ArcGIS: Ćwiczenie 7
Strona 1 z 4
Katedra Ochrony i Kształtowania Środowiska, Politechnika Warszawska
wersja MMXIII/L
Mapy rastrowe w analizie przestrzennej
1.
Wstęp
Dziś pójdziesz krok dalej w analizie map rastrowych – doświadczysz jednego z najbardziej spektakularnych
zastosowań GIS – wyznaczania trasy o minimalnym koszcie przejścia. Szczególnie przydatne do
wyznaczania w terenie lokalizacji przewodów (wodociągowych, kanalizacyjnych, gazowych…)
1.1.
Dane wykorzystane w ćwiczeniu
Nazwa
Format danych
Zawartość
Pochodzenie
dem
grid
NMT okolic Konina
prod. własna
uzytki
shapefile
użytkowanie terenu w okolicach Konina
nieznane
startstopy
shapefile
początek i końce projektowanego wodociągu
prod. własna
2.
Wyznaczanie trasy o minimalnym koszcie
Rozpatrywane są dwa alternatywne przebiegi wodociągu prowadzące od miasta Konin do ujęć
infiltracyjnych ulokowanych przy jeziorach Kownackim i Niedzięgiel. Dla każdego wariantu wyznacz
optymalny przebieg trasy wodociągu i całkowity koszt jego przeprowadzenia. Jednostkowe koszty
przeprowadzenia odcinka wodociągu zależą od rodzaju użytkowania terenu i oraz od spadku terenu na tym
odcinku. Wyrażone są w umownych jednostkach w skali od 1 (niski koszt) do 15. Dane o ukształtowaniu
terenu zawarte są w mapie dem, dane o rodzaju użytkowania są w mapie uzytki.shp. Zależności kosztu od
spadku oraz kosztu od rodzaju użytkowania są w tabelach koszt_spadek i koszt_uzytki. Lokalizacja początku
trasy oraz jej dwóch alternatywnych końców znajdują się w warstwie startstopy.shp.
dodaj warstwy dem i uzytki.shp
najpierw utworzysz na podstawie grida dem mapę kosztów jednostkowych uzależnionych od
spadku terenu. Wywołaj funkcję Slope {pochyłość} (pasek Spatial Analyst
→
Surface Analysis), ustaw
dem
jako warstwę wejściową, nazwij odpowiednio warstwę wyjściową (np. pochylosc), pozostaw
pozostałe ustawienia niezmienione , wciśnij OK i przyjrzyj się wynikowej mapie
Powstały grid to jedna z wielu możliwych pochodnych Numerycznego Modelu Terenu. Poznałeś ją już na
poprzednich zajęciach...
wywołaj funkcję Reclassify... (menu Spatial Analyst) i wykorzystaj tabelę koszt_spadek do reklasyfikacji
wartości z grida pochylosc i utworzenia grida o nazwie np. kj_spadek (koszt jednostkowy...)
Funkcja Reclassify pozwala na zmianę poszczególnych wartości zawartych w rastrach na inne. Należy
pamiętać, że niekoniecznie trzeba zamieniać poszczególne wartości pojedynczo, ale można również zamieniać
przedziały wartości. Zmiany można dokonać ręcznie, lub skorzystać z przygotowanej tabeli (i tak właśnie
będziemy to robić).
ArcGIS: Ćwiczenie 7
Strona 2 z 4
Katedra Ochrony i Kształtowania Środowiska, Politechnika Warszawska
wersja MMXIII/L
Po kolei deklarowane są:
o
nazwa warstwy wejściowej
o
nazwa pola będącego podstawą reklasyfikcji,
(tutaj nieistotne)
o
stare i, odpowiadające im, nowe wartości. Tu
posłużymy się przygotowaną tabelą
koszt_spadek
(przycisk Load…)
o
czy zmieniać nieujęte w klasyfikacji wartości
na komórki NoData (tutaj nieistotne)
o
położenie i nazwa warstwy wyjściowej.
Tabele koszt_spadek i koszt_uzytki są w tzw. formacie INFO. Jest to bardzo stary (powstał razem z ARC/INFO),
wewnętrzny format tabel właściwy dla ArcGIS. Dla użytkownika istotne jest to, że tabele INFO są zapisywane
w katalogu Info, w formacie binarnym i pod nazwami innymi niż widoczne w ArcGIS (dlatego nie widać ich w
katalogu z danymi ani żadnym innym).
teraz to samo zrobisz dla warstwy uzytki.shp. Przede wszystkim, skonwertuj ją do formatu
rastrowego (wg pola Pokrycie), zachowując rozdzielczość i zasięg warstwy dem
wywołaj ponownie funkcję Reclassify i wykorzystaj tabelę koszt_uzytki, tworząc warstwę kj_uzytki
W tabeli koszt_spadek zapisano założenie, że koszty jednostkowe są równe 1 przy terenie płaskim, rosnąc
dziesięciokrotnie przy nachyleniu przekraczającym 10
stopni. W tabeli koszt_uzytki zapisano powiązanie między
typem użytkowania a kosztami – przykładowo, łąki i grunty orne uzyskały niski koszt, a zbiorniki wodne
wysoki.
dodaj do siebie (Raster Calculator) warstwy kj_spadek i kj_uzytki, tworząc warstwę koszty. Dla
porządku, usuń z widoku wszystkie pozostałe warstwy [sprawdzenie: warstwa koszty zawiera np.
5337 komórek o wartości 7, 3208 o wartości 15]
Powstała warstwa to ostateczna mapa kosztów jednostkowych, która będzie wykorzystana w analizie.
Oczywiście można wyobrazić sobie i inne sposoby jej powstania, np. poprzez użycie większej liczby kryteriów,
zebranych średnią ważoną.
teraz wyznaczysz miejsca początku i końców trasy: dodaj warstwę startstopy, a następnie...
... zaznaczając i eksportując punkt po punkcie, utwórz trzy jednopunktowe wektorowe warstwy o
nazwach start, stop1 i stop2, uzyskane odpowiednio z punktów o numerach 3, 1 i 2 (nie pomyl się!)
usuń warstwę startstopy, upewnij się że są widoczne warstwy start, stop1 i stop2
Proces ustalania optymalnego przebiegu trasy składa się z dwóch etapów:
1.
Utworzenie mapy zakumulowanych minimalnych kosztów dojścia do punktu startowego (na
podstawie mapy kosztów jednostkowych i punktu rozpoczęcia trasy) – w mapie tej wartość każdej
komórki oznacza najmniejszy możliwy koszt dojścia od tej komórki do komórki docelowej.
Jednocześnie można utworzyć mapę kierunków, pokazującą w którym kierunku znajduje się sąsiednia
komórka o najniższym koszcie.
ArcGIS: Ćwiczenie 7
Strona 3 z 4
Katedra Ochrony i Kształtowania Środowiska, Politechnika Warszawska
wersja MMXIII/L
2.
Nałożenie mapy zawierającej punkt końca trasy na mapy zakumulowanych kosztów i kierunków, a
następnie zbudowanie na tej podstawie, komórka po komórce, trasy łączącej punkt końcowy z
początkowym. Ta trasa jest optymalna.
wywołaj z ArcToolbox funkcję Cost Distance (Spatial Analyst Tools
→
Distance; rysunek)
Po kolei deklarowane są:
o
nazwa warstwy wyznaczającej początek
trasy
o
nazwa warstwy kosztów jednostkowych
o
nazwa i położenie wyjściowej warstwy
kosztów zakumulowanych
o
Maximum distance
– maksymalna
analizowana odległość, tu nieistotne
o
nazwa i położenie wyjściowej warstwy
kierunków.
Mapa aku_koszty pokazuje zakumulowany minimalny koszt dojścia dla każdej komórki, a więc także dla
dwóch alternatywnych punktów końcowych trasy. Zrób duże powiększenie i sprawdź narzędziem Identify –
dla zachodniej trasy jest to 86804 jednostek, dla wschodniej 96505. Teraz poznamy optymalny przebieg każdej
trasy.
wywołaj sąsiednią funkcję Cost Path (rysunek)
Po kolei deklarowane są:
o
nazwa warstwy wyznaczającej koniec trasy
o
nazwa pola, które nada wartość trasie
(nieistotne)
o
nazwa warstwy kosztów zakumulowanych
o
nazwa warstwy kierunków
o
nazwa i położenie wyjściowej warstwy z
trasą
o
pozostałe pole pozostaw bez zmian.
ArcGIS: Ćwiczenie 7
Strona 4 z 4
Katedra Ochrony i Kształtowania Środowiska, Politechnika Warszawska
wersja MMXIII/L
powtórz analizę dla punktu stop2. Wyświetl trasy na tle warstw kj_uzytki i kj_spadek, aby przekonać
się (i sprawdzić), że rzeczywiście unikają terenów o wysokich kosztach (rysunek)
!b
Oblicz długość obu wodociągów.
Wodociągi są w tej chwili zapisane w postaci linii rastrowych. Dopóki pozostają w tym formacie, trudno jest
uzyskać informacje o ich długości. Skonwertujemy je więc do postaci wektorowej.
wywołaj funkcję Raster to Polyline (ArcToolbox, Conversion Tools
→
From Raster
)
podaj nazwę gridu wejściowego, warstwy wyjściowej, wybierz opcje NoData jako komórki tła
(background) i upraszczanie linii
dodaj do każdej warstwy pola o odpowiednich właściwościach i oblicz długość każdej linii
[trasa1 (zachodnia): 38,8 km; trasa2 (wschodnia): 39,6 km].