Mit der Network Analyst-Lizenz verfügbar.
Mit der Erweiterung "ArcGIS Network Analyst" können Sie historische Verkehrsinformationen zum Modellieren der zeitabhängigen Geschwindigkeiten beim Fahren auf Straßen verwenden. Auf diese Weise sind die erwarteten Fahrt- und Ankunftszeiten zuverlässiger und Sie verbringen mit großer Wahrscheinlichkeit weniger Zeit hinter dem Steuer, als wenn Sie Verkehrsmuster ignorieren.
Erstellen historischer Verkehrsdaten für die Verwendung mit Network Analyst
Auch wenn Sie die Daten von einem Drittanbieter erhalten, ist es wichtig zu verstehen, wie historische Verkehrsdaten erstellt werden, damit Sie diese in einem Netzwerk-Dataset richtig konfigurieren können. Dieser Abschnitt enthält einen Überblick über das von Network Analyst verwendete Modell.
Da die Verkehrsdaten das ständige Auf und Ab von Geschwindigkeiten erfassen, kann jede Reiserichtung einer Kante je nach Uhrzeit viele unterschiedliche Kosten aufweisen. Dies steht im Gegensatz zu einem typischen Kostenattribut, bei dem pro Kantenrichtung nur ein Wert zulässig ist.
Es gibt eine Reihe unterschiedlicher Möglichkeiten, mehrere Kosten pro Kantenrichtung zu modellieren. Um zu verstehen, warum Network Analyst ein bestimmtes Modell verwendet, ist es wichtig, die Nachteile der vielleicht naheliegendsten Modelliermethode zu verstehen.
Von Network Analyst nicht angewandte Modellierung von historischen Verkehrsdaten
Eine Option zum Speichern von historischen Verkehrsdaten ist, eine Reihe von Kosten für jede Kante zu erstellen. Die Kosten stellen Verkehrsgeschwindigkeiten zu verschiedenen Uhrzeiten im Verlauf einer Woche dar. Eine Woche kann z. B. in 168 diskontinuierliche, einstündige Intervalle unterteilt werden. Dies bedeutet, dass für jede Kante 168 Kostenattribute erforderlich sind, um die Veränderungen im Verkehr im Verlauf einer Woche darzustellen. Wenn der Zeitraum auf Intervalle von fünf Minuten gekürzt würde, um eine bessere zeitliche Auflösung zu erzielen, würden für jede Kante 2.016 Kostenattribute benötigt. Das Speichern dieser Einzelwerte erfordert viel Speicherplatz, besonders bei großen Netzwerken. Da viele Straßen außerdem den ganzen Tag über die gleichen Kosten aufweisen, würde es zu einer unnötigen Duplizierung der Daten kommen. Aus diesen Gründen ist diese Modellierungsoption für Network Analyst nicht die beste Lösung.
Von Network Analyst angewandte Modellierung von historischen Verkehrsdaten
Anstatt alle Verkehrsinformationen pro Feature zu speichern, verwendet ArcGIS ein normalisiertes Modell, um den Umfang der Verkehrsdaten zu reduzieren. Pro Feature werden nicht 168 oder 2.016 Kostenattribute gespeichert, sondern es wird für diese Informationen eine verknüpfte Tabelle erstellt. Jede Zeile in der Tabelle enthält die Geschwindigkeiten oder optional die Fahrzeiten für jedes Intervall eines Tages. Eine Zeile ist ein Verkehrsprofil. Darin wird dargestellt, wie sich die Geschwindigkeiten im Verlauf des Tages ändern. Wenn Sie z. B. über viele Nebenstraßen mit einer Geschwindigkeit von ca. 50 km/h verfügen, deren Fahrzeiten sich während des Tages gleichförmig ändern, können Sie in der Tabelle mit dem Verkehrsprofil eine einzelne Zeile erstellen, um diese dynamischen Veränderungen darzustellen. Alle Straßen dieser Art können dann auf dieselbe Zeile bzw. dasselbe Verkehrsprofil verweisen. Wie Sie unten sehen werden, werden noch weitere Verfeinerungen vorgenommen, damit auch Straßen mit unterschiedlichen Geschwindigkeitsbeschränkungen, die im Laufe eines Tages das gleiche Verkehrsmuster aufweisen, auf das gleiche Verkehrsprofil verweisen können.
Nehmen Sie zum besseren Verständnis für dieses Verkehrsmodells an, dass Sie es zum Aufzeichnen und Speichern von Geschwindigkeiten für einen Einbahnstraßenabschnitt im Verlauf einer Woche (ab Montag) benötigen. Sie bestimmen zunächst die Geschwindigkeit bei freiem Verkehrsfluss, also die Geschwindigkeit, mit der ein Fahrzeug fährt, wenn es nicht durch sonstigen Verkehr behindert wird. Die Methode, die Sie zum Ermitteln der Geschwindigkeit bei freiem Verkehrsfluss verwenden, können Sie frei wählen. Normalerweise verwendet man dabei die Geschwindigkeitsbegrenzung oder die ermittelte durchschnittliche Geschwindigkeit von Fahrzeugen, die die Strecke absolvieren, wenn keine anderen Fahrzeuge vorhanden sind. Nehmen wir an, Sie wählen die Methode mit der ermittelten durchschnittlichen Geschwindigkeit von Fahrzeugen und legen die Geschwindigkeit bei freiem Verkehrsfluss auf 70 Meilen pro Stunde fest.
Jetzt können Sie den ganzen Tag über Beobachtungen anhand von gleichen Zeitintervallen bzw. Zeiträumen anstellen. Die gewählten Intervalle verleihen den Daten ihre "zeitliche Auflösung". Sie können Intervalle der Größe 1 Stunde, 10 Minuten usw. wählen. Angenommen, Sie wählen 5 Minuten als Intervall. Ihre Beobachtungen werden als Maßstabsfaktoren der Geschwindigkeit bei freiem Verkehrsfluss aufgezeichnet. Die Maßstabsfaktoren sind auf einen Bereich von null bis eins beschränkt. Angenommen, Sie beobachten Autos, die um 8:00 Uhr mit einer Geschwindigkeit von 28 Meilen pro Stunde fahren. Dies ist das 0,4-Fache der Geschwindigkeit bei freiem Verkehrsfluss. Um 17:00 Uhr beträgt die durchschnittliche Geschwindigkeit 60 Meilen pro Stunde, was ungefähr das 0, 85-Fache der Geschwindigkeit bei freiem Verkehrsfluss ist. Um 23:00 Uhr sind nur wenige Fahrzeuge unterwegs, und die durchschnittliche Geschwindigkeit beträgt 70 Meilen pro Stunde, was der Geschwindigkeit bei freiem Verkehrsfluss entspricht. Der Maßstabsfaktor ist also 1.
Nachdem Sie die Beobachtungen für den Tag abgeschlossen haben, müssen Sie auf eine Tabelle mit Verkehrsprofilen verweisen und das Profil wählen, das den beobachteten Variationen der relativen Geschwindigkeiten im Verlauf des Tages am ehesten entspricht.
Sie wählen Verkehrsprofil 68 (unten im Diagramm geplottet) aus, um die Fahrzeit für den Abschnitt an Montagen darzustellen.
Sie können eine beliebige Anzahl von Verkehrsprofilen verwenden, aus denen Sie wählen können. Eine hohe Zahl von Profilen erhöht die Wahrscheinlichkeit, Fahrzeiten möglichst genau modellieren zu können. Wenn Sie weniger Profile verwenden, sind dagegen die Speicherplatzanforderungen nicht so hoch. Das Ziel besteht darin, eine gute Balance zwischen Genauigkeit und Speicherplatzbedarf zu erreichen. Für große Straßennetze werden von einigen Dutzend bis zu Hunderten von Verkehrsprofilen verwendet.
Nachdem Sie ein Profil für Montage gewählt haben, müssen Sie den Vorgang für die anderen Tage der Woche wiederholen. Hier ist der Vorgang noch einmal beschrieben:
- Beobachten bzw. berechnen Sie die Geschwindigkeiten bei freiem Verkehrsfluss für den Straßenabschnitt. (Dieser Schritt muss nicht wiederholt werden, weil für jeden Tag der Woche der gleiche Wert gilt.)
- Beobachten Sie im Verlauf des Tages die durchschnittlichen Geschwindigkeiten für gleich große Intervalle.
- Konvertieren Sie die Geschwindigkeiten in einen Maßstabsfaktor (zwischen 0 und 1) der Geschwindigkeit bei freiem Verkehrsfluss. (Wenn Sie direkt Fahrzeiten statt Geschwindigkeiten modellieren, muss der Maßstabsfaktor größer oder gleich 1 sein.)
- Wählen Sie ein Profil aus, mit dem das Verkehrsaufkommen für den Straßenabschnitt für den jeweiligen Tag der Woche abgebildet wird.
Sie ermitteln, dass das Verkehrsprofil 68 für den Straßenabschnitt auch für alle anderen Wochentage gut geeignet ist. Dies ist häufig der Fall, da die allgemeinen Verkehrsmuster an Wochentagen meist sehr ähnlich sind. Es ist jedoch nicht schwierig, Wochentage zu ermitteln, die andere Profile erfordern. Es kann z. B. der Fall sein, dass für Montag, Dienstag und Mittwoch ein Profil gilt, während am Donnerstag und Freitag ein anderes Profil gilt.
Am Samstag und Sonntag ist der Verkehr im Abschnitt nicht stark und gleichmäßig. Sie wählen daher Verkehrsprofil 3 (unten), um die Fahrzeiten an Wochenenden darzustellen.
Als Nächstes speichern Sie die Geschwindigkeit bei freiem Verkehrsfluss und die Beziehungen zwischen dem Straßenabschnitt und den Verkehrsprofilen in einer Tabelle. Dies ist die Straßen-Profil-Join-Tabelle. In den nächsten Abschnitten werden diese Tabelle und die erforderlichen Eingaben erläutert.
Speichern von Daten und Beziehungen in der Geodatabase
Sie benötigen in einer Geodatabase eine oder mehrere Line-Feature-Classes und zwei Tabellen, um ein Netzwerk-Dataset mit historischen Verkehrsdaten zu erstellen. Die Line-Feature-Classes stellen Straßen dar, die in einem Feature-Dataset gespeichert werden müssen. Die Geschwindigkeitsprofile werden in einer der Tabellen gespeichert und die Beziehungen zwischen den Straßen und den Geschwindigkeitsprofilen werden in der anderen Tabelle gespeichert. Diese Elemente und die Felder, die zum Einrichten der historischen Verkehrsdaten in einem Netzwerk-Dataset erforderlich sind, werden in den folgenden Unterabschnitten beschrieben.
Streets-Feature-Class
Jedes Straßen-Feature verfügt über eine eindeutige Kennung: den ObjectID-Wert. Die Straßen-Profil-Join-Tabelle setzt Straßen mithilfe der eindeutigen Kennung mit den verschiedenen Verkehrsprofilen in Beziehung.
Beim Einrichten von historischen Verkehrsdaten können auch andere Felder nützlich sein. Sie sind unten aufgeführt und werden weiter unten in diesem Thema ausführlicher beschrieben.
| Feld | Beispiele für Feldnamen | Beschreibung |
|---|---|---|
Zeitneutrale Fahrzeiten | FT_Minutes TF_Minutes | Zum Erstellen eines Netzwerkkostenattributs, das beim Festlegen der Reihenfolge von Standorten auf einer Route oder für eine Vehicle Routing Problem-Analyse mit Hilfe des Verkehrs verwendet wird |
Fahrzeiten für Wochentage | FT_WeekdayMinutes TF_WeekdayMinutes | Zum Erstellen eines Netzwerkkostenattributs, das verwendet wird, wenn einem Straßenabschnitt kein historisches Verkehrsprofil für einen Wochentag zugeordnet ist (Häufig werden die zeitneutralen Fahrzeiten auch als Fahrzeiten für Wochentage verwendet.) |
Fahrzeiten für Wochenenden | FT_WeekendMinutes TF_WeekendMinutes | Zum Erstellen eines Netzwerkkostenattributs, das verwendet wird, wenn einem Straßenabschnitt kein Verkehrsprofil für einen Samstag oder Sonntag zugeordnet ist |
Zeitzone | TimeZoneID | Zum Erstellen eines Zeitzonen-Netzwerkattributs, das benötigt wird, wenn ein Netzwerk mehrere Zeitzonen umfasst |
Profiltabelle
Jeder Datensatz in einer Tabelle mit Verkehrsprofilen enthält eine eindeutige Kennung und mehrere Felder zum Speichern des Maßstabsfaktors der Fahrzeit bei freiem Verkehrsfluss zu unterschiedlichen Zeiten des Tages. Die Tageszeiten werden in Zeitintervalle bzw. Zeitdauern unterteilt, die jeweils gleich lang sein müssen und einen Zeitraum von 24 Stunden somit in gleich große Intervalle aufteilen. Wenn die Zeitdauern z. B. 5 Minuten betragen, ergeben sich 288 Felder (ein Feld für den Zeitraum 12:00 bis 12:05, ein Feld für 12:05 bis 12:10 usw.)
Die Geodatabase "San Francisco" im Network Analyst-Lernprogramm enthält Profile, die den Tag in Zeitintervallen von 5 Minuten unterteilen. Das Feld SpeedFactor_0000 enthält die Maßstabsfaktoren für die Zeit von Mitternacht bis 00:05 Uhr. Das Feld SpeedFactor_1140 enthält die Multiplikatoren für die Zeit von 11:40 bis 11:45 Uhr. Wenn ein Straßen-Feature mit einem Profil verknüpft ist, können Sie seine erwartete Fahrzeit für jede Uhrzeit abrufen. Ist eine Straße z. B. mit Profil 16 verknüpft (wie in der folgenden Grafik dargestellt), können Sie die erwartete Fahrzeit für den Zeitpunkt 11:41 Uhr berechnen, indem Sie für die Straße die Fahrzeit bei freiem Verkehrsfluss mit dem Wert SpeedFactor_1140 (0,889) des Profils multiplizieren. 
Straßen-Profil-Join-Tabelle
In der Straßen-Profil-Join-Tabelle sind Features, ihre Geschwindigkeiten (oder Fahrzeiten) bei freiem Verkehrsfluss und ihre zugeordneten Verkehrsprofile für jeden Tag der Woche angegeben. Die folgende Tabelle enthält die erforderlichen Felder, einen Beispielfeldnamen, die zulässigen Datentypen und eine kurze Beschreibung:
| Feld | Beispiele für Feldnamen | Datentyp | Beschreibung |
|---|---|---|---|
Kennung der Edge-Feature-Class | EdgeFCID Sie müssen diesem Feld den Namen "EdgeFCID" geben. | Long Integer | Gibt die Feature-Class an, in der das Straßen-Feature gespeichert ist. |
Kennung des Kanten-Features | EdgeFID Sie müssen diesem Feld den Namen "EdgeFID" geben. | Long Integer | Gibt das Straßen-Feature an. |
Kante von Position | EdgeFrmPos Sie müssen diesem Feld den Namen "EdgeFrmPos" geben. | Double | Funktioniert in Verbindung mit "EdgeToPos", um eine Reiserichtung oder Seite der Straße anzugeben. Der Wert 0 gibt den Anfang des Linien-Features wie von der Digitalisierrichtung definiert an. Der Wert 1 gibt das entgegengesetzte Ende an. Mit einem EdgeFrmPos-Wert von 0 und einem EdgeToPos-Wert von 1 wird z. B. die rechte Seite des Linien-Features angegeben (bei Rechtsverkehr). Die im gleichen Datensatz aufgeführten Verkehrsprofile stellen nur Verkehr für diese Seite der Straße dar. Alle Dezimalwerte geben eine Position gemäß der Digitalisierrichtung des Features an. Auf diese Weise kann das Werkzeug Netzelemente reduzieren die richtigen Profile für Straßen verwalten, nachdem Kanten zusammengeführt wurden. |
Kante zu Position | EdgeToPos Sie müssen diesem Feld den Namen "EdgeToPos" geben. | Double | Funktioniert in Verbindung mit "EdgeFrmPos", um eine Reiserichtung oder Seite der Straße anzugeben. |
Feld für Basisgeschwindigkeit oder Feld für Basisfahrzeit | BaseSpeedKPH oder FreeflowMinutes | Float oder Double | Die Geschwindigkeit bei freiem Verkehrsfluss. Optional die Fahrzeit bei freiem Verkehrsfluss. Als Feld für die Basisgeschwindigkeit kann es Kilometer pro Stunde oder Meilen pro Stunde darstellen. Als Feld für die Basisfahrzeit kann es Tage, Stunden, Minuten oder Sekunden darstellen. |
Profilfeld für Sonntag | Profile_1 SundayProfile | Short Integer oder Long Integer | Die Objekt-ID aus der Profiltabelle, die das Verkehrsmuster für Sonntage für den Teil der Straße am besten darstellt, der von "EdgeFCID", "EdgeFID", "EdgeFrmPos" und "EdgeToPos" angegeben wird. |
Profilfeld für Montag | Profile_2 MondayProfile | Short Integer oder Long Integer | Die Objekt-ID aus der Profiltabelle, die den Verkehr an Montagen am besten darstellt. |
Profilfeld für Dienstag | Profile_3 TuesdayProfile | Short Integer oder Long Integer | Die Objekt-ID aus der Profiltabelle, die den Verkehr an Dienstagen am besten darstellt. |
Profilfeld für Mittwoch | Profile_4 WednesdayProfile | Short Integer oder Long Integer | Die Objekt-ID aus der Profiltabelle, die den Verkehr an Mittwochen am besten darstellt. |
Profilfeld für Donnerstag | Profile_5 ThursdayProfile | Short Integer oder Long Integer | Die Objekt-ID aus der Profiltabelle, die den Verkehr an Donnerstagen am besten darstellt. |
Profilfeld für Freitag | Profile_6 FridayProfile | Short Integer oder Long Integer | Die Objekt-ID aus der Profiltabelle, die den Verkehr an Freitagen am besten darstellt. |
Profilfeld für Samstag | Profile_7 SaturdayProfile | Short Integer oder Long Integer | Die Objekt-ID aus der Profiltabelle, die den Verkehr an Samstagen am besten darstellt. |
Ein Beispiel für eine Straßen-Profil-Join-Tabelle ist die Tabelle "Streets_DailyProfiles" in der folgenden Grafik. Das Feld "PROFILE_1" steht für das Profilfeld für Sonntag, "PROFILE_7" steht für das Profilfeld für Samstag und die Felder "PROFILE_2" bis "PROFILE_6" (nicht gezeigt) stehen für die Profilfelder für Montag bis Freitag.
Sehen Sie sich den selektierten Datensatz (ObjectID 111) an. Er verknüpft Profile für jeden Tag der Woche mit der Von-Bis-Seite des Straßen-Features, das die Objekt-ID 28803 hat. Die Von-Bis-Richtung der Straße wird mithilfe der Werte "EdgeFrmPos" und "EdgeToPos" angegeben, also null und eins. Verkehrsprofil 12 stellt diese Seite der Straße für Sonntage und Samstage dar, da 12 der Wert in den Feldern "PROFILE_1" und "PROFILE_7" ist. Das Feld "SPFREEFLOW" gibt die Geschwindigkeit für die Straße in der Von-Bis-Richtung bei freiem Verkehrsfluss an.
Sehen Sie sich jetzt die ersten beiden Datensätze an. Im ersten Datensatz (Objekt-ID 109) sind die Profile für einen Straßenabschnitt in Bis-Von-Richtung gespeichert, und im zweiten Datensatz (Objekt-ID 110) sind die Profile für den gleichen Straßenabschnitt in entgegengesetzter Richtung gespeichert. Dies wird von den Werten "EdgeFCID" und "EdgeFID" abgeleitet, die identisch sind, sowie von den Werten "EdgeFrmPos" und "EdgeToPos", die umgekehrt sind. Beachten Sie auch, dass die Profilfeldwerte für Sonntag und Samstag Null sind. Dies bedeutet, dass keine Daten erfasst wurden oder kein Profil für diese Tage ausgewählt wurde. Beim Auswerten der historischen Fahrzeiten für Samstag oder Sonntag für diese Kante muss der Evaluator auf ein sekundäres Kostenattribut zurückgreifen, das im Kantenverkehrs-Evaluator definiert ist.
