Ugrás a tartalomhoz

Térbeli döntéselőkészítés 5., Elemzések

Márkus Béla (2010)

Nyugat-magyarországi Egyetem

5.5 Hálózatelemzés

5.5 Hálózatelemzés

A közlekedési, elektromos, víz- stb. hálózatok (network) adatainak megadásával a hálózat élein és csomópontjain műveletek végezhetők. Az adatok alapján vizsgálható például egy csúcsforgalmi helyzetben bekövetkező baleset hatása, vagy árvíz esetén egy szivattyú ki-/bekapcsolásának eredménye. A hálózatokban végezhető vizsgálatok két alapesetre vezethetők vissza. Ezek az optimális útvonal meghatározás (legkisebb „távolság”), illetve az optimális gyűjtés és elosztás. Ezek raszteres megoldásával az előző alfejezetben már foglalkoztunk. Ott a mozgás celláról-cellára, a cellák között volt lehetséges, itt a csomópontokon keresztül, élről-élre. Az előző alfejezetben említettük azt is, hogy a távolság gyakran időben, vagy a járulékos költségekkel mérjük.

Mielőtt hozzáfogunk a hálózatelemzés műveleteihez, vegyük sorra jellegzetes adatokat. A hálózatok (network) modellezése élekből és csomópontokból álló gráfokkal történik.

Az élekhez olyan adatok rendelhetők, mint pl. hossz, forgalom, átbocsátó képesség, lejtés, megengedett sebesség stb. A hálózati topológia lehetővé teszi, hogy ha az oda és vissza értékek eltérőek (pl. áthaladási idő, egyirányú utca stb.), akkor ezeket meg tudjuk különböztetni. Az impedancia adatok (pl. távolság, költség, idő) az élhez tartozó „ellenállást” fejezik ki, az él mentén arányosíthatók. Ha az útszakasz hossza 10 km, és a megtételéhez szükséges idő 10 perc, akkor a kezdőponttól 4 km-re eső pontra 4 perc alatt juthatunk. Az él jellegére vonatkozó adatok (descriptors) nem arányosíthatók (pl. a közlekedési sávok száma vagy a sebességkorlátozás). A tiltásra (restrictions) vonatkozó adatokra példa lehet az egyirányú utca vagy a gyalogos forgalomra kijelölt utcában a behajtás tiltása. Végül megemlítjük a hierarchia adatokat (elsőrendű, másodrendű stb.), melyekre a keresésekben igény lehet.

A csomópontok lehetnek kereszteződések, elágazások (melyekhez várakozási idő, kanyarodási adatok stb. rendelhetők), megállók (az ezekhez tartozó adatok pl. a fel- és leszállók száma, várakozási idő, várakozási költség stb.), akadályok (pl. útfelbontás), tároló- és felvevőhelyek (központok, pl. raktár, áruház, víztározó stb.).

5.31. ábra. Közlekedési csomópont: kanyarodási lehetőségek (Forrás: ESRI)

A hálózatelemzés lehetőségei közül négy esetet mutatunk be, ezek az optimális útvonal meghatározása, a legközelebbi szolgáltatók (gyűjtő vagy elosztóhelyek) keresése, a gyűjtés és elosztás tervezésére szolgáló övezetek kialakítása, illetve .

5.5.1 Optimális útvonal meghatározása

Közlekedési hálózatokban leggyakrabban a legkisebb költséggel, vagy legrövidebb idő alatt történő elérés a cél. A kiindulási hely és a célpont megadása után a GIS (paraméterezéstől függően) megkeresi a legrövidebb, legkisebb költségű vagy a leggyorsabb (vagyis az optimális) útvonalat. Az optimális útvonal meghatározása az ArcGIS Network Analyst moduljában a Dijkstra-algoritmus (http://en.wikipedia.org/wiki/Dijkstra%27s_algorithm) alapján történik.

5.32. ábra. A legrövidebb és a leggyorsabb út (Forrás: ESRI)

Az információ megjelenítése kezdetben szöveges, majd térképi, a GPS megjelenésével dinamikus, újabban 3D.

5.33. ábra. Optimális útvonal kiválasztása – A számítógép képernyőjén megjelenő útvonal segít a gyors eligazodásban (Forrás: NavNGo iGO8)

5.5.2 Legközelebbi szolgáltató kiválasztása

5.34. ábra. A baleset helyszínéhez legközelebb eső kórházak elérése (Forrás: ESRI)

A feladat a gyakorlatban összetett kereséseket eredményez, mert egy kiindulóponthoz több célpont is tartozhat, amint ezt az előző ábra szemlélteti. A baleset közelében 4 kórház is található, ezek közül kell a legkedvezőbbet kiválasztani.

5.5.3 Övezetek szerkesztése

A következő ábrán egy meglévő és egy tervezett tűzoltó állomás által ellátott területek határvonalát látjuk. A folytonos vonal a meglévő állomástól 3 km-nél közelebb eső területeteket, a szaggatott vonal a tervezett helyről biztosított ellátottságot mutatja.

5.35. ábra. A tűzoltó állomásoktól 3 km-nél közelebb eső területetek (Forrás: http://www.volusia.org/gis/network.htm)

Az azonos idő alatt elérhető pontok alkotta izovonalak (isochrone) térképe hasznos információt ad a regionális tervezésben.

5.36. ábra. Berlin központjától 30, 60, 90 és 120 perc alatt elérhető területek (Forrás: http://www.raumplanung.uni-dortmund.de/irpud/en/112/)

A következő ábra bal-felső sarkában a londoni metró topológiája látható. A térkép jó áttekintést ad metróállomások közötti kapcsolatokról, természetesen azok helyzete hozzávetőleges. Az ábra jobb oldalán egy érdekes izokrón térképet látunk, ami az eredeti topológiai térképet időskálára transzformálja, az állomásokat egy kiválasztott állomástól adott idő alatt elérhető sávokba rendezi.

5.37. ábra. Utazási idő metróval a Westminster székesegyháztól (Forrás: http://www.tom-carden.co.uk/p5/tube_map_travel_times/applet/)

5.5.4 Gyűjtés és elosztás tervezése

A feladat tipikus példái a hulladékgyűjtés, adott raktárhálózatból egy üzlethálózat optimális kiszolgálása vagy például egy öntözőtelep üzemeltetése.

A gyűjtést és elosztást optimalizáló (allocate) parancs, figyelembe véve a központok kapacitását

  • elosztási feladatot old meg egy vagy több tároló helyről a hálózat éleire, csomópontjaira,

  • gyűjtési feladatot optimalizál a hálózat éleiről, csomópontjairól egy vagy több felvevőhelyre,

  • a hálózat éleit hozzárendeli a legközelebbi (legkisebb összegzett ellenállású) központhoz.

A következő ábrán az ArcGIS Network Analyst lehetőségeit bemutató logisztikai példát szemléltetünk. Egy központi raktárból szolgálják ki a környező települések üzleteit. Az üzletek rendeléseket adnak le, ezeket kell kielégíteni. A példában három gépkocsi áll rendelkezésre. A tervezésnek kényszerfeltételei vannak például az elosztóhely és a járművezetők munkaideje, a járművek kapacitása, a sebességkorlátozások, az üzletek nyitvatartási ideje stb. Először is meg kell határozni, hogy melyik gépkocsi melyik üzletet keresi fel, majd megtervezni a feltételeket kielégítő legkisebb költségű útvonalat.

5.38. ábra. Üzletek feltöltése három gépkocsiból álló flotta segítségével (Forrás: ESRI)