Optymalne połączenia regionów

Narzędzie Optymalne połączenia regionów oblicza sieć połączeń o najmniejszym koszcie między dwoma lub większą liczbą regionów wejściowych.

Danymi wynikowymi jest hostowana warstwa obiektowa.

Więcej informacji zawiera temat sposobu działania narzędzia Optymalne połączenia regionów

Przykłady

Narzędzie Optymalne połączenia regionów może być używane w następujących scenariuszach:

• Na podstawie modelu przydatności zidentyfikowano 10 najlepszych obszarów siedliskowych rysi. Rysie powinny mieć możliwość przemieszczania się między obszarami siedliskowymi przy wykorzystaniu najbardziej efektywnej sieci korytarzy ekologicznych, dzięki czemu zostanie zachowana genetyczna różnorodność metapopulacji.
• W ramach akcji pomocy po klęsce żywiołowej określono pięć obszarów, w których zostaną rozmieszczone obozy ratowników i personelu medycznego. Konieczne jest wyznaczenie jak najlepszej sieci tras zaopatrzeniowych między obozami.
• W procesie pozyskiwania drewna należy utworzyć najbardziej efektywną kosztowo sieć dróg leśnych, które ułatwią pozyskiwanie tego surowca.
• Podczas akcji gaśniczej trzeba określić najlepszą sieć tras służących do przemieszczania środków gaśniczych między różnymi stanowiskami.

Uwagi dotyczące korzystania

Narzędzie Optymalne połączenia regionów zawiera konfiguracje warstw wejściowych, ustawień ścieżki i uzyskanych wyników.

Warstwy wejściowe

Grupa Warstwy wejściowe zawiera następujące parametry:

• Raster lub obiekty regionów wejściowych określa raster lub warstwę obiektową identyfikującą regiony, które zostaną połączone przez optymalną sieć. Możesz wybrać warstwę za pomocą przycisku Warstwa lub utworzyć warstwę szkicu, która zostanie użyta jako dane wejściowe za pomocą przycisku Rysuj obiekty wejściowe. W przypadku danych wejściowych w postaci obiektów liczba obiektów jest wyświetlana poniżej nazwy warstwy. Liczba ta obejmuje wszystkie obiekty w warstwie z wyjątkiem tych, które zostały usunięte za pomocą filtra. Ustawienia środowiskowe, takie jak Zasięg przetwarzania, nie są odzwierciedlane w liczbie obiektów.

  Jeśli dane wejściowe regionu to raster, regiony są definiowane przez grupy ciągłych (przylegających do siebie) komórek o tych samych wartościach. Każdy region musi mieć unikalny numer. Komórki niebędące częścią regionu muszą mieć wartość Brak danych. Raster musi być typu całkowitoliczbowego, a wartości mogą być dodatnie lub ujemne.

  Jeśli dane wejściowe regionów to zestaw danych obiektowych, mogą to być poligony, polilinie lub punkty. Regiony obiektów poligonowych nie mogą składać się z poligonów wieloczęściowych.

  Jeśli regiony wejściowe są obiektami, przed wykonaniem analizy lokalizacje regionów są wewnętrznie konwertowane w raster, a powstałe w ten sposób regiony mają unikalne wartości. W przypadku udostępnienia danych wielopunktowych narzędzie losowo wybiera jeden z punktów w lokalizacji jako wartość regionu.

  Rozdzielczością rastra można sterować za pomocą środowiska Wielkość komórki. Domyślnie rozdzielczość zostanie ustawiona na rozdzielczość wartości parametru Wejściowy raster kosztów, jeśli taki został podany. Rozdzielczość zostanie ustawiona na rozdzielczość wartości parametru Raster lub obiekty barier wejściowych, jeśli podany jest tylko raster barier. Jeśli nie podano innych rastrów, rozdzielczość zostanie określona przy użyciu mniejszej z wartości szerokości lub wysokości zasięgu obiektu wejściowego w wejściowym odniesieniu przestrzennym podzielonej przez 250.

  Gdy jako wejściowe dane regionu używane są dane obiektów poligonowych, należy zachować ostrożność, jeśli chodzi o obsługę wielkości komórki, gdy jest ona zgrubna względem szczegółów przedstawionych na wejściu. Wewnętrzny proces konwersji na raster korzysta z metody środka komórki jako typu przypisania komórki. Oznacza to, że dane, które nie znajdują się w centrum komórki, nie zostaną uwzględnione w pośrednim rasteryzowanym wyniku regionu, przez co nie będą reprezentowane w obliczeniach. Jeśli na przykład regionami są serie niedużych poligonów (np. obrysy zabudowy), które są niewielkie w porównaniu do wielkości komórki danych wynikowych, możliwe, że tylko kilka z nich znajdzie się w centrach komórek rastra wynikowego, pozornie powodując utratę większości pozostałych podczas analizy.

  Aby uniknąć takich sytuacji, jako etap pośredni można przeprowadzić rasteryzację obiektów wejściowych do odpowiedniej rozdzielczości bezpośrednio za pomocą narzędzia Konwertuj obiekt na raster. Następnie należy użyć uzyskanego w ten sposób rastra jako danych wejściowych narzędzia Optymalne połączenia regionów.

  Jeśli regiony wejściowe są rastrami i jeśli któryś z regionów jest niepołączony, to ścieżki wynikowe będą prowadzić do tej części regionu, która jest najbliżej lub jest najtańsza do osiągnięcia.

  Jeśli region będzie miał wartość Brak danych w masce lub w którymkolwiek z odpowiadających mu rastrów wejściowych, zostanie on zignorowany podczas analizy i nie zostaną utworzone żadne ścieżki do tego regionu.

  Domyślny zasięg przetwarzania jest taki sam jak zasięg wartości parametru Wejściowy raster kosztów, jeśli taki został podany. W przeciwnym razie zostanie on ustawiony na zasięg regionów wejściowych.

• Grupa Warstwy opcjonalne zawiera następujące parametry:

  • Raster lub obiekty barier wejściowych to warstwa definiująca bariery. Bariery to przeszkody, które trzeba obejść. Można je zdefiniować w postaci rastra lub danych obiektowych. Możesz wybrać warstwę za pomocą przycisku Warstwa lub utworzyć warstwę szkicu, która zostanie użyta jako dane wejściowe za pomocą przycisku Rysuj obiekty wejściowe. W przypadku danych wejściowych w postaci obiektów liczba obiektów jest wyświetlana poniżej nazwy warstwy. Liczba ta obejmuje wszystkie obiekty w warstwie z wyjątkiem tych, które zostały usunięte za pomocą filtra. Ustawienia środowiskowe, takie jak Zasięg przetwarzania, nie są odzwierciedlane w liczbie obiektów.

    W przypadku warstwy rastrowej typem wejściowym może być liczba całkowita lub zmiennoprzecinkowa. Wszystkie komórki, które zawierają wartości (w tym wartość zero), będą traktowane jako bariery. Wszystkie komórki zawierające wartość NoData nie będą traktowane jako bariery.

    W przypadku obiektu danymi wejściowymi mogą być punkty, linie lub poligony. Obiektowe dane wejściowe zostaną wewnętrznie przekształcone w raster, zanim zostaną przetworzone.

    Gdy bariery są połączone tylko komórkami po przekątnej, bariery zostaną pogrubione, aby uczynić je nieprzepuszczalnymi.

    Bariery są także definiowane przez lokalizacje, w których występują komórki zawierające wartości Brak danych w wartości parametru Wejściowy raster kosztów. Ponadto lokalizacje, które nie są w obrębie środowiska Maska, działają jak bariery. Gdy komórki z wartościami Brak danych są połączone tylko komórkami po przekątnej, zostaną one pogrubione dodatkowymi komórkami z wartościami Brak danych, aby utworzyć barierę nieprzepuszczalną.

  • Wejściowy raster kosztów to warstwa rastrowa definiująca impedancję (koszt) ruchu planimetrycznego między poszczególnymi komórkami.

    Wartość w każdej lokalizacji komórki na powierzchni kosztów reprezentuje odległość kosztu na jednostkę na potrzeby poruszania się przez tę komórkę. Wartość każdej lokalizacji komórki jest mnożona przez rozdzielczość komórki, a jednocześnie następuje kompensacja ruchu ukośnego, aby uzyskać łączny koszt poruszania się przez komórkę.

    Wartości rastra kosztów mogą być całkowitoliczbowe lub zmiennoprzecinkowe, ale nie mogą być ujemne ani równe zero (koszt nie może być wartością ujemną ani mieć wartość zerową). Jeśli raster kosztów zawiera wartości zero i wartości te reprezentują obszary o najniższym koszcie, zmień te wartości zero na niewielką wartość dodatnią (np. 0,01) przed uruchomieniem tego narzędzia.

    Aby dowiedzieć się więcej o powierzchniach kosztów, zapoznaj się z tematem Dostosowanie napotkanej odległości przy użyciu powierzchni kosztów w pomocy do rozszerzenia ArcGIS ProSpatial Analyst.

Ustawienia ścieżki

Grupa Ustawienia ścieżki zawiera następujące parametry:

• Metoda ustalania odległości określa, czy odległość będzie obliczana metodą planarną (płaska powierzchnia ziemi), czy geodezyjną (elipsoida).

  • Planarna — obliczenia odległości będą wykonywane na odwzorowanej płaskiej powierzchni przy użyciu 2-wymiarowego kartezjańskiego układu współrzędnych. To jest metoda domyślna.
  • Geodezyjna — obliczenia odległości będą wykonywane na elipsoidzie. Niezależnie od odwzorowania wejściowego i wynikowego wyniki nie ulegną zmianie.

• Parametr Połączenia w obrębie regionów decyduje o tym, czy ścieżki będą kontynuować swój bieg i łączyć się w obrębie regionów wejściowych.

  • Generuj połączenia — ścieżki będą kontynuować swój bieg w obrębie regionów wejściowych, łącząc wszystkie ścieżki, które wchodzą do regionu. To jest metoda domyślna.
  • Brak połączeń — ścieżki będą kończyć się na krawędziach regionów wejściowych i nie będą kontynuować swojego biegu ani łączyć się w ich obrębie.

Warstwy wynikowe

Grupa Warstwy wynikowe zawiera następujące parametry:

• Nazwa wynikowych linii optymalnych połączeń to nazwa warstwy wynikowej, która zawiera wynikową optymalną sieć ścieżek łączących regiony wejściowe.

  Nazwa musi być unikalna. Jeśli w instytucji istnieje już warstwa o tej samej nazwie, działanie narzędzia zakończy się niepowodzeniem i wyświetlona zostanie prośba o wybór innej nazwy.

• Grupa Warstwy opcjonalne zawiera następujący parametr:

  • Nazwa wynikowych linii sąsiadujących połączeń to nazwa opcjonalnej warstwy wynikowej, która zawiera wynikowe ścieżki z każdego regionu do każdego z jego najbliższych lub optymalnych kosztowo sąsiadów.

    Nazwa musi być unikalna. Jeśli w instytucji istnieje już warstwa o tej samej nazwie, działanie narzędzia zakończy się niepowodzeniem i wyświetlona zostanie prośba o wybór innej nazwy.

• Opcja Zapisz w folderze określa nazwę folderu na stronie Moje zasoby, w którym zostaną zapisane dane wynikowe.

Ograniczenie

Przycisk Rysuj obiekty wejściowe nie jest dostępny w przeglądarce Scene Viewer.

Środowiska

Ustawienia środowiskowe dotyczące analiz to dodatkowe parametry wpływające na wyniki działania narzędzia. Dostęp do ustawień środowiskowych narzędzia dotyczących analiz można uzyskać z poziomu grupy parametrów Ustawienia środowiskowe.

To narzędzie obsługuje następujące środowiska analiz:

• Wynikowy układ współrzędnych
• Transformacje geograficzne
• Zasięg przetwarzania

  Notatka:

  Domyślnym zasięgiem przetwarzania jest Pełny zasięg. To ustawienie domyślne jest inne niż w przeglądarce map Map Viewer Classic, w której domyślnie włączona jest opcja Użyj zasięgu bieżącej mapy.

• Raster dociągania
• Rozmiar komórki
• Maska

Kredyty

To narzędzie zużywa kredyty.

Użyj opcji Szacuj liczbę kredytów, aby obliczyć liczbę kredytów potrzebnych do uruchomienia narzędzia. Więcej informacji można znaleźć w temacie Informacje o kredytach na potrzeby analizy przestrzennej.

Dane wynikowe

To narzędzie udostępnia następujące dane wynikowe:

• Warstwa Nazwa wynikowych linii optymalnych połączeń identyfikuje optymalną sieć ścieżek, które łączą każdy z regionów wejściowych.

  Powstała sieć łączy regiony z zastosowaniem najmniejszego kosztu lub najkrótszej możliwej odległości. Korzystając z sieci, można dotrzeć do dowolnego regionu z dowolnego innego regionu (ewentualnie przechodząc przez inny region) za pomocą sieci.

  Każda ścieżka (lub linia) jest jednoznacznie numerowana, a w poniższych dodatkowych polach tabeli atrybutów przechowywane są określone informacje o ścieżce:

  • Pathid– Unikalny identyfikator ścieżki
  • Pathcost– Łączna zakumulowana odległość lub koszt ścieżki
  • Region1– Pierwszy z łączonych przez ścieżkę regionów
  • Region2– Drugi z łączonych przez ścieżkę regionów

  Te informacje umożliwiają poznanie ścieżek w sieci.

  Ponieważ każda ścieżka jest reprezentowane przez unikalną linię, w lokalizacjach, w których ścieżki biegną tą samą trasą, będzie istnieć wiele linii.

  Optymalna sieć wynikowa jest tworzona ze ścieżek utworzonych w opcjonalnych sąsiadujących połączeniach wynikowych. Ścieżki w opcjonalnych sąsiadujących połączeniach wynikowych są konwertowane do formatu teorii grafów. Regiony to wierzchołki, ścieżki to krawędzie, a łączne odległości lub koszty to wagi krawędzi. Minimalne drzewo rozpinające jest obliczane na podstawie grafowej reprezentacji ścieżek, aby określić optymalną sieć ścieżek niezbędnych do podróżowania między regionami.

  Jeśli nie podano powierzchni kosztów, sąsiedzi są identyfikowani na podstawie odległości euklidesowej. W takim przypadku najbliższym sąsiadem regionu jest ten, który znajduje się najbliżej. Jeśli powierzchnia kosztów jest podana, sąsiedzi są identyfikowani na podstawie kosztu odległości, co powoduje, że najbliższy sąsiad regionu to ten, do którego podróż jest najmniej kosztowna. Operacja przydzielania kosztu odległości jest wykonywana w celu określenia, które regiony sąsiadują ze sobą.

  Jeśli dla parametru Połączenia w obrębie regionów określono opcję Generuj połączenia, każda optymalna ścieżka osiąga najpierw zewnętrzną granicę poligonu lub regionu wielokomórkowego. Od granicy regionu narzędzie kontynuuje ścieżki przez region za pomocą dodatkowych segmentów linii, umożliwiając tworzenie punktów wejścia i wyjścia między regionami oraz poruszanie się w ich obrębie. Nie ma dodatkowej odległości ani kosztów przemieszczania się po tych segmentach linii.

  W zależności od konfiguracji regionów wejściowych i ich przydzielonych sąsiadów, ścieżka może przechodzić przez region pośredni, aby dotrzeć do regionu sąsiedniego. Ścieżka ta będzie wiązała się z kosztami, gdy będzie przechodzić przez region pośredni.

• Warstwa Nazwa wynikowych linii sąsiadujących połączeń określa ścieżki z każdego regionu do każdego z jego najbliższych lub optymalnych kosztowo sąsiadów.

  Każda ścieżka (lub linia) jest jednoznacznie numerowana, a w poniższych dodatkowych polach tabeli atrybutów przechowywane są określone informacje o ścieżce:

  • Pathid– Unikalny identyfikator ścieżki
  • Pathcost– Łączna zakumulowana odległość lub koszt ścieżki
  • Region1– Pierwszy z łączonych przez ścieżkę regionów
  • Region2– Drugi z łączonych przez ścieżkę regionów

  Te informacje umożliwiają poznanie ścieżek w sieci i są przydatne przy podejmowaniu decyzji o tym, które ścieżki należy w razie potrzeby usunąć.

  Ponieważ każda ścieżka jest reprezentowane przez unikalną linię, w lokalizacjach, w których ścieżki biegną tą samą trasą, będzie istnieć wiele linii.

  Opcjonalnych sąsiadujących połączeń wynikowych można użyć jako sieci alternatywnej wobec sieci minimalnego drzewa rozpinającego. Te połączenia wynikowe łączą każdy region z sąsiednimi najbliższymi lub najefektywniejszymi kosztowo regionami, tworząc bardziej złożoną sieć z wieloma ścieżkami. Tej warstwy obiektowej można użyć w niezmienionej postaci lub jako bazy, z której można utworzyć nową sieć.

Wymagania dotyczące użytkowania

To narzędzie wymaga następujących typów użytkownika i konfiguracji:

• Typ użytkownika Professional lub Professional Plus
• Rola Publikujący, Facylitator lub Administrator albo odpowiadająca tym rolom rola niestandardowa z uprawnieniem Analiza zobrazowań.

Odniesienia

• Douglas, D. „Least-cost Path in GIS Using an Accumulated Cost Surface and Slopelines”, Cartographica: The International Journal for Geographic Information and Geovisualization, 1994, Vol. 31, No. 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, Vol. 9, strony 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, 2nd Edition, 1999
• Warntz, W. „Transportation, Social Physics, and the Law Of Refraction”, The Professional Geographer, 1957, Vol. 9, No. 4, strony 2–7
• Zhao, H. „A fast sweeping method for Eikonal equations”, Mathematics off Computation, 2004, Vol. 74, No, 250, strony 603–627

Zasoby

Aby dowiedzieć się więcej, skorzystaj z następujących zasobów:

• Sposób działania narzędzia Optymalne połączenia regionów w aplikacji ArcGIS Pro
• Optymalne połączenia regionów w ArcGIS REST API
• optimal_region_connections w ArcGIS API for Python
• Optymalne połączenia regionów w aplikacji ArcGIS Pro z rozszerzeniem Analiza rastrowa
• Optymalne połączenia regionów w aplikacji ArcGIS Pro z rozszerzeniem Spatial Analyst