Netzwerkanalysen

Generell basieren Netzwerkanalysen auf der Vektortopologie. Folgende Analysen können in einem GIS z. B. durchgeführt werden.

  • Kürzeste-Wege-Analyse
  • Subnetze innerhalb eines Vektornetzwerks
  • Minimum-Steiner-Tree-Problematik
  • Travelling-Salesman-Problematik
  • Kostenanalyse

Kürzeste-Wege-Analyse
Das Ziel dieser GIS-Analyse ist es, optimale Routen im Netzwerk zu finden. Dabei werden Attribute wie z. B. die Länge der Vektoren als Kostenquelle, Informationen über die zulässige Höchstgeschwindigkeit auf der jeweiligen Straße oder Informationen über den Straßenzustand, Verkehrsdichte, Strassensperren, landschaftlich schöne Strecken etc. berücksichtigt. Kosteninformationen können jeweils für beide Vektorrichtungen zugewiesen werden. Auch lassen sich Attribute von Netzknoten wie z.B. die Ampelzeiten an Straßenkreuzungen) berücksichtigen.

Neben der Anwendung in Navigationssystemen, wird diese Analysemöglichkeit für die Durchführung von Feuerwehr- und Medizinischen Einsätzen und der allgemeinen Verkehrsplanung genutzt. Eine praktische Anwendung könnte beispielsweise sein, den kürzesten Weg zwischen zwei Spitälern zu finden, um einen Patienten zu transportieren. Diese Abfrage kann auch richtungsbezogen durchgeführt werden und mit in die Berechnung einbezogen werden.

Subnetze innerhalb eines Vektornetzwerks
Innerhalb eines gegebenen Vektornetzwerkes können alle Subnetzwerke berechnet werden. Ein Beispiel aus der Praxis wäre, die Zuständigkeitsbereiche mehrerer Polizeistationen innerhalb einer Stadt zu berechnen und den Gegebenheiten anzupassen.

Minimum-Steiner-Tree-Problematik
Mit dem Minimum Steiner Baum werden optimale Verbindungen von Knotenpunkten innerhalb eines Netzwerkes berechnet. Beispielsweise kann dies in der Praxis bei der Neuverlegung von Leitungen und Kabel angewendet, so dass entlang der vorhandenen Straßen die benötigten Kabel so ideal verlegt werden können, dass möglichst wenig Kabel bzw. Leitungen gebraucht werden und dennoch alle Haushalte an das Netz angeschlossen sind.

Travelling-Salesman-Problematik
Es werden ideale Reiserouten zwischen verschiedenen Punkten (Rundreise) berechnet. Als Beispiel könnte man die über den Stadtbereich verteilten Patienten eines Pflegedienstes, Touren der Müllabfuhr oder des Winterdienstes benutzen. Es wird der ideale Weg berechnet, sei es zeitlich oder streckenmäßig in Abhängigkeit von einer geeigneten Straßenattributierung.

Kostenanalyse
erstellt Kostenanalysen auf einem Vektornetzwerk. Darunter ist eine Berechnung von Iso-Distanzen zu verstehen, die Berechnung von konzentrischen Entfernungen um einen Punkt herum. Basierend auf der Vektorlänge oder anderen Attributen können so Lauflängen von z.B. Abwasser-Kanalsystemen berechnet werden.

Einsatz von Netzwerkanalysen

Netzwerkanalysen sind eine klassische GIS-Aufgabe, deren Umsetzung ist allerdings meist aufwendig, da häufig zuerst die Grundlagedaten aufbereitet und korrigiert werden müssen. Viele Eigenschaften von Netzwerkknoten und -kanten, die vom Mensch automatisch und selbstverständlich wahrgenommenen werden, müssen zuerst in eine maschinenlesbare Datenstruktur gebracht werden müssen. Zudem ist in kleineren Organisationseinheiten, wie z.B. der Stadt Uster, die optimale Route schon seit längerem bekannt (sei es durch Erfahrungswerte oder intuitives Handeln). Der Nutzen wäre also primär bei Netzen interessant die den Akteuren nicht so geläufig sind (z.B. Ver- und Entsorgungsnetze). Vor der Durchführung einer Netzwerkanalyse muss unbedingt Aufwand- und Nutzen abgewogen werden. Der wirtschaftliche Nutzen stellt sich meist erst dann ein, wenn ähnliche Fragestellungen mit leicht unterschiedlichen Parametern immer wieder beantwortet werden müssen. Erst dann kann der einmal getätigte Initialaufwand beim Aufbereiten der Netzwerktopologien und der relevanten Eigenschaften, sowie das Parametrisieren und die Fein-Einstellung der Routing-Algorithmen gerechtfertigt werden.

Referenzen:

GRASS-Wiki 

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