GIS4SG Lokační a alokační úlohy I podzim 2020 Petr Kubíček kubicek@geogr.muni.cz Laboratory on Geoinformatics and Cartography (LGC) Institute of Geography Masaryk University Czech Republic Lokační a alokační úlohy Kde mám postavit svůj obchod? Kde máme umístit bankomat? Kde lokalizovat testovací místo pro COVID-19? Úvod • Kde mám umístit svoji provozovnu (stanici, nemocnici,..) ? • Umístění (lokace) je klíčový faktor pro úspěch v podnikání (maloobchodním). • Pokud obchodník ví, kde jsou jeho potenciální zákazníci, snadněji je získá a udrží si je. • Jaká data budeme potřebovat? • Jak optimální umístění najít? • Na jakých principech je nalezení založeno a jaké technologie lze využít? • Je třeba jít nad rámec location-allocation nástroje v ArcGIS Network analyst? Lokace a alokace – v čem je problém? Starosta ostrova s následujícím rozmístěním obyvatelstva: Kde je optimální umístit požární stanice tak, aby bylo obyvatelstvo co nejlépe chráněno v případě vzniku požáru?? Umístění požárních stanic (?) • Optimalizujte rozmístění 5 požárních stanic. • Na základě jakých kritérií bylo umístění zvoleno? Jaké postupy byly použity? Jaká potřebujeme data?? 1. Data o poptávce (demand points) – počet obyvatel v jednotlivých oblastech (počet zákazníků…). Možno přidat váhy v případě více kritérií/datových zdrojů. Příklady?? Jaká potřebujeme data? II. 2. Provozovny (umístění požadované provozovny) – možné, vyžadované, konkurenční, vytipované… (prodejna, stanice, BST, nemocnice…). Pokud není možné omezit, lze nahradit pravidelnou sítí rovnoměrně rozmístěných bodů, nebo souborem adres. Jaká potřebujeme data? III. 3. Síť – silniční či uliční síť s určenými pravidly pohybu (conectivity rules). Jaké datové sady můžeme využít?? Jaká pravidle je potřeba splnit? Oblasti využití alokačních úloh • Největší využití lokačních a alokačních analýz je oblast logistiky a geomarketingu. • Dalšími oblastmi, kde tyto analýzy nacházejí uplatnění je: – modelování alokace v distribuci vody (potrubí), – v oblasti služeb a investic (hledání vhodných lokalit pro investory), – ve sběru odpadu, – v oblasti datových sítí (sociální webové sítě, wifi, IP adresy). Teoretický základ • Alokace = přiřazení spotřebitelů ke zdrojům, kdy vznikají tzv. obslužné (servisní) oblasti. • Lokace = optimální umístění lokality pro vybrané zařízení. • Lokační teorie - vychází z hledání vhodné lokalizace pro nějaké zařízení (lokace), která je dána souřadnicemi x, y a vypočítána ze známých souřadnic pevných bodů, tzv. poptávkových bodů a podle váhy jim přiřazené (alokace). • Jedná se o územní medián, tedy bod s minimálním součtem euklidovské vzdálenosti, vzdálenosti „vzdušnou čarou“. Metody řešení územního mediánu • Torricelliho bod, Varignonův rámec, Voronoi diagramy. • Torricelliho bod je bod uvnitř ostroúhleho trojúhelníku, který má minimální součet vzdáleností od vrcholů. Nad každou stranou trojúhelníka se sestrojí rovnostranný trojúhelník a jeho kružnice opsaná. Všechny tři kružnice se protnou v jednou bodě – Torricelliho bod. Metody řešení územního mediánu • Varignonův rámec vychází z analogického modelu desky s otvory, které odpovídají obslužným bodům. Každým otvorem prochází nit, na jejímž volném konci visí závaží s váhou. Opačné konce nití jsou svázány v uzlu, jehož souřadnice po ustálení představují optimální umístění střediska obsluhy. Data pro síťovou analýzu • ZABAGED, OpenStreetNet, JSDI. • StreetNet (CEDA) – aktualizace 2x ročně; bezešvá, navigace, doplněna topo podkladem a administrativními hranicemi. • Popisné informace identifikační (číslo silnice, mezinárodní označení, třída název ulice.), technické a funkční (popis segmentů, pravidla pohybu). Street Net vzorek Streetnet ZABAGED Horák a kol. 2015 Street Net typy komunikací Real Time data pro síťovou analýzu • Rodos http://rodos.vsb.cz/ • Dynamic Mobility Model (DMM) integrován s pohybem osob, vozidel a zboží. Detailní pohled RODOS Brno (zdržení dopravy) Jak řešit v ArcGIS • Bez sítě - Buffer na generování obalových zón a nástroj Create Thiessen Polygons pro tvorbu spádových oblastí. • Na síti - Network Analyst a její nástroje Service Area a Location-Allocation. – Service Area neboli obslužné zóny představují hrany sítě (ulice), které spadají do vymezené oblasti prostřednictvím parametru Impedance (vzdálenost, čas, náklady…). Zařízení, kolem jsou dány lokalizací na síti a vždy do analýzy musí vstupovat alespoň jedno. Je možné také vytvářet složené obslužné zóny, např. ve vzdálenosti 1 a 2 km. – Parametry Impedance; Default Breaks. Location – alocation v ArcGIS - jak lze ovlivnit řešení lokačních a alokačních úloh? Location – alocation vstupy: • potenciální lokality zařízení Facility (Candidate), stávající lokality zařízení (Required) a lokality konkurenčních zařízení (Competitor). • Každé zařízení může mít váhu – důležitost či atraktivita (například velikost podlažní plochy). Location – alocation v ArcGIS - jak lze ovlivnit řešení lokačních a alokačních úloh? Vstupy II: • poptávkové body (Demand Points), které představují potenciální zákazníci pro zařízení (nejčastěji adresní body s demografickými charakteristikami, které slouží jako váha analýzy, centroidy PSČ se sumami obyvatel). Poptávkové body tak omezují výslednou analýzu pouze na oblasti, kde se poptávkové body nachází . 17 Facilities 427 Demand Points 3 requiered Typy analýz Nástroj Location-Allocation obsahuje celkem 6 typů analýz: • Minimize Impedance (Minimalizace nákladů) • Maximize Coverage (Maximální pokrytí) • Minimize Facilities (Minimalizace zařízení) • Maximize Attendance (Maximalizace účasti) • Maximize Market Share (Maximalizace trhu) • Target Market Share (Cílené pokrytí trhu) Minimalizace nákladů • Analýza zaručuje minimalizaci odporu (vzdálenost, čas, nebo finanční náklady na překonání daného úseku sítě). • Př. - veřejnost cestuje do nějakého zařízení, a my požadujeme, aby tato cesta byla co nejkratší. Využívá se tedy nejvíce při lokalizaci služeb veřejného sektoru. Používá se pro analýzy, kde je odpor (vzdálenost či čas) klíčovým faktorem. • Platí, že každý poptávkový bod se vždy přiřadí pouze k jednomu zařízení. • Nejjednodušší alokační a lokační analýza. • Nejvíce rozšířená. Maximální pokrytí a Minimalizace zařízení • Maximální pokrytí se snaží přiřadit co nejvíce poptávkových bodů k zařízení, např. u lokalizace policejních stanic, ze kterých se vyjíždí k nehodám, při pokrytí celého území. Hraniční vzdálenost, váhy (počet obyvatel). • Minimalizace zařízení analýza se snaží vybrat co nejméně z potenciálních zařízení tak, aby pokryla celé území minimálním počtem zařízení. Maximalizace účasti • Analýza při výběru zařízení využívá faktu, že čím je poptávkový bod více vzdálený od zařízení, tím je menší pravděpodobnost, že ho navštíví. • Poptávkové body mohou být přiřazeny k více zařízení, jejich váha se rozdělí mezi více zařízení. Je nutné znát počet zařízení, která chceme lokalizovat a váhu poptávkových bodů (počet obyvatel v adresních bodech). Maximalizace trhu • Analýza se snaží získat co největší část trhu. Počítá také s konkurenčními zařízeními, tudíž některé poptávkové body jsou sdíleny spolu s konkurenčními zařízeními a lze takto získat informaci o počtu poptávkových bodů (zákazníků), které budou společné jak novému zařízení, tak některému ze zařízení konkurenčních. Výsledné řešení se snaží zaručit, aby tento počet byl co nejmenší. • Cílem je pokrýt, co největší část trhu s ohledem na konkurenční zařízení. Cílené pokrytí trhu • Analýza se snaží vybrat takové kandidátní lokality, které by pokryly zadané procento trhu. • Např. při požadavku na 20% pokrytí trhu, lze analýzou určit, že pro pokrytí této části trhu, je nutné vybrat šest potenciálních lokalit. • Cílem analýzy je vybrat co nejméně zařízení nezbytných pro pokrytí zadaného procenta trhu s ohledem na konkurenci a nastavené procento trhu. Příklad • Jak umístit dodatečné polní/mobilní nemocnice pro očkování na chřipku (COVID), aby byly optimalizované s ohledem na přítomnost obyvatelstva?? • 1) data o stávajících nemocnicích Příklad • 2) data o obyvatelstvu – kumulovaná na bloky budov Příklad • 3) Korektní silniční/uliční síť (předpokládáme dojezdovou vzdálenost autem) Příklad • Inicializovat NA a Location-allocation analysis. Nahrát data a vybrat typ analýzy – maximální pokrytí, dojezdová vzdálenosti 15 min. 72% Příklad • Stále se jedná o kamenné nemocnice – pro zbytek máme k dispozici 4 polní nemocnice. • Využití knihoven pro jejich umístění. Candidates – 8+4 (nové) Příklad • Výsledek – 8 původních + 4 nové umístěné v knihovnách. Převoz nebezpečného materiálu – případová studie ( BP, Leitgeb 2015) • Cíl: minimalizovat potenciální dopad na obyvatelstvo v průběhu převozu nebezpečného materiálu (výbušné, hořlavé látky). • ADR klasifikace, policejní a vojenské předpisy pro převoz materiálů. • Alternativní kritéria : – Koncentrace obyvatelstva založena na uličních segmentech; – Využití budov(POIs) s vysokou koncentrací obyvatel a citlivých objektů (bariéry). Kritérium 1 – uliční segmenty Kritérium 2 – citlivé objekty a PoI A- nejkratší cesta B – kritérium 1 C – kritérium 2 Literatura pro další přednášku (12. 11.) • Wang (2014): Location – allocation methods and examples. • Nikola Koktavá, Monika Kölblová, • Kanaroglou a kol.(2005): Establishing an air pollution monitoring network for intraurban population exposure assessment: A locationallocation approach. • Michal Kolesa, Marek Kovář, Vojtěch Kubík, Dotazy Wang (2014) • Metody: – Jaké lokačně alokační problémy jsou prezentovány v teoretickém úvodu a čím se liší?? – Jakým metodám odpovídajíc v ArcGIS? – Jaká mají omezení? Dotazy Wang (2014) II • Case study: – Jaké je základní zadání případové studie? – Jaká data vstupují do případové studie? – Jaký typ lokační-alokační úlohy je ve studii řešen? – Jsou v dodaných datech nutné nějaké úpravy? – Je ve výpočtu omezena vzdálenost? Proč? Jak? – Jaké jednotky byly zvoleny pro výpočet nákladu? – Population Weighted centorid?? Dotazy Kanaroglou a kol.(2005) 1. Jaká je motivace studie? 2. Jaká jsou cíle studie? 3. Čím se liší použitá metoda od předchozích studií? 4. Jaké faktory vstupují do výpočtu? 5. Kolik monitorovacích stanic bylo umístěno? 6. Byly měřeny skutečné zplodiny (znečištění) z dopravy? 7. Jak byl získán prvotní povrch znečištění (pollution surface)? 8. Jaká kritéria (2) byla uplatněna? 9. Byla užita skutečná data znečištění? Dotazy Kanaroglou a kol.(2005) • Čím byla ovlivněna konečná L-A analýza? • Jaká metoda byla vybrána pro analýzu? • Jaká vzdálenost od zdroje znečištění byla vybrána jako hraniční? • Jak se lišily vypočtené alternativy? • Co potvrdilo reálné nasazení senzorů? • Jaké jsou podle vás slabé stránky použitého modelu?