Network Analyst-Solver

Erweiterung "ArcGIS Network Analyst" unterstützt sechs Typen von Solvern, mit denen Sie Verkehrsnetze analysieren können, z. B. Ermitteln der besten Route durch eine Stadt, Ermitteln des nächsten Notfallfahrzeugs bzw. der nächsten Notfalleinrichtung, Identifizieren eines Einzugsgebiets um einen Standort oder Ausführen einer Reihe von Aufträgen mit einer Fahrzeugflotte. In den folgenden Abschnitten werden die einzelnen Solver und der Typ von Netzwerkanalyse beschrieben, der durchgeführt werden kann.

Weitere Informationen zum Arbeiten mit Solvern

Route

Mit dem Routen-Solver können Sie den optimalen Weg von einem Standort zum anderen ermitteln oder mehrere Standorte besuchen. Die beste Route kann die schnellste Route für einen bestimmten Tageszeitpunkt unter Berücksichtigung der Verkehrslage zu diesem Zeitpunkt oder die kürzeste Route mit minimaler Fahrstrecke sein. Mit dem Routen-Solver kann zudem die beste Route ermittelt werden, bei der jeder Stopp im angegebenen zulässigen Zeitfenster angefahren wird. Wenn Sie mehr als zwei Stopps anfahren möchten, kann die beste Route für die von Ihnen angegebene feste Reihenfolge der Standorte ermittelt werden. Ein solche Route wird als einfache Route bezeichnet. Alternativ kann der Routen-Solver die optimale Reihenfolge für den Besuch der Standorte ermitteln (das Problem des Handlungsreisenden, Traveling Salesman Problem, TSP). Ein solche Route wird als optimierte Route bezeichnet.

Eingaben und Ausgaben

Der Solver verfügt über die folgenden Eingabe- und Ausgabeparameter:

  • Stopps (Eingabe): Eingabestandorte, die durch die Route(n) erreicht werden
  • Routen (Ausgabe): Die aus der Analyse resultierende(n) Route(n)

Der Routen-Solver kann eine detaillierte Wegbeschreibung für jede Route in der Lösung erzeugen.

Weitere Informationen zu Eingaben und Ausgaben finden Sie unter Routenanalyse-Layer.

Informationen zur Verwendung des Moduls arcpy.nax für die Routenanalyse finden Sie unter Route input data types und Route output data types.

Closest-Facility

Der Solver für die nächstgelegene Einrichtung misst die Reisekosten zwischen Ereignissen und Einrichtungen und bestimmt, welches jeweils die nächstgelegene Einrichtung ist. Beim Suchen der nächstgelegenen Einrichtungen können Sie festlegen, wie viele ermittelt werden sollen, und ob die Fahrtrichtung zu oder weg von diesen Einrichtungen sein soll. Der Solver für die nächstgelegene Einrichtung zeigt die besten Routen zwischen Ereignissen und Einrichtungen an, gibt die jeweiligen Reisekosten aus und gibt eine Wegbeschreibung zurück.

Beim Suchen der nächstgelegenen Einrichtung können Sie Einschränkungen festlegen, wie z. B. Grenzkosten, über die hinaus der Solver nicht nach Einrichtungen sucht. Sie können zum Beispiel die Suche nach nächstgelegenen Einrichtungen so festlegen, dass nach Krankenhäusern im Umkreis von 15 Minuten Fahrzeit von einer Unfallstelle gesucht wird. Krankenhäuser, zu denen die Fahrzeit mehr als 15 Minuten beträgt, werden nicht in das Ergebnis einbezogen. In diesem Beispiel sind die Krankenhäuser Einrichtungen und der Unfall ist das Ereignis. Sie können auch mehrere Analysen der nächstgelegenen Einrichtung gleichzeitig durchführen. Sie können daher für mehrere Ereignisse die nächstgelegene Einrichtung bzw. die nächstgelegenen Einrichtungen für jedes Ereignis ermitteln.

Tipp:

Der Solver für die nächstgelegene Einrichtung und der Start-Ziel-Kostenmatrix-Solver führen ähnliche Analysen aus. Sie unterscheiden sich hauptsächlich in der Ausgabe und der Berechnungsgeschwindigkeit. Der Start-Ziel-Kostenmatrix-Solver generiert schneller Ergebnisse, kann aber die echten Shapes von Routen oder ihre Wegbeschreibungen nicht zurückgeben. Er dient zum schnellen Lösen von mxn-Problemen und enthält daher nicht die internen Informationen, die zum Generieren von echten Routen-Shapes und Wegbeschreibungen erforderlich sind. Dagegen gibt der Solver für die nächstgelegene Einrichtung Routen und Wegbeschreibungen zurück, führt die Analyse jedoch langsamer als der Start-Ziel-Kostenmatrix-Solver durch. Wenn Sie Wegbeschreibungen oder echte Shapes von Routen benötigen, verwenden Sie den Solver für die nächstgelegene Einrichtung. Verwenden Sie andernfalls den Start-Ziel-Kostenmatrix-Solver, um die Rechenzeit zu verringern.

Eingaben und Ausgaben

Der Solver verfügt über die folgenden Eingabe- und Ausgabeparameter:

  • Einrichtungen (Eingabe): Eingabestandorte, die bei Analysen der nächstgelegenen Einrichtung als Start- oder Endpunkte herangezogen werden
  • Ereignisse (Eingabe): Eingabestandorte, die bei Analysen der nächstgelegenen Einrichtung als Start- oder Endpunkte herangezogen werden
  • Routen (Ausgabe): Die aus der Analyse resultierende(n) Route(n)

Der Solver für die nächstgelegene Einrichtung kann eine detaillierte Wegbeschreibung für jede Route in der Lösung erzeugen.

Weitere Informationen zu Eingaben und Ausgaben finden Sie unter Layer für die Analyse der nächstgelegenen Einrichtung.

Informationen zur Verwendung des Moduls arcpy.nax für die Analyse der nächstgelegenen Einrichtung finden Sie unter ClosestFacility input data types und ClosestFacility output data types.

Einzugsgebiet

Ein Einzugsgebiet-Solver erleichtert Ihnen die Beantwortung folgender Fragen:

  • Welche Strecke kann ich von diesem Standort aus innerhalb von 5 Minuten zurücklegen?
  • Welche Gebiete liegen innerhalb einer Fahrstrecke von 3 Kilometern von meinen Geschäften?
  • Welche Gebiete liegen im Abstand von 4 Minuten von unseren Feuerwachen?

Die Erstellung eines Einzugsgebiet ist mit dem Puffern eines Punktes vergleichbar. Wenn Sie einen Punkt puffern, geben Sie eine geradlinige Entfernung an, woraufhin ein Kreis erstellt wird, der das Gebiet innerhalb dieser Entfernung zeigt. Wenn Sie ein Einzugsgebiet um einen Punkt erstellen, geben Sie auch eine Entfernung an, die im Gegensatz zu einem Puffer jedoch die maximale Entfernung darstellt, die in einem Netzwerk zurückgelegt werden kann, z. B. ein Straßennetzwerk. Das Ergebnis ist ein Einzugsgebiet, das die Straßen abdeckt, die innerhalb der angegebenen Entfernung erreicht werden können.

Als Beispiel wird in der folgenden Abbildung ein 5-Kilometer-Puffer (der dunkle Kreis) mit einem 5-Kilometer-Einzugsgebiet (das hellere unregelmäßige Shape innerhalb des Puffers) verglichen:

Einzugsgebiet im Vergleich zu einem Puffer
5-Kilometer-Puffer (Kreis) im Vergleich zu einem 5-Kilometer-Einzugsgebiet (unregelmäßiges Shape im Kreis)

Einzugsgebiete modellieren die Bewegung von Personen oder Dingen in Netzwerken. Puffer setzen die ungehinderte Bewegung in eine beliebige Richtung voraus.

Wenn Sie beispielweise ermitteln möchten, wie viele Personen sich innerhalb einer Fahrstrecke von 5 Kilometern von einem ärztlichen Notdienst befinden, sollte die Entfernung entlang von Straßen anhand eines Einzugsgebiets gemessen werden, um die Bewegung potenzieller Patienten zu modellieren. Die Ermittlung der Bevölkerungszahl anhand eines geradlinigen Puffers würde zu einer zu hohen Anzahl von Personen führen, die sich tatsächlich innerhalb einer Fahrentfernung von 5 Kilometern befinden.

Um ein Einzugsgebiet anzupassen, legen Sie Eigenschaften für einen Einzugsgebiet-Analyse-Layer und Feldwerte für die Feature-Classes fest, die den Analyse-Layer bilden.

Eingaben und Ausgaben

Der Solver verfügt über die folgenden Eingabe- und Ausgabeparameter:

  • Einrichtungen (Eingabe): Die Eingabe-Einrichtungen, um die herum die ausgegebenen Einzugsgebiet-Polygone erstellt werden
  • Polygone (Ausgabe): Die resultierenden Einzugsgebiet-Polygone, die die Bereiche des Netzwerks abdecken, die innerhalb der angegebenen Zeit-, Entfernungs- oder sonstigen Reisekostengrenzwerte erreicht werden können.
  • Linien (Ausgabe): Die resultierenden Einzugsgebiete als lineare Features, welche die Straßen oder Netzwerkkanten abdecken, die innerhalb der angegebenen Zeit-, Entfernungs- oder sonstigen Reisekostengrenzwerte erreicht werden können.

Weitere Informationen zu Eingaben und Ausgaben finden Sie unter Einzugsgebiet-Analyse-Layer.

Informationen zur Verwendung des Moduls arcpy.nax für die Analyse der nächstgelegenen Einrichtung finden Sie unter ServiceArea input data types und ServiceArea output data types.

Location-Allocation

Der Standort wird oft als der wichtigste Faktor für den Erfolg einer Organisation im privatwirtschaftlichen oder öffentlichen Sektor betrachtet. Privatwirtschaftliche Organisationen können von einem guten Standort profitieren, gleichgültig, ob es sich um ein kleines Café mit lokaler Kundschaft oder einem multinationalen Netzwerk von Fabriken mit Vertriebszentren und einer weltweiten Kette von Einzelhandelsgeschäften handelt. Der Standort kann dazu beitragen, die Fixkosten und Overhead-Kosten niedrig zu halten, und für eine gute Erreichbarkeit zu sorgen. Öffentliche Einrichtungen, z. B. Schulen, Krankenhäuser, Bibliotheken, Feuerwachen und Notdienstzentralen, können der Öffentlichkeit hochwertige Dienste zu niedrigen Kosten bereitstellen, wenn der Standort gut gewählt wird.

Auswählen der besten Feuerwacheneinrichtungen

Wenn Einrichtungen, die Waren und Services bereitstellen, und verschiedene Bedarfspunkte, welche diese nutzen, gegeben sind, dann besteht das Ziel des Location-Allocation-Solvers darin, diejenigen Einrichtungen zu suchen, die die Bedarfspunkte am effizientesten bedienen. Wie der Name bereits sagt, bezeichnet Location-Allocation eine Problemstellung mit zwei Aspekten, wobei gleichzeitig Einrichtungen gesucht und Bedarfspunkte den Einrichtungen zugeordnet werden.

Anfänglich hat es möglicherweise den Anschein, als würden alle Location-Allocation-Analysen dasselbe Problem lösen, aber ein Standort ist nicht für alle Typen von Einrichtungen gleichermaßen geeignet. Zum Beispiel unterscheidet sich der beste Standort für eine Notdienstzentrale vom besten Standort für einen Industriebetrieb. In den nächsten zwei Beispielen wird veranschaulicht, dass die Ziele von Location-Allocation-Problemen vom Typ der gesuchten Einrichtung abhängen.

Beispiel 1: Suchen eines Standortes für eine Notdienstzentrale

Wenn jemand einen Krankenwagen ruft, dann geht man davon aus, dass innerhalb weniger Minuten Hilfe kommt. Die Reaktionszeit hängt stark von der Entfernung zwischen dem Krankenwagen und dem Patienten ab. Das Ziel zur Bestimmung der besten Standorte für Notdienstzentralen besteht in der Regel darin, es Krankenwagen zu ermöglichen, die meisten Personen innerhalb eines definierten Zeitrahmens zu erreichen. Die spezielle Fragestellung lautet möglicherweise so: Wo sollten drei Notdiensteinrichtungen platziert werden, damit die größte Anzahl von Personen in diesem Wohngebiet innerhalb von vier Minuten erreicht werden kann?

Beispiel 2: Suchen eines Standorts für einen Industriebetrieb

Viele Einzelhandelsgeschäfte beziehen ihre Güter von Industriebetrieben. Gleichgültig, ob Autos, Küchengeräte oder Nahrungsmittel produziert werden, können für einen Industriebetrieb große Anteile seines Budgets auf Transportkosten entfallen. Location-Allocation-Solver kann die folgende Frage beantworten: Wo sollte sich der Industriebetrieb ansiedeln, um die Gesamttransportkosten zu minimieren?

Location-Allocation-Problemtypen

Der Location-Allocation-Analyse-Layer enthält sieben Problemtypen zur Beantwortung bestimmter Arten von Fragen, darunter Fragen wie in den beiden oben aufgeführten Beispielen. Zu den sieben Problemtypen gehören die folgenden:

  • Gewichtete Impedanz minimieren (P-Median)
  • Flächendeckung maximieren
  • Flächendeckung maximieren und Einrichtungen minimieren
  • Erreichbarkeit maximieren
  • Marktanteil maximieren
  • Ziel-Marktanteil
  • Zulässige Abdeckung maximieren

Eingabe und Ausgaben

Der Solver verfügt über die folgenden Eingabe- und Ausgabeparameter:

  • Einrichtungen (Eingabe): Als geeignete Standorte verwendete Eingabestandorte (erforderlich) oder eine Mitbewerbereinrichtung, aus der bei der Location-Allocation-Analyse die tatsächlichen Standorte gewählt werden
  • Bedarfspunkte (Eingabe): Ein Standort, der die Personen oder Dinge darstellt, welche die Güter und Services benötigen, die von den Einrichtungen bereitgestellt werden.
  • Linien (Ausgabe): Linien-Features, die Bedarfspunkte mit den Einrichtungen verbinden, denen sie zugeordnet sind.

Weitere Informationen zu Eingaben und Ausgaben finden Sie unter Location-Allocation-Analyse-Layer.

Informationen zur Verwendung des Moduls arcpy.nax für die Location-Allocation-Analyse finden Sie unter LocationAllocation input data types und LocationAllocation output data types.

Start-Ziel-Kostenmatrix

Ein Start-Ziel-Kostenmatrix-Solver sucht und misst die kostengünstigsten Routen im Netzwerk von mehreren Startpunkten zu mehreren Zielen. Beim Konfigurieren einer Start-Ziel-Kostenmatrix-Analyse können Sie die Anzahl der zu suchenden Ziele sowie eine maximale Entfernung für die Suche angeben.

Der Solver für die Start-Ziel-Kostenmatrix gibt zwar keine Linien aus, die dem Netzwerk folgen, die in der Attributtabelle für Linien gespeicherten Werte spiegeln jedoch die Netzwerkentfernung und nicht die geradlinige Entfernung wider. Die Ergebnisse von Start-Ziel-Kostenmatrix-Analysen werden häufig als Eingabe für andere räumliche Analysen verwendet, in denen die Netzwerkkosten besser geeignet sind als die geradlinigen Kosten. Die Bewegung von Personen in einer bebauten Umgebung lässt sich mit Hilfe der Netzwerkkosten beispielsweise besser modellieren, da Personen sich zumeist auf Straßen und Fußgängerwegen fortbewegen.

Tipp:

Wenn die geradlinigen Entfernungen Ihre Anforderungen besser erfüllen, können Sie stattdessen auch das Geoverarbeitungswerkzeug Near-Tabelle erstellen verwenden.

Tipp:

Der Solver für die nächstgelegene Einrichtung und der Start-Ziel-Kostenmatrix-Solver führen ähnliche Analysen aus. Sie unterscheiden sich hauptsächlich in der Ausgabe und der Berechnungsgeschwindigkeit. Der Start-Ziel-Kostenmatrix-Solver generiert schneller Ergebnisse, kann aber die echten Shapes von Routen oder ihre Wegbeschreibungen nicht zurückgeben. Er dient zum schnellen Lösen von mxn-Problemen und enthält daher nicht die internen Informationen, die zum Generieren von echten Routen-Shapes und Wegbeschreibungen erforderlich sind. Dagegen gibt der Solver für die nächstgelegene Einrichtung Routen und Wegbeschreibungen zurück, führt die Analyse jedoch langsamer als der Start-Ziel-Kostenmatrix-Solver durch. Wenn Sie Wegbeschreibungen oder echte Shapes von Routen benötigen, verwenden Sie den Solver für die nächstgelegene Einrichtung. Verwenden Sie andernfalls den Start-Ziel-Kostenmatrix-Solver, um die Rechenzeit zu verringern.

Eingaben und Ausgaben

Der Solver verfügt über die folgenden Eingabe- und Ausgabeparameter:

  • Startpunkte: Die Eingabestandorte, die als Startpunkte beim Erstellen der Pfade zu Zielen fungieren
  • Ziele: Die Eingabestandorte, die als Endpunkte beim Erstellen der Pfade von Startpunkten fungieren
  • Linien: Linien, die Verbindungen zwischen Startpunkten und Zielen sowie die Fahrzeit oder -strecke zwischen ihnen darstellen

Weitere Informationen zu den Eingaben und Ausgaben finden Sie unter Layer der Start-Ziel-Kostenmatrix-Analyse.

Informationen zur Verwendung des Moduls arcpy.nax für die Start-Ziel-Kostenmatrix-Analyse finden Sie unter OriginDestinationCost Matrix input data types und OriginDestinationCost Matrix output data types.

Vehicle Routing Problem

Viele Organisationen arbeiten Aufträge mithilfe einer Fahrzeugflotte ab. Beispielsweise kann ein großes Möbelgeschäft mehrere Lastwagen zum Ausliefern von Möbeln an Kunden einsetzen. Ein auf Fettrecycling spezialisiertes Unternehmen kann Lkw von einer Einrichtung zu Restaurants senden, um dort Altfett abzuholen. Eine Gesundheitsbehörde kann in einem Terminplan tägliche Kontrollbesuche für die einzelnen Gesundheitskontrolleure festlegen.

Vehicle Routing Problem-Analyse

Allen oben genannten Beispielen ist das Vehicle Routing Problem (VRP) gemeinsam. Jede Organisation muss bestimmen, welche Aufträge (Wohnstätten, Restaurants oder Standorte von Kontrollbesuchen) mit den einzelnen Routen (Lkw oder Kontrolleur) ausgeführt werden sollen und in welcher Reihenfolge die Aufträge erledigt werden sollen. Das wichtigste Ziel ist die optimale Durchführung der Aufträge und die Minimierung der Gesamtbetriebskosten für die Fahrzeugflotte. Während der Routen-Solver der Network Analyst die optimale Route für ein einzelnes Fahrzeug und viele Stopps ermittelt, ermittelt der VRP-Solver die optimalen Routen für eine Fahrzeugflotte, mit der viele Aufträge abgearbeitet werden. Der VRP-Solver kann außerdem spezifischere Probleme lösen, weil zahlreiche Optionen verfügbar sind, z. B. Vergleichen von Fahrzeugkapazitäten mit Auftragsmengen, Zuteilen von Pausenzeiten für Fahrer sowie paarweises Zusammenstellen von Aufträgen für dieselbe Route.

Eingaben und Ausgaben

Der Solver verfügt über die folgenden Eingabe- und Ausgabeparameter:

  • Aufträge (Eingabe/Ausgabe): Eine oder mehrere Positionen, die bei der VRP-Analyse für die Routenerstellung berücksichtigt werden. Ein Auftrag kann eine Lieferung an einen Kunden, eine Abholung von einem Kunden oder eine sonstige Arbeit sein.
  • Depots (Eingabe/Ausgabe): Ein Standort, den ein Fahrzeug am Anfang des Arbeitstages verlässt und zu dem es am Ende des Arbeitstages zurückkehrt.
  • Routen (Eingabe/Ausgabe): Eine oder mehrere Routen, die die Fahrzeug- und Fahrereigenschaften angeben und die Fahrt zwischen Depots und Aufträgen darstellen.
  • Unterbrechungen (Eingabe/Ausgabe). Die Unterbrechungszeiten bzw. Pausenzeiten für Routen in einem VRP.
  • Routenzonen (Eingabe): Ein Arbeitsgebiet für eine bestimmte Route.
  • Depotstopps (Ausgabe): Wenn eine Route an einem Depot startet, das Be- und Entladen durchführt oder dort endet, wird ein Depotstopp erstellt. Depotstoppobjekte stellen Informationen dazu bereit, warum eine Route einen Stopp an einem Depot aufweist und was dort erfolgt.
  • Auftragsbesonderheiten und Routenbesonderheiten (Eingabe): Tabellen, in denen die Besonderheiten aufgeführt werden, die für Aufträge erforderlich sein und von Routen unterstützt werden können. Ein Auftrag kann von einer Route nur durchgeführt werden, wenn sie alle für den Auftrag erforderlichen Besonderheiten unterstützt.
  • Auftragspaare (Eingabe): Eine Tabelle mit Datensätzen, die zum Bilden von Paaren aus Lieferungs- und Abholungsaufträgen verwendet wird, um die Abarbeitung mit derselben Route zu erreichen.
  • Lager (Be-/Entladen) (Eingabe): Die Zwischendepots, über die die Routen einer VRP-Analyse führen können, um Elemente für Auslieferungs- oder Abholungsaufträge zu laden oder zu entladen.

Der VRP-Solver kann eine detaillierte Wegbeschreibung für jede Route in der Lösung erzeugen.

Weitere Informationen zu den Eingabe- und Ausgabefeldern finden Sie unter Analyse-Layer für das Vehicle Routing Problem.

Informationen zur Verwendung des Moduls arcpy.nax für die VRP-Analyse finden Sie unter VehicleRoutingProblem input data types und VehicleRoutingProblem output data types.