Mit Network Analyst können Sie verschiedene Netzwerkprobleme modellieren, lösen und visualisieren, wie beispielsweise
Network Analyst kann auch bei der Optimierung und Schätzung der Kosten für neue Infrastrukturen helfen, die entlang und neben einem Straßennetz gebaut werden sollen.
Die ArcGIS Erweiterung ermöglicht die Erstellung und Analyse von Netzwerkdatensätzen zur Modellierung und Verfolgung von Routen in Verkehrsnetzen wie Straßennetzen, Pipelines oder öffentlichen Verkehrssystemen. Sie können damit die besten Routen finden und fortschrittliche netzwerkbasierte räumliche Analysen durchzuführen.
Welche Fragen lassen sich dank ArcGIS Network Analyst extension beantworten? Erfahren Sie mehr in dieser ArcGIS Pro Dokumentation: Was ist die ArcGIS Network Analyst extension?
Worauf sollten Sie achten, wenn Sie nach Datenquellen suchen? Die Frage beginnt mit den unterstützten Reisemodi (‘Travel Modes’):
Sollen die Berechnungen auf dem Autofahren, dem Fahren eines Lastwagens, einem Schwerlastfahrzeug (HGV ‘Heavy Goods Vehicle’), der Navigation auf Wasserstraßen, dem Schienenverkehr, dem Fußgängerverkehr oder dem Fahrradverkehr basieren? Oder ist das Ziel, die Kosten bei der Verlegung von Pipelines oder Kabeln zu minimieren?
All dies sind Szenarien, die mit entsprechenden Daten modelliert werden können.
Kommerzielle Daten stehen zur Verfügung, um detaillierte Verkehrsmodellierung auf Straßennetzen zu unterstützen, einschließlich der Modellierung von Echtzeitverkehrsinformationen. Dieser Artikel beabsichtigt nicht, einen bestimmten Datenanbieter oder Open-Source-Provider zu empfehlen, sondern wird einige der Vor- und Nachteile der Verwendung von OpenStreetMap-Daten zur Einführung von Datenerwägungen für die Routenplanung untersuchen.
Wenn Sie sich in einer Stadt zurechtfinden oder Pfade auf dem Land erkunden möchten, bietet OpenStreetMap viele nützliche Informationen sowohl für die grafische Darstellung als auch für lineare Geometrien, die zur Suche einer optimalen Route verwendet werden können. Zu Fuß sucht man nach der kürzesten Strecke oder einer landschaftlich reizvollen Route, wenn es interessante Zwischenziele gibt, die man unterwegs besuchen möchte. Wesentliche Informationen sind die Entfernungen entlang der Geometrien.
Eine Netzwerkverbindung ist eine grundlegende Anforderung.
Die gleichen Prinzipien gelten für die benötigten Datenquellen zur Navigation im Straßennetz:
Bietet die Datenquelle lineare Geometrien, die vollständig miteinander verbunden sind? Erfüllen die Attribute die Beschränkungen, die für den Reisemodus (Fahrzeugtyp) modelliert werden müssen?
Ein wesentlicher Faktor ist die Fahrtrichtung. Die Richtung von Straßen in den OpenStreetMap-Daten wird durch das Attribut ‚oneway‘ kontrolliert.
Für die Routenplanung von Schwerlastfahrzeugen (HGV) müssen aktuelle und präzise Informationen über Beschränkungen hinsichtlich Höhe, Breite und Gewicht vorliegen, und für alle Fahrzeuge muss klar sein, wie Straßengeometrien eingeschränkt sind. Spezielle Zufahrtsstraßen oder Rampen zu einer Autobahn, die nur für Notfahrzeuge zugelassen sind, sollten vom Algorithmus für andere Fahrzeuge nicht berücksichtigt werden. Einschränkungen können auch saisonal oder zeitlich begrenzt sein.
Einschränkungen werden gemäß den verfügbaren Attributen der Geometrien modelliert, einschließlich der Fahrtrichtung.
Abbiegebeschränkungen gelten für eine Sequenz von zwei oder mehr Geometrien, um die Routenführung durch die Sequenz zu verhindern. In einfachster Form handelt es sich um eine Abbiegung von einer Straße auf eine andere, kann aber auch über eine Kreuzung mit mehreren Geometrien definiert sein. Diese Beschränkungen enthalten auch Attribute, z. B. gilt die Beschränkung nicht für Busse. OpenStreetMap enthält Informationen zu Abbiegebeschränkungen. Weitere Infos finden Sie hier.
Geometrien für Abbiegebeschränkungen in einem verwandten Datensatz für detaillierte Fahrzeugroutenplanung.
Der Fahrzeugverkehr wird nicht nur auf der Grundlage von Beschränkungen modelliert. Die Hauptüberlegung ist die "Impedanz" oder der Faktor, der minimiert werden soll, d. h. die optimale Route basierend auf der Entfernung oder der Reisezeit zu finden.
Bei der Routenplanung für Fahrzeuge handelt es sich fast ausschließlich um eine Reisezeit-Impedanz, obwohl es Fälle gibt, in denen die absolut optimale Reisezeit nicht angemessen ist.
Die Modellierung von Geschwindigkeiten der Fahrzeuge und der Hierarchie basiert auf Attributen für Straßenklassifikationen. Die Zuordnung von Fahrzeuggeschwindigkeiten zu diesen Klassifikationen - insbesondere für Schwerlastfahrzeuge - kann die Qualität erheblich verbessern, erfordert jedoch möglicherweise Analysen und Tests, z. B. das Sammeln von GPS-Tracks und die Bewertung typischer Geschwindigkeiten pro Straßenklassifikation. Referenzrouten sind wichtig, um die Modellannahmen zu validieren.
Straßenklassifikationen zur Unterstützung der Modellierung von Reisezeiten und Netzwerkhierarchie.
Echtzeit-Verkehr oder historische Verkehrsverläufe können mit zusätzlichen Attributdaten und dem Zugriff auf Live-Stream-Informationen, die mit Straßen-IDs von kommerziellen Datenanbietern verknüpft sind, modelliert werden.
OpenStreetMap unterstützt derzeit eine solche Modellierung nicht, aber es gibt Lösungen für den Verkehr auf Basis einer Verknüpfung mit proprietären Daten. Informationen zum aktuellen Verkehr müssen möglicherweise für Schwerlastfahrzeuge angepasst werden, z. B. durch Begrenzung der Höchstgeschwindigkeit und Anpassung der Fahrzeuggeschwindigkeit, um etwas langsamer als der Verkehrsfluss zu sein.
Bei der Bewertung von anderen Reisemodi sind die Netzwerkkonnektivität, Attribute für die relevanten Beschränkungen einschließlich der transportierten Materialien und die Klassifizierung von Geometrien für Reisezeiten gleichermaßen relevant. Bei Eisenbahnen und Wasserstraßen gibt es jedoch erhebliche Unterschiede im Vorgehen:
Ein interessantes Szenario, bei dem sich OpenStreetMap als nützliche Daten für Routingzwecke erwiesen hat, ist die Planung der kostenoptimierten Verlegung von Kabeln entlang von Straßen. Dieses Szenario geht von unterschiedlichen Kosten für Straßenklassifikationen oder Regionen aus und basiert hauptsächlich auf der Entfernung. Es ist unabhängig von der Fahrtrichtung und der Fahrzeit.
Einschränkungen können beachtet werden, z. B. der Ausschluss von Autobahnen oder Überlegungen zu Brücken und Tunneln. Die zusätzlichen Geometrien in OpenStreetMap für Feldwege und Nebenpfade, die aufgrund der Fokussierung auf die Fahrzeugroutenplanung in kommerziellen Daten möglicherweise nicht vorhanden sind, können von Vorteil sein.
Eine Impedanz kann aus einem beliebigen Faktor definiert werden, der minimiert werden soll. Das kann die Entfernung, die Reisezeit oder in diesem Fall die damit verbundenen monetären Kosten für die Bauarbeiten sein. Die Verbindung zwischen diesen Geometrien und den Geometrien bestehender Kabelnetze in einem multimodalen Netzwerk kann bei der Planungsoptimierung und Kostenschätzung helfen, wobei potenziell vorhandene Leerrohre genutzt werden können. Multimodale Netzwerke werden in einem späteren ArcGIS Blogbeitrag diskutiert.
ArcGIS Network Analyst kann verwendet werden, um verschiedene Szenarien zu modellieren, zu analysieren und die Planung zu optimieren, sofern die Daten eine gute Netzwerkkonnektivität und Attribute für Impedanz und Beschränkungen enthalten, die für den gewünschten Reisemodus oder die gewünschten Reisemodi geeignet sind. Der Ausgangspunkt ist die Definition dessen, was den Reisemodus charakterisiert, sowie eine Bewertung der verfügbaren Datenquellen zur Unterstützung dieser Definition.
OpenStreetMap hat seine Vor- und Nachteile, und für klassische Fahrzeugrouten gehen kommerzielle Daten in Bezug auf Echtzeitdaten in Attributen und Diensten, die zur Optimierung von Routen bereitgestellt werden, deutlich weiter. Dort, wo ausreichende Daten vorhanden sind, ist es auch lohnenswert, das Potenzial von Network Analyst zu erkunden, um Szenarien jenseits der Fahrzeugroutenplanung zu modellieren und Kosten zu planen und zu optimieren.