国际资讯 | 基于地理空间分析的电缆布线
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翻译：崔文楷
校对：刘昊旻
终校：冷润茗
转载需经【慧天地】许可。
当在项目中布设电缆时，你要如何计算并确定其位置呢？
一个可再生能源项目的推进需要连接合适的变电站；一个住房开发项目的构建需要连接合适的电网。那么，从项目到电网的路线又是如何计算的？更关键的是，要如何使用GIS去自动计算它？
大多数项目的相关分析都需要在宏观和微观两个层面进行。在宏观（高）层面，电缆工程师和开发商提供数据输入GIS中进行分析，他们可以提供详细的约束条件和网格要求，以确保地理空间分析使用的是最佳信息。每当得出一组宏观尺度的结果，所有参与方都将对其进行详细绘制和分析，修改路线直至得出最合适的方案，同时，诸如栖息地、物种、公用事业运营商的细微差别或地方议会的规定等细节问题也将会得到缓和。
宏观尺度分析
本篇文章的重点将放在宏观尺度的地理空间分析以及如何频繁进行这种分析。该方法曾在数个（成功的）可再生能源项目和一个海上互连中使用过，经过尝试和测试，人们发现这种方法效果极好，而且还能用于电缆敷设之外的其他用途。
该方法使用了一种名为“最小成本路径”的空间分析技术，其工作原理是将权重分配给可能影响潜在路线的所有事物。典型特征可以是（但不限于）地形特征（例如道路、建筑物、树木、河流和铁路线），以及其他影响特征（例如环境保护区、机场禁区、密集城市区域和历史或遗产所在区域）。
我们会根据解决这些问题的复杂程度来赋予每一项考虑因素不同的权重。例如，如果线路不能通过河流或保护区，则这些条件将被赋予尽可能高的权重，当然，其他特征（如树木或森林）的权重值也会相应地比较高。
栅格创建
地形带来的分层成本
我们的首要目标是为兴趣面（AOI）创建栅格。每个单元都有一个从作为分层栅格的特征要素中获取的、与之关联的数字。首先，使用GIS，根据起点和终点的位置设置框架的范围。依笔者的经验来考虑，在起点和终点周围留出一些可供“回旋镖”路径使用的空间是个不错的选择，因为在某些情况下，此类路径比沿着螺旋路径通往终点要更好些。
接下来，应将权重最大的特征要素（假设为矢量格式）导入地图，同时保持范围不变。如果有多个具有相同权重的要素集，则将它们合并在一起后再栅格化数据，并确保使用合适的单元格大小。若以1:50000的比例使用25厘米的单元格，处理数据可能需要花费一些时间，除非是在一个非常小的区域上运行它。这就是为什么使用对象不能小于一米。栅格化后，需要为所有被要素占用的区域分配一个数值较大的数字（例如999999）——这可以在栅格化转换或使用重新分类栅格时完成。要记得为所有其他区域分配零值。
现在我们要考虑如何对特征进行加权，以便将其栅格化，并分配正确的权重。接下来，加载下一个权重最大的特征要素，并将其栅格化到与第一个特征要素相同的程度。采用相同的步骤和单元格大小，并将包含所选数值的特征要素的单元格逐个分配，同时保持所有其他单元格为零。之后继续创建栅格，直到获得所有级别不同的权重。
QGIS Grass r.成本接口；A=成本栅格B=矢量起点C=矢量终点
下一步是合并所有栅格。最好借助栅格数学（QGIS和ArcGIS Pro/Map中都有提供）。使用所选择的GIS，将所有栅格相加，再将每个重叠单元相加，以合成一个最终栅格，其中的每个单元都包含了数据的总和。
栅格的数字表示以及它们如何合成成本路径的最终权重
值得注意的是，Esri软件中有几种成本路径工具，笔者推荐的一种是“线型最佳路径”。这个工具存放在空间分析工具集中，它能生成一条矢量线，可以提供起点和终点的矢量输入，也可以将起点和终点转换为栅格，并为单元格分配唯一值（不用于最终成本栅格）。该工具中，栅格或矢量特征可用于起点和终点，这与Grass r.cost工具类似。
特别提示
专业建议1：如果你需要随时调整成本加权栅格，请避免直接对创建的“最终”加权栅格进行调整。你可以先在一个新文件夹中复制栅格，再调整必要栅格的要素权重，然后将它们相加。这可能会显得工作量很大，但如果你与一位想要运行不同方案的项目经理共事，这将帮助你轻松回顾之前所做的个别修改并便捷地回退步骤。
专业建议2：与其使用DEM（数字高程模型）来描述地形，不如将DEM转换为坡度栅格，并根据其复杂性分配单元值。例如，如果你正在查看的是一条行驶路径，那么对于一般车辆而言，在超过70度的坡度上行驶几乎是不可能的。对于技术输出而言，由于路线可能超过数公里，沿着路线添加KPs（公里点）能为用户带来极大便利。我们可以借助“沿直线点”这一工具来实现，其中，距离设置为1km，然后可以将其与直线顶点处、具有距离和方向角属性的点数据合并。这为技术电缆或路线分析员分配关键要素提供了极大帮助。
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