Пространственная связь между зонами (Пространственная статистика)

Краткая информация

Измеряет степень пространственной связи между двумя вариантами районирования одной и той же изучаемой области, в которой каждое районирование состоит из набора категорий, называемых зонами. Степень связи между районированиями определяется областью перекрытия между зонами каждого районирования. Связь будет максимальной, когда каждая зона одного районирования полностью соответствует зоне другого районирования. Точно так же пространственная связь является самой низкой, когда зоны одного районирования имеют большое перекрытие со множеством различных зон другого районирования. Основным результатом работы этого инструмента является общая оценка пространственной связи между категорийными переменными: число в диапазоне от 0 (отсутствие соответствия) до 1 (идеальное пространственное совмещение зон). При необходимости эту глобальную связь можно вычислить и визуализировать для конкретных зон районирования или для конкретных сочетаний зон между районированиями.

Например, вы можете использовать этот инструмент для сравнения двух наборов категорийных зон, таких как тип культуры и класс дренажа почвы сельскохозяйственного района, чтобы измерить, насколько точно определенные культуры соответствуют определенному классу дренажа почвы. Вместе с тем вы также можете использовать этот инструмент для измерения степени изменения одних и тех же категорийных зон с течением времени. Например, можно сравнить климатические зоны 1990 года с климатическими зонами 2020 года и измерить, насколько эти климатические зоны изменились за три десятилетия. Используя дополнительные выходные данные, вы можете определить, как изменилась каждая отдельная климатическая зона, например, распространились ли засушливые климатические зоны на районы, которые ранее были полузасушливыми.

Более подробно о том, как работает инструмент Пространственная связь между зонами

Иллюстрация

Показаны примеры высокой и низкой степени связи между синей и оранжевой зонами.

Использование

• Зоны первого районирования называются входными зонами, а зоны второго – зонами наложения. Каждый набор зон может быть представлен в виде полигональных объектов или растра вместе с полем, указывающим категорию каждого полигонального объекта или ячейки растра. Все объекты или ячейки с одинаковым значением поля категорийной зоны считаются находящимися в одной и той же зоне.

• По умолчанию результатом работы этого инструмента являются три числа, каждое из которых соответствует определенному типу глобальной связи. Эти значения отображаются в сообщениях геообработки и возвращаются в виде производных выходных данных. Эти полученные выходные данные могут использоваться как переменные в скриптах Python (как показано во втором примере кода ниже) или как входные данные для других инструментов в ModelBuilder. К этим трем показателям ассоциации относятся следующие:

  • Глобальный показатель связи – это показатель общей связи между входными зонами и зонами наложения. Это значение колеблется от 0 (отсутствие связи) до 1 (идеальное соответствие). Это значение не зависит от того, какая из двух регионализаций является входной зоной, а какая – зоной наложения (это значение не изменится, если входные зоны и зоны наложения поменяются местами). Такая статистика определяется по гармоническим средним следующих двух глобальных показателей связи.
  • Глобальное соответствие зон наложения внутри входных зон – показатель согласованности категорий наложения внутри каждой из входных зон в диапазоне от 0 до 1. Значение 1 указывает на то, что каждая входная зона содержит в себе только одну зону наложения (идеальное соответствие зон). Значения, близкие к 0, указывают на то, что входные зоны равномерно поделены на множество категорий зон наложения (низкое соответствие отдельной зоне наложения).
  • Глобальное соответствие входных зон в зонах наложения – показатель соответствия категорий входных данных в каждой из зон наложения. Это значение аналогично другому глобальному значению соответствия, но оно определяет изменчивость входных зон в пределах зон наложения. Значения этих двух показателей изменяются, если входные зоны и зоны наложения меняются местами.

• Глобальные показатели соответствия могут быть пространственно поделены по пересечениям входных зон и зон наложения. Каждое из этих пересечений определяет соответствие определенного сочетания входных зон и зон наложения, например, определенного типа культуры и определенного класса дренажа почвы. Эти конкретные сочетания можно создать с помощью параметра Выходные объекты или параметра Выходной растр, в зависимости от того, являются ли эти зоны полигональными объектами или растрами. Все они содержат по две диаграммы. На первой схеме показана параллельная гистограмма перекрытия областей зон наложения внутри каждой из входных зон. На второй схеме аналогично показаны гистограммы области перекрытия входных зон в каждой из зон наложения. Эти схемы позволяют определить, соответствует ли та или иная конкретная зона какой-либо другой зоне районирования, например подходит ли для кукурузы хорошо осушенная почва.

  Эти пересечения также могут быть агрегированы в каждую из входных зон или зон наложения с помощью соответствующих параметров соответствие зон наложения во входных зонах и соответствие входных зон в зонах наложения, если эти входные зоны и зоны наложения являются полигонами. Для растров эти агрегированные данные сохраняются в виде полей выходного растра. Эти выходные данные позволяют определить общее соответствие одной конкретной входной зоны или зоны наложения всем зонам другого районирования одновременно. Так вы сможете выявить конкретные зоны с высоким или низким общим соответствием другому районированию. Эти зоны можно исследовать дополнительно, изучив все отдельные пересечения этой зоны, чтобы определить, какие сочетания зон приводят к общему высокому или низкому соответствию.

  В отличие от глобальных показателей связи и соответствия, более низкие значения локальных показателей соответствия указывают на более высокую степень соответствия. Минимальное значение 0 указывает на полное соответствие, а локальные показатели не имеют верхней границы, но они редко превышают 2.

• Для использования растров в качестве входных или выходных данных этого инструмента требуется лицензия ArcGIS Spatial Analyst extension.

• Входные зоны и зоны наложения должны пересекаться для вычисления показателей связи. Любая зона одного районирования, которая не пересекается ни с одной зоной другого районирования, не будет включена в расчеты.

• Для получения дополнительной информации и математических подробностей см. следующую ссылку:

  • Nowosad, J., Stepinski, T. F. (2018). "Spatial association between regionalizations using the information-theoretical V-measure." International Journal of Geographical Information Science. https://doi.org/10.1080/13658816.2018.1511794

Параметры

Диалог

Подпись	Описание	Тип данных
Входные полигональные объекты или растровые зоны	Набор данных, представляющий зоны первого районирования. Эти зоны могут быть заданы с помощью полигональных объектов или растра.	Feature Layer; Raster Layer; Image Service
Поле категориальной зоны	Поле, показывающее категорию зоны входных зон. Каждое уникальное значение этого поля обозначает отдельную зону. Для пространственных объектов это поле должно быть целочисленным или текстовым. Для растров поддерживается также поле VALUE.	Field
Полигональные объекты наложения или растровые зоны	Набор данных, представляющий зоны второго районирования. Эти зоны могут быть полигональными объектами или растром.	Feature Layer; Raster Layer; Image Service
Поле категориальной зоны наложения	Поле, показывающее категорию зоны наложения. Каждое уникальное значение этого поля обозначает отдельную зону. Для пространственных объектов это поле должно быть целочисленным или текстовым. Для растров поддерживается также поле VALUE.	Field
Выходные объекты (Дополнительный)	Выходные полигональные объекты, содержащие показатели пространственной связи на всех пересечениях входных зон и зон наложения. Эти выходные объекты могут использоваться для определения связи между конкретными сочетаниями входных зон и зон наложения, таких как связь между областями выращивания кукурузы (тип культуры) и областями хорошо дренированных почв (класс дренажа почвы). Этот параметр доступен только в том случае, если входные зоны и зоны наложения являются полигональными объектами.	Feature Class
Выходной растр (Дополнительный)	Выходной растр, содержащий показатели пространственной связи между входными зонами и зонами наложения. Выходной растр будет иметь три поля для указания параметров пространственной связи для пересечений входных зон и зон наложения, соответствия зон наложения во входных зонах и соответствия входных зон в зонах наложения. Этот параметр доступен только в том случае, если хотя бы одна из входных зон и зон наложения является растром.	Raster Dataset
Соответствие зон наложения во входных зонах (Дополнительный)	Выходные полигональные объекты, содержащие показатели соответствия зон наложения во входных зонах. Эти выходные данные будут иметь ту же геометрию, что и входные зоны, и могут использоваться для определения того, какие входные зоны в целом близко соответствуют зонам наложения. Затем можно исследовать конкретные сочетания зон с выходными объектами. Этот параметр доступен только в том случае, если входные зоны и зоны наложения являются полигональными объектами.	Feature Class
Соответствие входных зон в зонах наложения (Дополнительный)	Выходные полигональные объекты, содержащие показатели соответствия входных зон с зонами наложения. Эти выходные данные будут иметь ту же геометрию, что и зоны наложения, и могут использоваться для определения того, какие зоны наложения в целом близко соответствуют входным зонам. Затем можно исследовать конкретные сочетания зон с выходными объектами. Этот параметр доступен только в том случае, если входные зоны и зоны наложения являются полигональными объектами.	Feature Class

Производные выходные данные

Подпись	Описание	Тип данных
Глобальный показатель пространственной связи	Показатель глобальной связи между входными зонами и зонами наложения. Это значение изменяется от 0 (отсутствие связи) до 1 (идеальная связь).	Double
Полное соответствие зон наложения с входными зонами	Показатель полного соответствия зон наложения во входных зонах. Это значение не может быть отрицательным, а значения, близкие к нулю, указывают на более высокое соответствие (меньшую изменчивость).	Double
Глобальное соответствие входных зон в зонах наложения	Показатель полного соответствия входных зон в зонах наложения. Это значение не может быть отрицательным, а значения, близкие к нулю, указывают на более высокое соответствие (меньшую изменчивость).	Double

Python

arcpy.stats.SpatialAssociationBetweenZones(input_feature_or_raster, categorical_zone_field, overlay_feature_or_raster, categorical_overlay_zone_field, {output_features}, {output_raster}, {correspondence_overlay_to_input}, {correspondence_input_to_overlay})

Имя	Описание	Тип данных
input_feature_or_raster	Набор данных, представляющий зоны первого районирования. Эти зоны могут быть заданы с помощью полигональных объектов или растра.	Feature Layer; Raster Layer; Image Service
categorical_zone_field	Поле, показывающее категорию зоны входных зон. Каждое уникальное значение этого поля обозначает отдельную зону. Для пространственных объектов это поле должно быть целочисленным или текстовым. Для растров поддерживается также поле VALUE.	Field
overlay_feature_or_raster	Набор данных, представляющий зоны второго районирования. Эти зоны могут быть полигональными объектами или растром.	Feature Layer; Raster Layer; Image Service
categorical_overlay_zone_field	Поле, показывающее категорию зоны наложения. Каждое уникальное значение этого поля обозначает отдельную зону. Для пространственных объектов это поле должно быть целочисленным или текстовым. Для растров поддерживается также поле VALUE.	Field
output_features (Дополнительный)	Выходные полигональные объекты, содержащие показатели пространственной связи на всех пересечениях входных зон и зон наложения. Эти выходные объекты могут использоваться для определения связи между конкретными сочетаниями входных зон и зон наложения, таких как связь между областями выращивания кукурузы (тип культуры) и областями хорошо дренированных почв (класс дренажа почвы). Этот параметр доступен только в том случае, если входные зоны и зоны наложения являются полигональными объектами.	Feature Class
output_raster (Дополнительный)	Выходной растр, содержащий показатели пространственной связи между входными зонами и зонами наложения. Выходной растр будет иметь три поля для указания параметров пространственной связи для пересечений входных зон и зон наложения, соответствия зон наложения во входных зонах и соответствия входных зон в зонах наложения. Этот параметр доступен только в том случае, если хотя бы одна из входных зон и зон наложения является растром.	Raster Dataset
correspondence_overlay_to_input (Дополнительный)	Выходные полигональные объекты, содержащие показатели соответствия зон наложения во входных зонах. Эти выходные данные будут иметь ту же геометрию, что и входные зоны, и могут использоваться для определения того, какие входные зоны в целом близко соответствуют зонам наложения. Затем можно исследовать конкретные сочетания зон с выходными объектами. Этот параметр доступен только в том случае, если входные зоны и зоны наложения являются полигональными объектами.	Feature Class
correspondence_input_to_overlay (Дополнительный)	Выходные полигональные объекты, содержащие показатели соответствия входных зон с зонами наложения. Эти выходные данные будут иметь ту же геометрию, что и зоны наложения, и могут использоваться для определения того, какие зоны наложения в целом близко соответствуют входным зонам. Затем можно исследовать конкретные сочетания зон с выходными объектами. Этот параметр доступен только в том случае, если входные зоны и зоны наложения являются полигональными объектами.	Feature Class

Производные выходные данные

Имя	Описание	Тип данных
global_measure_of_spatial_association	Показатель глобальной связи между входными зонами и зонами наложения. Это значение изменяется от 0 (отсутствие связи) до 1 (идеальная связь).	Double
global_correspondence_overlay_to_input	Показатель полного соответствия зон наложения во входных зонах. Это значение не может быть отрицательным, а значения, близкие к нулю, указывают на более высокое соответствие (меньшую изменчивость).	Double
global_correspondence_input_to_overlay	Показатель полного соответствия входных зон в зонах наложения. Это значение не может быть отрицательным, а значения, близкие к нулю, указывают на более высокое соответствие (меньшую изменчивость).	Double

Пример кода

SpatialAssociationBetweenZones, пример 1 (окно Python)

Пример скрипта в окне Python для использования функции SpatialAssociationBetweenZones.

import arcpy
arcpy.stats.SpatialAssociationBetweenZones("forest_type", "Class_Name", 
               "soil_drainage", "ClassName", None, 
               "forest_soil", None, None)

SpatialAssociationBetweenZones, пример 2 (автономный скрипт)

Следующий автономный Python скрипт демонстрирует, как использовать функцию SpatialAssociationBetweenZones.

# Calculate the association between forest type and soil drainage class rasters.  

import arcpy 

# Set the current workspace
arcpy.env.workspace = r"c:\data\project_data.gdb"
arcpy.env.overwriteOutput = True

# Determine the association.
result = arcpy.stats.SpatialAssociationBetweenZones("forest_type", "Class_Name", 
               "soil_drainage", "ClassName", None, "forest_soil")

# Print the derived output for the Global Measure of Spatial Association.
globalV = result[4]
if globalV > 0.9:
    print('Forest type and soil drainage class are highly associated.')

Параметры среды

Выходная система координат, Экстент, Размер ячейки, Метод проецирования размера ячейки, Маска, Растр привязки

Особые случаи

Экстент

Этот параметр среды влияет только на выходной растр.

Размер ячейки

Этот параметр среды влияет только на выходной растр.

Метод проецирования размера ячейки

Этот параметр среды влияет только на выходной растр.

Маска

Этот параметр среды влияет только на выходной растр.

Растр привязки

Этот параметр среды влияет только на выходной растр.