Arten von Netzwerkanalyse-Layern
Die Erweiterung "ArcGIS Network Analyst" ermöglicht Ihnen die Berechnung häufig auftretender Netzwerkprobleme, z. B. Ermitteln der besten Route durch eine Stadt, Ermitteln des nächsten Notfallfahrzeugs bzw. der nächsten Notfalleinrichtung, Identifizieren eines Einzugsgebiets um einen Standort, Durchführen einer Reihe von Aufträgen mit einer Fahrzeugflotte oder Ermitteln von zu schließenden oder zu eröffnenden Einrichtungen.
Route
Mit Network Analyst können Sie den optimalen Weg von einem Standort zu einem anderen oder die optimale Route durch mehrere Standorte suchen. Die Standorte können interaktiv durch Positionieren von Punkten auf dem Bildschirm, durch Eingeben einer Adresse oder durch Verwenden von Punkten in einer vorhandenen Feature-Class oder einem Feature-Layer bestimmt werden. Wenn mehr als zwei Stopps aufgesucht werden sollen, kann die beste Route für die vom Benutzer eingegebene Standortreihenfolge ermittelt werden. Alternativ kann Network Analyst die optimale Reihenfolge für den Besuch der Orte ermitteln. Dies wird auch als Lösung für das Problem des Handlungsreisenden (Traveling Salesman Problem, TSP) bezeichnet.
Was ist die beste Route?
Ob nun eine einfache Route zwischen zwei Standorten oder eine Route durch mehrere Standorte gefunden werden soll, in der Regel wird nach der optimalen Route gesucht. Der Begriff "beste Route" kann je nach Situation verschiedene Bedeutungen haben.
Beim Suchen einer Route kann je nach gewählter Impedanz die schnellste, die kürzeste oder landschaftlich interessanteste Route ermittelt werden. Wenn als Impedanz Zeit ausgewählt wurde, ist die beste Route die schnellste Route. Die beste Route kann daher als die Route mit der geringsten Impedanz bezeichnet werden, wobei die Impedanz vom Benutzer gewählt wird. Jedes gültige Kosten-Attribut im Netzwerk kann beim Ermitteln der besten Route als Impedanz verwendet werden.
Im nachstehenden Beispiel wird im ersten Fall Zeit als Impedanz verwendet. Der schnellste Pfad wird in blau angezeigt und hat die Gesamtlänge von 4,5 Meilen. Für diesen Abschnitt wird eine Fahrzeit von 8 Minuten berechnet.
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Im nächsten Fall wird die Entfernung als Impedanz gewählt. Die Länge des kürzesten Pfades beträgt demnach 4,4 Meilen, die Reisedauer wird hingegen mit 9 Minuten berechnet.
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Neben der besten Route bietet Network Analyst Wegbeschreibungen anhand von Turn-by-Turn-Karten, die gedruckt werden können.
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Nächste Einrichtung
Finden des nächstgelegenen Krankenhauses bei einem Unfall, des nächstgelegenen Polizeiwagens bei einem Sachschaden oder eines Geschäfts in der Nähe der Kundenadresse sind Beispiele für die Suche nach nächstgelegenen Einrichtungen. Beim Suchen der nächstgelegenen Einrichtungen können Sie festlegen, wie viele ermittelt werden sollen, und ob die Fahrtrichtung zu oder weg von diesen Einrichtungen sein soll. Nachdem die nächstgelegenen Einrichtungen gefunden wurden, können Sie die beste Route zu oder weg von diesen Einrichtungen anzeigen, die Fahrtkosten für jede Route zurückgeben sowie eine Wegbeschreibung zu den einzelnen Einrichtungen anzeigen lassen. Außerdem können Sie für die Kosten einen Impedanz-Grenzwert angeben, der bei der Suche nach einer Einrichtung mit Network Analyst nicht überschritten werden soll. Sie können zum Beispiel die Suche nach nächstgelegenen Einrichtungen so festlegen, dass nach Krankenhäusern im Umkreis von 15 Minuten Fahrzeit von einer Unfallstelle gesucht wird. Krankenhäuser, die in mehr als 15 Minuten erreicht werden, werden nicht in das Ergebnis einbezogen.
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Die Krankenhäuser werden hierbei als "Einrichtungen" und der Unfall als "Ereignis" bezeichnet. In Network Analyst können Sie mehrere Analysen der nächstgelegenen Einrichtung gleichzeitig durchführen. Sie können daher für mehrere Ereignisse die nächstgelegene Einrichtung bzw. die nächstgelegenen Einrichtungen für jedes Ereignis ermitteln.
Weitere Informationen zum Suchen der nächstgelegenen Einrichtung
Einzugsgebiete
Mit Network Analyst können Sie Einzugsgebiete um jeden Standort in einem Netzwerk ermitteln. Bei einem Einzugsgebiet handelt es sich um einen Bereich, der alle zugänglichen Straßen umfasst (d. h. Straßen, die sich innerhalb einer festgelegten Impedanz befinden). So umfasst beispielsweise das 10-Minuten-Einzugsgebiet einer Einrichtung alle Straßen, die innerhalb von zehn Minuten von dieser Einrichtung aus erreicht werden können.
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Zugänglichkeit
Zugänglichkeit beschreibt, wie einfach die Zufahrt zu einem Standort ist. In Network Analyst kann die Zugänglichkeit in Bezug auf Fahrzeit, Entfernung oder jede andere Impedanz im Netzwerk berechnet werden. Durch Evaluieren der Zugänglichkeit können grundlegende Fragen wie "Wie viele Menschen wohnen im Umkreis von 10 Minuten Fahrzeit vom Kino entfernt?" oder "Wie viele Kunden wohnen im Umkreis von einem halben Kilometer Fußweg von einem Supermarkt entfernt?" beantwortet werden. Durch die Überprüfung der Zugänglichkeit können Sie besser bestimmen, wie passend ein bestimmter Standort für ein neues Geschäft ist. Sie können dadurch auch besser feststellen, welche Einrichtungen sich in der Nähe eines vorhandenen Geschäfts befinden, was bei weiteren marktstrategischen Entscheidungen nützlich sein kann.
Evaluieren der Zugänglichkeit
Eine einfache Methode zur Evaluierung der Zugänglichkeit ist die Erstellung eines Pufferabstands um einen Punkt. Beispiel: Mithilfe eines einfachen Kreises können Sie feststellen, wie viele Menschen im Umkreis von 5 Kilometern zu einem Standpunkt wohnen. Ausgehend davon, dass die Reisewege über Straßen erfolgen, spiegelt diese Methode jedoch nicht die eigentliche Zugänglichkeit für den Standort wider. Von Network Analyst berechnete Service-Netzwerke können diese Einschränkung umgehen; Es werden einfach über das Straßennetz die zugänglichen Straßen in einem Umkreis von fünf Kilometern zu einem Standpunkt ermittelt. Danach können Sie anhand der Service-Netzwerke anzeigen, welche Einrichtungen sich entlang den zugänglichen Straßen befinden, z. B. konkurrierende Geschäfte in einem Umkreis von 5 Minuten Fahrzeit.
Durch mehrere konzentrische Einzugsgebiete wird angezeigt, wie sich die Zugänglichkeit mit zunehmender Impedanz verändert. Mit dieser Einstellung können Sie z. B. anzeigen, wie viele Krankenhäuser sich im Umkreis von 5, 10 und 15 Minuten Fahrzeit von einer Schule befinden.
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Weitere Informationen zur Einzugsgebiet-Analyse
Durch das Lösen mit Verkehrsdaten können Sie sehen, welche Krankenhäuser zu verschiedenen Tageszeiten innerhalb dieser Fahrzeiten erreichbar sind. Die erreichbaren Krankenhäuser können je nach Verkehrsaufkommen variieren.
Start-Ziel-Kostenmatrix
Mit Network Analyst können Sie eine Start-Ziel-Kostenmatrix von mehreren Startpunkten zu mehreren Zielen erstellen. Eine Start-Ziel-Kostenmatrix ist eine Tabelle mit der Netzwerkimpedanz von jedem Startpunkt zu jedem Ziel. Des Weiteren werden in dieser Tabelle die Zielpunkte, die mit den einzelnen Startpunkten verbunden sind, anhand der geringsten Netzwerkimpedanz, die für die Fahrt vom Start- zum Zielpunkt erforderlich ist, in aufsteigender Reihenfolge sortiert.
Für jedes Start-Ziel-Paar wird der beste Netzwerkpfad ermittelt, und die Kosten werden in der Attributtabelle der Ausgabelinien gespeichert. Bei den Linien handelt es sich aus Performance-Gründen um Geraden, sie speichern aber stets die Netzwerkkosten, nicht die gradlinige Entfernung. In der Abbildung unten werden die Ergebnisse einer Start-Ziel-Kostenmatrix-Analyse dargestellt, mit der die Kosten zum Erreichen der vier nächstgelegenen Zielpunkte von jedem Startpunkt aus ermittelt werden sollen.
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Die Geraden können auf verschiedene Weise symbolisiert werden, z. B. mit unterschiedlichen Farben, um deren Startpunkt darzustellen, oder durch Festlegen der Linienstärke, um die Fahrzeit für die einzelnen Pfade darzustellen.
Tipp:Der Solver für die nächstgelegene Einrichtung und der Start-Ziel-Kostenmatrix-Solver führen ähnliche Analysen aus. Sie unterscheiden sich hauptsächlich in der Ausgabe und der Berechnungsgeschwindigkeit. Der Start-Ziel-Kostenmatrix-Solver generiert schneller Ergebnisse, kann aber die echten Shapes von Routen oder ihre Wegbeschreibungen nicht zurückgeben. Er dient zum schnellen Lösen von mxn-Problemen und enthält daher nicht die internen Informationen, die zum Generieren von echten Routen-Shapes und Wegbeschreibungen erforderlich sind. Dagegen gibt der Solver für die nächstgelegene Einrichtung Routen und Wegbeschreibungen zurück, führt die Analyse jedoch langsamer als der Start-Ziel-Kostenmatrix-Solver durch. Wenn Sie Wegbeschreibungen oder echte Shapes von Routen benötigen, verwenden Sie den Solver für die nächstgelegene Einrichtung. Verwenden Sie andernfalls den Start-Ziel-Kostenmatrix-Solver, um die Rechenzeit zu verringern.
Weitere Informationen zum Solver für eine Start-Ziel-Kostenmatrix
Vehicle Routing Problem
Ein Dispatcher, der eine Fahrzeugflotte verwaltet, muss häufig Entscheidungen zur Streckenführung der Fahrzeuge treffen. Hierzu gehören die optimale Zuweisung einer Gruppe von Kunden zu einer Fahrzeugflotte sowie das Festlegen der Reihenfolge und Zeiten von Besuchen bei Kunden. Durch das Lösen dieser Vehicle Routing Problems (VRP) soll ein hohes Maß an Kundenzufriedenheit erreicht werden. Dies erfolgt durch die Beachtung von Zeitfenstern, während gleichzeitig die Gesamtbetriebskosten und Investitionskosten für jede Route möglichst gering gehalten werden. Die Beschränkungen bestehen im Durchführen der Routen mit den verfügbaren Ressourcen und innerhalb der zeitlichen Grenzen, die durch Arbeitsschichten der Fahrer, Fahrgeschwindigkeit und Zusagen an Kunden bedingt sind.
Network Analyst bietet einen Vehicle Routing Problem-Solver, mit dem Lösungen für diese komplexen Tasks der Fahrzeugflottenverwaltung bestimmt werden können.
Betrachten Sie folgendes Beispiel: Waren müssen von einem zentralen Lager an Lebensmittelgeschäfte geliefert werden. Am Lager ist eine Flotte von drei LKW verfügbar. Das Lager ist nur innerhalb eines bestimmten Zeitfensters (von 8 bis 17 Uhr) geöffnet, sodass alle LKW innerhalb dieser Zeit zum Lager zurückkehren müssen. Die Kapazität jedes LKW beträgt 7.500 Kilogramm, wodurch die Menge der vom LKW zu transportierenden Waren begrenzt ist. Jedes Geschäft hat einen Bedarf an einer bestimmten Menge an Waren (in Kilogramm), die geliefert werden müssen, und für jedes Geschäft gelten Zeitfenster, die den Zeitraum für Lieferungen begrenzen. Außerdem darf der Fahrer nur acht Stunden pro Tag arbeiten, er benötigt eine Mittagspause, und wird für die Zeit zum Fahren und Beliefern der Geschäfte bezahlt. Das Ziel ist das Ermitteln eines Routenplans für jeden Fahrer (bzw. jede Route), bei der die Lieferungen so durchgeführt werden können, dass alle Anforderungen für die Durchführung der Lieferungen erfüllt werden und die vom Fahrer für eine Route aufgebrachte Zeit minimiert wird. In der Abbildung unten werden drei Routen dargestellt, die durch das Lösen des oben beschriebenen Vehicle Routing Problem ermittelt wurden.
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Location-Allocation
Mithilfe einer Location-Allocation-Analyse können Sie aus einer Gruppe von Einrichtungen die zu betreibenden Einrichtungen auf Grundlage ihrer potenziellen Interaktion mit Bedarfspunkten auswählen. Dies erleichtert Ihnen die Beantwortung verschiedener Fragen, z. B.:
- Welcher Standort einer neuen Feuerwache würde die besten Reaktionszeiten für eine Gemeinde liefern, wenn man die bereits vorhandenen Feuerwachen in die Analyse einbezieht?
- Welche Geschäfte sollte ein Einzelhandelsunternehmen, das zu Kürzungen gezwungen ist, schließen, damit für die Nachfrage auch weiterhin möglichst hohe Gesamtwerte erreicht werden?
- Wo sollte eine Fabrik gebaut werden, damit die Entfernung zu den Vertriebszentren minimiert wird?
In diesen Beispielen würden die Feuerwachen, Einzelhandelsgeschäfte und Fabriken durch Einrichtungen und die Gebäude, Kunden und Vertriebszentren durch Bedarfspunkte dargestellt.
Die Zielsetzung kann sein, die Gesamtentfernung zwischen Bedarfspunkten und Einrichtungen zu minimieren, die Anzahl der innerhalb einer bestimmten Entfernung von den Einrichtungen abgedeckten Bedarfspunkte zu maximieren, eine mit zunehmender Entfernung von einer Einrichtung abnehmende Bedarfsmenge zu maximieren oder die in einer Umgebung mit befreundeten oder Mitbewerbseinrichtungen erzielte Bedarfsmenge zu maximieren.
In der folgenden Karte sind die Ergebnisse einer Location-Allocation-Analyse dargestellt, durch die redundante Feuerwachen ermittelt wurden. An den Solver wurden die folgenden Informationen übergeben: ein Array von Feuerwachen (Einrichtungen), Straßenmittelpunkte (Bedarfspunkte) und maximal zulässige Reaktionszeit. Als Reaktionszeit wird die Zeit bezeichnet, die die Feuerwehrleute zum Erreichen eines bestimmten Standorts benötigen. Der Location-Allocation-Solver hat ermittelt, dass die Feuerwehr mehrere Feuerwachen schließen und die Reaktionszeit von drei Minuten trotzdem aufrecht erhalten kann.
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Von den aktuell vorhandenen Feuerwachen können neun Feuerwachen geschlossen werden. Mindestens sieben Feuerwachen werden benötigt, damit die Feuerwehr weiterhin innerhalb von drei Minuten auf Notfälle reagieren kann. |
Zeitabhängige Analyse
Sie können bei allen oben aufgeführten Solvern Live-Verkehrsdaten und historische Verkehrsdaten in eine Analyse einbeziehen, um die beste Route für eine bestimmte Tageszeit und den besten Ort zur Stationierung eines Krankenwagens um 8:00 Uhr, 12:00 Uhr, 16:00 Uhr usw. zu ermitteln. Zudem können Sie Einzugsgebiete für unterschiedliche Tageszeiten generieren. Die Ergebnisse jeder Analyse können sich abhängig vom Datum und von der Uhrzeit ändern, da das Verkehrsaufkommen und die Fahrzeiten variieren.