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A ferramenta Conexões de Região Favoráveis identifica a rede favorável de caminhos de menor custo para conectar uma série de regiões de entrada. Ela não cria caminhos separados conectando um local a outro.
Use esta ferramenta se você tiver várias regiões e deseja criar uma rede que planeje como viajar entre elas da melhor maneira. Por exemplo, as regiões podem ser uma série de manchas de habitat, parques ou operações madeireiras. As redes resultantes podem ser corredores de vida selvagem conectando o habitat, ciclovias conectando os parques ou estradas madeireiras conectando as operações madeireiras.
Na rede resultante, o viajante pode se deslocar de uma região para qualquer outra usando os caminhos, inclusive viajando por outras regiões para chegar a uma região distante.
Se você fornecer uma entrada da superfície de custo, a rede resultante será uma rede de caminhos de menor custo. Se você fornecer apenas fontes de entrada, a rede resultante será a rede dos caminhos mais curtos.
Na rede favorável, a direção da viagem não importa. O custo acumulativo é o mesmo, quer o viajante se mova de uma região para outra, quer da segunda região para a primeira. Se a direção da viagem for relevante para sua análise, use a ferramenta Caminho Favorável como Linha.
Exemplos de aplicação de rede favorável
Uma rede ótima de caminhos de menor custo entre locais pode ser usada para resolver vários cenários, como os seguintes:
- Em um esforço de socorro, você identificou cinco áreas onde os acampamentos de equipes médicas e de resgate serão posicionados. Você deseja desenvolver a melhor rede de rotas de abastecimento entre os acampamentos.
- Em uma colheita de madeira, você pretende criar a rede de custo mais eficiente de estradas madeireiras para extrair a madeira serrada.
- Em uma operação de combate a incêndios, você deseja identificar a melhor rede de trilhas para mover os recursos de combate a incêndios entre vários quartéis-generais.
- A partir de um modelo de adequação, você identificou 10 das melhores manchas de habitat para lince. Você deseja que os linces cosigam se mover entre as manchas por uma rede de corredores da vida selvagem mais efetiva para manter a diversidade genética dentro da metapopulação.
Exemplos de análise de rede favorável
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.
- Conecte regiões sobre a superfície de distância acumulativa resultante usando uma rede favorável, caminhos específicos ou corredores.
Da terceira área funcional, regiões conectadas com uma rede favorável de caminhos são ilustradas abaixo. O cenário envolve um conjunto de quatro regiões que correspondem a postos de guarda florestal (pontos roxos) e alguns rios (linhas azuis).
As regiões são conectadas por uma rede favorável sobre a superfície de custo enquanto se aplica uma barreira.
Ao examinar a saída da alocação de distância, pode-se verificar o motivo das duas regiões inferiores não estarem conectadas. Devido à barreira do rio, elas não são vizinhas de custo.
Criar uma rede favorável
Para criar uma saída de rede favorável, complete as seguintes etapas:
- Abra a ferramenta Conexões de Região Favoráveis.
- Forneça as regiões a serem conectadas no parâmetro Dados de região da feição ou raster de entrada.
- Nomeie a rede de conectividade favorável de saída.
- Opcionalmente, forneça um conjunto de dados de barreira.
- Forneça uma superfície de custo para o parâmetro Raster de custo de entrada, se aplicável.
- Opcionalmente, forneça um nome para o parâmetro Classe de feição de saída de conexões vizinhas.
- Opcionalmente, especifique os valores do parâmetro método Distância ou Conexões da região.
- Clique em Executar.
Ferramenta Conexões de Região Favoráveis
A ferramenta Conexões de Região Favoráveis identifica a rede favorável de caminhos de menor custo para conectar uma série de regiões de entrada.
Fornecer as entradas
Primeiro, identifique as regiões de origem.
Uma região pode ser um ponto, linha, polígono ou grupos de células raster. As regiões identificam os locais a serem conectados. Os locais em um conjunto de dados de feição são considerados as regiões. Quando a entrada é um raster, uma região é um grupo de células contíguas com o mesmo valor.
Na imagem abaixo, as regiões de entrada (os polígonos coloridos) são exibidas sobre uma camada de superfície de custo.
Determinar a região de menor custo
A região de menor custo é identificada para cada célula diferente da origem usando os cálculos executados pela ferramenta Alocação de Distância.
Na imagem abaixo, as regiões de entrada são exibidas sobre a camada de alocação de distância associada. O valor de cada célula no raster de alocação identifica a região que pode ser alcançada com o custo acumulado mais barato (menor).
Criar caminhos de custo
Os caminhos de custo são criados entre cada região e suas regiões de custo vizinhas.
Na imagem abaixo, as regiões de entrada e os caminhos de menor custo de cada região até suas regiões de custo vizinhas (linhas magenta) são exibidos sobre a camada de alocação de custo associada.
Converter regiões e caminhos em um gráfico
As regiões e os caminhos resultantes são convertidos em um gráfico. Um gráfico neste contexto é a estrutura matemática usada para modelar relações de pares por meio da teoria dos grafos. Na conversão, as regiões são os vértices e os caminhos são as arestas. O custo acumulativo do caminho é o peso da aresta.
Conceitualmente, essa conversão é representada pela ilustração a seguir. Os círculos numerados são os vértices (as regiões) e as linhas de conexão entre os vértices são as arestas (os caminhos de menor custo). Os pesos das arestas são o custo acumulativo dos caminhos. Na ilustração, custos mais altos são representados por linhas mais grossas.
Anotação:
Para entender completamente como essa ferramenta funciona, é recomendado que você tenha um conhecimento básico da teoria dos grafos. Muitos recursos estão disponíveis para isso, mas você pode começar com a entrada da Wikipedia emhttps://en.wikipedia.org/wiki/Graph_theory.
A árvore geradora mínima é determinada usando a teoria dos grafos para conectar os vértices (regiões) da maneira mais eficaz (menor custo). A árvore geradora mínima não é necessariamente única, pois pode haver mais de um conjunto de arestas consideradas melhores.
Anotação:
Mais informações sobre árvores geradoras mínimas estão disponíveis online, como a entrada da Wikipedia em https://en.wikipedia.org/wiki/Minimum_spanning_tree.
Mapear para feições de linha
A representação espacial das regiões e os caminhos da árvore geradora mínima são mapeados de volta para uma classe de feição de saída.
Na imagem abaixo, as regiões de entrada e a rede de caminho de menor custo da árvore geradora mínima (linhas magenta) são exibidas sobre a camada de superfície de custo associada.
Caminhos de saída para regiões de custo vizinhas
Opcionalmente, uma classe de feição dos caminhos até as regiões de custo vizinhas pode ser gerada. Você pode usar essa saída para criar sua própria rede, adicionar caminhos à sua árvore geradora mínima ou analisá-la ainda mais no análise de rede.
Se nenhuma superfície de custo for fornecida, a saída será uma rede de caminhos que conecta as regiões da maneira mais curta possível.
Anotação:
A ferramenta Conexões de Região Favoráveis respeita as barreiras. As barreiras podem ser especificadas pelo parâmetro de barreira ou por células de NoData na máscara, ou no raster da superfície de custo. A rede resultante identifica a distância física mais curta ou menos dispendiosa para chegar a cada local a partir de uma fonte enquanto navega em torno dessas barreiras.
Informações adicionais
As seções a seguir contêm informações adicionais sobre como conectar regiões com uma rede favorável de caminhos.
Caminhos continuando através das regiões
Cada caminho é uma feição linear separada e linhas duplicadas existirão onde os caminhos percorrem um segmento em comum.
Para uma rede de caminhos conectada, se as regiões de entrada forem polígonos ou um raster de regiões multicelulares, os caminhos continuarão até um ponto dentro da região para permitir que o viajante entre por um caminho, mova-se dentro da região e saia por outro caminho para chegar a outras regiões. Como não se sabe como um viajante se moverá dentro da região, nenhum custo é atribuído a esses segmentos estendidos dentro de uma região e nenhum custo é incorrido ao se mover pela região. O mesmo é o caso quando as regiões lineares são inseridas: nenhum custo é incorrido ao se mover ao longo da região linear para alcançar outros caminhos.
Para ilustrar a rede conectada resultante em relação a uma série de caminhos independentes de menor custo, a imagem abaixo mostra a diferença entre as duas maneiras pelas quais as regiões podem ser conectadas. A primeira imagem mostra o resultado do uso da saída da ferramenta Acumulação de Distância como entrada para a ferramenta Caminho Favorável como Linha. Nesse caso, os caminhos atingem apenas as bordas das regiões. A segunda imagem mostra a rede resultante de caminhos conectando as regiões criadas pela ferramenta Conexões de Região Favoráveis. Nesse resultado, os caminhos continuam dentro da região, permitindo ao viajante entrar na região por um caminho e sair por outro.
Como a saída de Conexões de Região Favoráveis é uma rede topologicamente correta, ela pode ser usada no análise de rede para realizar análise adicional.
Você também pode usar a ferramenta Conexões de Região Favoráveis para evitar que os caminhos continuem pelas regiões especificando Sem conexões para o parâmetro Conexões nas regiões.
As ferramentas Conexões de Região Favoráveis e Caminho Favorável como Linha
A ferramenta Conexões de Região Favoráveis cria uma rede favorável de caminhos entre várias regiões de entrada. As ferramentas Acumulação de Distância e Caminho Favorável como Linha funcionam em combinação para criar caminhos entre origens e destinos identificados. A sequência de ferramentas Acumulação de Distância e Caminho Favorável como Linha também pode ser usada para criar uma rede de caminhos, isolando iterativamente uma região como origem e conectando-a a outras regiões identificadas como destinos. Este processo é repetido para cada região e os caminhos de menor custo resultantes são combinados.
A seguir estão as limitações para a abordagem iterativa:
- Conectar cada região a todas às outras regiões é um processo combinatório que pode criar um número muito grande de caminhos, especialmente quando há muitas regiões. Essa abordagem não permite que uma região distante seja alcançada usando uma série de caminhos conectando uma sequência de regiões que estão entre você e a região distante.
- Para reduzir o potencial para um grande número de caminhos, muitas vezes a distância em linha reta mais próxima entre duas regiões é usada para identificar a origem e o destino. No entanto, embora duas regiões possam estar próximas geograficamente, pode ser caro viajar entre elas devido a uma característica intermediária, como uma montanha ou um rio. A ferramenta Conexões de Região Favoráveis determina as regiões a serem conectadas com base na proximidade de menor custo.
- Muitas vezes, diferentes caminhos de diferentes regiões se juntam e seguem o mesmo caminho de menor custo até uma região em comum. É difícil analisar a parte compartilhada se forem caminhos raster, como os criados pela ferramenta Caminho Favorável como Raster. Ao realizar análises subsequentes, é melhor que cada caminho seja tratado como uma entidade separada.
- Os caminhos criados pela ferramenta Caminho Favorável como Linha atingem apenas a borda de uma região. Eles não criam uma rede conectada de caminhos.
Regiões e zonas
As regiões são usadas como entrada para Conexões de Região Favoráveis. As regiões podem ser uma feição ou um conjunto de dados raster. Se as regiões de entrada forem dados de feição, as feições serão convertidas em um raster. Uma região é qualquer grupo de células contíguas com o mesmo valor de célula. Uma zona são todas as células de um raster que têm o mesmo valor. As zonas podem ser compostas por uma única região ou várias regiões desconectadas. Para Conexões de Região Favoráveis, se houver grupos de células na entrada com o mesmo valor que não estejam conectadas entre si, elas serão tratadas como uma única região com células desconectadas. O resultado é que apenas o grupo de células dentro da região com menor custo de acesso será conectado à rede, portanto, nem todas as células da entrada serão conectadas.
Uma entrada que contém vários grupos desconectados de células pode ser convertida em uma série de regiões independentes usando a ferramenta Grupo de Regiões. Usar a saída do Grupo de Regiões como entrada para Conexões de Região Favoráveis conectará cada região a todas as outras regiões, de modo que todas as células na entrada possam ser acessadas por meio da rede resultante.
Exemplos de cenários usando a ferramenta Conexões de Região Favoráveis
A seguir estão cenários comuns para usar a ferramenta Conexões de Região Favoráveis.
- A rede favorável (a árvore geradora mínima) é a saída desejada.
- Adicione caminhos específicos à rede favorável usando Acumulação de Distância e Caminho Favorável como Linha para conectar regiões que a rede favorável não capturou. Por exemplo, ao combater vários incêndios florestais, adicione rotas de fuga para os bombeiros usarem se as condições mudarem.
- Crie a rede a partir da saída opcional de todos os caminhos até as regiões vizinhas. Use a ferramenta Selecionar para selecionar os caminhos.
- Transforme qualquer um dos cenários acima em umarede e realize análise adicional do movimento entre as regiões.