Мережевий аналіз у ГІС

Що таке мережевий аналіз

Мережевий аналіз — це процес моделювання та аналізу об’єктів, що взаємопов’язані у вигляді мережі.
При аналізі мереж застосовуються такі правила, як односторонній рух на вулицях, обмеження швидкості, висоти, тарифів та впливу на навколишнє середовище.

Прикладами мережевого аналізу може бути: дороги, енергетичні або водопровідні системи, логістичні маршрути доставки, пішохідні та велосипедні маршрути

Метою мережевого аналізу є визначення найоптимальніших шляхів, зон доступності, маршрутизації, а також оцінка часу, витрат та ефективності переміщення.

Моделі даних у мережевому наборі даних

Це функції, які зазвичай належать до мережевого набору даних:

• Вулиці – лінійні об’єкти
• З’єднання – автоматично створюються там, де з’єднуються краї ліній
• Поворотні елементи 
• Трафік – таблиця з показниками трафіку

Побудова чітких топологічних геометричних мереж є життєво важливою для надійної дорожньої мережі, хороший варіант –використання інструмента Integrate Tool .

Загальні атрибути

Загальні атрибути наборів даних, які впливають на результати кожного мережевого аналізу:

• Односторонній рух – визначає напрямок руху вулиць в одному напрямку
• Довжина – допомагає у розрахунку найкоротшого маршруту
• Час у дорозі – допомагає розрахувати найкоротший маршрут
• Ієрархія – ранжує вулиці за довжиною маршрутів та важливістю подорожей
• Швидкість – розраховує час подорожі
• Клас дороги – класифікує дороги (місцева дорога, автомагістраль, пандус, кільце тощо)
• Назва вулиці – допомагає у списку маршрутів
• Висота – Допомагає для підземних та естакадних переходів
• Обмеження – Визначає заборонені повороти або обмеження висоти

Основні інструменти мережевого аналізу

Сучасні ГІС-платформи (наприклад, ArcGIS, QGIS з плагінами, GRASS GIS) підтримують такі типи мережевого аналізу:

1. Пошук найкоротшого шляху (Shortest Path Analysis)
   Визначення оптимального маршруту між двома точками на основі заданих критеріїв — відстані, часу або вартості.
2. Матриця витрат (OD Cost Matrix)
   Обчислення вартості (час, відстань) між кількома початковими та кінцевими точками.
3. Зони обслуговування (Service Area Analysis)
   Визначення територій, які можна досягти з певної точки за заданий час або відстань (наприклад, зони доступності швидкої допомоги).
4. Оптимізація маршрутів доставки (Vehicle Routing Problem, VRP)
   Створення маршрутів для кількох транспортних засобів із врахуванням обмежень (час доставки, навантаження, кількість зупинок тощо).
5. Пошук найкращого розміщення (Location Allocation)
   Вибір оптимального розташування об’єктів (наприклад, нової аптеки або пожежної частини), щоб обслуговувати максимальну кількість користувачів.

Технічна реалізація

Для реалізації мережевого аналізу в ГІС потрібні такі компоненти:

• Мережеві шари (network dataset) — моделі реальних мереж із атрибутами (швидкість, односторонній рух, обмеження).
• Алгоритми пошуку — наприклад, Dijkstra, A*, Bellman-Ford.
• Параметри обмежень — типи транспортних засобів, години пік, платні дороги.

В ArcGIS Network Analyst ці інструменти доступні у вигляді спеціальних вікон або Python-скриптів. У QGIS можна використовувати плагіни, такі як Road Graph або pgRouting для роботи з базами даних.

Набори даних для мережевого аналізу

1. OpenStreetMap (безкоштовно) – тег позначає транспортні об’єкти – автомагістралі, дороги, стежки, провулки або автомагістралі, дані OSM також включають автобусні зупинки, світлофори та знаки зупинки.
2. ArcGIS Streetmap Преміум (платний) – дає можливість одразу підключити до будь-якої задачі маршрутизації, відображення карти або геокодування, яку ви хочете вирішити. Крім того, він працює за брандмауером і ідеально підходить, якщо ви вже використовуєте Esri ArcGIS .

Практичне застосування

Приклад 1: Розрахунок зон доступності лікарень

У місті Варанасі, Індія, дослідники використовували ГІС для створення 5-хвилинних і 10-хвилинних зон доступу до лікарень. Це дозволило виявити райони з недостатнім медичним покриттям і запропонувати локації для будівництва нових медичних закладів.

Приклад 2: Оптимізація логістики

Мережевий аналіз використовується компаніями доставки для побудови найекономніших маршрутів з урахуванням трафіку, розкладу роботи складів і обмежень часу доставки.

Приклад 3: Екстрені служби

Служби порятунку застосовують сервісні області для визначення часу прибуття до місця виклику та побудови маршрутів, які мінімізують затримки.