探索研究区域和数据

首先,您将下载 ArcGIS Pro 工程,其中包含此工作流所需的所有数据。 您将探索美洲狮栖息地区域,了解建议的分析策略并查看数据。

探索美洲狮栖息地区域

首先,您将下载工程并在 ArcGIS Pro 中将其打开。 然后,您将探索美洲狮的栖息地区域。

  1. 下载 Mountain_Lion_Corridors 压缩文件夹。
    注:
    开始下载前,根据 web 浏览器的不同,系统可能会提示您选择文件的位置。 大多数浏览器将默认下载到计算机的下载文件夹下。
  2. 在计算机上找到已下载的文件。
  3. 右键单击该文件,然后将其解压到容易找到的位置,例如文档文件夹。

    接下来,您需要在 ArcGIS Pro 中打开该工程。

  4. 启动 ArcGIS Pro。 如果收到系统提示,请使用您获得许可的 ArcGIS 组织帐户登录。
    注:

    如果您没有 ArcGIS Pro 的访问权限或者 ArcGIS 组织帐户,请参阅软件访问权限选项

  5. ArcGIS Pro 中,单击位于打开下方的打开其他工程

    “打开其他工程”按钮

    注:

    如果您是首次使用 ArcGIS Pro,请单击打开现有工程

  6. 打开工程窗口中,浏览到您提取的工程文件夹,单击 Mountain_Lion_Corridors.aprx 将其选中,然后单击确定

    工程文件夹中的 Mountain_Lion_Corridors.aprx

    工程随即打开。

    工程的初始视图

    在地图上,当前已打开两个图层。 Study Area 图层显示此工作流的感兴趣区域,该区域表示为一个矩形面(黑色)。 World Topographic 底图提供常规的地理环境。 您可以看到研究区域位于美国的大洛杉矶都会区。 该区域包括圣费尔南多谷、伯班克和圣克拉拉等多个社区,还有在整个区域内延伸的多个山脉。 接下来,您将探索美洲狮栖息地。

  7. 内容窗格中,单击 Core Mountain Lion Habitats 的复选框以打开该图层。

    Core Mountain Lion Habitats 复选框

    研究区域包含四个以紫色表示的核心美洲狮栖息地。 它们就是您要通过提议野生动物廊道位置来连接的栖息地。 请注意,美洲狮也可能出现在各个核心栖息地周围的区域内,但是紫色面显示了美洲狮集中度最高的区域。

    地图上显示的 Core Mountain Lion Habitats 图层

    注:

    在本教程中,您将聚焦于这一特定的研究区域,以限制分析工具运行所需的时间。 但是,北加利福尼亚还有一些其他的美洲狮栖息地区域,您可以为更大的研究区域执行相同的工作流,从而将更多栖息地连接起来。

    这三个以洛斯帕德雷斯、圣莫尼卡和圣加布里埃尔为名确立的栖息地表示真正的核心美洲狮栖息地。 它们设立于广阔的自然山区,大量的美洲狮种群在此生存。 圣苏珊娜区域由美国国家公园管理局设立,位于皮科峡谷公园外围,它虽不是重要的核心区域,但却作为重要的地理通道连接着另外三个在地理上相互独立的栖息地斑块。

    您不希望将四个栖息地中生存的美洲狮作为四种独立的种群管理,而是希望将其作为一个集合种群(即多个种群组成的种群)来管理。 确保美洲狮种群整体可在各个栖息地斑块之间移动有利于美洲狮的健康,并且有助于保护基因多样性。 此外,如果其中一个斑块内的美洲狮出现局部灭绝,其他斑块内的美洲狮则可以在该处重新定居。 因此,建立连接这些现有栖息地斑块的野生动物廊道至关重要。

    您将关闭标注,因为不再需要它们。

  8. 内容窗格中,右键单击 Core Mountain Lion Habitats 图层,然后选择标注

    “标注”菜单选项

    地图上的标注随即消失。

了解策略并确定相关条件

现在,您将了解可用于识别最佳廊道的分析策略。 接下来,您将识别用于分析的相关条件。

最佳廊道是使美洲狮经过景观时感受到的压力最小、危险程度最低的廊道,也就是最令它们感到舒适的廊道。 例如,经过城市化区域会带来很大压力且充满危险。 相反,经过无人类和车辆的森林保护区则压力较小、危险程度较低。 您将通过执行最低成本分析来确定最佳廊道,在成本分析过程中,您将确定哪些经过地表景观的路径在压力和危险方面对于美洲狮而言成本最低。

该流程总体分为两个步骤:

步骤 1:创建整个研究区域的成本表面。 该表面将是一个栅格(即像元或像素的格网),成本值已分配给栅格中的每个像元。 低数值对应低成本,高数值对应高成本。 下图显示了值范围为 1 到 5 的成本表面。

值范围为 1 到 5 的成本表面

步骤 2:在成本表面上确定连接核心栖息地斑块的最佳路径。 成本表面栅格上的路径在从一个像元前往另一个像元时会累积成本值。 最佳路径就是具有最低累积成本的路径。 在下图中,该线显示了从点 A 到点 B 的最低成本路径。

显示从点 A 到点 B 的最低成本路径的线

创建成本表面包含五个步骤:

  1. 确定多个对主题而言有意义的成本条件(本课程的主题为美洲狮经过地表景观)。
  2. 确定表示这些条件的数据集。
  3. 如有必要,预先处理数据集,以使数据集可以充分表现这些条件。
  4. 将条件数据集转换为通用等级(从 1 到 10)。
  5. 设置权重并将条件数据集组合成单个成本表面栅格。

您将决定对于美洲狮而言有意义的几个成本条件。 在此提醒,您想要表示美洲狮经过景观时潜在危险和压力方面的成本。 这也涉及其沿途寻找猎物,抵御饥饿的能力。 您将使用以下标准:

  • 地形的险峻程度 - 险峻的地形有许多好处,可以使美洲狮隐藏于地形,有助于它们追踪猎物。 此外,险峻的地形也可以防止人类出现于此,阻碍人类开发活动。 因此,险峻程度越高,成本越低。
  • 茂密的土地覆被 - 树木和灌木可以在美洲狮移动时提供安全感,也可以在其追踪猎物时提供掩护。 美洲狮的首选猎物也倾向于在这种土地覆盖类型下生存,这使美洲狮陷入饥饿的可能性得以降低。 一个区域的植被越茂密,成本则越低。
  • 保护区 - 虽然美洲狮不知道某个区域是否为保护区,但是保护区可以提供美洲狮更喜欢的自然环境,人迹稀少且未经城市开发。 此外,保护区也可以保证其自然环境未来不会被破坏。 因此,区域受保护程度越高,成本越低。
  • 与道路的距离 - 公路不仅对美洲狮而言是危险要素,而且会推动人类的开发进程。 因此,与道路距离越远,成本就越低。
注:

您可以在文章简化的距离分析确定旅行者如何经过某段距离中了解有关成本表面和成本分析的详细信息。

您可以在美洲狮基金会创建的美洲狮概述美洲狮家族生活页面了解有关美洲狮的详细信息。

查看用于成本表面的数据

要在分析中表示各个成本标准,您必须具有适用的数据集。 现在,您将查看所选的四个数据集。 第一个数据集是 Elevation 图层,您可以使用该图层表示地形险峻程度标准。

  1. 内容窗格中,打开 Elevation 图层。

    Elevation 图层已打开

    Elevation 图层随即显示。

    地图上显示的 Elevation 图层

    这是一个栅格图层,其中的每个像元都表示海平面以上的高程。 高程较低的像元以深色色调显示,高程较低的像元以浅色色调显示。 您可以看到白色和浅灰色的高山区域,以及黑色和深灰色的较为平坦的低谷。

    您将放大图层以便更好地显示栅格如何由像元构成。

  2. 在地图上,选择一个高程变化密集的区域并放大至该区域,直到您可以看到组成栅格的各个像元。

    已放大的 Elevation 图层

    您将显示其中一些像元的高程值。

  3. 在功能区地图选项卡的导航组中,单击浏览下拉箭头,然后选择内容中的已选内容

    “内容中的已选内容”选项

    此选项可确保您可以看到当前所选图层的相关信息。

  4. 内容窗格中,单击高程图层以将其选中。

    已选择 Elevation 图层

  5. 单击其中一个像元以显示信息性弹出窗口,从而查看其高程值(以米为单位)。

    在下方示例图像中,像元表示约 890.8 米的高程。

    显示高程值 890.8 米的信息性弹出窗口

  6. 单击更多像元以查看高程值如何变化。
  7. 关闭信息性弹出窗口。
  8. 内容窗格中,右键单击 Study Area,然后选择缩放至图层

    “缩放至图层”菜单选项

    至此,图层表示高程而非险峻程度。 在工作流的后续部分,您需要预处理图层以派生一个可以有效表示险峻程度标准的新图层。 然后,您要将最低成本分配给最高险峻程度值。

    接下来,您将查看将用于第二个标准(茂密的土地覆被)的数据集。

  9. 内容窗格中,关闭 Elevation 图层。 打开 Land Cover 图层。

    Elevation 图层已关闭,Land Cover 图层已打开

    Land Cover 图层随即显示。

    地图上显示的 Land Cover 图层

    Land Cover 是另一种栅格图层,尽管它没有像 Elevation 图层那样简单的黑白颜色渐变。 要了解此图层显示的内容,您将调查其符号系统。

  10. 内容窗格中,单击 Land Cover 图层旁的箭头以将其展开并查看其符号系统。

    Land Cover 图层展开以显示图例

    此图层表示不同的土地覆被类型,例如常绿林中耕作物。 这些土地类型中的每一种都使用一个颜色进行符号化:红色表示开发后的城市区域,而绿色对应于森林或草原。 棕色是灌木丛或草地。 此图层不需要预处理,可以直接用于最低成本分析,在分析中,您要将最低成本分配给茂密的植被覆盖类型,例如森林和灌木。

    接下来,您将查看要用于第三个标准(保护区)的图层。

  11. 内容窗格中,单击 Land Cover 图层旁的箭头以折叠符号系统。
  12. 关闭 Land Cover 图层并打开 Protected_Status 图层。

    Land Cover 图层已关闭,Protected_Status 图层已打开

    Protected_Status 图层将显示在地图上。

    Protected_Status 显示在地图上

    此栅格图层表示 Protected Areas Database of the United States (PAD-US) 中包含的所有土地的保护级别:从深绿色的高级别保护到浅绿色的不受保护。 受到高级别保护的土地可能是国家森林。 不受保护土地的示例可能是休闲区。 地图上无颜色的区域未在 PAD-US 中进行追踪,这些区域通常对应于城市、农业区域或其他形式的私人开发区域,这些地区通常最不适合美洲狮的活动。 此图层不需要预处理,可以直接用于最低成本分析,在分析中,您要将最低成本分配给最高的保护级别。

    最后,您将查看与第四个标准(与道路的距离)相关的数据集。

  13. 内容窗格中,关闭 Protected_Status 图层,然后打开 Roads 图层。

    在地图上,Roads 图层随即显示。

    Roads 图层显示在地图上

    Roads 图层不是栅格图层,而是将要素表示为线的矢量图层。 (其他类型的矢量图层可以包含点或面。)每个线要素表示一条道路,范围涵盖小型道路到主要高速公路,但在大多数工作流中,您不会区分这些不同的道路类型。 要在最低成本分析中使用此图层,您需要预处理图层,并根据该图层派生一个表示任意像元与最近道路距离的栅格。 然后,您要将最低成本分配给最高的与道路距离像元值。

  14. 内容窗格中,关闭 Roads 图层。

现在,您已熟悉用于表示最低成本分析条件的四个数据集。

创建山体阴影图层

开始准备待分析数据之前,您将创建一个山体阴影图层,以便将更多环境信息添加到地图中,从而帮助您了解景观。 山体阴影图层通过光影突出景观地貌,可以提供与人眼视觉相似的渲染效果。 您可以从 Elevation 图层派生此图层。

  1. 在功能区影像选项卡上的分析组中,单击栅格函数

    栅格函数按钮

  2. 栅格函数窗格的搜索栏中,输入山体阴影,然后按 Enter 键。 在表面下,单击山体阴影按钮。

    山体阴影搜索和按钮

    山体阴影栅格函数随即显示。

  3. 山体阴影属性参数中,对于栅格,选择 Elevation

    山体阴影栅格函数参数

  4. 单击新建图层

    新的 Hillshade_Elevation 图层将显示在地图上。

    Hillshade_Elevation 图层显示在地图上

    此图层使人眼可以清楚地看到整个研究区域内山脉和山谷的位置。 虽然分析本身不使用此图层,但是您可以将其作为有用的背景,用于可视化整个分析过程中将会生成的各种图层。

    您将重命名 Hillshade_Elevation 图层。

  5. 内容窗格中,单击 Hillshade_Elevation 以将其选中,然后再次单击以进行编辑。 输入 Hillshade,然后按 Enter 键。

    Hillshade 图层已重命名

    由于此图层主要会用作背景,所以您要在内容窗格中将其移动到数据图层的下方。

  6. 内容窗格中,将 Hillshade 图层向下拖动并放置在 Protected_Status 图层下方。

    Hillshade 图层已放置在 Protected_Status 图层下方

    您将保存工程。

  7. 快速访问工具栏上,单击保存

    “保存”按钮

到工作流的当前步骤为止,您已下载工程并将其打开。 您查看了研究区域中的美洲狮栖息地,了解了最低成本分析的原则,并且为您的分析确定了四个条件。 最后,您浏览了将表示条件的四个数据集,并且生成了山体阴影图层。


准备用于分析的数据

现在,您将准备用于分析的数据。 必须对其中的两个图层 ElevationRoads 进行预处理。 另外两个图层可以直接使用。

无论是准备数据还是执行分析本身,您都必须运行多个地理处理工具。 您可以单独运行各个工具,但是在本教程中,您将学习如何将这些工具全部汇总到一个地理处理模型中。 模型是一系列按照您指定的顺序运行的地理处理工具。 您可以将一个模型运行任意次数、使用模型自动化工作流或将其与同事共享。 使用模型时,可以快速地微调分析,因为您可以修改任意工具参数并一次性重新运行整个分析。

设置环境参数

开始构建模型之前,建议您设置地理处理环境参数。 这些参数会应用于您运行的所有地理处理工具,并且有助于限制处理范围或确定数据的保存方式。

首先,您需要设置选项,以便地理处理工具创建的输出图层使用相同名称覆盖所有现有图层。 如果您打算多次重复分析工作流,但又不希望额外的图层对工程造成混乱,则此选项非常有用。 默认情况下可能会启用该选项,但在开始分析前,最好确认其是否处于活动状态。

  1. 单击功能区上的工程选项卡。

    “工程”选项卡

  2. 在垂直任务栏上,单击选项

    “选项”按钮

    选项窗口随即显示。

  3. 选项窗口中,单击地理处理选项卡。

    “地理处理”选项卡

  4. 确认已选中允许地理处理工具覆盖现有数据集

    “允许地理处理工具覆盖现有数据集”复选框已选中

  5. 选项窗口中,单击 ModelBuilder 选项卡。

    ModelBuilder 选项卡

  6. 关闭将输出添加到模型图层组选项。

    “将输出添加到模型图层组”选项已关闭

    这些选项将确保您可以顺畅地重复执行分析。

  7. 单击确定

    像您刚刚的操作那样,通过选项窗口更改的设置会保存在 ArcGIS Pro 中的所有工程中。 您需要选择的其他设置是此工程的特定设置,因此必须在工程本身内选择这些设置。

  8. 在垂直任务栏顶部,单击返回箭头以返回到工程。

    “返回”箭头

  9. 在功能区分析选项卡的地理处理组中,单击环境

    “环境”按钮

    随即显示环境窗口。 首先,需要确保默认工作空间(保存由地理处理工具创建的新图层的位置)为连接到工程的地理数据库。

  10. 环境窗口中的工作空间下,确认当前工作空间临时工作空间均已设置为 Mountain_Lion_Corridors.gdb

    “当前工作空间”和“临时工作空间”已设置为 Mountain_Lion_Corridors.gdb。

    两个工作空间均指示保存数据的位置,但是临时工作空间用于您不希望保留的数据。 在本练习中,您要保留两者相同的位置设置。

  11. 输出坐标下,对于输出坐标系,选择 Elevation

    坐标系将自动更改为 Elevation 图层的坐标系,NAD 1983 UTM Zone 11N。 通过选择默认坐标系,您可以确保所创建的所有输出图层将使用相同的坐标系。

    “输出坐标系”设置为 NAD 1983 UTM Zone 11N

  12. 处理范围下,对于范围,展开图层的范围,然后选择研究区域

    此参数可以确保将所有输出图层自动裁剪至研究区域。 通过减小输出的大小,可以缩短处理时间并确保结果仅覆盖感兴趣的区域。

    范围更新为研究区域拐角的坐标。

    “范围”已设置为研究区域拐角的坐标

  13. 栅格分析下,对于像元大小,选择与图层 Elevation 相同

    Elevation 及此工程中的其他栅格图层的分辨率为 30 米。 这意味着每个像元表示现实世界中 30 平方米的面积。 像元大小参数可确保分析期间生成的所有输出栅格图层都具有相同的像元大小。

    提示:

    要查看栅格图层的分辨率,请在内容窗格中双击其名称以打开其图层属性窗口。 单击,然后展开栅格信息像元大小参数给出图层的分辨率。

  14. 栅格分析下,对于捕捉栅格,选择 Elevation

    捕捉栅格参数会使所有输出栅格图层与所选图层的像元对齐方式相匹配,即意味着像元将完全重叠。

    “像元大小”和“捕捉栅格”已设置为 Elevation

  15. 单击确定

根据高程创建险峻程度图层

现在,您将创建一个新的地理处理模型,然后使用该模型根据高程图层生成险峻程度图层。

  1. 在功能区上分析选项卡的地理处理组中,单击 ModelBuilder

    ModelBuilder 按钮

    一个新的空白模型随即出现。 首先,您要向其中添加 Elevation 图层。 该图层在地图的内容窗格中列出,因此可以从该位置拖动图层。

  2. 内容窗格中,将 Elevation 图层拖动到 ModelBuilder 中的空白区域。

    Elevation 图层拖动到 ModelBuilder 中的空白区域

    图层在模型中显示为带有图层名称的蓝色椭圆。 蓝色椭圆为输入数据变量:它们表示将要使用地理处理工具处理的初始数据。

    接下来,您将添加地理处理工具。 对于此工作流,将通过地形的较大及显著变化来定义险峻程度。 您将使用焦点统计地理处理工具生成一个显示高程变化幅度的图层。 对于 Elevation 栅格中的每个像元,该工具都将查看其周围的像元(也称为其领域)并计算最低和最高像元值之间的范围。 例如,如果像元邻域中的最低和最高值为 430 和 450 米,则范围将是 20 米,且此范围将是分配给该像元的值。 较高的范围值对应于更高的险峻程度。 首先,您需要找到焦点统计工具。

  3. 在功能区的 ModelBuilder 选项卡的插入组中,单击工具按钮。

    “工具”按钮

    将出现地理处理窗格。

  4. 在搜索框中,输入焦点统计

    “焦点统计”搜索

  5. 在搜索结果中,将焦点统计(Spatial Analyst 工具)工具拖入模型中,并将其放置在 Elevation 输入数据元素的右侧。

    模型中的“焦点统计”

    此工具目前以灰色矩形表示,并连接到同样为灰色的输出。 两个元素均为灰色,因为它们当前处于非活动状态。 您必须将其连接到输入图层,以使其变为活动状态。

    注:

    通过拖动模型元素,可以按照任何您喜欢的方式重新定位任意元素。 您还可以调整元素的大小。

  6. 单击 ModelBuilder 空白区域内的任意位置,以确保没有元素处于选中状态。
  7. Elevation焦点统计拖动光标以绘制一个箭头。

    从 Elevation 到“焦点统计”的箭头

    当您释放鼠标按钮时,两个模型元素将建立连接,还将出现一个连接选项列表。

  8. 单击输入栅格

    “输入栅格”选项

    这意味着 Elevation 元素将作为与工具相关的输入栅格。 该工具将变成黄色,输出元素将变成绿色,指示它们现在处于活动状态,工具可以运行。

    “焦点统计”元素已激活。

    运行工具前,需设置其他参数对结果进行微调。

  9. 在模型中,双击焦点统计工具以打开其参数。

    您将更改输出的名称并选择用于计算邻域范围的统计数据类型。

  10. 对于输出栅格,将栅格名称更改为 Ruggedness。 对于统计类型,选择范围

    焦点统计参数

    注:

    要了解有关任何工具参数的详细信息,请指向参数,然后指向其旁边显示的信息图标以查看详细说明。 您还可以单击工具右上角的问号按钮以了解详细信息。

  11. 单击确定

    输出元素的名称更改为 Ruggedness。 最后,您将修改输出元素,以便在工具运行时将输出图层添加到地图。

  12. 右键单击 Ruggedness 模型元素,然后单击添加至显示

    “添加至显示”选项

    您将对模型进行命名并保存。

  13. 在功能区 ModelBuilder 选项卡的模型组中,单击保存下拉箭头,然后选择另存为

    “另存为”选项

  14. 将模型另存为窗口中,对于名称,输入 LeastCostAnalysis,然后单击保存
    注:

    目前,模型仅包含用于生成 Ruggeness 图层的元素。 然而,在整个工作流中,您会向模型添加越来越多的工具,直到构成完整的最低成本分析。

    模型已保存。 您现在需要运行该模型。

  15. 在功能区 ModelBuilder 选项卡的运行组中,单击运行

    “运行”按钮

    模型随即运行。 将显示一个窗口,通知您进程状态的相关信息。 片刻之后,生成的 Ruggedness 图层将添加到内容窗格。

    “内容”窗格中的 Ruggedness 图层

    焦点统计Ruggedness 元素后面的灰色下拉阴影也表明工具已运行完成。

    “焦点统计”和 Ruggedness 元素后面的灰色下拉阴影

  16. 关闭进程信息窗口。
  17. 单击地图选项卡以将其激活。

    地图选项卡

    Ruggedness 图层显示在地图上。

    Ruggedness 图层显示在地图上

    Ruggedness 图层以黑色到白色色调描绘了险峻程度级别。 较深色像元的险峻程度最低,较浅色像元的险峻程度最高。

符号化险峻程度图层并查看图层

您将更改图层的符号系统以使险峻程度的差异更加明显。

  1. 内容窗格中,单击 Ruggedness 图层的符号。

    Ruggedness 图层的符号

    随即显示 Ruggedness 图层的符号系统窗格。

  2. 符号系统窗格中的主符号系统下,对于配色方案,展开下拉菜单,然后选中显示名称复选框。 向下滚动并选择红-黄-绿(连续)

    已选择“红-黄-绿(连续)”配色方案

    地图将更新为新的符号系统。

    具有新符号系统的 Ruggedness 图层

    绿色区域是最险峻的区域,而红色区域最不险峻。 为了添加更多背景信息,您需要将 Hillshade 设置为显示。

  3. 内容窗格中,验证 RuggednessHillshade 图层是否均已打开,同时验证 ElevationLand CoverProtected_Status 是否均已关闭。

    Ruggedness 和 Hillshade 图层已打开,Elevation、Land Cover 和 Protected_Status 已关闭。

  4. 内容窗格中,单击 Ruggedness 图层将其选中。
  5. 在功能区栅格图层选项卡上的效果组中,对于透明度,输入 20%。 对于图层混合,选择复合

    “透明度”已设置为 20% 且“图层混合”已设置为“复合”

    地图随即更新,显示 Ruggedness 图层叠加在 Hillshade 图层上。

  6. Ruggedness 图层叠加在 Hillshade 图层上
    提示:

    使用复合混合两个图层得到的结果颜色十分鲜艳。 添加一些透明度可以使得到的颜色更加柔和,从而微调结果。

  7. 检查地图。

    对照地形地貌查看险峻程度,可以清楚地看到较高的岩石山峰往往更加险峻,而较低的山谷往往更加平缓。 对于美洲狮而言,险峻程度越高意味着在压力和危险方面成本越低。 毫无疑问,可以注意到美洲狮核心栖息地斑块位于险峻程度很高的区域。

  8. 关闭符号系统窗格。

创建与道路的距离

现在,您将根据 Roads 图层派生表示与道路距离的栅格图层。 该图层将表示各个像元与最近道路的距离。

  1. 单击 LeastCostAnalysis 选项卡以返回到您的模型。 在内容窗格中,将 Roads 图层拖入模型中 Elevation 图层的下方。

    模型中的 Roads 图层

    要计算与道路的距离,您将使用距离累积工具,此工具将计算从各个像元到最近道路的直线距离。

  2. 地理处理窗格上,搜索距离累积

    “距离累积”搜索

    提示:

    如果已关闭地理处理窗格或找不到该工具,可以在功能区的 ModelBuilder 选项卡中通过单击工具按钮打开该工具。

  3. 在搜索结果中,将距离累积工具拖入模型中 Roads 输入的旁边。

    模型中的“距离累积”

    此工具有多个输出,但您仅对距离累积栅格感兴趣,因此将忽略其他输出栅格。

  4. 绘制一个从 Roads 输入到距离累积工具的箭头以将两者连接。 释放鼠标按钮后,请选择输入栅格或要素源数据

    “输入栅格或要素源数据”选项

    该工具和输出距离累积栅格元素变为活动状态,但是其他输出栅格则不然。 这是因为这些输出栅格是可选输出,默认情况下不会创建。 您将打开工具参数以更改距离累积输出的名称。

  5. 双击距离累积工具以打开其参数。
  6. 对于输出距离累积栅格,将输出名称更改为 Distance_to_Roads

    距离累积参数

  7. 单击运行
  8. 在模型中,右键单击 Distance_to_Roads 输出元素,然后选择添加至显示

    您将保存模型。

  9. 在功能区 ModelBuilder 选项卡的模型组中,单击保存按钮。

    “保存”按钮

    提示:

    默认情况下,模型将存储在您的工程工具箱中。 如果您意外关闭了模型,可以通过目录窗格将其再次打开。 为此,在功能区的视图选项卡上,选择目录窗格。 在目录窗格上,展开工具箱,然后展开 Mountain_Lion_Corridors.tbx。 右键单击 LeastCostAnalysis 模型,然后单击编辑

    接下来,您将运行工具。 但是,您不希望再次运行焦点统计工具。 可以通过选择要运行的工具来仅运行部分模型。

  10. 在模型中,右键单击距离累积工具,然后选择运行

    “运行”选项

    该工具随即运行。 片刻之后,生成的图层将添加到内容窗格。

  11. 关闭处理窗口,然后单击地图选项卡以将其激活。

    您将更改图层的符号系统。

  12. 内容窗格中,单击 Distance_to_Roads 图层的符号以打开符号系统窗格。
  13. 符号系统窗格中的主符号系统下,对于配色方案,选择红-黄-绿(连续)

    “红-黄-绿(连续)”符号系统

    地图将更新为新的符号系统。 您现在需要使 Hillshade 图层显示。

  14. 内容窗格中,关闭 Ruggedness 图层并验证 Distance_to_RoadsHillshade 图层是否已打开。
  15. 内容窗格中,单击 Distance_to_Roads 图层以将其选中。 在功能区的栅格图层选项卡上,对于透明度,输入 30%。 对于图层混合,选择复合

    “透明度”已设置为 30% 且“图层混合”已设置为“复合”

    地图随即更新。

    Distance_to_Roads 叠加在 Hillshade 上

    内容窗格中,图层的图例表示像元值的范围为 0 至 10,000 米以上(约 7 英里)。 请注意,大部分研究区域都靠近道路(红色),距道路较远的区域(浅黄色或绿色)较少且较零散。 这表明人类开发活动在该区域的分布已十分广泛。 少数远离道路的区域往往位于较高的山峰上。 您可以看到美洲狮的核心栖息地斑块大部分位于这些稀少的远离道路的区域。 对于美洲狮而言,距离道路越远意味着在压力和危险方面成本越低。 但是,当道路几乎随处可见时,也无法完全将其避免。

  16. 关闭符号系统窗格。
  17. Ctrl+S 以保存工程。

在工作流的这一部分,您设置了地理处理环境参数来准备分析。 然后,您创建了模型并使用该模型处理了 ElevationRoads 图层,还派生了更直接地表示险峻程度和与道路距离条件的新图层。 另外的两个数据图层无需进行预处理。 接下来,您将继续构建模型并实施最低成本分析。


生成成本表面

现在,您已拥有四个数据图层,这些图层表示以下分析标准:地形险峻程度、与道路的距离、茂密的植物土地覆盖和保护区。 但是,这些图层具有不同的测量方法和值范围。 要以有意义的方式组合这四个图层,您必须先将其转换为从 1 到 10 的通用成本等级,其中 1 表示最低成本,10 表示最高成本。 然后,您要将这四个结果图层组合为单个成本表面,即表示美洲狮经过景观时在压力和危险方面总体成本的栅格。

选择正确的变换工具

您将根据要转换至通用等级的栅格类型使用不同的工具。 有两种主要的栅格类型:连续栅格和分类栅格。

例如,Distance_to_Roads 是连续栅格。 这意味着其像元值表示数量(在本例中为距离),并且具有与其他像元的相对意义。 如果其中一个像元的值为 600 米,而另一个像元的值为 650 米,您可以说第二个像元表示的距离比第一个像元表示的距离大。

相比之下,Land Cover 是分类栅格。 这意味着其像元值表示类别,并且与其他像元无相对意义。 例如,常绿林中耕作物更大这种说法是无意义的。

注:

分类栅格有时也称为专题栅格或离散栅格。 要了解有关连续栅格和分类栅格的详细信息,请参阅影像和栅格数据简介页面。

四个条件图层属于以下类型:

  • Ruggedness - 连续
  • Distance to Roads - 连续
  • Land Cover - 分类
  • Protected Status - 分类

您将使用按函数重设等级工具将连续栅格变换为通用等级,该工具将应用连续线性和非线性函数。 在输出栅格中,每个像元将被分配 0 到 10 之间的连续成本值(浮点值)。

您将使用重分类工具将分类栅格变换为通用等级,该工具可用于为各个单独的类别设置成本值。 例如,您可能决定常绿林土地覆盖类型接收低成本值 1,而高强度开发地区类型应接收高成本值 10。 在输出栅格中,每个像元都将被分配一个 0 到 10 之间的整型成本值。

变换险峻程度

首先,您要使用按函数重设等级工具将 Ruggedness 数据集变换为通用等级。 越高的险峻程度值表示美洲狮的压力和危险程度越低,因此,应将其变换为较低的成本值(在级别 1 到 10 中接近 1)。

  1. 单击 LeastCostAnalysis 选项卡以返回到您的模型。
  2. 地理处理窗格中,搜索按函数重设等级

    “按函数重设等级”搜索

  3. 按函数重设等级(Spatial Analyst 工具)工具拖入模型,放置在 Ruggedness 输出的旁边。
  4. 绘制一个箭头以将 Ruggedness 输出连接到按函数重设等级工具。 选择输入栅格

    “输入栅格”选项

    工具及其输出变为活动状态。 接下来,您必须指定输出名称和变换函数。

  5. 在模型中,双击按函数重设等级工具以打开其参数。

    其中一些参数已基于 Ruggedness 图层输入自动填充。 查看阈值下限阈值上限后,您可得知险峻程度值可能分布在 0223.39 之间。

  6. 选择以下参数值:
    • 对于输出栅格,将输出栅格的名称更改为 Ruggedness_Cost
    • 对于变换函数,选择 MS 大值
    • 对于自等级,输入 10。 对于至等级,输入 1

    “按函数重设比例”的参数

    接近于 0 的 Ruggedness 值将被变换为最高成本 10。 接近于 223 的 Ruggedness 值将被变换为最低成本 1。

  7. 单击确定

    参数即被保存。

  8. 在模型中,右键单击 Ruggedness_Cost 输出元素,然后选择添加至显示

    您将保存模型。

  9. 在功能区的 ModelBuilder 选项卡上,单击保存

    接下来,您将运行工具。

  10. 在模型中,右键单击按函数重设等级工具,然后选择运行

    片刻之后,生成的图层将添加到内容窗格。

  11. 关闭处理窗口,然后单击地图选项卡以将其激活。

    您希望反转新图层的符号系统,以使低成本值显示为绿色,而高成本值显示为红色。

    注:

    红色和绿色有很强的象征性,红色通常用于表示消极因素,如危险和警告,而绿色则表示积极因素并且有邀请继续前进的含义。

  12. 内容窗格中,单击 Ruggedness_Cost 图层的符号以打开符号系统窗格。
  13. 符号系统窗格中的主符号系统下,选中反向复选框。

    “反向”复选框

  14. 内容窗格中,关闭 Distance_to_Roads 图层并验证 Ruggedness_CostHillshade 图层是否已打开。
  15. 内容窗格中,单击 Ruggedness_Cost 图层以将其选中。 在功能区的栅格图层选项卡上,对于透明度,输入 20%。 对于图层混合,选择复合

    “透明度”为 20% 且“图层混合”已设置为“复合”

    地图随即更新。

    地图显示透明度已设置为 20% 且“图层混合”已设置为“复合”

    相比之下,Ruggedness_Cost 图层的外观与 Ruggedness 图层相似,但是其表示的成本值介于 1 和 10 之间。

  16. 内容窗格中,验证是否已选择 Ruggedness_Cost
  17. 在地图上,单击几个 Ruggedness_Cost 像元以在信息性弹出窗口中查看其值。

    在下方示例图像中,像元的成本值约为 3.39

    成本值约为 3.39 的像元

  18. 关闭弹出窗口。
  19. 关闭符号系统窗格。

变换与道路的距离

接下来,您要将 Distance_to_Roads 数据集变换为通用成本级别。 由于此为连续栅格,因此您将再次使用按函数重设等级工具,并且其过程将与 Ruggedness 图层的操作过程十分相似。 区域距离道路越远表示美洲狮的压力和危险程度越低,因此应将其变换为较低的成本值。

  1. 单击 LeastCostAnalysis 选项卡以返回到您的模型。
  2. 如有必要,在地理处理窗格中,搜索按函数重设等级
  3. 按函数重设等级(Spatial Analyst 工具)工具拖入模型,放置在 Distance_to_Roads 输出的旁边。

    工具将以按函数重设等级 (2) 的形式添加,以便与第一个用于 Ruggedness 的工具区分开来。

  4. 绘制一个箭头以将 Distance_to_Roads 输出连接到按函数重设等级 (2) 工具。 选择输入栅格

    “输入栅格”选项

  5. 在模型中,双击按函数重设等级 (2) 工具以打开其参数。

    您可以看到原始的 Distance_to_Roads 值分布在 010,961.62 之间。

  6. 选择以下参数值:
    • 对于输出栅格,将输出图层的名称更改为 Distance_to_Roads_Cost
    • 对于变换函数,选择 MS 大值
    • 对于自等级,输入 10。 对于至等级,输入 1

    “按函数重设比例”的参数

    接近于 0 的 Distance_to_Roads 值将被变换为最高成本 10。 接近于 10,961 的 Distance_to_Roads 值将被变换为最低成本 1。

  7. 单击确定
  8. 在模型中,右键单击 Distance_to_Roads_Cost 输出元素,然后选择添加至显示
  9. 保存模型。

    接下来,您将运行工具。

  10. 在模型中,右键单击按函数重设等级 (2) 工具,然后选择运行

    该工具随即运行。

  11. 单击地图选项卡以将其激活。

    您希望反转新图层的符号系统,以使低成本值显示为绿色,而高成本值显示为红色。

  12. 内容窗格中,单击 Distance_to_Roads_Cost 图层的符号,以打开符号系统窗格。
  13. 符号系统窗格中的主符号系统下,选中反向复选框。

    “反向”复选框

    地图随即更新。 为了添加更多背景信息,您需要将 Hillshade 图层设置为显示。

  14. 内容窗格中,关闭 Ruggedness_Cost 图层并验证 Distance_to_Roads_CostHillshade 图层是否已打开。
  15. 内容窗格中,单击 Distance_to_Roads_Cost 图层以将其选中。 在功能区的栅格图层选项卡上,对于透明度,输入 30%。 对于图层混合,选择复合

    “透明度”已设置为 30% 且“图层混合”已设置为“复合”

    地图随即更新。

    Distance_to_Roads_Cost 叠加在 Hillshade 上。

  16. 关闭符号系统窗格。

    同样,相比之下 Distance_to_Roads_Cost 图层的外观与 Distance_to_Roads 图层相似,但是其表示的成本值介于 1 和 10 之间。

  17. 可以选择 Distance_to_Roads_Cost 并单击几个像元以查看其值。
  18. 关闭符号系统窗格。

变换土地覆盖

现在,您将变换 Land Cover 数据集。 此为分类栅格,因此您将使用重分类工具,该工具可用于针对各个类别单独确定成本值。

植被密度较高的土地覆盖类型表示美洲狮的压力和危险程度较低,因此,应将其变换为等级 1 到 10 之间较低的成本值。 荒地或已开发土地应变换为最高的成本值。

  1. 单击 LeastCostAnalysis 选项卡以返回到您的模型。

    首先,您要将 Land Cover 图层添加为输入数据变量。

  2. 内容窗格中,将 Land Cover 图层拖动到 ModelBuilder 中,并放置在灰显的输出源位置栅格元素下。

    模型中的 Land Cover 图层

  3. 地理处理窗格中,搜索重分类

    “重分类”搜索

  4. 重分类(Spatial Analyst 工具)工具拖入模型,放置在 Land Cover 元素的旁边。
  5. 绘制一个箭头以将 Land Cover 元素连接到重分类工具。 选择输入栅格

    “输入栅格”选项

    接下来,您必须指定输出名称和一对一变换。

  6. 双击重分类工具以打开其参数并选择以下选项:
    • 对于重分类字段,验证是否已选择 ClassName
    • 重分类表下方,验证是否已选择唯一

    重分类表中,列已填充土地覆盖类型。 在新建列中,您要基于对各个土地覆盖类型的评估将默认值替换为 1 到 10 的成本值。 美洲狮在森林和灌木土地覆盖类型中感觉最安全,但它们也可以生存于农业或开放区域。 已开发土地不安全,因此应得到较高的成本值。 最后,水体覆盖区域将得到最高的成本值,因为这些区域不适合美洲狮居住。

  7. 重分类表中,使用以下值更新新建列:

    新建

    开阔水面

    10

    已开发的开放空间

    8

    低强度开发地区

    7

    中等强度开发地区

    8

    高强度开发地区

    9

    荒地

    6

    落叶林

    2

    常绿林

    1

    混生林

    2

    灌木/灌木丛

    3

    草本

    3

    干草/牧场

    4

    中耕作物

    6

    森林湿地

    4

    自发草本湿地

    4

    NODATA

    NODATA

  8. 对于输出栅格,将输出名称更改为 Land_Cover_Cost

    重分类参数

  9. 单击确定
  10. 在模型中,右键单击 Land_Cover_Cost 输出元素,然后选择添加至显示
  11. 保存模型。

    接下来,您将运行工具。

  12. 在模型中,右键单击重分类工具,然后选择运行

    片刻之后,生成的图层将添加到内容窗格。

  13. 单击地图选项卡以将其激活。

    新的 Land_Cover_Cost 图层随即显示,但是在研究区域的海洋部分,显示出下方的 Distance_to_Roads_Cost 图层。

    在研究区域海洋部分,下方的 Distance_to_Roads_Cost 图层显示在地图上。

    您需要将后者关闭。

  14. 内容窗格中,关闭 Distance_to_Roads_Cost 图层。

    地图随即更新。

    Land_Cover_Cost 图层显示在地图上

    表示成本值的颜色是随机分配的。 您将更改符号系统,以使其更有意义。

  15. 内容窗格中,单击 Land_Cover_Cost 图层的任意符号以打开符号系统窗格。
  16. 符号系统窗格中的主符号系统下,对于字段 1,选择 Value

    “字段 1”参数 Value

  17. 对于配色方案,选择红-黄-绿(9 类)

    “红-黄-绿(9 类)”符号系统选项

    注:

    只有 9 类而非 10 类是因为不会为任意类别分配成本值 5。

    您将反转新图层的符号系统。

  18. 符号系统窗格的选项卡中,单击更多 > 符号 > 反向

    “反向”选项

  19. 内容窗格中,单击 Land_Cover_Cost 图层以将其选中。 在功能区的栅格图层选项卡上,对于图层混合,选择复合

    “图层混合”已设置为“复合”

    地图随即更新。

    显示使用新符号系统的 Land_Cover_Cost 图层

    成本较低的土地覆盖类型大多位于具有大量森林和灌木的山脉。 成本较高的土地覆盖类型往往位于平坦的低谷,人类开发活动大多发生于这些区域。 美洲狮核心栖息地显然嵌于低成本区域的中间。 这很合理,因为美洲狮会自然地受到低压力土地覆盖的吸引。

  20. 关闭符号系统窗格。

变换保护地位

现在,您将变换最后一个条件的数据集 Protected_Status。 此为分类栅格,因此您将再次使用重分类工具,且过程将与 Land Cover 图层的操作过程十分相似。 受保护程度越高的区域表示美洲狮的压力和危险程度越低,因此应将其变换为较低的成本值。

  1. 单击 LeastCostAnalysis 选项卡以返回到您的模型。
  2. 内容窗格中,将 Protected_Status 图层拖动到 ModelBuilder 中,并放置在 Land Cover 元素下。

    模型中的 Protected_Status 图层

  3. 地理处理窗格中,将重分类(Spatial Analyst 工具)工具拖入模型,放置在 Protected_Status 元素的旁边。
  4. 绘制一个箭头以将 Protected_Status 元素连接到重分类 (2) 工具。 选择输入栅格

    “输入栅格”选项

  5. 在模型中,双击重分类 (2) 工具以打开其参数并选择以下选项:
    • 对于重分类字段,验证是否已选择 Protected_Status
    • 重分类表下方,验证是否已选择唯一

    重分类表中,列已填充 Protected_Status 级别。 在新建列中,您要基于对各个保护地位类别的评估将默认值替换为 1 和 10 之间的成本值。 美洲狮在受保护程度最高的区域压力最小,因此这些区域将得到最低成本值。 与针对土地覆盖的操作不同,您也要对 NODATA 像元进行重分类,这些像元对应于保护区数据库中未追踪的位置,它们通常是压力程度较高的区域,例如城市区域和其他倾向于进行开发的位置。 NODATA 像元应得到最高的成本值。

  6. 重分类表中,使用以下值更新新建列:

    新建

    1 - 极高

    1

    2 - 高

    3

    3 - 中等

    6

    4 - 不受保护

    9

    NODATA

    10

  7. 对于输出栅格,将输出名称更改为 Protected_Status_Cost

    重分类参数

  8. 单击确定
  9. 在模型中,右键单击 Protected_Status_Cost 输出元素,然后选择添加至显示
  10. 保存模型。

    接下来,您将运行工具。

  11. 在模型中,右键单击重分类 (2) 工具,然后选择运行

    片刻之后,生成的图层将添加到内容窗格。

  12. 单击地图选项卡以将其激活。

    表示成本值的颜色是随机分配的。 您将更改符号系统,以使其更有意义。

  13. 内容窗格中,单击 Protected_Status_Cost 图层的任意符号以打开符号系统窗格。
  14. 符号系统窗格中的主符号系统下,对于字段 1,选择 Value

    “字段 1”参数 Value

  15. 对于配色方案,选择红-黄-绿(5 类)

    “红-黄-绿(5 类)”符号系统选项

  16. 符号系统窗格的选项卡上,单击更多 > 符号 > 反向
  17. 内容窗格中,关闭 Land_Cover_Cost 图层并验证 Protected_Status_CostHillshade 图层是否已打开。
  18. 内容窗格中,单击 Protected_Status_Cost 图层以将其选中。 在功能区的栅格图层选项卡上,对于透明度,输入 30%。 对于图层混合,选择复合

    “透明度”已设置为 30% 且“图层混合”已设置为“复合”

    地图随即更新。

    Protected_Status_Cost 叠加在 Hillshade 上

    在保护地位方面的最低成本区域(深绿色和浅绿色)位于山脉中。 许多区域不受保护(橙色或红色)。 这不表示美洲狮完全无法通过该区域,只是通过此类区域时压力程度较高。

  19. 关闭符号系统窗格。

创建加权成本表面图层

现在,您已向模型添加多个步骤,这些步骤用于将四个条件数据图层转换为相同的成本等级(1 到 10)。 现在,您要将这些成本图层组合为单个成本表面,该表面用于模拟美洲狮经过景观时的体验。 为此,您将使用加权总和工具,此工具可以在为各个图层给定特定权重的前提下将四个成本图层中的值相加。 权重可以使一些图层在创建组合成本表面时发挥的作用比其他图层更大(使某些特征的成本更高)。 对于每个像元,工具会将每个输入栅格的值乘以给定权重,然后将四个值相加得到一个表示总成本的新值。

  1. 单击 LeastCostAnalysis 选项卡以返回到您的模型。
  2. 地理处理窗格中,搜索加权总和

    “加权总和”搜索

  3. 加权总和(Spatial Analyst 工具)工具拖入模型,放置到四个成本图层的右侧。

    模型中的“加权总和”

    您要将四个成本图层连接到工具。

  4. 拖出一个从 Ruggedness_Cost加权总和工具的箭头。 选择输入栅格

    “输入栅格”选项

  5. 以同样的方式,将其他成本图层连接到该工具。

    成本图层已连接到“加权总和”工具

    接下来,您将编辑工具参数,为每个输入提供所选的权重。

  6. 在模型中,双击加权总和工具以打开其参数。

    四个经过变换的图层将作为输入栅格列出。 每个输入的默认权重均为 1,这表示它们都具有相同的权重。 现在,您需更改其中的一些权重。 您确定土地覆盖标准应该发挥更大的作用,因为您不希望美洲狮通过城市区域。 同样,您确定险峻程度标准十分重要,因为美洲狮不适应地形平坦、不险峻的区域。 因此,您将增加这两个条件的权重,以确保美洲狮避开城市区域及平坦区域:更高的权重会显著增加这些不理想区域的成本。 由于您创建了工作流模型,所以您之后可以随时返回并调整权重,以便微调结果。

  7. 对于 Distance_to_Roads_CostProtected_Status_Cost,保持其权重 1。 对于 Ruggedness_CostLand_Cover_Cost,将权重更改为 1.25
  8. 对于输出栅格,将输出名称更改为 Cost_Surface

    “加权总和”的参数

  9. 单击确定
  10. 在模型中,右键单击 Cost_Surface 输出,然后选择添加至显示
  11. 保存模型。

    接下来,您将运行工具。

  12. 在模型中,右键单击加权总和工具,然后选择运行

    片刻之后,生成的图层将添加到内容窗格。

  13. 单击地图选项卡以将其激活。

    您将反转新图层的符号系统,以使低成本值显示为绿色,而高成本值显示为红色。

  14. 内容窗格中,单击 Cost_Surface 图层的符号以打开符号系统窗格。
  15. 符号系统窗格中的主符号系统下,选中反向复选框。

    “反向”复选框

    地图随即更新。 为了添加更多背景信息,您需要将 Hillshade 图层设置为显示。

  16. 关闭除了 Study_AreaCost_SurfaceHillshadeWorld Topographic MapWorld Hillshade 之外的所有图层。
  17. 内容窗格中,单击 Cost_Surface 图层以将其选中。 在功能区的栅格图层选项卡上,对于透明度,输入 20%。 对于图层混合,选择复合

    “透明度”已设置为 20% 且“图层混合”已设置为“复合”

    地图随即更新。

    Cost_Surface 叠加在 Hillshade 上

    Cost_Surface 图层模拟了美洲狮经过景观时的体验。 在压力和危险方面,绿色区域成本最低,红色区域成本最高,米黄色区域成本为中等。 您可以看到几乎所有低成本和中等成本区域均位于山区。 核心美洲狮栖息地均位于低成本区域(深绿色或浅绿色)。 这很合理,因为美洲狮自然会想要居住在压力和危险程度较低的区域。 这是个好迹象,虽然这是您第一次尝试且模型可以进一步微调,但是结果也已经很好。

  18. 关闭符号系统窗格。
  19. Ctrl+S 以保存工程。

在工作流的这一部分,您在模型中添加了多个步骤,以将四个条件数据集变换为 1 到 10 的通用等级,并将生成的图层合并为单个成本表面。 您运行了模型步骤,对结果进行了符号化并加以研究。 接下来,您将向模型添加一个工具,以确定美洲狮廊道的最佳位置。


生成最低成本路径

之前,您开发了一个模型,该模型可构建一个成本表面,模拟美洲狮经过景观时体验。 现在,您将使用此成本表面确定连接核心栖息地斑块的最佳路径。 对廊道位置进行建模可视为与确定最小阻力路径类似。 在最低成本路径中,您希望在指定位置之间行进的过程累积尽可能少的成本。 从概念上讲,可以将成本表面理解为每个栅格像元中都有一定数量的弹珠(对应于成本值)。 假设给美洲狮一个袋子,它们每经过一个像元,都要将该像元的弹珠装进袋子。 它们的目标是从一个核心栖息地到达另一个核心栖息地时尽可能少地收集弹珠。

确定最低成本路径

要创建最佳路径,您将使用最佳区域连接地理处理工具。 此工具用于在确定的区域之间确定一个最佳的最低成本路径网络。 该工具将使用两个输入:成本表面和核心美洲狮栖息地。

  1. 单击 LeastCostAnalysis 选项卡以返回到您的模型。
  2. 内容窗格将 Core Mountain Lion Habitats 图层拖入模型,放置在 Cost_Surface 输出旁边。

    拖至模型中的 Core Mountain Lion Habitats 图层

    接下来,您将添加最佳区域连接工具。

  3. 地理处理窗格中,搜索最佳区域连接

    “最佳区域连接”搜索

  4. 最佳区域连接工具拖入模型,放置在 Cost_SurfaceCore Mountain Lion Habitats 输入旁边。

    模型中的“最佳区域连接”工具

  5. 拖出一个箭头以将 Cost_Surface 输入连接到最佳区域连接工具。 选择输入成本栅格

    “输入成本栅格”选项

  6. 拖出一个箭头以将 Core Mountain Lion Habitats 输入连接到最佳区域连接工具。 选择输入栅格数据或要素区域数据

    “输入栅格数据或要素区域数据”选项

    要连接的输入区域可以为栅格数据或矢量数据。 Core Mountain Lion Habitats 图层是一个矢量面图层。

  7. 在模型中,双击最佳区域连接工具以打开其参数。

    您将输入工具的两个输出图层的名称。

  8. 对于最佳输出连通性线,将输出名称更改为 Mountain_Lion_Paths

    此为主输出图层。 其中将包含美洲狮从一个栖息地斑块移动至任意其他斑块(可能途径其他斑块)的最佳路径网络(或线)。

  9. 对于相邻连接的输出要素类,输入 Mountain_Lion_Paths_Neighbors

    最佳区域连接参数

    此为次要可选输出,其中识别了从每个斑块到每个与之距离最近(成本最低)的相邻要素的所有路径。 这些到达最低成本相邻要素的路径可能可以提供到达特定斑块的备选路径。

  10. 单击确定
  11. 右键单击工具的两个输出,然后选择添加至显示
  12. 保存模型。

    您将运行最佳区域连接工具并探索结果。

  13. 在模型中,右键单击最佳区域连接,然后选择运行

    片刻之后,生成的两个图层 Mountain_Lion_PathsMountain_Lion_Paths_Neighbors 将添加到内容窗格。

  14. 单击地图选项卡以将其激活。

    新图层为线矢量图层。 默认符号系统可能难以查看,因此,您将对其进行更改。

  15. 内容窗格中,单击 Mountain_Lion_Paths_Neighbors 图层的符号以打开符号系统窗格。
  16. 如有必要,在符号系统窗格中,单击图库。 在图库选项卡上,搜索 2.5 磅。 在找到的符号列表中,单击 2.5 磅符号。

    “2.5 磅”符号

    地图随即更新。

  17. 同样,将 2.5 磅符号应用于 Mountain_Lion_Paths 图层。

    具有新符号系统的 Mountain_Lion_Paths_Neighbors 图层

    首先,您将检查 Mountain_Lion_Paths 图层

  18. 内容窗格中,关闭 Mountain_Lion_Paths_Neighbors 图层。

    具有新符号系统的 Mountain_Lion_Paths_Neighbors 图层

    Mountain_Lion_Paths 图层表示连接四个栖息地斑块的成本最低的最佳路径网络。 您可以观察到路径主要穿过 Cost_Surface 图层的深绿色和浅绿色区域。 这很合理,因为这些是成本较低的区域。 仅在没有其他备选方案时,路径才会穿过红色区域。 此网络是连接四个斑块最高效的方式,也表示建立美洲狮廊道的最佳位置。

  19. 打开 Mountain_Lion_Paths_Neighbors 图层。

    Mountain_Lion_Paths_Neighbors 图层显示在 Cost_Surface 上方

    此图层包含的路径与之前的图层相同,此外,它还包含一些附加路径,这些路径连接了每个栖息地斑块及其成本最低的相邻要素。 这些额外的路径不是必要的,但是可以提供补充选项。 同样,您可以看到路径尽可能地穿过深绿色和浅绿色区域。

  20. 保存工程。

整理模型

进一步评估结果之前,您将整理模型以将其完成。

  1. 单击 LeastCostAnalysis 选项卡以返回到您的模型。
  2. 在功能区上的 ModelBuilder 选项上的视图组中,单击适应窗口大小

    “适应窗口大小”按钮

    模型将重新绘制以适应整个窗口。

    模型适应整个窗口

    您的模型元素的位置可能未完全对齐或间距不等。 您将使用自动布局功能以更好地方式重新组织模型。

  3. 在功能区 ModelBuilder 选项卡的视图组中,单击自动布局

    自动布局按钮

    模型将重新绘制以优化元素的放置。

    模型重新绘制以优化元素的放置

    提示:

    如果您对自动放置不够满意,则可以手动重新定位某些元素。

    为了更好地显示模型结构,您要将其重新组织为三个部分或组:

    • 预处理数据集
    • 创建成本表面
    • 查找最低成本路径
  4. 在模型中,在焦点统计距离累积工具及其相关输出元素周围绘制一个框以将其选中。

    围绕“焦点统计”和“距离累积”工具的框

  5. 在功能区 ModelBuilder 选项卡的组中,单击

    组按钮

    您选择的元素现在将囊括在一个组中。 您需要对其进行重命名。

  6. 双击名称。

    群体名称

  7. 在弹出的窗口中,输入新名称预处理数据集,然后按 Enter 键。

    “预处理数据集”组

    第一个组已经创建完成,现在您将创建第二个组。 首先,您要将 Core Mountain Lion Habitats 元素拖动到旁边。

  8. 单击 Core Mountain Lion Habitats 元素以将其选中,然后将其拖动到最佳区域连接工具下。

    Core Mountain Lion Habitats 元素已拖动到“最佳区域连接”工具下

  9. 按函数重设等级重分类加权总和工具及其相关输出元素周围绘制一个框。
  10. 在功能区的 ModelBuilder 选项卡上,单击
  11. 将新组重命名为创建成本表面

    “创建成本表面”组

    第二个组已经完成。 现在,您将创建第三个组。

  12. 最佳区域连接工具、其关联的输出元素以及 Core Mountain Lion Habitats 元素周围绘制一个框。
  13. 在功能区的 ModelBuilder 选项卡上,单击
  14. 将新组重命名为查找最低成本路径

    “查找最低成本路径”组

  15. 拖动各个组,扩大其间距以提高模型的可读性。

    模型已完成

  16. 保存模型。

    您的模型现已完成。

继续使用模型

将来如需使用模型,您可以随时从目录窗格中检索模型。

  1. 关闭模型。

    模型的关闭按钮

  2. 视图选项卡的窗口组中,单击目录窗格

    “目录窗格”按钮

  3. 目录窗格中,依次展开工具箱Mountain_Lion_Corridors.tbx 工具箱。

    您构建的模型位于该处。

    Mountain_Lion_Corridors.tbx 工具箱中的 LeastCostAnalysis 模型

    提示:

    Results.tbx 工具箱包含为您创建的模型副本,可供您进行参考和比较。

  4. 右键单击 LeastCostAnalysis 模型,然后选择编辑

    “编辑”选项

    模型将重新打开以供使用,您可以运行模型或进一步执行编辑。

  5. 在功能区的 ModelBuilder 选项卡的运行组中,单击验证

    “验证”选项

    验证功能可验证所有数据元素和参数值是否有效。 它还将重置模型状态,使其可供再次运行。

    现在,您可以通过单击运行按钮根据需要多次运行整个模型。 但是,请注意您在工作流前面部分中应用于结果图层的符号系统样式可能会丢失。 现在,您不会运行模型。

    提示:

    您可以通过在模型中加入应用图层的符号设置工具来将符号系统样式自动应用于模型中的输出图层,但是本教程不包含这部分内容。

  6. Ctrl+S 以保存工程。

在工作流的这一部分,您向模型添加了用于确定核心美洲狮栖息地之间最低成本路径的工具。 然后,您运行了工具,对输出图层进行了符号化并加以检查。 最后,您整理了模型以将其完成,并学习了将来如何继续使用此模型。


评估结果

现在,您将进一步评估结果。

将结果与其他图层进行比较

首先,您要将提议的路径与不同的成本图层相比较。

  1. 单击地图选项卡以将其激活。
  2. 内容窗格中,关闭 Mountain_Lion_Paths_Neighbors 图层并验证 Mountain_Lion_PathCore Mountain Lion HabitatsCost_Surface 图层是否为可见状态,如以下示例图像所示:

    Mountain_Lion_Paths、Core Mountain Lion Habitats 和 Cost_Surface 图层显示在地图上

    您之前看到,提议的路径尽可能地穿过成本表面栅格中的最低成本区域。 当没有任何其他替代方案时,它们可能会穿过几小段成本较高的区域。 总的来说,要连接美洲狮栖息地,这些路径看起来是开发野生动物廊道的适宜选项。 现在,您将分别查看四个单独的条件成本图层,以检查路径对于每个条件而言是否合适。

  3. 内容窗格中,关闭 Cost_Surface,打开 Ruggedness_Cost。 检查地图。

    Cost_Surface 关闭,Ruggedness_Cost 打开

    路径几乎仅经过险峻程度较高的地形。 从此条件的角度看,这些路径预示着这很可能成为高质量的美洲狮廊道。

  4. 内容窗格中,关闭 Ruggedness_Cost,打开 Distance_to_Roads_Cost。 检查地图。

    Ruggedness_Cost 关闭,Distance_to_Roads_Cost 打开

    尽管路径成本已尽可能达到最低,但正如预计那样,在此研究区域中无法避开靠近道路的位置。 在工作流的后续部分,您将对高速公路和小型道路进行更精细的区分,并了解这一具有挑战性的高道路密度情况可能的解决方法。

  5. 内容窗格中,关闭 Distance_to_Roads_Cost,打开 Land_Cover_Cost。 检查地图。

    Land_Cover_Cost 已关闭,Land_Cover_Cost 已打开

    这些路径几乎仅经过低成本土地覆盖。 从此条件的角度看,这些路径再次预示着这很可能成为高质量的美洲狮廊道。

  6. 内容窗格中,关闭 Land_Cover_Cost,打开 Protected_Status_Cost

    Land_Cover_Cost 已关闭,Protected_Status_Cost 已打开

    最佳路径尽可能地穿过保护区,但是大部分山谷和一些山区不受保护,而路径无法避免经过这些区域。 在工作流的后续部分,您将了解如何通过更改沿路径多段土地的受保护地位来改进此情况。

对照单独的成本图层检查路径确认了这些提议的廊道位置的优势,但是也突显出了一些挑战。 接下来,您将学习如何应对这些挑战。

可视化要保护的区域

沿提议路径设立野生动物廊道需要采取多项行动。 其中一项就是在时间来得及的情况下保护路径沿途剩余的未经开发的土地。 例如,加利福尼亚州可以启动一项计划,给予这些狭长土地保护地位。 您将可视化对于此类计划具有最高优先级的土地。

您可以将野生动物廊道定义为沿提议路径延伸的具有特定宽度的带状土地。 在此工作流中,您将选择 2 千米(1.24 英里)的廊道宽度。 通过在提议路径两侧创建 1 千米(或 1,000 米)的缓冲区,您可以可视化野生动物廊道。

  1. 地理处理窗格中,搜索成对缓冲。 在结果列表中,单击成对缓冲工具。
  2. 成对缓冲工具中,选择以下参数值。
    • 对于输入要素,选择 Mountain_Lion_Paths
    • 对于输出要素类,输入 Wildlife_Corridors
    • 对于距离,输入 1000,然后选择
    • 对于融合类型,请选择将全部输出要素融合为一个要素

    “成对缓冲”参数

  3. 单击运行

    Wildlife_Corridors 缓冲区将出现在地图上,显示为半透明的蓝色。

  4. 验证 Protected_Status_Cost 是否仍为打开状态,如以下示例图像所示。

    地图上的 Wildlife_Corridors 缓冲区为半透明的蓝色

    注:

    在此工作流中,您创建了一个基础缓冲区(称为欧氏缓冲)。 更高级的方法是创建成本缓冲区,这种方法将考虑成本表面。 可以在距离累积工具中,通过使用路径和成本表面并设置最大距离来完成上述操作。 也可以使用最小成本廊道工具完成该操作。 有关详细信息,请参阅使用廊道连接位置文档页面。 另请参阅文章使用最佳路径连接位置

    Protected_Status_Cost 图层上,不受保护的区域显示为红色或橙色。

  5. 检查地图,通过视觉识别哪些区域位于 Wildlife_Corridors 缓冲区范围内,并且在 Protected_Status_Cost 图层中符号化为红色或橙色。

    这些是需要尽可能变为受保护土地的区域。

    提示:

    您也可以提取刚刚通过视觉方式识别的土地区段,但是这超出了本教程的范围。 要执行该操作,您可以使用重分类工具从 Protected_Status_Cost 图层派生一个新栅格,其中仅包含不受保护的土地(即值为 9 和 10),其他值将被重分类为 NoData。 然后,您可以在生成的图层中使用按掩膜提取工具提取既表示不受保护的土地又位于 Wildlife_Corridor 缓冲区内的栅格像元。

评估是否需要野生动物立交桥

建立野生动物廊道所需的另一类行动是帮助美洲狮通过路径中相对危险的区域,例如高速公路。 现在,您将研究数据以了解更多信息。

虽然在理想的世界中,野生动物廊道不会与任何道路相交,但您看到由于区域已进行高度开发,因此该理想情况在研究区域中不可能实现。 但是,区分不同类型的道路可能有所帮助。 美洲狮穿过小型道路时可能受到相对较轻的伤害,而每当它们尝试穿过高速公路时,则会面临巨大的危险。 当野生动物廊道无法与避免高速公路相交时,一种成熟的方法是建立野生动物立交桥来跨越公路,如以下示例图像所示。

野生动物立交桥
此照片显示爱沙尼亚的一个野生动物立交桥示例。

您将在研究区域中识别提议的路径在何处与高速公路相交。 首先,您将从 Roads 图层派生一个仅显示高速公路的新图层。 为此,您将使用定义查询。 首先,您将创建一个 Roads 图层的副本。

  1. 内容窗格中,右键单击 Roads 图层,然后选择复制

    复制选项

  2. 内容窗格中,右键单击地图,然后选择粘贴

    粘贴选项

    Roads 图层的副本已添加。 您需要对其进行重命名。

  3. 单击新的 Roads 图层以将其选中,然后再次单击图层以进入编辑模式。 输入 Highways,然后按 Enter 键。

    Highways 图层

    您将创建定义查询。

  4. 右键单击 Highways,然后选择属性

    属性选项

  5. 图层属性:Highways 窗口中的左侧列,选择定义查询

    “定义查询”选项

  6. 单击新建定义查询

    “新建定义查询”按钮

  7. 查询 1 下,构建以下查询 Carto is less than or equal to 2

    定义查询“Carto is less than or equal to 2”。

    Carto 属性存储一个数值,该值将道路类型从最大 (1) 到最小 (6) 进行了编码。 此查询仅保留 Carto 值为 1 和 2 的道路,这些道路为高速公路和高速公路坡道。

  8. 单击应用,然后单击确定
  9. 内容窗格中,打开 Highways 图层。 关闭 Wildlife_CorridorsProtected_Status_CostHillshade 图层。

    地图的外观应类似于以下示例图像。

    Mountain_Lion_Paths 和 Highways 图层显示在地图上

    您将为 Highways 图层选择一个更易于查看的符号。

  10. 单击 Highways 的符号以打开符号系统窗格。
  11. 如有必要,在符号系统窗格中,单击图库。 在图库选项卡上的 ArcGIS 2D 下,单击高速公路

    “高速公路”符号

  12. 内容窗格中,将 Mountain_Lion_Paths 图层拖动到 Highways 图层上方,使其在地图上绘制于 Highway 图层之上。

    Mountain_Lion_Paths 图层已拖动到 Highways 图层上方

    在地图上,高速公路现在显示为红色粗线。 您可以识别提议路径与高速公路交叉的四个位置。

    提议路径与高速公路交叉的四个位置

    由于洛杉矶区域以其广泛分布的高速公路系统而闻名,因此路径与高速公路之间的交叉点数量并不令人惊讶。 检查地图可以发现,即使考虑绕路,路径也显然不可能避免与这些高速公路交叉。 因此,应考虑在这四个交叉点处建设立交桥。 您将近距离查看其中的一个位置。

  13. 在功能区地图选项卡的导航组中,单击书签并选择 State Route 126

    State Route 126 书签

    您将切换到影像底图,以便更好地了解地面情况。

  14. 在功能区地图选项卡的图层组中,单击底图。 在底图列表中,选择影像混合图

    “影像混合图”底图选项

    地图将更新为显示区域的图像视图以及一些制图指示。

    区域的图像视图

  15. 检查地图并在高速公路与提议路径的交叉点处缩放,以便更仔细地查看。

    放大的区域图像视图

    您可以看到该路径不仅需要穿过 Route 126(或 Henry Mayo Dr.),还需要穿过 Southern Pacific 公司的铁路。 单个高架桥可能可以同时跨越上述两者,因为它们之间的距离很近。 再往南一些还有圣克拉拉河,还需要查看该河以确定美洲狮是否可以通过。 如果无法通过,则还需要在该处安排某种类型的通道。

    注:

    立交桥无需精确地建于提议的位置。 如果可以避开陡峭的山坡或为美洲狮提供更密集的植被覆盖,使其感到更安全,那么略微移动该位置则是十分明智的选择。

  16. 您可以选择性地使用其他书签查看另外三个交叉位置。
  17. Ctrl+S 以保存工程。

在研究区域建立野生动物廊道无疑会存在许多挑战,因为此区域的开发程度已经很高。 但是,您现在已有一个具体的、信息充足的计划,可以向当地政府和其他相关机构提出。 您创建的分析方法和模型虽然简洁明了,但对于在世界各地进行类似分析的人来说,是一个很好的起点。 您可以继续编辑模型中的工具参数,以便微调结果。 如果您更改了加权总和工具的权重,会怎么样? 如果您在成本表面中添加第五个标准,会怎么样呢? 通过记录和可编辑的工作流,您可以根据需要测试理论并进行调整,以完善分析。 如要增强您的分析,还可以添加与当地保护工作、土地所有权和农业相关的补充数据。

要了解美洲狮及其保护工作的更多信息,请查看美洲狮基金会

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