, który określa całkowity zakumulowany koszt przemieszczania się między miejscem docelowym a źródłowym. Inny atrybut określa tożsamość miejsca docelowego. Jeśli wiele tras się zbiega i prowadzi tą samą trasą z powrotem do źródła, pojawi się wiele linii jedna na drugiej, po jednej z każdego miejsca docelowego. Ścieżka optymalna jako linia jest częściej używanym narzędziem do identyfikacji ścieżek najmniejszego kosztu.

Narzędzie Ścieżka optymalna jako raster generuje raster, który identyfikuje ścieżkę najmniejszego kosztu (o szerokości jednej komórki), której można użyć do przemieszczania się między miejscem docelowym a źródłem. Wartości komórek wynikowych w ścieżkach wskazują liczbę ścieżek z miejsc docelowych, które przechodzą przez tę komórkę. Jeśli istnieje jedno miejsce docelowe lub wiele miejsc docelowych, a ścieżki nie nakładają się na siebie, wszystkie komórki wzdłuż ścieżek będą zawierać tę samą wartość.

Jeśli istnieje wiele miejsc docelowych, a ścieżki zbiegają się, każda komórka zarejestruje liczbę ścieżek, które przechodzą przez tę komórkę.

Wynik działania narzędzia Ścieżka optymalna jako raster wskazuje intensywność użycia. Na przykład podczas identyfikowania korytarzy z wielu obszarów występowania dzikiej zwierzyny, komórki z wyższymi wartościami wzdłuż ścieżek wskazują, że dany segment ścieżek jest najbardziej kluczowy, ponieważ wiele ścieżek z niego korzysta. Jeśli niektóre segmenty są używane przez wiele ścieżek, można w pierwszej kolejności chronić te segmenty.

Tworzenie ścieżki najmniejszego kosztu

W powyższym przykładzie dotyczącym linii energetycznej narzędzie Akumulacja odległości utworzyło raster akumulacji odległości i raster kierunku powrotnego. Raster akumulacji odległości ma wartości komórek, których jednostkami są dolary, i wyraża całkowity koszt budowy w celu dotarcia do każdej komórki z komórki źródłowej. Raster kierunku powrotnego określa kierunki podróży z każdej komórki z powrotem do jej najtańszego źródła. Kierunek podróży jest wyrażony jako azymut na mapie (zgodnie z ruchem wskazówek zegara od północy wg siatki) w zakresie od 0 do 360, przy czym zero jest zarezerwowane dla komórek źródłowych.

Narzędzie Ścieżka optymalna jako linia wykorzystuje oba te zestawy danych do wykreślania ścieżek najmniejszego kosztu rozpoczynających się od zestawu lokalizacji docelowych. Miejsca docelowe mogą być określane przez klasę obiektów lub zestaw danych rastrowych. Jeśli używana jest klasa obiektów, jest ona najpierw rasteryzowana, a środki komórek zawierające wartości danych są używane jako miejsca docelowe. Analiza jest zawsze wykonywana w odniesieniu przestrzennym, przy zasięgu i wielkości komórki rastra kierunku powrotnego.

Ścieżka jest tworzona przez śledzenie rastra kierunku powrotnego z miejsca docelowego do źródła. Zaczynając od najtańszej komórki w miejscu docelowym, raster kierunku powrotnego identyfikuje następną komórkę, do której należy przejść, aby utworzyć ścieżkę najmniejszego kosztu z powrotem do źródła. Następnie wartość tej komórki, uzyskana z rastra kierunku powrotnego, identyfikuje następną komórkę, do której należy przejść. Proces ten jest kontynuowany aż do osiągnięcia źródła.

Domyślnie każda wynikowa polilinia definiuje pełną ścieżkę od miejsca docelowego z powrotem do najtańszego źródła. Klasa obiektów zawiera pola identyfikatora każdego wejściowego miejsca docelowego, jego akumulowanego kosztu oraz początkowego wiersza i kolumny.

Jeśli parametr Twórz ścieżki w sieci jest zaznaczony w narzędziu Ścieżka optymalna jako linia, schemat klasy obiektów wynikowej polilinii ulega zmianie. Każdy obiekt będzie opisywał segment w sieci, która łączy miejsca docelowe ze źródłami. Każdy segment ma atrybut EdgeCost, który określa zmianę zakumulowanego kosztu podczas podróży wzdłuż tego segmentu. Więcej informacji zawiera poniższy temat Użycie narzędzia Ścieżka optymalna jako linia do tworzenia sieci ścieżek najmniejszego kosztu.

Notatka:

Przechodzenie przez środki komórek na trasie z miejsca docelowego do źródła nie jest wymuszane w przypadku ścieżek optymalnych. Podczas określania akumulowanego kosztu dla każdej komórki dopasowywana jest płaszczyzna. Kierunek gradientu płaszczyzny określa prawdziwy kierunek opuszczenia tej komórki na trasie do najkrótszego lub najtańszego źródła. Z kierunku powrotnego ścieżka jest dostosowywana za pomocą struktury kratowej, aby utworzyć ścieżkę wynikową. Ścieżka przebiega w bardziej bezpośrednim kierunku przez komórki, tworząc dokładniejszy wynik. Szczegółowe informacje na temat obliczania akumulacji odległości i ścieżek zawiera sekcja Algorytm akumulacji odległości.

Narzędzia wyznaczania ścieżki optymalnej z rastrami przepływu zbiorczego i kierunku przepływu

W przypadku narzędzi Ścieżka optymalna jako linia i Ścieżka optymalna jako raster dane wejściowe parametru rastra zakumulowanej odległości mogą być danymi wynikowymi pochodzącymi z narzędzia Przepływ zbiorczy, a dane wejściowe parametru rastra kierunku powrotnego mogą być danymi wynikowymi pochodzącymi z narzędzia Kierunek przepływu. W takim przypadku narzędzia te będą śledzić trasy strumieni, dopóki nie przepłyną one poza segment zestawu danych lub nie zatrzymają się na komórce o niezdefiniowanym przepływie. Parametr Twórz ścieżki w sieci jest przydatny w tym przypadku, ponieważ generuje sieć strumieni, którą można wykorzystać z jednym z rozwiązań Esri dla sieci. Segmenty strumienia są zorientowane w kierunku przepływu, a atrybut EdgeCost to zmiana przepływu zbiorczego na długości segmentu.

Wpływ zmiany typu ścieżki i konfiguracji miejsc docelowych

W powyższym przykładzie dotyczącym linii energetycznej rastry akumulowanego kosztu i kierunku powrotnego zostały skonstruowane na podstawie pojedynczej komórki źródłowej reprezentującej jeden koniec proponowanej linii energetycznej, na przykład istniejącą podstację. Eksplorując różne typy ścieżek i różne konfiguracje wejściowych miejsc docelowych za pomocą narzędzia Ścieżka optymalna jako linia, można sprawdzić zmiany ścieżek najmniejszego kosztu i jaki będzie to miało wpływ. Oto typowe scenariusze:

• Istnieje znane miejsce docelowe jako pojedynczy punkt. Trzeba znaleźć najlepszą ścieżkę między miejscem docelowym a źródłem, które również jest punktem. W tym przypadku nie ma znaczenia, który typ ścieżki zostanie wybrany. Narzędzie Ścieżka optymalna jako linia znajdzie najlepszą ścieżkę między dwiema lokalizacjami i utworzy pojedynczy obiekt w klasie obiektów wynikowej polilinii.
• Istnieje zestaw różnych kandydujących punktów docelowych i trzeba porównać ścieżki z każdego z nich. Wybierz opcję Każda strefa lub Każda komórka dla typu ścieżki, ponieważ każde miejsce docelowe to inna strefa.
• Istnieje pojedynczy, wielokomórkowy przylegający region docelowy i należy określić lokalizację w regionie o najmniejszym koszcie budowy oraz ścieżkę z tej lokalizacji do źródła. Należy wybrać typ ścieżki Najlepsza pojedyncza lub Każda strefa. Jeśli istnieje wiele przylegających regionów, należy wybrać opcję Każda strefa, aby porównać najlepsze ścieżki z każdego z nich.

Jeśli istnieje wiele miejsc docelowych, ścieżki mogą się łączyć, gdy zbliżają się do źródła. Ścieżkę najmniejszego kosztu można uznać za najbardziej stromą w dół ścieżkę na powierzchni akumulowanych kosztów.

Łączenie ścieżek można wykorzystać do analizy przepływu uczniów w drodze do szkoły. Ścieżka optymalna jako raster wskazuje, jak ścieżki przechodzą przez komórkę, czyli jak popularna jest dana komórka. Używając typu ścieżki Każda komórka i wielokomórkowego miejsca docelowego jako danych wejściowych do narzędzia, można określić, które komórki są częściej używane przez uczniów podczas podróży z lokalizacji w analizowanym obszarze do szkoły.

Wykorzystano dane wynikowe z narzędzia Ścieżka optymalna jako raster, przy czym wejściowymi danymi miejsca docelowego jest wybrany poligon, a typem ścieżki — Każda komórka.

Dane wynikowe pokazują intensywność użycia komórek, gdy uczniowie podróżują z każdej komórki w analizowanym obszarze do szkoły. Zasadniczo jest to mapa przepływu zbiorczego, przy czym nie chodzi o przepływ (podróż) wody, ale o podróże uczniów. Te informacje o intensywności można wykorzystać do podjęcia decyzji, gdzie poprawa bezpieczeństwa na ulicach wpłynie na największą liczbę uczniów (przy założeniu, że uczniowie są rozmieszczeni równomiernie w analizowanym obszarze).

Użycie narzędzia Ścieżka optymalna jako linia do tworzenia sieci ścieżek najmniejszego kosztu

Domyślnie narzędzie Ścieżka optymalna jako linia tworzy oddzielny obiekt dla każdej ścieżki śledzonej od miejsca docelowego do źródła. Może to wprowadzić wiele nakładających się lub prawie nakładających się polilinii do danych wynikowych. Za pomocą narzędzia Ścieżka optymalna jako linia można utworzyć nienakładające się klasy obiektów poliliniowych, które mogą być używane jako dane wejściowe jednego z rozwiązań Esri dla sieci, jako zestaw danych sieciowych, sieć infrastruktury lub sieć śledzenia. Gdy zostanie zaznaczony parametr Twórz ścieżki w sieci, wiele ścieżek wchodzących do pojedynczej komórki jest dociąganych do środka tej komórki i w niej się kończy. Wiele ścieżek jest łączonych jako pojedyncza ścieżka w celu utworzenia sieci. Nowa ścieżka używa środka tej komórki jako lokalizacji początkowej. Zmienia się również schemat klasy obiektów wynikowej polilinii. Atrybut EdgeCost zgłasza zmianę akumulowanego kosztu wzdłuż segmentu, zamiast wzdłuż całej ścieżki.

Działa to z danymi wejściowymi kierunku przepływu, jak również z konwencjami kierunku powrotnego. Gdy używany jest kierunek przepływu, wejściowy raster akumulacji musi być rastrem przepływu zbiorczego.

Domyślnym zachowaniem narzędzia Ścieżka optymalna jako linia jest śledzenie każdej ścieżki niezależnie (brązowe linie). Ponieważ ścieżki niekoniecznie przechodzą przez środek każdej komórki, wiele z nich może się niemal pokrywać. Jedna z linii jest wyróżniona. Można zauważyć, że łączy się ona z inną ścieżką prowadzącą do środka sąsiedniej komórki w miejscu docelowym.

Po zaznaczeniu parametru Twórz ścieżki w sieci wiele ścieżek zbiegnie się w jedną ścieżkę.

Gdy zaznaczony jest parametr Twórz ścieżki w sieci, ścieżki są uznawane za nakładające się, gdy przebiegają przez tę samą komórkę. W tym momencie wszystkie ścieżki przychodzące do komórki są kończone i inicjowana jest pojedyncza ścieżka wychodząca. Każdy oddzielny segment jest generowany jako obiekt poliliniowy, wraz ze zmianą jego akumulowanego kosztu. Grupa ścieżek po prawej stronie obrazu jest teraz zgrupowana w jedną ścieżkę (grubsza brązowa linia).

Identyfikacja alternatywnych lokalizacji początkowych dla ścieżek najmniejszego kosztu

W przykładzie dotyczącym linii energetycznej wiadomo było, że ma się ona kończyć w podstacji. Jeśli jednak poligon, taki jak działka, został wprowadzony jako miejsce docelowe przy użyciu typu ścieżki Najlepsza pojedyncza, zidentyfikowany zostanie tylko jeden punkt początkowy w miejscu docelowym.

W przypadku miejsca docelowego w postaci poligonu istnieje jedna najtańsza ścieżka dotarcia do niego, ale istnieje wiele innych możliwych alternatyw wejścia do tego poligonu. W rezultacie cele analizy zmieniają się na następujące:

• Określenie elastyczności tworzenia ścieżki z pojedynczego miejsca docelowego do miejsca docelowego, które ma wiele komórek.
• Identyfikacja ścieżek o zbliżonych kosztach, które mogą być rozwiązaniami alternatywnymi. Oznacza to, że w przypadku wielu miejsc docelowych koszt z miejsca docelowego A może wynosić 1, a koszt z miejsca docelowego B może wynosić 1,0001. Typ Najlepsza pojedyncza zidentyfikuje tylko ścieżkę najmniejszego kosztu i nie będzie wiadomo, czy istnieją opłacalne ścieżki alternatywne.
• Identyfikacja możliwych opcji ścieżki przy określonym progu kosztu.
• Określenie elastyczności lokalizacji źródła. Oznacza to, że zaczyna się od źródła wielokomórkowego i sprawdza, jak rozłożone są wokół niego ścieżki kosztu.

W przypadku zastosowania typu ścieżki Każda komórka można eksplorować inne możliwe punkty początkowe w miejscu docelowym. Na poniższym obrazie wszystkie potencjalne ścieżki (brązowe linie) są obliczane od każdej komórki w miejscu docelowym z powrotem do źródła. Wyróżnione ścieżki to mniej więcej 10 procent najtańszych ścieżek spośród wszystkich potencjalnych ścieżek. Mają one zasadniczo tę samą trasę z powrotem do źródła i będą miały podobny koszt. Wybór ścieżki o koszcie podobnym do ścieżki najmniejszego kosztu może zapewnić elastyczność w określaniu lokalizacji komórki docelowej, od której należy rozpocząć ścieżkę, aby dotrzeć do źródła.

Pierwsze 10 procent ścieżek najmniejszego kosztu rozpoczyna się mniej więcej z tego samego obszaru i w większości podąża wspólną trasą.

Staje się to bardziej oczywiste w widoku 3D, w którym można zobaczyć, że ta grupa ścieżek jest zlokalizowana w zlewni podrzędnej rastra zakumulowanej odległości.

Widok 3D grupy ścieżek o podobnych kosztach i tego, jak obejmują one tę samą zlewnię powierzchni akumulowanych kosztów.

W przypadku trzeciego celu analizy można mieć ściśle określony stały koszt ścieżki i sprawdzić możliwe alternatywy. W tym przypadku należy zauważyć, że wszystkie lokalizacje na warstwicy rastra akumulowanej odległości (warstwice są oznaczone na poniższym obrazie) mają ten sam koszt. Ścieżka rozpoczynająca się z dowolnego punktu na tej warstwicy będzie miała taki sam koszt.

Można użyć narzędzia Con, aby zidentyfikować miejsca docelowe, które mają taki sam koszt. Na przykład można wybrać warstwicę czasu podróży z rastra akumulowanych kosztów SchoolTravelTime za pomocą następującego wyrażenia:

equalCostPathDestinations = Con((Raster('SchoolTravelTime') > 19.9) & (Raster('SchoolTravelTime') < 20), 1)

Wynikowy zestaw komórek rastrowych w miejscu docelowym pokazuje, że wynikowy rozkład ścieżek ma ten sam koszt i czas podróży do tego samego źródła, spełniając limit stałego kosztu.

Różne ścieżki rozpoczynające się od tej samej warstwy o jednakowym czasie podróży będą miały ten sam koszt.

W przypadku czwartego celu analizy, ścieżki rozpoczynają się w tym samym miejscu docelowym, mają w przybliżeniu ten sam koszt, ale prowadzą do różnych źródeł. Na poniższym obrazie wprowadzono wiele źródeł.

Ścieżki najmniejszego kosztu, które zaczynają się od miejsc docelowych na granicy strefy przydzielania, mogą zaczynać się blisko siebie i mieć ten sam koszt, ale prowadzić do różnych źródeł.

Ścieżki prowadzą do lokalizacji źródłowych w różnych obszarach, co wskazuje, że znajdują się one na granicy przydzielania lub w jej pobliżu. Jest to niestabilna sytuacja, ponieważ granica może się przesunąć w zależności od niepewności w dowolnych danych wejściowych narzędzia Akumulacja odległości. Ta niepewność może nieznacznie zmienić akumulowany koszt, potencjalnie zmieniając źródło, do którego prowadziłaby jedna ze ścieżek. Korzystając z powyższej analogii przepływu, jeśli stoi się na grzbiecie zlewni, mały krok od grzbietu może mieć duży wpływ na to, w którą stronę będzie się kontynuować ruch w dół.

Korytarze najmniejszego kosztu

Korytarzy najmniejszego kosztu można użyć do wizualizacji całego zestawu ścieżek najmniejszego kosztu jednocześnie. Można ich również użyć do wizualizacji wrażliwości ścieżki prawie najmniejszego kosztu na zmiany jej kosztu. Więcej informacji zawiera sekcja Łączenie regionów za pomocą korytarzy.