Рабочий процесс моделирования пригодности определяет лучшие местоположения для размещения или принятия предупредительных мер для сохранения чего-либо. Модель пригодности можно использовать, например, для размещения жилого комплекса, школы или главного офиса компании. Также модель пригодности можно использовать для определения участков, где необходимо запретить строительство, с целью сохранения дикой природы или предотвращения пожаров. Независимо от возможного применения, общий рабочий процесс одинаковый.
Существует четыре основных шага для создания модели пригодности:
- Определение и подготовка данных критериев.
- Преобразование значений каждого критерия к единой шкале пригодности.
- Взвешивание критериев относительно друг друга и объединение их для создания карты пригодности.
- Определение местоположения участков для размещения или сохранения чего-либо.
Описанные выше шаги рабочего процесса моделирования используются в описанном далее примере модели пригодности, в которой определяется наилучший ареал для сохранения среды обитания рыси. Данная модель используется для иллюстрации возможностей и не имеет цели описать все условия обитания рыси. Несмотря на то, что в данном примере определяется ареал обитания рыси, общие шаги могут быть использованы для создания моделей пригодности во многих других областях применения, включая упомянутые выше.
На следующем рисунке показан пример рабочего процесса модели пригодности:
Во-первых, необходимо четко сформулировать цель модели пригодности. Например, в задачу размещения горнолыжного курорта входит не только поиск подходящего рельефа и достаточного количества снега. Глобальная цель в том, чтобы горнолыжный курорт был финансово жизнеспособным. Рельеф местности и снег привлекают лыжников, позволяя предполагаемому горнолыжному курорту зарабатывать деньги. Целью модели пригодности для поиска местообитания рыси может быть сохранение достаточной площади ареала обитания рыси, чтобы по крайней мере в течение 100 лет могла сохраняться стабильная численность популяции рыси.
После определения цели необходимо разработать методы оценки модели. Для горнолыжного курорта метод оценки может быть измерен ожидаемой годовой прибылью. Для модели поиска местообитания рыси это может быть поддержание метапопуляции рыси, которые делятся на 6 субпопуляций, живущих в 8 связанных ареалах обитания.
Шаг 1: Определение и подготовка данных критериев
Первым шагом к созданию модели пригодности является определение критериев для объекта модели. В данном примере это то, что требуется рыси для выживания. Каждый выявленный критерий должен играть важную роль в достижении общей цели модели, которая заключается в обеспечении стабильной численности популяции рыси. Выявленные критерии должны отражать взаимосвязи рыси со средой обитания, касающиеся их требований к этой среде.
В примере с рысью будут рассмотрены следующие критерии:
- Уклон - типичной средой обитания рыси является крутая, пересеченная местность, где рыси могут спастись от хищников.
- Типы землепользования - рыси встречаются в лесах и кустарниках, а не в сильно и средне освоенных районах.
- Расстояние от водотоков - все охраняемые ареалы должны находиться вблизи рек или других источников воды.
Поскольку наборы данных для уклона и расстояния до водотоков изначально недоступны, используйте соответствующие инструменты Spatial Analyst для получения этих критериев из существующих базовых данных. Чтобы получить поверхность уклона, используйте инструмент Уклон на поверхности высот. Используйте инструмент Накопление расстояния, чтобы определить, как далеко каждое местоположение находится от ближайшего водотока.
Шаг 2: Преобразование значения каждого критерия к единой шкале пригодности
Уклон, землепользование и расстояние от водотоков являются критериями, которые будут использоваться в модели пригодности. Для этого они будут объединены. Однако математическое сложение растров уклона, землепользования и расстояния до водотоков приведет к бессмысленным значениям. Например, местоположение может иметь значение уклона 5 процентов, находиться в 600 метрах от реки и иметь тип землепользование 4, представляющий собой жилую застройку для одной семьи. Результирующая сумма этих значений для данного местоположения равна 609, что не имеет никакого значения. Прежде чем растры критериев можно будет сложить вместе, значения внутри каждого критерия должны быть преобразованы в соответствии с общей шкалой пригодности.
В этом примере будет использоваться шкала пригодности от 1 до 10. Для каждого критерия его значения в местоположениях с наиболее предпочтительными атрибутами получат более высокие значения пригодности, а в местоположениях с наименее предпочтительными атрибутами - более низкие значения пригодности. Например, для участков с уклоном более 25% присваивается значение пригодности 10, с уклоном от 4% до 6% присваивается значение пригодности 5, а с уклоном менее 3% - значение пригодности 1.
При преобразовании значений каждого критерия в шкалу пригодности от 1 до 10, вы преобразовываете их в значения, соотносящиеся друг с другом в пределах этой шкалы. То есть местоположение, которому присвоено значение пригодности 5, вдвое предпочтительнее, чем местоположение, которому присвоено значение пригодности 10, а значение пригодности 10 в 10 раз предпочтительнее, чем местоположение, которому присвоено значение пригодности 1.
Этот процесс преобразования применяется к каждому значению в рамках каждого критерия, задаваемого в модели. В модели с рысями для критерия землепользования предпочтительным типам землепользования, таким как леса, будет присвоено значение пригодности 10, жилым - значение пригодности 5, а промышленным - значение пригодности 1. Для критерия расстояния до водотоков более близкие местоположения получат более высокое значение пригодности 9 или 10, а удаленные местоположения получат более низкое значение пригодности 1 или 2. Желательно, чтобы присвоенные значения пригодности имели одинаковый приоритет между критериями. То есть значение уклона, которому присвоено значение пригодности 5, имело тот же приоритет, что и тип землепользования или расстояние до водотоков, которым также присвоено значение пригодности 5.
Значения каждого из критериев преобразовываются относительно друг друга в единую шкалу пригодности. Преобразованные критерии теперь можно комбинировать.
Шаг 3: Взвешивание критериев относительно друг друга и объединение их для создания карты пригодности
Когда три преобразованных критерия суммируются вместе, диапазон результирующих значений может быть от 3 до 30. Место, которому присвоено значение 30, является наиболее предпочтительным - оно имеет большой уклон, находится в лесу и рядом с водотоком. Места, которым присвоены более низкие значения, будут менее предпочтительными, в соответствии с расположенными там объектами.
Однако, прежде чем складывать критерии вместе, вы можете решить, что один критерий важнее других. Если это так, то этот критерий будет иметь больший вес, чем остальные. Чтобы подчеркнуть это различие, процесс преобразования, описанный на Шаге 2, конвертирует значения в пределах критерия соизмеримо относительно других критериев. Взвешивание в данном шаге определяет важность каждого критерия относительно друг для друга.
В модели для рысей критерий расстояния до воды был определен как на 50 процентов более важный, чем критерии уклона и землепользования. В результате, прежде чем критерии будут сложены, преобразованное расстояние от водотоков будет взвешено (умножено) на 1,5. Весовой коэффициент для преобразованного уклона и преобразованного землепользования останется равным 1.
Шаг 4: Определение местоположения участков для размещения или сохранения чего-либо
Карта пригодности уже была создана. Основываясь на атрибутах в каждом местоположении, карта пригодности указывает пригодность каждого местоположения относительно других местоположений с позиции рыси.
Однако для рыси также имеют важное значение пространственные характеристики. Им необходима определенная площадь, разделенная между несколькими участками обитания, имеющими определенный минимальный и максимальный размер; также эти участки не могут быть ближе или дальше друг от друга, чем на определенном расстоянии.
Оптимальные участки будут определены, исходя из этих пространственных требований и на основе карты пригодности, созданной в шаге 3.
Участки расположены в наиболее подходящих местах карты пригодности (зеленые зоны)
Заключение
Вы изучили следующие общие шаги для создания модели пригодности:
- Определили значимые критерии.
- Преобразовали значения каждого критерия к единой шкале пригодности.
- Взвесили значимость критериев относительно друг друга и объединили их для создания карты пригодности.
- Выбрали наилучшие местоположения из карты пригодности, основываясь на определенных пространственных требованиях (в данном случае на площади и количестве участков).