全部版块 我的主页
论坛 经济学人 二区 外文文献专区
940 33
2022-06-24
英文标题:
《CostMAP: An open-source software package for developing cost surfaces》
---
作者:
Brendan Hoover, Richard S. Middleton, and Sean Yaw
---
最新提交年份:
2019
---
英文摘要:
  Cost Surfaces are a quantitative means of assigning social, environmental, and engineering costs that impact movement across landscapes. Cost surfaces are a crucial aspect of route optimization and least cost path (LCP) calculations and are used in a wide range of disciplines including computer science, landscape ecology, and energy infrastructure modeling. Linear features present a key weakness to traditional routing calculations along costs surfaces because they cannot identify whether moving from a cell to its adjacent neighbors constitutes crossing a linear barrier (increased cost) or following a corridor (reduced cost). Following and avoiding linear features can drastically change predicted routes. In this paper, we introduce an approach to address this \"adjacency\" issue using a search kernel that identifies these critical barriers and corridors. We have built this approach into a new Java-based open-source software package called CostMAP (cost surface multi-layer aggregation program), which calculates cost surfaces and cost networks using the search kernel. CostMAP not only includes the new adjacency capability, it is also a versatile multi-platform package that allows users to input multiple GIS data layers and to set weights and rules for developing a weighted-cost network. We compare CostMAP performance with traditional cost surface approaches and show significant performance gains, both following corridors and avoiding barriers, using examples in a movement ecology framework and pipeline routing for carbon capture, and storage (CCS). We also demonstrate that the new software can straightforwardly calculate cost surfaces on a national scale.
---
中文摘要:
成本面是分配社会、环境和工程成本的一种定量方法,这些成本会影响整个景观的移动。成本面是路线优化和最小成本路径(LCP)计算的一个重要方面,广泛应用于计算机科学、景观生态学和能源基础设施建模等学科。线性特征是沿成本曲面进行传统布线计算的一个关键弱点,因为它们无法确定从单元移动到相邻单元是构成跨越线性屏障(成本增加)还是沿着走廊(成本减少)。遵循和避免线性特征可以极大地改变预测的路线。在本文中,我们介绍了一种方法来解决这个“邻接”问题,使用一个搜索内核来识别这些关键障碍和走廊。我们已经将这种方法构建到一个新的基于Java的开源软件包CostMAP(cost surface multi-layer aggregation program)中,该软件包使用搜索内核计算成本曲面和成本网络。CostMAP不仅包括新的邻接功能,它还是一个多功能的多平台软件包,允许用户输入多个GIS数据层,并为开发加权成本网络设置权重和规则。我们将CostMAP性能与传统的成本面方法进行了比较,并通过运动生态学框架和碳捕获与储存(CCS)管道路由中的示例,展示了在遵循走廊和避免障碍方面的显著性能增益。我们还证明,新软件可以在全国范围内直接计算成本面。
---
分类信息:

一级分类:Physics        物理学
二级分类:Physics and Society        物理学与社会
分类描述:Structure, dynamics and collective behavior of societies and groups (human or otherwise). Quantitative analysis of social networks and other complex networks. Physics and engineering of infrastructure and systems of broad societal impact (e.g., energy grids, transportation networks).
社会和团体(人类或其他)的结构、动态和集体行为。社会网络和其他复杂网络的定量分析。具有广泛社会影响的基础设施和系统(如能源网、运输网络)的物理和工程。
--
一级分类:Economics        经济学
二级分类:General Economics        一般经济学
分类描述:General methodological, applied, and empirical contributions to economics.
对经济学的一般方法、应用和经验贡献。
--
一级分类:Quantitative Finance        数量金融学
二级分类:Economics        经济学
分类描述:q-fin.EC is an alias for econ.GN. Economics, including micro and macro economics, international economics, theory of the firm, labor economics, and other economic topics outside finance
q-fin.ec是econ.gn的别名。经济学,包括微观和宏观经济学、国际经济学、企业理论、劳动经济学和其他金融以外的经济专题
--

---
PDF下载:
-->
二维码

扫码加我 拉你入群

请注明:姓名-公司-职位

以便审核进群资格,未注明则拒绝

全部回复
2022-6-24 05:20:07
CostMAP:开发成本表面的开源软件包Brendan Hoover地球与环境科学洛斯阿拉莫斯国家实验室Richard S.Middleton地球与环境科学洛斯阿拉莫斯国家实验室Sean Yaw Gianforte计算学院蒙大拿州立大学2019年3月27日抽象成本表面是分配社会、环境、,以及影响景观移动的工程成本。成本面是路线优化和最小成本路径(LCP)计算的一个重要方面,广泛应用于计算机科学、景观生态学和能源基础设施建模等学科。线性特征是沿成本曲面进行传统布线计算的一个关键弱点,因为它们无法确定从单元移动到相邻单元是构成跨越线性屏障(成本增加)还是沿着走廊(成本减少)。遵循和避免线性特征可以极大地改变预测的路线。在本文中,我们介绍了一种方法来解决这个邻接问题,使用一个搜索内核来识别这些关键障碍和走廊。我们已经将这种方法构建到一个新的基于Java的开源软件包CostMAP(成本表面多层聚合程序)中,该软件包使用搜索内核计算成本表面和成本网络。CostMAP不仅包括新的“邻接”功能,它还是一个多功能的多平台软件包,允许用户输入多个GIS数据层,并为开发加权成本网络设置权重和规则。
二维码

扫码加我 拉你入群

请注明:姓名-公司-职位

以便审核进群资格,未注明则拒绝

2022-6-24 05:20:10
我们将CostMAP性能与传统的成本面方法进行了比较,并通过运动生态学框架和碳捕获和储存(CCS)管道路由中的示例,展示了在遵循走廊和避免障碍方面的显著性能增益。我们还证明,新软件可以在全国范围内直接计算成本面。关键词:成本地图、GIS;成本面;运动生态学,碳捕获和储存,贝尔德的Tapir。1简介在本文中,我们提出了一种新的多尺度方法,用于确定包含线要素的相邻光栅单元是否在成本曲面中充当屏障或走廊。我们通过两个具有代表性的案例研究野生动物迁徙生态学和CCS基础设施来展示我们的新方法。首先,我们说明了一个运动生态学框架,因为生物真实的成本曲面对于建模和理解动物运动至关重要(Sawyer、Epps和Brashares,2011)。其次,我们证明,现实的成本网络可以极大地改善商业规模CCS的基础设施决策,包括基础管道路由,以及在何处捕获和储存CO2的决策。作为本研究的一部分,我们还介绍了一种开源软件,称为Cost Surface多层聚合计划(CostMAP),该软件利用我们的多尺度方法直接灵活地权衡多个地理特征,并将线性特征合并为屏障或走廊。CostMAP是一个灵活的、多平台的开源软件包,用于计算加权成本曲面和加权成本网络。成本面是可以在任何地理信息系统(GIS)软件中使用的光栅图像。
二维码

扫码加我 拉你入群

请注明:姓名-公司-职位

以便审核进群资格,未注明则拒绝

2022-6-24 05:20:13
成本网络是一个包含每个单元之间移动成本的文件,可以在python或R等脚本语言中使用,并由SimCCS2.0使用,SimCCS2.0是一个经济工程框架,旨在寻找碳捕获和存储(CCS)的最佳网络解决方案(Middleton et al.2018,Middleton and Bielicki 2009)。基于Java的CostMAP在Mac、Linux和Windows操作系统中运行,可以作为独立产品或SimCCS2.0的一部分提供。CostMAP生成的成本面和成本网络可用于多种方式,如选址设施,但最初设计用于最小成本路径(LCP)分析。许多不同的地理特征或属性,如地形、土地覆盖、土地所有权和人口密度,是确定LCP的基本变量(Miller 2004)。通常,GIS程序(如GRASS、QGIS或ArcMap/ArcGIS Pro)将成本计算为地理和社会因素的总和。CostMAP考虑了类似的因素,但使用了累加、二进制选择和比例加权的组合。例如,土地覆盖权重在人口密度的某些阈值下被覆盖。CostMAP还包括一种新的变革性方法,用于整合屏障(如河流和道路)和走廊(如现有路权)。将线性特征作为屏障或走廊进行权衡的能力显著提高了成本准确性,并且比通常使用传统方法能够更真实地预测路线。
二维码

扫码加我 拉你入群

请注明:姓名-公司-职位

以便审核进群资格,未注明则拒绝

2022-6-24 05:20:17
CostMAP中道路的改进表示本质上允许用户在单个曲面内表示现有二维矢量网络(现有道路,如管道)以及识别新的低成本路线(如果更便宜,新管道将使用现有行),在确定包含河流、道路或管道等线要素的单元是否构成屏障、走廊或两者兼而有之时,需要解决在任意点(Choi at al)进入和离开2D网络等问题。在成本曲面上应用权重的一个关键未解决挑战。当细胞之间的移动仅限于具有相同分辨率的相邻细胞时,就会出现这种挑战。当一个单元同时包含屏障和道路时,“从单元”和“到单元”连接实际上定义了路线是跨越屏障还是利用道路。例如,在图1中,可以从单元B的质心相邻移动到单元C的质心,而无需穿越河流,但GIS中的传统成本面计算将权衡单元之间的移动,就像河流被穿越两次一样(Fera 2007)。同样,B区和E区之间的相邻运动可能会得到河流走廊的帮助,而a区和B区之间的相邻运动则不会。2背景2.1最低成本路径LCP分析为许多社会和科学问题提供了重要见解。例如,LCP分析可以找到运输、管道、输电线路和信息技术的路线。LCP分析在开发大规模CCS管道和其他基础设施方面也有助于缓解气候变化(Middleton等人,2018年,Middleton和Bielicki,2009年);这是我们的两个案例研究之一。
二维码

扫码加我 拉你入群

请注明:姓名-公司-职位

以便审核进群资格,未注明则拒绝

2022-6-24 05:20:20
生态学家利用LCP了解基因流、生物多样性(Urban和Keitt 2001),以及动物如何利用其景观(Sawyer等人,2011);这是我们第二个案例研究的基础。为了了解历史贸易路线和城市结构,人类学家经常利用LCP分析(Bicho、Cascalheira和Goncalves图1:两个单元格包含一条河流时邻接问题的说明。河流进入所有六个单元格,但一些单元格仍然相连,如单元格B和E,无需穿过河流。2017年)。LCP分析已被用于寻找减少城市拥堵的解决方案(Wen、Chatay和Eglese,2014年)。甚至旅游业也可以利用LCP来确定风景线或隐藏路线的最佳旅游路线(Stucky 1998)。欧几里德距离定义了同质空间中点对之间的最短路径,但异质空间中的最短路径,如交通网络或环境景观,是由距离以及地理和社会因素定义的。图论是分析点对象成对关系的一个数学分支,已成功用于寻找最短路径,以解释欧几里得距离以外的因素(Evans 2017)。例如,图论已广泛应用于各种与最大化布线和流量效率有关的学科,如计算机科学、城市规划和景观生态学(urban和Keitt 2001)。图论算法通过最小化连接线(称为边)的权重来计算顶点或节点之间的最短路径。已经开发了数百种算法来解决最短路径问题(Deo和Pang 1984),但在GIS应用中使用最广泛的是Dijkstra的最短路径算法(Dijkstra 1959)。
二维码

扫码加我 拉你入群

请注明:姓名-公司-职位

以便审核进群资格,未注明则拒绝

点击查看更多内容…
相关推荐
栏目导航
热门文章
推荐文章

说点什么

分享

扫码加好友,拉您进群
各岗位、行业、专业交流群