IV. Позначені орієнтовані графи. Графові моделі цього типу використовуються у випадку, коли відомі інтенсивність зв'язків між геооб'єктами та їх напрямок. Методика аналізу позначених орієнтованих графів містить в якості етапів знаходження порогових матриць різних значений порога і підрахунок для кожної з них числа сильно зв'язних компонент, котрі інтерпретуються в якості функціональних районів [49].

Розглянемо типові процедури мережного аналізу, який реалізується в середовищі ГІС, оснащених блоками (модулями) моделювання і аналізу географічних мереж.

I. Оптимізація шляху між двома вузлами мережі. Ця процедура передбачає розрахунок найкращого варіанту шляху між даними початкової і кінцевої вершин (вузлів) графа мережі з урахуванням цільової функції (наприклад, вартості, часу або відстані), котра задається користувачем. При цьому можна вносити різні додаткові обмеження і умови (наприклад, шляхом указівки вершин і рёбер, через які і по яким повинен пройти шуканий шлях). Задачу можна ускладнити і шляхом завдання „заборонених” вершин і ребер, через котрі шуканий шлях проходити не повинен. В кінцевому підсумку на екрані висвітлюється найбільш оптимальний шлях, з указівкою відповідних вершин і ребер. Крім того, можна отримати вичерпну інформацію про доступність будь-якої проміжної вершини знайденого шляху за допомогою указівки на неї маніпулятором „миша” (Рис.12.5.а).

Рис. 12.5. Приклади мережного аналізу в ГІС:

а) оптимізація шляху між двома фіксованими вершинами;

б) визначення „радіусу” доступності до фіксованої вершини;

в) пошук найкоротших маршрутів з урахуванням інтерактивних заборон і обмежень

ІІ. Визначення „радіуса” доступності фіксованого вузла (мережі обслуговування). В процесі рішення цієї задачі знаходяться всі вершини графа мережі, розташовані в межах встановленого „радіуса” доступності (наприклад, підприємства, розташовані не далі 500 м від насосної станції або вулиці, розташовані не далі 5 хвилин ходьби до автобусної зупинки і т. ін.) (Рис.12.5.б).

ІІІ. Пошук найкоротших маршрутів в інтерактивному режимі. Це одна з найефективніших процедур мережного аналізу в ГІС, яка дозволяє моделювати на мережах ситуації типу „що, якщо...” Наприклад, міські станції швидкої медичної допомоги зацікавлені в інформації про найкоротші маршрути до різних мікрорайонів і вулиць міста, а також про наявність „запасних” маршрутів на випадок вуличних аварійних ситуацій (дорожніх інцидентів, ремонтних робіт і т. ін.). В кінцевому підсумку дана процедура виявляється корисною для аналізу ступеня загальної стійкості (відновлюваності) транспортних і комунікаційних мереж (Рис. 12.5.в).

IV. Модифікація мережі і сценарний аналіз. В цьому випадку ГІС забезпечує можливість редагування вихідної мережі шляхом додавання нових ребер і вершин, а також шляхом придання спеціального статусу окремим елементам мережі. Отримані в результаті сценарії зберігаються в ГІС в якості проміжних варіантів модифікації вихідної мережі і можуть бути підвернуті усім перерахованим видам аналізу (Рис.12.6).

Рис. 12.6. Сценарний аналіз і модифікація мережі в ГІС

Рис. 12.7. Визначення „хінтерланда” мережі поселень в ГІС

VI. Геокодування мережі - це процедура автоматизованого створення об'єктів карти на основі атрибутивних даних, котрі містяться в якійсь таблиці. В залежності від характеру використовуваних даних розрізняють: координатне геокодування; геокодування по об'єктам і адресне геокодування.

В даний час широке поширення отримує об'єктно-орієнтована технологія, котра представляє нові більш широкі можливості по аналізу мереж, особливо по моделюванню поведінки мережних об'єктів. Потужним засобом, котрий реалізує ці можливості, є ArcGIS.

1.1.4 Особливості використання графових моделей для геопросторого аналізу

Топологічні структури даних включають в себе точкові, лінійні і площинні об'єкти, але доповнюють їх описом відношень між об'єктами. Відповідно зростає рівень операцій над даними: топології можуть комбінуватись, дають можливість здійснювати пошук елементів карти зі складними властивостями, дозволяють виконувати спеціальні побудови. Зокрема, топології природним чином відображують графові структури. Наприклад, аналітичний додаток ArcInfo ArcGIS Spatial Analist дозволяє знаходити центри обслуговування, найкоротші шляхи, пов'язані компоненти і т. ін., тобто підтримує механізми рішення задач на графах. Наскільки ефективно цей механізм використовується, визначається двома основними причинами:

якістю картографічної основи. Оскільки електронна карта - образно-знакова модель реальності, їй об'єктивно-притаманні погрішності просторового, часового і семантичного характеру, котрі визначають адекватність графової моделі;

властивостями робочої області для аналізу. Вона може бути побудована не єдиним чином, що в свою чергу може вплинути на результат оптимізації.

Тому потрібно враховувати те, яким чином будується попередній етап оптимізації. Високий рівень абстракції графових моделей не дозволяє сподіватись на створення простих способів побудови по електронній карті. Специфічна система позначень, термінів, представлення картографічних зображень створює лише образ простору, котрий стимулює інтелектуальну діяльність аналітика ГІС.

Аналіз дозволяє виділити наступні основні сценарії рішення оптимізаційних задач в середовищі ГІС:

використовується якась загально використовувана робоча область карти, котра не залежить від задачі, у котрій будується графова модель. Отриманий на графовій моделі результат вважається рішенням;

умови отримання рішення аналогічні попередньому випадку, але сам результат піддається дослідженню на якість, виходячи з недоліків картографічної основи. Результат приймається як рішення з оцінкою якості і рекомендаціями по покращанню цього рішення;

робоча область задачі будується таким чином, щоб домогтися максимальної якості, для чого застосовуються спеціальні програмні засоби і інформаційні компоненти. Графова модель використовує показники якості картографічної основи, що дозволяє використовувати отриманий результат як остаточне рішення.

Порівнюючи перераховані сценарії, необхідно відзначити наступне:

при використанні першого сценарію, оскільки не прийняті заходи для раціональної побудови робочої області (взята „загально використовувана” карта), рішення задачі важко інтерпретувати через невизначеність того, наскільки забезпечена актуальність, достовірність і повнота вихідного картографічного матеріалу для оптимізації. Таким чином, легкість отримання рішення при роботі по першому сценарію компенсується його неточністю;

застосування другого сценарію є спробою оцінити якість отриманого результату. Такий підхід доцільний у тих випадках, коли користувач по певним причинам не може модифікувати (покращити) робочу область. Засобом оцінки може стати використання когнітивних карт [ ] - графових моделей для якісного аналізу результату. Можна стверджувати, що центр важкості у такому випадку переноситься в сторону інтерпретації результату, роль оптимізації на графовій моделі падає;

робота по третьому сценарію компенсує вищенаведені недоліки. По-перше, будується робоча область при наявності вибору тематичних шарів, об'єктів, документів і довільних інформаційних джерел. Аналітик реалізує потенційну можливість побудови максимально-інформативної робочої області загальної карти системи. По-друге, зростає значимість оптимізації на графовій моделі - важко формалізований процес через багатофакторну залежність від вихідних даних, суб'єктивних оцінок і переваг. Тому раціональній побудові робочої області повинно надаватись велика увага.

Аналізуючи стиль рішення задач в середовищі ГІС, можна прийти до висновку про те, що ефективне рішення прикладних задач в значному ступені залежить як побудована робоча область цифрової карти. Зміст і виразність цифрового картографічного зображення в значному ступені визначають вид і параметри графової моделі, інтерпретацію отриманого рішення. Таким чином, робоча область повинна володіти певною якістю, достатньою для рішення прикладної задачі.

Проблема побудови ГІС-аналітиком робочої області необхідної якості відома. Отримати потрібну інформацію зі складної ГІС всі більше стає „спробою напитись з пожежного шланга” [105, 106]. Як показав аналіз, суть проблеми обумовлена наступними факторами:

по своїй суті, електронні карти володіють інтегруючою функцією, поєднуючи посилання різнорідні інформаційні ресурси, утворюючи тим самим гіпертекстову структуру, котра приховує обширний інформаційний простір. Внаслідок подібної „нелінійності” ГІС з картографічною основою, котра включає понад 105 графічних примітивів, цифрові картографічні зображення стають для користувача неозорими і малозрозумілими;

об'єм інформації ГІС з часом зростає. Стан об'єктів і явищ повинен фіксуватись з прив'язкою в часі, що ускладнює пошук об'єктів і збільшує невизначеність відображення карт і схем в заданому часовому інтервалі. Треба відзначити, що даний фактор змушує уводити в склад ГІС підсистему сховища даних, задачею якого є управління архівною інформацією значного об'єму;

сприйняття потоку зорової інформації людини є обмеженим, однак умови роботи в реальному масштабі часу висуває серйозні вимоги до кваліфікації користувача ГІС. Зусилля, затрачувані на пошук об'єктів і фрагментів карти, відбір тематичних шарів і видових екранів стають все більше значними;

оцінка користувачами інформативності і цілісності робочої області загальної карти ГІС є суб'єктивною. На відбір об'єктів впливає НЕ-факторів: неточність, нечіткість, неоднозначність, невизначеність відомостей на географічних картах [ ]. Користувачі, вирішуючи одну і ту ж проблему на основі власного досвіду і знань нерідко розходяться в оцінці якості вихідного картографічного матеріалу. Тому будь-які детерміновані алгоритми і засоби відбору об'єктів не дають необхідного ефекту.

Зазначені фактори призводять до необхідності створення засобів формування цілісних ненадлишкових робочих областей. Саме на етапі побудови робочої області закладається фундамент вирішення прикладної задачі. З якістю робочої області пов'язані трудомісткість формулювання задачі в термінах графів, вибору параметрів графової моделі. В якості підходу до вирішення проблеми, доцільно використати методологію побудови картографічних образів (КО)[107].

1. Що розуміють під географічними мережами і які методи мережного аналізу реалізуються за допомогою сучасних ГІС?

2. З яких блоків складається модель географічної мережі в базі даних ГІС?

3. Що розуміють під геометричною мережею?

4. Що розуміють під логічною мережею?

5. Які задачі ефективно вирішуються ГІС при мережному аналізі?

6. Що розуміють під геокодуванням?

7. На чому акцентують увагу графові моделі?

Размещено на Allbest.ru