Сетевой анализ в ГИС

Сетевой анализ

В случае сетевого анализа геоинформационные системы обеспечивают эффективное решение трех взаимосвязанных задач: 1) представление и хранение в базе данных метрической и топологической информации о структуре сети; 2) визуализацию географических сетей в виде дисплейных картосхем с возможностью интерактивного запроса атрибутивной информации по каждому элементу сети; 3) анализ структуры сети на основе моделей и алгоритмов теории графов. Если первые две функции являются традиционно ГИСовскими, то последняя представляет собой дополнительный моделирующий блок, в общем случае не характерный для стандартных ГИС-пакетов.

Рассмотрим типичные процедуры сетевого анализа, реализуемые в среде наиболее популярных ГИС, оснащенных блоками (модулями) моделирования и анализа географических сетей (например, в пакетах MGE фирмы Intel-graph и SYSTEM 9 фирмы Computervision Corporation, США).

I. Оптимизация пути между двумя узлами сети. Эта процедура предполагает расчет наилучшего варианта пути между данными начальной и конечной вершинами (узлами) графа сети с учетом целевой функции (например, стоимости, времени или расстояния), задаваемой пользователем. При этом можно вносить различные дополнительные ограничения и условия (например, путем указания вершин и ребер, через которые и по которым должен пройти искомый путь). Задачу можно усложнить и путем задания "запретных" вершин и ребер, через которые искомый путь проходить не должен. В конечном итоге на экране высвечивается наиболее оптимальный путь, с указанием соответствующих вершин и ребер. Кроме того, пользователь может получить исчерпывающую информацию о доступности любой промежуточной вершины найденного пути с помощью указания на нее манипулятором "мышь" (Рис. З.6а).

Рис. 3.6. Примеры сетевого анализа в ГИС:

а) оптимизация пути между двумя фиксированными вершинами;

Б) определение "радиуса" доступности до фиксированной вершины;

В) поиск кратчайших маршрутов с учетом интерактивных запретов и ограничений

II. Определение "радиуса" доступности фиксированного узла. В процессе решения этой задачи находятся все вершины графа сети, расположенные в. пределах установленного "радиуса" доступности (например, предприятия, расположенные не далее 500 м от насосной станции или улицы, расположенные не далее 5 минут ходьбы до автобусной остановки и т. п.) (Рис. 3.6.б).

III. Поиск кратчайших маршрутов в интерактивном режиме. Это одна из самых эффективных процедур сетевого анализа в ГИС, позволяющая моделировать на сетях ситуации типа "что, если...". Например, городские станции скорой медицинской помощи заинтересованы в информации о кратчайших маршрутах до различных микрорайонов и улиц города, а также о "запасных" маршрутах на случай уличных аварийных ситуаций (дорожных инцидентов, ремонтных работ и т. п.). В конечном итоге данная процедура оказывается полезной для анализа степени общей устойчивости (восстанавливаемости) транспортных и коммуникационных сетей (Рис. З.6в).

IV. Модификация сети и сценарный анализ. В этом случае ГИС обеспечивает возможность редактирования исходной сети путем добавления новых ребер и, вершин, а также путем придания специального статуса отдельным элементам сети. Получающиеся в результате сценарии сохраняются в ГИС в качестве промежуточных вариантов модификации исходной сети и могут быть подвергнуты всем перечисленным видам анализа (Рис. 3.7).

V. Определение "хинтерланда" элементов сети. Данная задача является ключевой в территориальном планировании сферы обслуживания и геомаркетинга. Ее суть состоит в определении границ зон обслуживания сети сервисных центров (магазинов, банков, больниц, школ, рекреационных зон и т. д.). В результате моделирования и анализа соответствующих пространственных связей (в качестве базовой используется гравитационная модель) исходная сеть разбивается на части, интерпретируемые как "хинтерланд" сервисных центров (Рис. 3.8). Полученные контуры зон обслуживания могут сохраняться в ГИС в качестве самостоятельных слоев и использоваться в оверлейном анализе.

Рис. 3.8. Определение "хинтерланда" сети поселений в ГИС