Dopravní analýzy – cvičení 1

Datové podklady, jejich kontrola a příprava pro analýzy

Síťové analýzy jsou založeny na teorii grafů, z níž přímo vychází většina využívaných algoritmů. Rozlišujeme tři hlavní typy síťových analýz: 1) optimalizace cesty; 2) předpověď zatížení sítě a 3) lokalizace a alokace zdrojů. Sítě jsou tvořeny hrany a uzly.

sit

V síti je u uzlů i hran možné definovat řadu parametrů:

  • Uzly
    • možnosti pro pokračování (otočení, odbočení)
    • náklady na odbočení v různých směrech
  • Hrany
    • technické
      • počet pruhů
      • šířka vozovky
      • typ povrchu vozovky
      • maximální povolená výška pro vozidla
    • dopravní
      • typ komunikace
      • funkční kategorizace
      • maximální povolená rychlost
      • reálná rychlost průjezdu
      • jednosměrný provoz
      • impedance (nemusí být shodné v různých směrech)

Mezi další prvky sítě patří také bariéry, které reprezentují omezení v síti, mohou ale také reprezentovat hustotu dopravy. Rozlišují se dva typy bariér: 1. typ – zcela znemožňující průjezd (např. kompletní uzavírka komunikace) a 2. typ – průjezdné, ale zvyšující náklady na překonání bariéry (např. střídavě jednosměrný provoz řízený semafory v rámci komunikace). V případě druhého typu se tak může jednat o konstantní hodnotu (např. 5 minut jako čekací doba na semaforech) nebo o násobek nákladů na projetí danou částí sítě (např. projetí úseku trvá s bariérou 2x déle než obvykle).

bariery

Mezi další důležité prvky sítě patří body zájmu (POI), které reprezentují objekty, mající k síti vztah – starty a cíle, příp. místa průjezdu. Tyto POI jsou tvořeny samostatnými vrstvami a je nutné je napojit k síti. Toto vytváří problém s lokalizací daného POI a následného napojení. Lokalizace je nejčastěji bodem, který reprezentuje centroid budovy nebo pozemku. Tento bod je následně připojen k nejbližší linii, což vytváří problémy (např. nevýznamná vedlejší komunikace), viz cvičení dále. Nabízí se tak možnost využít pro reprezentaci POI vjezd do areálu nebo připojovat ke komunikacím poloautomaticky s využitím připravených pravidel.

Mapové podklady

Podmínkou pro kvalitní síťovou analýzu jsou kvalitní mapové podklady. Na základě jejich kvality se následně odvíjí také kvalita výsledné analýzy. V tomto cvičení budeme pracovat v programu ArcMap. V Česku jsou k dipozici následující mapové podklady:

StreetNet (CEDA)

Tento zdroj obsahuje více jak 325 000 km dálnic, silnic, místních komunikací (ulic) a účelových komunikací (polních a lesních cest). Jedná se o bezešvou a plně routovatelnou síť pozemních komunikací v měřítku 1:10 000. Je deklarovaná odchylka do 5m v intravilánu, v případě dálnic, silnic I. – III. třídy a významných místních komunikací a do 10m v extravilánu a v případě místních a účelových komunikací. Je dvakrát ročně aktualizovaná.

ukProjděme si spolu obsah této datové sady a prohlédněme si data (ke stažení níže).

Ředitelství silnic a dálnic (ŘSD)

ŘSD je správcem informačního systém o silniční a dálniční síti (ISSDS), který obsahuje informace o pozemních komunikacích od dálnic až po silnice III. tříd (mimo místních komunikací). Geometrie těchto dat je odvozena z DMÚ25. Rovněž je správcem uzlově lokalizačního systému (ULS). Propojením ULS a data ze StreetNet vzniká produkt s názvem Global Network, který se používá pro pro lokalizaci dopravních informací z jednotného systému dopravních informací (JSDI).

ukProhlédněme si spolu data z ŘSD a Global Network a porovnejte je s předchozím zdrojem dat (ke stažení níže).

Základní báze geografických dat (ZABAGED)

ZABAGED je digitální geografický model území ČR. Je vedena v podobě bezešvé databáze Zeměměřickým úřadem. Ačkoliv je ZABAGED v současné době tvořena 123 typy geografických objektů zařazených do 8 kategorií, bude se následující text věnovat jen komunikacím. V rámci této kateogrie je vedeno celkem 34 různých typů objektů. Mezi ty nejdůležitější patří silnice, dálnice; ulice; cesta; pěšina; železniční trať; železniční zastávka; tramvajová dráha; metro atd. (kompletní výčet je dostupný v dokumentaci). Polohá přesnost se pohybuje většinou do 5 metrů (vyjímečně do 15 metrů).

ukProhlédněme si spolu data ze ZABAGED a porovnejte je s předchozím zdrojem dat (ke stažení níže).

ArcČR500

ArcČR 500 je digitální vektorová geografická databáze České republiky v měřítku 1:500 000 poskytovaná zdarma firmou ArcData Praha, s. r. o. Geografická data jsou rozdělena do dvou tematických skupin: základní geografické (mapové) prvky a klady listů státních mapových děl; administrativní členění. Podkladem pro zpracování základních geografických prvků vycházejí z produktu Data200 (Zeměměřický úřad). Absolutní přesnost vstupních dat je do 100 m. Analýzou ArcČR 500 bylo zjištěna relativní polohová přesnost vůči poloze v ZABAGED do 150 metrů (99 % pravděpodobnost). Vzhledem k střední polohové odchylce ZABAGED 5 – 30 m je absolutní polohová odchylka ArcČR 500 v 3.0 odhadována do 200 m.

ukProhlédněme si spolu data ze ArcČR500 a porovnejte je s předchozím zdrojem dat (ke stažení níže).

OpenStreetMap (OSM)

OSM má však také negativa: nejasná vhodnost dat pro různé účely; absence garance kvality; průběh aktualizace dat v čase; otázka licencování; nerovnoměrné pokrytí území; nerovnoměrná aktivita lidí (99,8 % registrovaných uživatelů neprovádí žádná vylepšení mapy a skutečnými tvůrci je jen několik osob). Jeden ze zásadních faktorů pro využití OSM je polohová přesnost. V České republice se vývoj digitalizace cest rapidně zvýšil v roce 2010 a roste podobným tempem dodnes, kdy OSM obsahuje 5,33 milionů cest. Délka cest v OSM dosahuje 248 999,8 km (k 9. 11. 2014).

Z hlediska atributů vrstva cest obsahuje celkem 8 atributů – ID, název ulice, číslo ulice, typ komunikace, jednosměrnost, most, tunel a maximální rychlost. Naplněnost jednotlivých atributů je variabilní a v případě většiny problematicky ověřitelná bez referenčních dat. S jistotou se dá určit, že atribut maximální rychlost je nekompletní a je obsažen jen u 5,2 % úseků komunikací. Pochopitelně však, ne všechny záznamy reprezentují komunikace pro provoz motorových vozidel, ale i tak je naplněnost velmi nízká. Jediný kompletně vyplněný atribut je typ komunikace, kde je však v případě České republiky rozlišováno celkem 61 různých typů!

ukProhlédněme si spolu data z OSM a porovnejte je s předchozím zdrojem dat (ke stažení níže).

ukPokuste se shrnout výhody a nevýhody jednotlivých datových zdrojů. Zaměřte se na polohovou přesnost, tematickou obsáhlost, kompletnost, přesnost a další aspekty kvality jednotlivých geodat. Každý se své výsledky poznamenejte a následně je vyhodnotíme a určíme nejvhodnější datové podklady dle potřeb.

Topologie sítě

Kontrola topologie sítě je nedílnou součástí přípravy dat pro síťové analýzy. V případě, kdy pracujete s mapovými podklady, které deklarují korektní topologii nebo jsou určené pro síťové analýzy, tak je možné tento krok přeskočit (např. StreetNet). Nicméně pokud pracujete s daty určené primárně k jiným účelům (např. OSM, ZABAGED), tak je tento krok velice důležitý a také značně časově náročný. V podstatě jde o kontrolu zadaných topologických pravidel, které síť musí splňovat. Hlavním důvodem je kontrola křížení komunikací (křižovatka x mimoúrovňové křížení), přítomnosti izolovaných komunikací, přetahů, nedotahů apod.

ukVyberte si z dat z OSM určitou oblast komunikací, vyberte požadovaná topologická pravidla a zkontrolujte u těchto dat topologii. Opravte případné chyby.

Oceňování sítě

Při hodnocení sítových analýz se pracuje s impendancí, ta může být definována nejčastěji vzdáleností, časem nebo cenou. V případě vzdálenosti není žádný problém, data často obsahují údaje o délce jednotlivých úseků, příp. je možné je lehce dopočítat. Horší situace je v případě času, kdy je potřeba určit údaj o rychlosti na jednotlivých úsecích. K tomu se využívají dva základní přístupy:

  • statické metody – kdy je rychlost určena hlavně na základě třídy komunikace (dle maximální povolené rychlosti), ale vliv mají také další parametry jako je zakřivení, převýšení, intravilán, typ povrchu apod. Na základě těchto vlastností je tak možné určit dopravní rychlost v daném úseku.
  • dynamické metody – rychlo je variabilní v každém úseku a to podle hodiny, dne, ročního období. K určení těchto rychlostí se využívají tři typy technologií – GPS + GSM (FCD); GSM (CFCD); kooperativní systémy.

ukV případě dat ze StreetNet vypočítejte do nového atributu délku jednotlivých úseků v metrech. Následně se pokuste určit rychlost v jednotlivých úsecích dle kategorie komunikace a vypočtěte čas potřebný pro překonání daného úseku.

ukVypočtěte čas pro překonání úseku také s využitím rychlosti, která je obsažena přímo v datech ze StreetNet. Porovnejte vámi vypočtené rychlosti a časy s výsledky na základě originálních dat. Kde dochází k největším rozdílům a proč?

Data

Z licenčních důvodů jsou veškerá data dostupná na FTP disku v intranetu. Přihlašovací údaje budou předány na daním cvičení.

Cvičení bylo vytvořeno díky finanční podpoře projektu FRVŠ 80/2014, kterému za podporu děkuji.