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Hierarchien in der Netzwerkanalyse

Sie können eine Netzwerkanalyse mit der Hierarchie des Netzwerks durchführen. Die Hierarchie klassifiziert Netzwerkkanten in eine bestimmte Anzahl von Ebenen. Normalerweise sind drei bis fünf Ebenen vorhanden. Eine Hierarchie mit drei Ebenen kann z. B. in die folgenden Kategorien unterteilt werden, die anhand von Ganzzahlwerten dargestellt werden:

  • Hauptstraßen (Autobahnen und andere Fernverkehrsstraßen)
  • Nebenstraßen (Bundesstraßen und andere Hauptverkehrsadern)
  • Ortsstraßen (Zubringer und Wohnstraßen)

Wenn die Netzwerkanalyse mit einer Hierarchie erfolgt, wird eine Heuristik verwendet, die die Berechnungszeit reduziert, indem die Suche zum großen Teil auf höhere Ebenen der Hierarchie beschränkt wird. Bei einer Hierarchie mit drei Ebenen etwa werden in der unmittelbaren Nachbarschaft des Start- und Endpunktes der Route nur Ortsstraßen und im weiteren Umkreis vom Start- und Endpunkt der Route nur Nebenstraßen berücksichtigt. Da für den größten Teil der Route nur Straßen in den höheren Hierarchieebenen berücksichtigt werden, führt dies möglicherweise zu einer Lösung mit etwas höheren Kosten als bei einer Problemlösung ohne Verwendung der Hierarchie.

Vergleich einer nicht hierarchischen Routenanalyse und einer hierarchischen Routenanalyse

Vorteile der hierarchischen Netzwerkanalyse

Im Folgenden sind die Vorteile einer hierarchischen Netzwerkanalyse aufgeführt:

  • Das Berechnen einer Lösung mithilfe einer Hierarchie erfordert i. d. R. weniger Zeit. Diese Zeitdifferenz ist besonders ausgeprägt, wenn das Netzwerk umfangreich ist, die Haupt- und Nebenstraßen zahlreiche Verbindungen aufweisen und die Stopps nicht in kurzen Abständen auf Ortsstraßen positioniert sind.
  • Eine Wegbeschreibung für Haupt- und Nebenstraßen ist häufig leichter zu verfolgen, weil Straßenschilder besser sichtbar sind und weniger Kreuzungen vorhanden sind.
  • Die Ergebnisse einer Netzwerkanalyse mit einer Hierarchie können die Präferenzen von Fahrern auf der Straße nachbilden. Beispielsweise bevorzugen Lkw-Fahrer Routen auf Hauptstraßen, da sich bei der Fahrt auf Ortsstraßen die Wahrscheinlichkeit schwieriger Abbiegemanöver und Stopps erhöht, wodurch sich Kraftstoffverbrauch und Emissionen erhöhen. Beachten Sie, dass das Ergebnis einer hierarchischen Analyse eher Straßen in einer höheren Hierarchieebene enthält, diesen Straßen vom Solver jedoch nicht unbedingt Vorzug vor Straßen in den niedrigeren Hierarchieebenen gegeben wird.

Weitere Informationen zum Bevorzugen von Netzwerkelementen mit Beschränkungsattributen

Auch wenn Sie über die Möglichkeit verfügen, eine hierarchische Analyse durchzuführen, können Sie Hierarchien ignorieren. Sie sollten Ihre Entscheidung auf der Grundlage der Daten und des spezifischen Netzwerkproblems treffen. Wenn Sie sich nicht sicher sind, führen Sie die Analyse mit und ohne Hierarchie durch, vergleichen Sie die Ergebnisse, und entscheiden Sie dann, welche Ergebnisse sich am besten für Sie eignen.

Funktionsweise der Hierarchie

Bei der hierarchischen Netzwerkanalyse wird die Anzahl der zu durchsuchenden Straßen progressiv auf Straßen in den höheren Hierarchieebenen reduziert. Der Routen-Solver fährt gleichzeitig ab dem Ausgangsstopp vorwärts und ab dem Zielstopp zurück. Ortsstraßen werden durchsucht, bis die besten Übergänge zu Nebenstraßen gefunden werden. Dann werden nur noch Nebenstraßen und Hauptstraßen durchsucht. Anschließen werden Nebenstraßen durchsucht, bis die besten Übergänge zu Hauptstraßen gefunden werden. Dann durchsucht der Solver nur noch Hauptstraßen und ignoriert Straßen in den unteren Hierarchieklassen, bis der Weg vom Ursprung mit dem rückwärts vom Ziel verlaufenden Weg zusammentrifft. Durch diese Verbindung von Ursprung und Ziel wird eine Route ermittelt.

Der Solver hat zum Ziel, die Impedanz zu minimieren und gleichzeitig die Hierarchie der höheren Rangstufe zu bevorzugen. In der folgenden Abbildung wird die Funktionsweise des Solvers veranschaulicht:

Schritte des hierarchischen Solvers

Wenn Sie auf einer Route mit einer Hierarchie eine Barriere einfügen, sucht der Solver eine Alternativroute, entweder durch vorübergehendes Absteigen auf eine niedrigere Ebene der Hierarchie und Umgehen der Barriere oder durch das Suchen eines vollkommen anderen Weges, je nachdem, welcher Weg kürzer ist.

Wenn die Autobahn unterbrochen ist, wählt der Solver keine Straßen niedrigerer Rangstufe (Ortsstraßen) aus, um eine Verbindung herzustellen. Stattdessen wird ein Fehler zurückgegeben. ArcGIS setzt voraus, dass Straßen mit der höchsten Hierarchiestufe verbunden sind.

Beispiel für eine nicht verbundene Hierarchie

Für alle anderen Netzwerkanalyse-Layer außer dem Einzugsgebiet-Layer wird die oben beschriebene hierarchische Suchmethode eingesetzt.

Verwenden von Hierarchien in der Netzwerkanalyse

Mit den folgenden Schritten können Sie Hierarchien für jeden Netzwerkanalyse-Layer aktivieren, den Sie hinzufügen:

  1. Klicken Sie mit der rechten Maustaste auf den Analyse-Layer, und klicken Sie auf Eigenschaften, um die Eigenschaftenseite für den Layer zu öffnen.
  2. Wählen Sie Reisemodus aus, und blenden Sie den Abschnitt Erweitert ein.
  3. Aktivieren Sie Hierarchie verwenden.
    Hinweis:

    Der Solver verwendet die Hierarchiebereiche, die zum Zeitpunkt der Berechnung festgelegt werden. Informationen zum Anpassen der Bereiche, die das Hierarchie-Attribut definieren, finden Sie unter Hierarchie-Attribut. Beachten Sie, dass Sie die Hierarchiebereiche für schreibgeschützte Netzwerk-Datasets nicht ändern können.