CIRCUITSCAPE-用户指导

CIRCUITSCAPE用户指导首次使用的用户：请在运行大栅格（大于一百万单元格）之前阅读内存管理的部分。1.介绍Cirsuitscape是一个运用电路理论去建立异质景观的连接度的模型的一个开源的程序。它的最常用的应用包括建模运动和动植物的基因流，以及认证对于连接度保护很重要的区域。电路理论与普遍使用的连接度模型相配因为它与随机漫步理论的连接和它的能够自发地评估多重传播途径的贡献。景观代表传导型地表，以及对于对运动最有渗透性和最能促进基因流的景观功能类型的低阻力，以及对于运动障碍的高阻力。有效的阻力、流、和穿过景观的电压计算可以与生态进程相关，例如单个运动和基因流。更多关于基本模型、它的参数化，和在生态、演变、和保护规划方面的潜在应用可以在McRae(2006)andMcRaeetal.(2008).中找到。Circuitscape起初被设计去分析栅格图之间的连接度。用这个4.0版本，它现在可以分析任意的网格（图表），分析任何一套用户指定的节点间的联系。Circuitscape可以从一个独立界面或者从一个Arcgis工具盒被运行。图1.独立界面（支持栅格和网络分析）图2.ARCGIS工具盒（只能分析栅格基础的）。这个工具盒包括把栅格和特征类放在一个共同的坐标系统的实用程序。更多的创造核心栖息地区域和阻力层的实用工具正在被开发。在你开始之前无论你用什么软件，连接度建模包括大量的研究:数据的编辑、GIS的分析，以及对于结果的谨慎的解释。定义要连接的区域、参数化阻力模型，以及其他的你需要做的建模决定不会那么琐碎。在潜心学习这个软件之前，我们强烈建议用户首先熟悉连接度建模的进程和咨询参考已经出版的资源。比较好的开始可以看在CorridorDesign和ConnectingLandscapes网站的概述。Spearetal.(2010),Beieretal.(2011)andZelleretal.(2012)提供了在阻力绘图和连接度分析的有帮助的建议。在用这个软件之前，用户应该熟悉连接度建模的电路理论的使用（由McRaeetal.2008总结）看theGnarlyLandscapeUtilities网站可以对自动化的阻力以及核心区域的建模有帮助。最后，对绘制重要连接度区域感兴趣的用户可以考虑LinkageMapper,这是一个绘制最小费用通道的。LinkageMapper,现在也可以用circuitscape分析最小费用通道。2.circuitscape是如何工作的circuitscape可以通过它的图表用户界面或从ARCGIS工具盒或者命令行被调出。用户提供给circuitscape阻力数据和计算有效阻力或者绘电流图和景观和网格间的电压的程序。两种数据类型：网格和栅格circuitscape可以阅读任何一种被线连接的节点网络或者阻力栅格图。线和栅格单元格可以被赋予反映景观促进或者阻碍运动程度的阻力值。网络或者栅格图可以被编码进阻力或电导率。图3.circuitscape使用的网络或者栅格数据类型的简单说明。这个程序可以在节点网络或栅格网格上运行。栅格单元格可以有任何的阻力值。带有零阻力的单元格（短电路区域，可以被用来代表连续的栖息地斑块）被展示成白色，带有阻力值为1的单元格被展示为灰色，带有无限阻力的单元格（被编码为NODATA）被展示为黑色。对于栅格来说，每一个带有限阻力的单元格被代表为一个图表中的节点，与它的四个第一级或八个第二级邻近的单元格连接。带有明确阻力的单元格（零导电率）被减少。栖息地斑块、单元格的集群，可以被指定为零阻力（有限的电导率）使用一个分离的“短电路区域”的文件。这些单元格的集合被瓦解进一个单独的节点。图4.栅格被转化为电网络。每一个单元格变成一个节点（被用一个点代表），邻近的单元格被电阻器与周围四个或者八个连接。在这里，两个短电路区域每一个被成为一个单独的节点。有限阻力的单元格被从网格中完全被删除。计算模式Circuitscape运行四种模式中的一种：成对的，高级的，一对多和多对一。成对的和高级的模式对于栅格和网络数据类型都可用。一对多和多对一模式只能对栅格数据可用。在成对的模式中，所有成对的焦点节点（连接度要被建模的点或者区域）的连接度被计算，这些节点是被用一个单独的输入文件提供给程序的。对于每一对焦点节点，一个节点将会被任意地与1安培的电流源相连，另一个会与大地相连。所有成对的焦点节点之间的有效阻力将被迭代地计算，并且，如果被选择了，电流图和电压图就会产生。如果有n个焦点节点，就会有n（n-1）/2个计算结果除非你正在使用焦点点（每个焦点节点只有一个单元格）并且不绘制电流和电压图。在后面的情况中，我们可以有n种计算结果（更快）。在高级的模式中，提供了更灵活的方法去定义源和目标电流。用户定义任何数量的电流源以及任何数量的在网络中或栅格景观中的大地，并且这些被自发地激活。源代表电流流过的点或者区域，而大地则代表电流存在于这个系统中的节点。源节点可以有不同的长度（注射或多或少的电流进网络或栅格），并且大地节点可以与有任何阻力的大地紧密相连。电流源和大地用独立输入文件提供。另两个模式只对栅格数据类型可用。一对多模式与成对的模式很相似，并且用同样的输入文件。然而，不同于迭代所有成对的焦点节点，这种模式迭代所有的焦点节点。在每一次迭代，一个焦点节点与一个1安培电流源相连，所有剩余的焦点节点被与大地相连。如果有n各焦点节点，就会有n个计算结果。多对一模式与一对多模式相似，并且采用相同的输入文件。然而，在这种模式中，circuitscape连接一个焦点节点到大地，而所有剩余的焦点节点到1安培电流源。然后对每一个进程重复进程；如果有n个焦点节点，就会有n个计算结果。Circuitscape可以产生图展示电流密集度和每个节点或单元格的电压（以及在网络中的每一条线/处理器的电流）。另外，circuitscape写一个可以报告所有在成对的模式成对的焦点节点的有效阻力，以及在每一个节点之间和大地在一对多模式。在多对一模式下阻力不被定义，因此一个写入零的文件暗示着成功的解决。网络数据的分析说明对于网路数据类型来说，任何的节点可以通过处理器与任何其他的节点相连接；图5例子网络。这个网络将被输入为一个文本清单具体说明在每一对相连的节点的阻力。对于成对的分析来说，我们也会提供一个我们想运行计算的焦点节点的一个清单（包括至少两个节点数，至多五个，是在电路中的节点数量）。图6在成对的模式中，circuitscape将会迭代运算在一个焦点节点清单中所有成对的节点。如果节点0和节点4在焦点节点清单中，那么迭代中一个将会向上述一样，用一个1安培的电流源连接一个节点，另一个节点接地。电流将会流经网络从源到大地。分支电流，节点电流，节点电压和成对节点间的有效阻力会被写入每一个迭代中。更复杂的会被加到高级的模式中运行，这种模式允许所有的源和大地被自发地激活。例如，我们可以通过增加一个在零节点的单独的修改过的源和增加许多的赋予了不同的阻力值的大地的方法来改进上述电路。电流源和大地在独立的文件中。图7在高级的模式中，任何的节点可以与一个电流源或者与大地相连，或者直接后者通过处理器与任何的值（顶面板）。电流通过多有的节点和线可以被计算（底面板），每一个节点的电压也可以被计算。上述的电路都是来源于McRae（2008）.图7电流计算没有看懂。栅格数据的分析说明阻力或者电导率的栅格栅格数据给了每一个单元格阻力值或者电导率焦点节点或者区域短电路区域图8例子的对于成对的、一对多的、多对一模式的栅格图输入文件。这些例子中的输入文件包括一个阻力图特定说明每个单元格的阻力值和电导率，一个焦点节点位置文件（在这种情况有两个焦点区域和一个焦点点），和一个可选择的短电路的区域图。焦点区域和短电路区域代表零阻力值的区域。有着相同区域ID的单元格被认为是完美的连接并且被瓦解进一个单独的节点，即使他们不连续。图9图解的描述成对的模式的分析将会由展示在图8中输入文件造成。三种成对的计算，包括焦点节点1和2，节点1和3，和节点2和3，将会产生。对于每一对来说，一个节点会被连接到一个1安培的电流源，另一个连接到大地。注明焦点区域节点变成短电路区域当他们被激活时（例如在情景1中的节点1），但是当这些节点没有被激活时这些区域不会呈现（例如情景3中的节点1）.图10图解的描述一对多模式的分析由图8中的输入文件展示的。这些计算，包括焦点节点1，2，3会被产生。对于每一个来说，一个节点会被连接到一个1安培的电流源，另两个会被连接到大地。多对一模式也相似，就是箭头方向相反而已。也就是一个节点与大地相连，剩下的节点与1安培的电流源相连。图11在高级的模式中的例子栅格图输入文件。这种模式要求独立的电流源和大地文件。注明在这个例子中的电流源有不同的长度，并且大地节点被连接到有不同等级阻力值的。这个例子也包括一个带有五个短电路区域的可选择的栅格。图12前两个面板展示了图11中的输入文件造成的有效的布局。由于电流源C和大地D和E与短电路区域部分重叠，这些短电路区域有效地成为源或者大地本身。最右边的面板展示了一个结果分析的图示，在图示中所有的源（白点和多边形）和大地（黑点和多边形）都被自发的激活。注明源可能是消极的（绘制在系统之外的电流），并且大地节点可以实质上贡献电流给系统当消极源呈现时。3、安装circuitscapeWindows和Mac操作系统可执行的（对于大多数用户）下载和运行适当的安装包（32位还是64位的取决于你的操作系统）。这将安装circuitscape并且创建一个“例子”的目录在安装目录下，带例子的输入文件。Mac用户应该单独下载这个目录。ArcGIS工具盒（仅Windows可用）如果你有arcgis10.0或者稍后的版本，你可以下载和安装从circuitscape官网上下载为arcgis的工具盒。照着在压缩包里的安装说明来安装。安装circuitscape作为一个python包Linux4.使用带有图表用户界面的circuitscape使用Windows运行用户界面，就像你运行其他的任何程序一样运行circuitscape。在介绍部分以上的用户界面都会出现。步骤一：选择你的输入数据类型第一步就是选择你是分析网络还是栅格数据步骤2：选择一个建模方式正如上面描述的，circuitscape将会以四种模型中的一种运行。成对的和高级的模式对于栅格和网络数据类型都是可用的。一对多和多对一模式只对栅格数据可行。光栅阻力图或者网络/图表阻力文件特定说明了在景观中的每一个单元格的能力或网格中线的负载电流。文件格式将会在下面的输入文件格式部分介绍。数据代表导电率而不是电阻大多数的用户编码他们的网络或者光栅阻力（值越大意味着越大的移动阻力）数据，这在连接度建模中是很常见的。如果你想指定电导率就检查这个盒（电导率是相互阻力；值越大说明移动越简单）。注意零和有限值（电导率和阻力值）代表特殊的情况。有限的阻力被编码作为NODATA值在输入的阻力网格，或者是零或NODATA在输入的电导率网格中；这些被当作完全的障碍，并且与其他所有单元格都不相连。对于光栅分析，有零阻力（有限电导率值）单元格会被用一个单独的短电路区域文件特别注明正如下面描述的。成对的，一对多，多对一的模式选项焦点节点的位置和数据类型文件特别指定了在有效阻力和要被计算的电流之间的节点的位置（看图6和9）。每一个焦点节点应该有一个独特的积极的整数ID。文件可能是指定坐标或合适的栅格格式的文本列表。当一个网格被使用的时候，一定会有相同的单元格尺寸和面积作为阻力网格。被储存在每一个网格单元格位置的值指的是焦点节点的ID。不包含焦点节点的单元格应该被编码成NODATA值。当一个文本被使用，值域引用焦点节点ID。在例子目录里的例子可以在circuitscape下载页中找到。对于栅格分析，焦点节点可能发生在点（在阻力网格上的单个的单元格）上或者穿过区域（图8）。对于后期的，一个单独的ID会占用一个网格中的超过一个单元格或超过一对在一个文本列表的坐标。在一