Übung 4: Suchen einer alternativen Zufahrtsroute

Komplexität: Einsteiger Erforderliche Daten: ArcGIS Tutorial Data Setup

In dieser Übung suchen Sie die beste Route für eine neue Zufahrtsstraße vom optimalen Schulstandort zu einer nahegelegenen Straßenkreuzung. Die Schritte zum Erzeugen einer solchen Route sind nachfolgend erläutert.

• Erstellen Sie das Quellen-Dataset, falls erforderlich. Die Quelle ist der Schulstandort (die Feature-Class "final_site"), die Sie in Übung 3 erstellt haben.
• Erstellen Sie das Kosten-Dataset, indem Sie entscheiden, welche Datasets erforderlich sind, und sie mit einem allgemein verwendeten Messmaßstab reklassifizieren, sie gewichten und anschließend kombinieren.
• Führen Sie die Kostenentfernungsanalyse durch, und verwenden Sie dabei die Quellen- und die Kosten-Datasets als Eingaben. Das von diesem Werkzeug erstellte Entfernungs-Dataset ist ein Raster, in dem der Wert jeder Zelle den Gesamtreisekosten von jeder Zelle zurück zur Quelle entspricht.

  Um die kostengünstigste Route zu suchen, benötigen Sie ein Richtungs-Dataset, das unter Verwendung des Werkzeugs Kostenentfernung als weiteres Dataset erstellt werden kann. Dies gibt Ihnen ein Raster mit der Richtung der kostengünstigsten Route von jeder Zelle zurück zur Quelle (in dieser Übung dem Schulstandort) an.

• Erstellen Sie das Ziel-Dataset, falls erforderlich. In dieser Übung ist das Ziel-Dataset ein Punkt an einer Straßenkreuzung.
• Führen Sie die Kostenpfadanalyse mithilfe der Entfernung und des mit dem Werkzeug Kostenentfernung erstellten Richtungs-Datasets durch.

Diese Übung dauert ungefähr 30 Minuten. Starten Sie diese Übung mit dem geöffneten Kartendokument "Site Analysis", das Sie in der vorhergehenden Übung erstellt haben.

Erstellen eines neuen Modells

Sie erstellen ein neues Modell "Find Best Route" in der Toolbox "Site Analysis Tools". Dieses Modell berechnet die beste Route durch die Landschaft von der Quelle (dem Schulstandort) zum Zielpunkt, unter Berücksichtigung der Neigung und des Nutzungstyps der Landfläche, über die die Route verläuft.

Einrichten des Modells

Schritte:

1. Klicken Sie mit der rechten Maustaste auf die Toolbox Site Analysis Tools, und klicken Sie auf Neu > Modell.

Umbenennen des Modells

Schritte:

1. Klicken Sie im Hauptmenü auf Modell > Modelleigenschaften.
   Hinweis:

   Die Modelleigenschaften und die Umgebungen werden so wie in der vorherigen Übung festgelegt.

2. Klicken Sie auf die Registerkarte Allgemein, und geben Sie FindRoute in das Textfeld Name ein.
3. Geben Sie Find Best Route in das Textfeld Beschriftung ein.
4. Aktivieren Sie Relative Pfadnamen speichern (statt absoluter Pfade).

Angeben von Umgebungseinstellungen

Schritte:

1. Klicken Sie auf die Registerkarte Umgebung.
2. Erweitern Sie Verarbeitungsausdehnung, und aktivieren Sie Ausdehnung.
3. Erweitern Sie Raster-Analyse, und aktivieren Sie Zellengröße.
4. Klicken Sie auf Werte.
5. Erweitern Sie Verarbeitungsausdehnung. Legen Sie die Ausdehnung fest, indem Sie auf den Dropdown-Pfeil klicken und Wie Layer elevation auswählen.
6. Erweitern Sie Raster-Analyse. Legen Sie die Zellengröße fest, indem Sie auf den Dropdown-Pfeil klicken und Wie Layer elevation auswählen.
7. Klicken Sie im Fenster Umgebungseinstellungen auf OK.
8. Klicken Sie im Fenster Modelleigenschaften auf OK.
9. Klicken Sie auf der Werkzeugleiste auf die Schaltfläche Speichern .

Erstellen des Kosten-Datasets

Sie haben in der vorherigen Übung das Quellen-Dataset "final_site" und ein Neigungs-Dataset "Slope Output" erstellt. Sie erstellen nun das Kosten-Dataset, das die Kosten für die Route durch die Landschaft von einer beliebigen Position zurück zum vorgeschlagenen neuen Schulstandort identifiziert, basierend auf dem Fakt, dass es kostenintensiver ist, steile Hänge zu überqueren und auf bestimmten Landnutzungstypen eine Straße zu erstellen.

Dieser Abschnitt des Modells sieht wie folgt aus:

Einrichten des Modells

Schritte:

1. Fügen Sie "Slope Output" zum Modell hinzu.
2. Suchen Sie das Werkzeug Reklassifizieren, und fügen Sie es hinter Slope Output zu ModelBuilder hinzu.
3. Klicken Sie auf das Werkzeug Verbindung hinzufügen . Verwenden Sie das Verbindungswerkzeug, um Slope Output mit dem Werkzeug Reklassifizieren zu verbinden.
4. Klicken Sie auf das Werkzeug Selektieren. auf der Werkzeugleiste "Modell".

Reklassifizieren der Neigung

Vorzugsweise sollte die neue Straße weniger steile Hänge durchlaufen. Sie reklassifizieren den Layer "Slope Output" und unterteilen die Werte in gleiche Intervalle. Sie weisen den kostenintensivsten Neigungen (mit dem steilsten Neigungswinkel) den Wert 10 und den kostengünstigsten Neigungen (mit dem geringsten Neigungswinkel) den Wert 1 zu und ordnen die Werte dazwischen linear.

Schritte:

1. Öffnen Sie das Werkzeug Reklassifizieren.
2. Übernehmen Sie die Standardwerte für den Parameter Reklassifizierungsfeld, damit das Feld "Value" verwendet wird.
3. Klicken Sie auf Klassifizieren.
4. Klicken Sie auf den Dropdown-Pfeil Methode und dann auf Gleiches Intervall.
5. Klicken Sie auf den Dropdown-Pfeil Klassen und dann auf 10.

   Sie möchten steile Hänge vermeiden, wenn Sie die Straße erstellen, deshalb sollten steilen Hängen höhere Werte im Kosten-Dataset zugewiesen werden. Da standardmäßig steileren Neigungen höhere Werte zugewiesen werden, müssen Sie den Standard für Neue Werte nicht ändern.

6. Klicken Sie auf OK.
7. Übernehmen Sie für den Parameter Ausgabe-Raster den Standardwert.
8. Klicken Sie auf OK.
9. Benennen Sie die Ausgabevariable im Werkzeug Reklassifizieren in Reclassed slope um.
10. Klicken Sie mit der rechten Maustaste auf das Werkzeug Reklassifizieren, und wählen Sie Ausführen.

Gewichten und Kombinieren von Datasets

Sie kombinieren jetzt die Datasets "Reclassed slope" und "landuse", um ein Dataset der Kosten für das Erstellen einer Straße durch jede Position in der Landschaft zu erzeugen, unter Berücksichtigung der Steilheit von Neigungen und des Landnutzungstyps. In diesem Modell hat jedes Dataset die gleiche Gewichtung.

Schritte:

1. Suchen Sie das Werkzeug Gewichtete Überlagerung, und fügen Sie es hinter Reclassed slope zu ModelBuilder hinzu.
2. Öffnen Sie das Werkzeug Gewichtete Überlagerung.

   Der standardmäßige Auswertungsmaßstab reicht von 1 bis 9 nach 1. Wie in Übung 3 wurde ein Maßstab von 1 bis 10 beim Reklassifizieren des Neigungs-Datasets verwendet, daher legen Sie vor dem Hinzufügen von Eingabe-Rastern zum Werkzeug den Auswertungsmaßstab von 1 bis 10 nach 1 fest. Dies bedeutet, dass Sie die Maßstabswerte nicht aktualisieren müssen, nachdem Sie das Eingabe-Neigungs-Dataset hinzugefügt haben.

3. Geben Sie 1, 10 und 1 in die Textfelder From, To und By ein.
4. Klicken Sie auf Übernehmen.
5. Klicken Sie auf die Schaltfläche Raster-Zeile hinzufügen. . Wählen Sie für das Eingabe-Raster die Variable Reclassed slope aus der Dropdown-Liste aus, und lassen Sie Eingabefeld als Wert. Klicken Sie auf OK.
6. Klicken Sie auf die Schaltfläche Raster-Zeile hinzufügen. . Fügen Sie dieses Mal den Landnutzungs-Layer hinzu. Legen Sie das Eingabefeld auf "Landuse" fest, und klicken Sie auf OK.

   Sie gewichten die Maßstabswerte des Landnutzungs-Layers, damit sie mit dem "Reclassed slope"-Dataset vergleichbar sind. Ein höherer Wert gibt an, dass es kostenintensiver ist, eine Straße durch einen bestimmten Landnutzungstyp zu erstellen.

7. Geben Sie die folgenden Maßstabswerte ein:
   • Brachland – 5
   • Wasser – 10
   • Unfruchtbares Land – 2
   • Bebaut – 9
   • Landwirtschaft – 4
   • Wald – 8
   • Sumpfgebiete – 10
   Vorsicht:

   Gehen Sie beim Verwenden von Eingeschränkt für den Maßstabswert beim Erstellen einer Kostenoberfläche sorgfältig vor. Die Verwendung von Eingeschränkt weist der Zelle einen Wert zu, der dem Minimalwert des Auswertungsmaßstabes minus 1 (Null in dieser Übung) entspricht, deshalb scheinen die eingeschränkten Flächen die niedrigsten Kosten aufzuweisen, wenn sie eigentlich von der Analyse ausgeschlossen sind. Zellen mit diesem Wert sollten entsprechend gerendert werden, um Verwechslungen zu vermeiden. Sie könnten stattdessen hohe Kosten zuweisen oder den Maßstabswert für Flächen, die Sie von der Analyse ausschließen möchten, auf "NoData" festlegen. Wenn "NoData" verwendet wird, überprüfen Sie zuerst, ob es keine Flächen mit "NoData" in den Eingabe-Rastern gibt. Falls es welche gibt, ist es schwierig zu unterscheiden, ob eine Fläche "NoData" aufweist, weil sie ausgeschlossen wurde, oder ob es ursprünglich keine Informationen an dieser Position zu einer der Eingaben gab.

8. Sie weisen jetzt beiden Rastern den gleichen Einflussprozentwert zu, da sie beide in dieser Analyse gleich wichtig sind. Klicken Sie auf Set Equal Influence, um jedem Eingabe-Raster den gleichen Einflussprozentwert (jeweils 50 Prozent) zuzuweisen.
9. Übernehmen Sie für Ausgabe-Raster den Standardwert.
10. Klicken Sie auf OK.

Ausführen von "Gewichtete Überlagerung"

Schritte:

1. Klicken Sie auf die Schaltfläche Autolayout und dann auf Volle Ansicht .
2. Benennen Sie die Ausgabevariable im Werkzeug Gewichtete Überlagerung in Cost surface um, und klicken Sie auf OK.
3. Klicken Sie mit der rechten Maustaste auf die Variable Cost surface, und wählen Sie Zur Anzeige hinzufügen aus.
4. Führen Sie das Werkzeug Gewichtete Überlagerung aus.
5. Klicken Sie auf der Werkzeugleiste auf die Schaltfläche Speichern .

Überprüfen Sie den der ArcMap-Anzeige hinzugefügten Layer. Standorte mit niedrigen Werten geben die kostengünstigsten Flächen zum Erstellen einer Straße an.

Kostenoberfläche-Karte

Suchen der kostengünstigsten Route

Um die kostengünstigste Route zwischen dem Standort für die neue Schule (identifiziert in Übung 3) und dem Zielstandort zu suchen, wird das Werkzeug Kostenentfernung und das Werkzeug Kostenpfad verwendet. Das Werkzeug Kostenentfernung hat zwei Ausgaben. Ausgabe-Entfernungs-Raster zeigt die Gesamtkosten für die Fahrt von einer beliebigen Position (oder Zelle) zur Quelle (dem Schulstandort) an. Es enthält keine Informationen über den Weg von einer bestimmten Zelle zur Quelle, nur wie viel es kostet, um mit der kostengünstigsten Route dorthin zu gelangen. Ausgabe-Rückverknüpfungs-Raster zeigt den Weg von einer Zelle über die kostengünstigste Route zurück zur Quelle an. Wenn Sie diese Ausgaben zusammen mit den Eingabezieldaten als Eingaben für das Werkzeug Kostenpfad verwenden, berechnen Sie die kostengünstigste Route zwischen dem Standort für eine neue Schule und dem Zielstandort.

Einrichten des Modells

Schritte:

1. Fügen Sie "final_site" und die Ziel-Layer zu ModelBuilder hinzu.
2. Fügen Sie die Werkzeuge Kostenentfernung und Kostenpfad zu ModelBuilder hinzu.

   Sowohl Kostenentfernung als auch Kostenpfad befinden sich in der Toolbox "Spatial Analyst Tools" im Toolset "Entfernung".
3. Verwenden Sie das Werkzeug Verbindung hinzufügen , um final_site und Cost surface mit dem Werkzeug Kostenentfernung zu verbinden.
4. Benennen Sie die Variable Output distance raster in Output cost distance und Output backlink raster in Output cost backlink um.
5. Verwenden Sie das Werkzeug Verbindung hinzufügen , um destination, Output cost distance und Output cost backlink mit dem Werkzeug Kostenpfad zu verbinden.
6. Benennen Sie Ausgabe-Raster in Output cost path um.
7. Klicken Sie auf der Werkzeugleiste "Modell" auf das Werkzeug Selektieren , auf die Schaltfläche Autolayout und dann auf die Schaltfläche Volle Ansicht .

Festlegen von Kostenentfernungsparametern

Sie führen nun das Werkzeug Kostenentfernung unter Verwendung des soeben erstellten Kosten-Datasets (welches die Kosten für die Durchquerung der einzelnen Zellen identifiziert) und des Layers "final_site", das Sie in Übung 3 erstellt haben (die Quelle), aus. Die Ausgaben dieses Werkzeugs sind ein Entfernungs-Dataset, in dem jede Zelle einen Wert enthält, der die Route mit den geringsten Gesamtreisekosten von dieser Zelle zur Quelle darstellt, sowie ein Rückverknüpfungs-Dataset, das die Richtung der kostengünstigsten Route von jeder Zelle zurück zur Quelle angibt.

Schritte:

1. Öffnen Sie das Werkzeug Kostenentfernung.
2. Vergewissern Sie sich, dass Eingabe-Raster oder Eingabequellenpositionen der Layer final_site ist und dass Eingabe-Kostenraster die Variable Cost surface ist.
3. Übernehmen Sie die Standardwerte für Ausgabe-Entfernungs-Raster und Maximale Entfernung.
4. Geben Sie cost_bklink als Namen für das Ausgabe-Rückverknüpfungs-Raster ein.

   Standardmäßig wird der Pfad zum Scratch-Workspace (C:\Spatial Analyst\Scratch.gdb) automatisch vor dem Dataset-Namen angefügt, den Sie soeben für das Ausgabe-Rückverknüpfungs-Raster eingegeben haben.

5. Klicken Sie auf OK.

Festlegen von Kostenentfernungsparametern

Das Werkzeug Kostenentfernung gibt ein Entfernungs-Raster und ein Rückverknüpfungs-Raster aus, die beide im Werkzeug Kostenpfad verwendet werden. Der Layer destination wurde bereitgestellt, und dieser Layer ist der Startpunkt für die neue Straße zum Schulstandort.

Schritte:

1. Zeigen Sie mit der Maus auf das Werkzeug Kostenpfad, um zu überprüfen, ob die Parameter über die richtigen Eingabe-Datasets verfügen.
   • Eingabe-Raster oder Eingabequellenpositionen wird auf den Ziel-Layer festgelegt.
   • Eingabe-Kostenentfernungs-Raster wird auf die Variable Output cost distance festgelegt.
   • Eingabe-Kosten-Rückverknüpfungs-Raster wird auf die Variable Output cost backlink festgelegt.
2. Übernehmen Sie den Standardwert für die Parameter Ausgabe-Raster, Pfadtyp und Ziel-Feld.

   Wenn die Eingabe-Feature-Zieldaten verarbeitet werden, werden sie vorübergehend als Teil der Verarbeitung in ein Raster konvertiert. Es gibt nur eine Zelle in diesem Raster, da es nur einen Zielpunkt gibt. Der Wert für den Parameter "Pfadtyp" kann als EACH_CELL belassen werden. Es wird nur ein Pfad erstellt, da es nur eine Zelle gibt.

Durchführen der Kostenentfernungsanalyse

Schritte:

1. Klicken Sie mit der rechten Maustaste auf die Variablen Output cost distance, Output cost backlink und Output cost path und dann auf Zur Anzeige hinzufügen.
2. Führen Sie das Modell "Find Best Route" aus.

Überprüfen Sie die der ArcMap-Anzeige hinzugefügten Layer. Der Layer "Output cost path" stellt die kostengünstigste Route vom Schulstandort zum Zielpunkt dar. Er vermeidet steile Hänge und bestimmte Landnutzungstypen, die zum Erstellen der Straße als kostenintensiver betrachtet werden.

Raster in Polylinien

Festlegen von Parametern für "Raster in Polylinien"

Als letzter Schritt im Modell konvertieren Sie den Raster-Pfad zur Anzeige in eine Polylinie.

Schritte:

1. Entfernen Sie die erstellten Layer "Slope output", "Reclassed slope", "Cost surface", "Output cost distance" und "Output cost backlink", damit Sie die über den Layern "landuse" und "hillshd" angezeigte Route sehen können.
2. Fügen Sie das Werkzeug Raster in Polylinien zu ModelBuilder hinzu.

   Das Werkzeug "Raster in Polylinien" ist in der Toolbox "Conversion Tools" im Toolset "Von Raster" enthalten.

3. Öffnen Sie das Werkzeug Raster in Polylinien.
4. Klicken Sie auf den Dropdown-Pfeil Eingabe-Raster, und wählen Sie die Variable Output cost path aus.
5. Lassen Sie den Parameter Feld auf VALUE.
6. Klicken Sie auf die Schaltfläche Durchsuchen neben dem Parameter Ausgabe-Polylinien-Features, und navigieren Sie zur File-Geodatabase Stowe unter C:\Spatial Analyst\Stowe.gdb.
7. Geben Sie new_route als Name der Feature-Class ein, und klicken Sie auf Speichern.
8. Übernehmen Sie die Standardwerte für alle anderen Parameter, und klicken Sie auf OK.

Ausführen von "Raster in Polylinien"

Schritte:

1. Klicken Sie auf die Schaltfläche Autolayout und dann auf Volle Ansicht .
2. Benennen Sie die Ausgabevariable new_route in Output route um.
3. Klicken Sie mit der rechten Maustaste auf die Variable Output route, und wählen Sie Zur Anzeige hinzufügen aus.
4. Führen Sie das Werkzeug Raster in Polylinien aus.

Überprüfen Sie den zur ArcMap-Anzeige hinzugefügten Layer "new_route". Der Raster-Pfad wurde in eine Polylinie konvertiert.

Karte mit der Polylinie, die die neue Route darstellt

Sie können die Parameterwerte einfach ändern, um mit verschiedenen Ergebnissen zu experimentieren, und das Modell erneut ausführen. Nur die Prozesse im Modell, die von der Ausgabe des geänderten Prozesses abhängig ist, müssen erneut ausgeführt werden. Wenn Sie beispielsweise die auf Zellenwerte angewendete Gewichtung für die Landnutzung Bebaut von 9 auf 1 herabsetzen, wird die potenzielle Route für die neue Straße erheblich geändert – sie folgt wenn möglich vorhandenen Straßen, um eine kostengünstigere Option zu erzielen.

Speichern des Kartendokuments

Sie haben relative Pfade für beide Modelle in diesem Lernprogramm festgelegt, wenn also die Toolbox, die die Modelle enthält, und die Daten an eine neue Position auf Datenträger verschoben werden (wobei die gleiche Struktur zwischen ihnen beibehalten wird), werden die Pfade zu den Datenquellen relativ zur Position der Toolbox festgelegt. Standardmäßig werden im Kartendokument relative Pfadnamen für die Datenquellen gespeichert.

Schritte:

1. Klicken Sie auf der Werkzeugleiste auf die Schaltfläche Speichern .
2. Klicken Sie auf Datei > Beenden.

Zusammenfassung

Dies bringt Sie zum Ende dieses Lernprogramms. Sie haben einige der Werkzeuge kennen gelernt, die mit Spatial Analyst verfügbar sind, sowohl über die Werkzeugleiste "Spatial Analyst" als auch die Toolbox "Spatial Analyst Tools". Sie haben gelernt, wie wiederverwendbare Modelle erstellt und für andere freigegeben werden können. Insbesondere haben Sie gelernt, wie Sie eine Eignungskarte erstellen und wie die kostengünstigste Route durch eine Landschaft berechnet wird. Die erforderliche Schrittfolge gilt auch für viele andere Anwendungen.