Cwiczenie: 11N
Logiczne i matematyczne operacje na mapach rastrowych.
Zagadnienia oceny użyteczności lokalizacyjnej terenów. Optimum lokalizacji elementów liniowych.
Użycie operatorów: ASSIGN, RECLASS, DISTANCE, GROUP, AREA, COST, VARCOST, PATHWAY
Stopień trudności problemu: wysoki
Opis problemu
Władze samorządowe regionu X rozważają potrzebę budowy komplementarnego odcinka drogi kołowej /przebiegającej w partiach terenu wyżynnego/ łączącej dwa miejsca będące elementami istniejącej infrastruktury transportowej /drogi kołowe/. Na rastrowej mapie położenia i rozmieszczenia elementów infrastruktury transportowej miejsca te mają przypisane unikalne identyfikatory a mianowicie 81 i 310. Dla realizacji niezbędnych prac projektowo-inżynierskich w i przygotowania planów inwestycyjnych w w/w zakresie niezbędne okazują się następujące mapy:
mapa trasy potencjalnej drogi (łączącej w/w obszary) spełniającej warunek minimalizacji jej długości /w km/
mapa trasy potencjalnej drogi (łączącej w/w obszary) spełniającej warunek minimalizacji kosztów jej ewentualnej budowy
Budowana nowa droga przebiegać będzie w terenie wyżynnym, należy zatem liczyć się z faktem że koszty budowy kolejnych jej odcinków będą zróżnicowane w zależności od konfiguracji terenu, to znaczy nie tylko od jego elewacji /wysokości n.p.m/ ale także od ekspozycji /nachylenia/ oraz kierunków geograficznych maksymalnej ekspozycji terenu. Przykładowo, koszty budowy odcinków drogi w terenie o dużej ekspozycji będą na pewno relatywnie wysokie i z całą pewnością wyższe od kosztów budowy odcinków drogi na terenach o małej ekspozycji.
Dostępne informacje:
Rastrowa mapa pokrycia i użytkowania terenu w regionie X stworzona drogą klasyfikacji nienadzorowanej obrazu cyfrowego uzyskanego z platformy satelitarnej LANDSAT TM.
Cyfrowa mapa wysokościowa terenu - DEM.
Tabela empirycznie oszacowanych, wartości kosztów pokonania oporu przestrzeni dla różnych typów jej użytkowania /w odniesieniu do kosztu bazowego przyjętego jako 1/.
Tabela empirycznie oszacowanych wartości kosztów pokonania oporu terenu w zależności od jego ekspozycji /w trasie potencjalnej drogi/.
Tabela szacunkowych kosztów budowy odcinków drogi
w zależności od ekspozycji /nachylenia/ terenu
Ekspozycja terenu /w stopniach/ |
Klasa |
Szacunkowy poziom kompensacji oporów przestrzeni /kosztów/ w odniesieniu do kosztu bazowego = 1 |
Uwagi |
0 - 1 |
1 |
50 |
|
2 - 3 |
2 |
100 |
|
4 - 5 |
3 |
150 |
|
6 - 7 |
4 |
150 |
|
8 - 9 |
5 |
200 |
|
10 - 11 |
6 |
210 |
|
12 - 13 |
7 |
220 |
|
14 - 16 |
8 |
250 |
|
17 - 18 |
9 |
250 |
|
19 - 20 |
10 |
260 |
|
21 - 22 |
11 |
270 |
|
23 - 24 |
12 |
270 |
|
25 - 26 |
13 |
300 |
|
27 - 28 |
14 |
350 |
|
29 - 30 |
15 |
400 |
|
31 - 33 |
16 |
500 |
|
Tabela szacunkowych kosztów budowy odcinków drogi
w zależności od charakterystyk istniejącego zagospodarowania terenów
/istniejące pokrycie i sposób wykorzystania terenu/
Kod |
Typ pokrycia i użytkowania terenu |
Szacunkowy poziom kompensacji oporów przestrzeni /kosztów/ w odniesieniu do kosztu bazowego = 1 |
Uwagi |
1 |
Tereny działalności przemysłowej i handlowej |
800 |
|
2 |
Tereny osadnictwa wielorodzinnego /< 2 akry powierzchni/ |
500 |
|
3 |
Tereny osadnictwa /> 2 akry/ |
600 |
|
4 |
Elementy infrastruktury transportowej /drogi/ |
1 |
|
5 |
Inne tereny zurbanizowane |
400 |
|
6 |
Miejsca składowania odpadów komunalnych/tereny eksploatacji górniczej/nieużytki |
250 |
|
7 |
Tereny działalności rolniczej |
350 |
|
8 |
Pastwiska |
50 |
|
9 |
Tereny dostępne niezamieszkałe |
60 |
|
10 |
Tereny lasów liściastych |
350 |
|
11 |
Tereny lasów mieszanych |
300 |
|
12 |
Tereny lasów iglastych |
400 |
|
13 |
Tereny podmokłe i bagna |
800 |
|
14 |
Wody i zbiorniki wodne |
1000 |
|
Fazy rozwiązania problemu:
Konstrukcja rastrowych map wyróżnionych elementów istniejącej sieci transportowej /drogi kołowe/ które mają być połączone projektowanym odcinkiem drogi /elementy o kodach 81 i 310/. Operacja: konstrukcja rastra istniejącej sieci drogowej regionu /operator: Assign/, grupowanie elementów sieci drogowej /Group/, identyfikacja elementów o kodach 81 i 310, konstrukcja mapy rastrowej każdego elementu /Assign/.
Konstrukcja rastrowej mapy ekspozycji terenu /Slope/. Użycie modułu „Surface” - opcja „Slope”, miara ekspozycji: stopnie /degree/. Informacja wejściowa /input/ - mapa wysokościowa terenu.
Konwersja powstałej rastrowej mapy ekspozycji terenu z „real” na „byte”. Użycie modułu „Convert”. Zapis po nazwą z dodatkiem: „byte”.
Wykorzystanie modułu „Composer” dla orientacyjnego podziału zakresu rozpiętości wartości ekspozycji terenu na szesnaście klas. Wykorzystanie opcji: „Layer properties”. Ustawić „number of classes” z 256 na 16. Kliknąć „apply”. Wynotować dane o przedziałach i ich rozpiętości. Kliknąć „revert” i zamknąć plik rastra.
Wywołanie operatora reklasyfikacji /Reclass/. Wejście: rastrowa mapa ekspozycji skonwertowana na „byte”. Przeprowadzenie operacji reklasyfikacji z wykorzystaniem opcji: „Equal-Interval reclass” oraz „Number of classes”. W polu „Number of classes” wpisać „16”. Zapisać mapę z dodatkiem w nazwie: 16 klas.
Wywołanie modułu „Idrisi Text Editor”. Sporządzenie pliku parametrów przypisania kolejnym klasom ekspozycji terenu stosownych oporów podanych w tabeli. Zapisanie pliku parametrów przypisania
Wywołanie modułu „Assign”. Informacja wejściowa: rastrowa mapa ekspozycji terenu z podziałem na 16 klas ekspozycji /patrz rezultat punktu 5/. Przeprowdzenie zabiegu przypisania wszystkim klasom ekspozycji konkretnych wartości oporów przestrzeni / użycia uprzednio opracowanego pliku zawierającego parametry reklasyfikacji/. Potwierdzenie operacji i konstrukcja mapy oporów przestrzeni z tytułu ekspozycji terenu.
Konwesja powstałej mapy z „integer” na „real”
Konstrukcja mapy kierunków ekspozycji maksymalnej. Wywołanie modułu „Aspect”. Informacja wejściowa /input/: cyfrowa mapa wysokościowa terenu /mapa - wartości typu „real”/
Reklasyfikacja rastrowej mapy kierunków ekspozycji maksymalnej dla odwrócenia kierunków ekspozycji/:
faza 1 - konstrukcja pliku parametrów reklasyfikacji /edycja/ o następującej postaci:
180 |
0 |
180 |
-180 |
180 |
360 |
0 |
-1 |
0 |
Uwagi: Operacja „Aspect” tworzy mapę kierunków /geograficznych/ maksymalnej ekspozycji terenu /maksymalnego spadku/ w określonych punktach. Kierunki te liczone są w stopniach począwszy od północy /North/ zgodnie z ruchem wskazówek zegara. Kierunek maksymalnej ekspozycji oznacza na takiej mapie - mówiąc obrazowo - ten kierunek w którym teren „najbardziej stromo opada” . Wyobraźmy sobie strome schody o nieskończonej długości ustawione w osi S-N gdzie S to początek schodów a N ich koniec. Wchodząc po schodach /początek schodów od kierunku 180 stopni/ - idziemy do góry w kierunku północnym - 360 stopni lub 0 stopni/. Schodząc ze szczytu schodów poruszamy się z kierunku N - 360 stopni/ na południe /S - 180 stopni/. Który kierunek jest kierunkiem maksymalnego spadku stromizny schodów ? Co więcej, który kierunek związany jest z maksymalnym oporem - wchodzenie po takich schodach czy schodzenie ze schodów ? Jeżeli zatem mapa kierunków ekspozycji maksymalnej szacuje te kierunki jako N /od szczytu schodów do podnóża schodów - S /kierunek 180 stopni/ to warunek zgodności wielkości oporów z kierunkami wymaga „odwrócenia” pierwotnych kierunków maksymalnej ekspozycji /mapa kierunków ekspozycji maksymalnej/. Przykład: jeżeli w punkcie A kąt /licząc od kierunku północnego/ pod jakim widzimy początek stromych schodów wynosi 45 stopni, to opór - gdyby iść w kierunku tego początku schodów /schodzenie ze schodów/ jest niewielki. Maksymalny opór istnieje zatem w kierunku przeciwnym czyli 45 stopni + 180 stopni czyli 225 stopni. I to cała filozofia. Zatem wszystkim pikselom mapy kierunków maksymalnej ekspozycji należy przydzielić nowe wartości przeciwstawne pierwotnym. Wszystkim pierwotnym wartościom z zakresu 0 - 180 przydzielana jest drogą reklasyfikacji nowa wartość +180, wszystkim wartościom z zakresu 180 stopni do 360 stopni nowa wartość -180. Dodatkowo przedziałowi wartości /-1, 0/ przydzielana jest nowa wartość równa 0 /dla symetrii/
faza 2 - użycie modułu „Reclass” i sporządzonego pliku parametrów reklasyfikacji - wykonanie zabiegu reklasyfikacji pierwotnej mapy kierunków maksymalnej ekspozycji /odrócenie kierunków maksymalnej ekspozycji/
Połączenie /dodanie/ powstałej mapy odwróconych kierunków ekspozycji maksymalnej z pierwotną mapą kierunków maksymalnej ekspozycji terenu. Uwaga: Należy wykorzystać kalkulator rastrów lub „Overlay”. Operacja ta jest operacją matematyczną „dodawania” rastrów. Opcja kalkulatora rastrów: „Mathematical expression”. Zapis powstałej mapy rastrowej. Przykład tego połączenia dla jednej komórki rastra jednej i drugiej mapy: jeżeli na pierwotnej mapie kierunków ekspozycji maksymalnej konkretna komórka miała przypisaną wartość 45 stopni /kierunek maksymalnego spadku terenu/ to w wyniku reklasyfikacji /patrz w/w parametry reklasyfikacji/ uzyskała ona wartość 180 stopni, zaś dodanie wartości tej komórki do pierwotnej /pierwotna mapa kierunków ekspozycji maksymalnej/ czyli 45 stopni daje wartość 225 stopni /dokładne odwrócenie kierunku ekspozycji maksymalnej/
Konstrukcja pliku parametrów przypisania oporów /koszty/ przestrzeni do poszczególnych typów pokrycia i użytkowania terenu. /patrz druga tabela oporów/. Wywołanie edytora tekstów, sporządzenie pliku parametrów przypisania, zapis pliku parametrów przypisania w pliku /.avl/
Wywołanie modułu „Assign” i konstrukcja mapy oporów związanych z typem użytkowania i pokrycia terenów przez który przebiegać może potencjalna droga. Informacja wejściowa /input/: mapa pokrycia i użytkowania terenu i opracowany wcześniej plik parametrów operacji przypisania - .avl
Konwersja powstałej mapy oporów z integer na real.
Wywołanie modułu „VarCost” i konstrukcja mapy kosztów z uwzględnieniem oporów i kierunków maksymalnego oporu oraz dodatkowo z izotropową mapą oporów /typy pokrycia i użytkowania terenu/. Informacja wejściowa /input/ - mapa rastrowa obiektu o kodzie 81
Wywołanie modułu: „Pathway” i kalkulacja ścieżki najmniejszych kosztów /trasa drogi/
Koniec procedury
Uwaga:
Mapa oporów przestrzeni w zależności od wielkości ekspozycji winna być w „real”
Mapa oporów przestrzeni w zależności o typów pokrycia i użytkowania terenów ma być w „real”
Mapa kierunków ekspozycji maksymalnej /suma pierowtnej i odwróconej/ ma być w „real”.
W przeciwnym wypadku operacja konstruowania mapy kosztów /Varcost/ okaże się niewykonalna.
Strona - 1