Home › Zpracování dat v GIS › CV07 – Nalezení trasy s nejnižšími náklady nad rastrovými daty

CV07 – Nalezení trasy s nejnižšími náklady nad rastrovými daty

Nalezení trasy s nejnižšími náklady nad rastrovými daty

Úkolem analýzy šíření v představeném příkladu je hledání optimální trasy mezi dvěma body či jedním a více body tak, aby byly náklady na přesun co nejnižší. Využívá se tzv. frikčních (třecích) povrchů, u kterých stanovujeme pro každou buňku rastru náklady na přesun přes její plochu do sousední buňky (v jednotkách času, peněz apod.) a povrchů akumulovaných nákladů, které reprezentují náklady na průchod do jakékoliv části zájmové oblasti z výchozí zadané buňky. Analýzou šíření však může být také například úloha modelování šíření kontaminace.

Příklad využití:

  • nalezení vhodné trasy přesunu terénem pro armádní jednotky
  • nalezení vhodné trasy pro stavbu liniových objektů – komunikace, energetická i obslužná vedení, atd.

Vstupní datové vrstvy

Postup v prostředí ArcGIS Pro

Naplánujte cestu s nejmenšími náklady na výstavbu elektrického vedení mezi hlavním distribučním uzlem (start) a dvěma místními uzly (cíle), zohledněte vliv sklonu svahů v terénu na nákladnost výstavby.

  • připojení DMR5G ve formě Image služby AGS je uvedeno ve cvičení 3. Ořízněte DMR5G pouze na území obce Jistebník a vypočítejte sklon.
  • CLC2018 ořízněte na území obce Jistebník a převeďte do rastrové podoby (Feature to Raster).
  • reklasifikujte hodnoty CLC2018, vhodně zvolte hodnoty pro nově vytvářený nákladový rastr. Předem je nutné si zjistit jaké třídy CLC2018 pokrývají území obce Jistebník.

Klasifikace hodnot pro land cover je klíčovým krokem při vytváření cost rastru = nákladový rastr, který se používá pro nalezení trasy s nejnižšími náklady. Zde je návrh, jak klasifikovat různé typy land cover a přiřadit jim příslušné náklady:

  • Urbanizované oblasti:
    • Popis: Zahrnuje města, vesnice, průmyslové oblasti.
    • Hodnota: Vyšší náklady kvůli husté zástavbě a potřebě vyhnout se infrastruktuře.
    • Cost hodnota: 10
  • Zemědělská půda:
    • Popis: Pole, sady, vinice, louky.
    • Hodnota: Střední náklady kvůli možnosti zásahu do zemědělských aktivit.
    • Cost hodnota: 5
  • Lesní plochy:
    • Popis: Lesy, háje.
    • Hodnota: Vysoké náklady kvůli nutnosti kácení stromů a možným environmentálním dopadům.
    • Cost hodnota: 8
  • Vodní plochy:
    • Popis: Jezera, řeky, mokřady.
    • Hodnota: Velmi vysoké náklady kvůli nutnosti přemostění nebo obcházení.
    • Cost hodnota: 20

Aplikace vlivu sklonu svahů

Aby bylo možno zahrnout vliv sklonu svahů na cenu výstavby elektrického vedení (čím sklonitější terén, tím vyšší náklady na výstavbu), je nutné vytvořený nákladový rastr z CLC2018 upravit pomocí nástroje Raster Calculator.

oprav_naklady = naklady * (1 + sklon / 90)

Díky němu bude hodnota nákladů v dané buňce vynásobena číslem z intervalu 1.0 – 2.0 dle hodnoty sklonu svahu platnou pro danou buňku. Tento postup zajistí plynulé rozložení vlivu sklonu svahu na nákladnost přesunu – v místě roviny zůstane hodnota nákladů nezměněna.

Vytvoření povrchu akumulovaných nákladů

Pro vytvoření nákladové mapy slouží nástroj Cost Distance. Parametry nástroje:

  • Input raster or feature source data – vrstva obsahující výchozí místo generování nákladové mapy (start)
  • Input cost raster – frikční povrch reprezentující náklady na překonání jedné buňky
  • Output distance raster – rastr minimálních kumulativních nákladů od zdrojového místa do každé buňky rastru
  • Output backlink raster – rastr, ve kterém je každé buňce přiřazen kód směru sousední buňky, která leží ve směru nejnižsích kumulativních nákladů od zadaného zdroje(-ů). Ačkoliv je tento výstup uváděn jako volitelný, pro provedení následujícího kroku je nezbytný.

Nalezení nejlevnější trasy

K tomuto kroku slouží funkce Cost Path. Parametry funkce:

  • Input raster or feature destination data – vrstva obsahující cílová místa (cíl)
  • Destination Field – atribut pro identifikací zdroje (Id)
  • Input cost distance raster – vrstva akumulovaných nákladů vytvořená v předchozím kroku
  • Input cost backlink raster – rastr se směrem nejkratší cesty ke zdroji pro každou buňku (viz minulý krok)
  • Output raster – výsledek analýzy = rastr s nejkratšími trasami mezi zdrojem a cíli
  • Path typer – parametr určující způsob výpočtu trasy, nastavte EACH_CELL

Výsledkem této funkce je opět rastrová vrstva, kterou je v případě potřeby možno konvertovat do vektorové liniové vrstvy.