Возможности сетевого анализа в современных ГИС

Геоинформационные технологии в настоящее время все больше входят как в различные виды профессиональной деятельности, так и в повседневную жизнь. И одним из направлений их широкого и активного использования является решение сетевых задач – т.е. поиска оптимальных решений пространственного расположения и передвижения относительно связанных групп линейных объектов (улиц и транспортных магистралей, трубопроводов, линий электропередач и пр.). Решение указанных задач требует применения специфических алгоритмов подготовки и обработки пространственной информации. Поэтому на данном этапе развития ГИС-систем актуальным представляется вопрос оценки их возможностей в обработке пространственной информации и их соответствия современным запросам.
Целью настоящей работы является рассмотрение основных возможностей сетевого анализа в современных ГИС.
В задачи исследования входит:
• Рассмотрение категорий сетевых задач, решаемых с помощью ГИС;
• Анализ подходов к решению сетевых задач в современных геоинформационных системах;
• Рассмотрение способов решения в ГИС сетевых задач (на примере транспортно-логистической проблематики).
Метод исследования – анализ литературных источников.
 
Возможности сетевого анализа в современных ГИС

Категории сетевых задач, решаемых в ГИС
Геоинформационные системы (ГИС) являются разновидностью информационных систем, ориентированной на работу с пространственными данными. Современные ГИС позволяют выполнять различные виды их обработки, в том числе, сетевой анализ, под которым понимается решение различных задач на пространственных сетях связанных линейных объектов (реки, дороги, трубопроводы, линии электропередач и т. п.) .
В ГИС с применением сетевой модели, решаются следующие категории задач:
 Получение математической модели графа из географических данных для дальнейшего анализа с использованием теории графов;
 Расчёт кратчайших путей между вершинами сети; поиск ближайшей вершины из группы заданных; Определение области доступности для некоторой вершины – нахождение всех вершин в заданном радиусе;
 Нахождение циклов в графе сети;
 Нахождение изолированных вершин сети - проверка связности, основанная на поиске пути между двумя узлами графа. Если такой путь найден, то узлы являются членами одной подсети, иначе – узел изолирован;
 Поиск элементов в определённом направлении – граф может быть ориентированным;
 Анализ сети при изменении одного из её элементов, добавлении новых элементов .
В настоящее время сетевой анализ нашел широкое применение в коммерческих и бытовых ГИС, как средство оптимизации выбора маршрутов движения транспорта, прокладки коммуникаций, размещения центров обслуживания и т.п. В ГИС научно-исследовательского назначения, где пространственные сети рассматриваются именно в качестве основных путей потоков вещества и энергии, сетевой анализ является важнейшим инструментом моделирования различных природных и техногенных процессов. Для ГИС прикладного и управленческого назначения с функциями моделирования и прогноза, сетевой анализ выступает, в частности, в качестве средства определения иерархии элементов сети и их влияния на всю сеть в целом (например, определение степени влияния водного режима того или иного притока в речной сети на характеристики водности главной реки, выявление улиц и перекрестков, транспортная проходимость которых сильнее всего сказывается на движении в городе и т.п.) с последующим ее использованием для более полной реализации указанных функций.
Пространственные сети представляют собой типы и группы пространственных объектов, по которым происходит перемещение вещества, энергии и информации. В связи с этим, сетевой анализ обладает определенной спецификой, обусловленной не только особенностями территориального положения, размеров, конфигурации и физического состояния их компонентов (отдельных дорог, водотоков, линий электропередач и пр.), но и функциями конкретных пространственных сетей. Как следствие, сетевой ГИС-анализ реализуется во взаимосвязи функций картографического анализа, учитывающего местоположение, пространственную конфигурацию и физические характеристики элементов сети и анализа на основе теории графов, ориентирующегося на топологию сети и функциональные характеристики ее элементов. Последнее особенно актуально для пространственных сетей искусственного происхождения (например, линий электропередач или связи), внешние параметры которых в заметно меньшей мере отражают их функциональные возможности, по сравнению с природными пространственными сетями (например, речными). Граф в этом случае позволяет структурировать саму сеть, выделить в ней