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空間分析之距離分析

繼續總結下距離分析。如下是ArcGIS 10.x中,距離分析相關的工具:


ArcGIS中,主要可以通過如下的幾種方式進行距離分析:

1) 歐氏距離分析

2) 成本加權距離分析

3) 用於垂直移動限制和水平移動限制的成本加權距離分析

4) 獲取最短路徑

使用ArcGIS空間分析擴充套件實現距離分析,最主要的是歐氏距離分析和成本加權距離分析兩類工具。

一、歐氏距離工具

歐氏距離工具測量每個像元距離最近源的直線距離(像元中心至像元中心的距離)。

歐氏距離(Euclidean Diatance)——  求得每個像元至最近源的距離。

歐氏方向(Euclidean Direction)——  求得每個像元至最近源的方向。

歐氏分配(Euclidean Allocation)——  求得每個像元的最近的源。

TIPS:

1.  源(Source)

可以是感興趣的地物的位置,資料方面,既可以是柵格資料,也可以是向量資料。但注意:如果資料選用了柵格資料,資料中必須僅包含表示源的像元,其他像元需要是Nodata。如果選用向量,在執行工具之時,內部會將其先轉成柵格。

2.  歐氏距離的演算法

簡單理解為:工具會求得每個像元至每個源的距離,然後取得每個像元至每個源的最短距離以輸出。其中,歐氏距離是像元中心與源像元的中心的直線距離。


如果像元與兩個或更多源之間的距離相等,則計算都基於像元掃描過程中遇到的第一個源。無法控制該掃描過程。

幫助中有這樣的描述:工具在實際執行的過程中,進行兩次順序掃描。這樣,工具的執行速度與源像元的數目、分佈以及最大距離無關。影響工具執行速度的唯一因素是柵格的大小。計算時間與“分析”視窗中的像元數成線性比例。暫且不知道進行了什麼樣的兩次順序掃描。

3. 歐氏距離輸出柵格結果

投影平面上,像元與最近源之間的最短直線距離。如下圖:


4. 歐氏方向輸出柵格結果

像元與最近源之間的方位角方向(以度為單位)。使用 360 度圓,刻度 360 指北,90指東,從刻度 1 順時針增加。值 0 供源像元使用。如下圖:


5. 歐氏分配輸出柵格結果

輸出的每個像元都是距其最近源的值。如下圖:


二、成本加權距離工具

成本加權距離工具可以看成是對歐氏直線距離的進一步修改,將經過某個像元的距離賦以成本因素。舉個簡單的例子,翻過一座山到達目的地是最短的直線距離,繞行這座山距離較長,但是更節省時間和體力,那就後者的成本加權距離最短了。

1)成本距離(Cost Distance):求得每個像元至最近源的成本距離。

2)成本回溯連結(Cost back link):求的一個方向柵格,可以從任意像元沿最小成本路徑返回最近源。

3)成本分配(Cost Allocation):求得每個像元的最近的源。

4)成本路徑(Cost Patch):求的任意像元到最近源的最小成本路徑。

TIPS:

1.  成本柵格可以是整形或者浮點型,但是其值中不能含有負值或者0。成本柵格中的Nodata視為障礙。

2. 成本距離輸出柵格資料

這裡的簡單示例中,下面一層黑白渲染的是成本柵格,顏色深的像元代表成本比較高,反之較低。結果如下:


2. 成本距離回溯連結

要注意的是,它並不會求的要返回哪一個源像元以及如何返回。而是記錄從任意像元回溯到最近源的路徑上,每個像元向下一個像元指向的方向,這個方向以0-8的程式碼形式記錄。如下圖:



3. 成本距離分配

這個類似於前面的歐氏距離分配,得到的是每個像元至最近源的成本距離。


三、路徑距離工具

路徑距離工具與成本距離相似,也可以確定從某個源到柵格上各像元位置的最小累積行程成本。但是,路徑距離不僅可計算成本表面的累積成本,而且會考慮到行駛的實際曲面距離,和影響到移動總成本的水平和垂直因子。主要包含這幾個工具

1)路徑距離(Path Distance)

2)路徑回溯連結(Path back link)

3)路徑分配(Path Allocation)

這些工具生成的累積成本表面可用於擴散模型、流動和最低成本路徑分析。

有關水平方向以及豎直方向的因子是如何影響的,工作原理是什麼,ArcGIS幫助中有詳細的解釋:

四、 獲得最短路徑

1. 成本距離路徑

任意像元到最近源的最小成本路徑,需要引用到上面工具中生成的成本距離和成本回溯連結柵格資料。如下圖:

2. 廊道

另外要說的是廊道分析工具(Corridor)。此工具用於計算兩個成本柵格的累積成本柵格結果,為了求得從一個源到另一個源且經過該像元位置的最小成本路徑。

輸出柵格不是單個最小成本路徑,但會得到源之間累積成本的範圍。

最後我們可以配合其他工具將小於某一閾值的結果提取出來,例如工具Extract by Attribute提取,或者通過Con進行條件賦值等等方法,獲取結果。

如下如所示:

學校A、B成本距離分析結果:


學校C、D、E的成本距離分析結果:


有此兩個距離成本結果,來分析得到A、B到C、D、E之間的廊道,也就是兩組源之間的最小累積成本距離。


然後結果中我們可以按照一定的閾值來提取結果。例如累積成本在75以下的我才能接受:


至此,空間分析中的距離分析工具總結結束。