Funktionsweise von "Schwellenwertbezogene Fahrzeiten generieren"

Mit der Business Analyst-Lizenz verfügbar.

Mit dem Werkzeug Schwellenwertbezogene Fahrzeiten generieren können Sie Einzugsgebiete nach Fahrzeit generieren, die das Straßennetz verwenden und nach außen erweitert werden, bis das Schwellenwertkriterium erreicht wird. Die Größe des Ausgabepolygons wird durch den Wert bestimmt, der im Parameter Schwellenwerte für die ausgewählte Schwellenwertvariable aus dem Business Analyst-Dataset angegeben wurde.

Schwellenwertbezogene Fahrzeiten generieren ist von der Eingabe-Point-Feature-Class, der Schwellenwertvariablen und den Schwellenwerten abhängig. Da dieses Geoverarbeitungswerkzeug entfernungsbasierte Parameter aufweist, verwendet es das Netzwerk-Dataset, um die Berechnung durchzuführen.

Details zum Algorithmus

Im Werkzeug Schwellenwertbezogene Fahrzeiten generieren wird das Konzept eines Algorithmus zur Nullstellenbestimmung verwendet. Das Ziel eines Algorithmus zur Nullstellenbestimmung ist, die Nullstellen für die Funktion F(t) zu finden. Der in diesem Werkzeug implementierte Algorithmus wurde jedoch optimiert: Das Ziel ist es, sich dem Minimum der Funktion F(t) zu nähern, anstatt exakt null zu erreichen.

Algorithmusformel

  • THvalue: Schwellenwert (Konstante), der vom Benutzer angegeben wird.
  • THvariable: Schwellenwertvariable, die in der Analyse verwendet wird, beispielsweise 2021 Total Population. DTpoly wird bei jeder Iteration mit dieser Variable angereichert.
  • DTpoly(Point(xy),t): Fahrzeitpolygon um den Punkt mit den Koordinaten (xy) und dem Wert (t) für die Entfernungseinheit.

Der Algorithmus ist iterativ und das Ziel ist es, die Entfernungseinheit (t) zu ermitteln, wobei F(t) sich null nähert (oder gleich null ist). Bei jeder Iteration berechnet der Algorithmus eine neue Schätzung von (t), berechnet den neuen Wert von F(t) und überprüft die unterschiedlichen Stopp-Bedingungen. Die Iteration wird gestoppt, wenn eine der Stopp-Bedingungen erfüllt wird (weiter unten aufgeführt). Der Wert der Entfernungseinheit (t) wird verwendet, um ein Fahrzeitpolygon zu erstellen, das die befahrbaren Straßen umgibt. Dieses Polygon wird dann aufgeteilt und mit der Schwellenwertvariablen angereichert, wobei der angereicherte Wert näher am Schwellenwert liegt.

Die folgenden Parameter im Geoverarbeitungswerkzeug sind Stopp-Bedingungen für den Algorithmus zur Nullstellenbestimmung:

  • Iterations-Limit: Die Anzahl der Iterationen, um den Wert für die Entfernungseinheit (t) zu finden, bei denen F(t) gleich null ist. Dies ist ein optionaler Parameter.
  • Mindestens erforderlicher Schritt: Die minimalen Entfernungseinheiten zwischen einem schwellenwertbezogenen Bereichskandidaten und dem nächsten Kandidaten, die das Modell bei der Annäherung an den Schwellenwert einhalten muss, damit nicht unendlich viele Iterationen erfolgen. Dies ist ein optionaler Parameter.
  • Prozentuale Differenz zum Schwellenwert: Die maximale prozentuale Differenz zwischen dem Zielwert und dem Schwellenwert, der beim Bestimmen der schwellenwertbezogenen Fahrzeit verwendet wird, z. B. 5 %. Der Standardwert ist 5.
Hinweis:

Da der Algorithmus optimiert wird, um das Minimum der Funktion F(t) zu erreichen, erreicht der Algorithmus zur Nullstellenbestimmung nicht immer null. Dies liegt daran, dass die Iterationen bei dem Versuch, exakt null zu erreichen, unendlich fortgesetzt werden können, was sich auf die Performance des Werkzeugs auswirken kann. Um dies zu vermeiden, erfolgt die Iteration, bis der mindestens erforderliche Schritt zwischen zwei Iterationen 2 Sekunden oder 22 Meter beträgt. Die Standardeinstellung für den mindestens erforderlichen Schritt wird überschrieben, wenn ein Benutzer einen anderen Wert eingibt.

Der Wert der Entfernungseinheit (t) aus dem Algorithmus zur Nullstellenbestimmung wird verwendet, um die Fahrzeitpolygone zu erstellen, die auf dem Algorithmus Einzugsgebiet basieren. Das Ziel des Algorithmus "Einzugsgebiet" ist die Rückgabe eines Polygons, das die Teilmenge der verbundenen Kanten-Features enthält, die innerhalb der angegebenen Netzwerkentfernung bzw. der Kostengrenze liegen.

Beispiel für einen Werkzeug-Workflow

Stellen Sie sich eine Analyse vor, in der Sie nach einem optimalen Standort für ein neues Gemeindezentrum suchen. Aufgrund einer vorherigen Analyse wissen Sie, dass die Gesamtzahl der Haushalte, die für die Unterstützung des neuen Gemeindezentrums erforderlich sind, 7000 beträgt. Mit dieser Information können Sie das Werkzeug Schwellenwertbezogene Fahrzeiten generieren verwenden, um die Einzugsgebiete zu visualisieren, aus denen die Menschen zum Gemeindezentrum fahren, und zu ermitteln, wie lange sie dafür brauchen.

Suchen der potenziellen Standorte im Straßennetzwerk

Da das Werkzeug Schwellenwertbezogene Fahrzeiten generieren entfernungsbasierte Parameter enthält, die das Netzwerk-Dataset verwenden, müssen die vorgeschlagenen Gemeindezentren erst auf den Straßen positioniert werden, die das Netzwerk-Dataset bilden.

Iterieren der Zeitwerte, Einzugsgebiete nach Fahrzeit und Aufteilung

Das Werkzeug übernimmt dann den Algorithmus zur Nullstellenbestimmung und iteriert mehrmals, bis die Funktion F(t) gleich null ist. Für jeden Zeitwert (t), den der Algorithmus zur Nullstellenbestimmung durchläuft, erstellt der Solver ein Einzugsgebiet nach Fahrzeit mithilfe des Zeitwertes (t). Dann wird jedes Einzugsgebiet mit der Schwellenwertvariablen angereichert (für dieses Beispiel 2021 Total Households). Die Iteration wird fortgesetzt, bis F(t) gleich null ist (oder nahezu null). An diesem Punkt weist der Solver nun den Zeitwert (t) auf, der im nächsten Schritt verwendet wird.

Berechnen des Einzugsgebiets nach Fahrzeit mit Zeit (t), wobei F(t) gleich null ist

Wenn der Zeitwert (t) ermittelt wird, bei dem die Funktion F(t) gleich null ist (oder nahezu null), wird ein endgültiges Einzugsgebiet nach Fahrzeit um die vorgeschlagenen Eingabe-Gemeindezentren herum erstellt.

In der folgenden Abbildung werden die Fahrzeitpolygone dargestellt, die um die beiden Eingabe-Gemeindezentren erstellt werden.

Fahrzeitpolygone, die zwei Gemeindezentren umgeben

Es ist zu sehen, dass die beiden Polygone nicht gleich groß sind. Der Grund dafür ist, dass das Zentrum von Charlotte (das Polygon links unten) eine größere Bevölkerungsdichte aufweist. Das heißt, in kleineren Gebieten gibt es dort insgesamt mehr Haushalte als in den Vororten von Charlotte. Im Hinblick auf den Algorithmus bedeutet dies, dass der Algorithmus zur Nullstellenbestimmung unterschiedliche Werte von (t) für die zwei Eingabe-Gemeindezentren gefunden hat, bei denen F(t) gleich null ist.

Anreichern der Schwellenwertvariablen

Die Einzugsgebiete nach Fahrzeit werden dann mit der Schwellenwertvariablen (2021 Total Households) unter Verwendung der Aufschlüsselungsmethode Block Apportionment angereichert. Die Aufschlüsselungsmethode ist von der Größe des Einzugsgebiets und dem Ausmaß der Analyse abhängig.

Ausgabegeometrie und Attribute

Der Solver erstellt die Polygone um jeden Eingabepunkt herum und generiert die Schlüsselattributinformationen in der Attributtabelle des Polygon-Layers.

Für die oben gezeigte Analyse lauten die Schlüsselattribute wie folgt:

Ausgabeattributtabelle

2021 Total Households und Actual Value: Diese Felder weisen den angereicherten Wert für das Fahrzeitpolygon auf, das um das jeweilige Gemeindezentrum herum erstellt wurde. Diese Werte nähern sich dem Schwellenwert von 7000. Die Gebiete, in denen die Gesamtzahl der Haushalte erfasst wird, sind jedoch unterschiedlich groß.

Hinweis:

Der Feldname 2021 Total Households wird in der Tabelle angezeigt, da 2021 Total Households in dieser Analyse als Schwellenwertvariable verwendet wurde. Je nach der ausgewählten Schwellenwertvariablen wird das entsprechende Feld im Ausgabe-Layer generiert.

Radius und Radius Units: Das Feld Radius weist den Zeitwert auf, bei dem F(t) nahezu null ist. Das Einzugsgebiet nach Fahrzeit um das Gemeindezentrum herum wurde mit diesem Wert erstellt. Das Feld Radius Units zeigt die Maßeinheiten für das Einzugsgebiet. Radiuseinheiten sind abhängig von den Parametern Entfernungstyp und Entfernungseinheiten, die im Werkzeug verwendet werden.

Sie können sehen, wie sich die Radius-Werte für die beiden Eingabe-Gemeindezentren unterscheiden, wobei die Gebiete weiterhin ca. 7000 Haushalte aufweisen. Bis zum Gemeindezentrum im Stadtzentrum von Charlotte müssen die Haushaltsangehörigen nur 3,17 Minuten fahren, um den Schwellenwert zu erreichen. Bis zum Gemeindezentrum in Concord (Vorort von Charlotte) müssen die Haushaltsangehörigen jedoch 6,3 Minuten fahren, um den Schwellenwert zu erreichen.

Die obige Analyse ermöglicht den Entscheidungsträgern eine Visualisierung der Einzugsgebiete unter Berücksichtigung der zugrunde liegenden Demografiedaten und des tatsächlichen Straßennetzes in der Umgebung der vorgeschlagenen Gemeindezentren. Die Einzugsgebiete aus dem Werkzeug Schwellenwertbezogene Fahrzeiten generieren können noch weiter analysiert werden, um den optimalen Standort für das neue Gemeindezentrum zu ermitteln.

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