Netzwerkanalyse im 20. Wiener Gemeindebezirk: Polizeistandorte und der Weg zu potentiellen Unfallorten

Transkript

1 Semesterarbeit Netzwerkanalyse im 20. Wiener Gemeindebezirk: Polizeistandorte und der Weg zu potentiellen Unfallorten PS Modellierung in der Geoinformation WS 2015/2016 Team 3: Lisa Julia Burgstaller ( ) Thomas Smutny ( )

2 Inhaltsverzeichnis 1. Einleitung und Zieldefinition Datenaufbereitung Netzwerkanalyse Ergebnisse Abbildungsverzeichnis Tabellenverzeichnis

3 1. Einleitung und Zieldefinition Im Rahmen der Lehrveranstaltung Modellierung in der Geoinformation im WS 2015/16 haben sich die Studierenden unter anderem mit dem Themenbereich Netzwerkanalysen in GIS intensiv auseinander gesetzt. Dabei wurde die Software ESRI ArcMap 10.3 verwendet, die die Erweiterung Network Analyst bereitstellt. Mithilfe dieser Erweiterung können Netzwerke erstellt und Analysen unterschiedlichster Art durchgeführt werden. Als Semesterarbeit hat Team 3 (Burgstaller, Smutny) eben so eine Netzwerkanalyse gewählt. Die Themenstellung bestand dabei darin, eine Verkehrsanalyse über die Erreichbarkeit von Unfallereignissen ausgehend von bestimmten Polizeistandorten durchzuführen. Als räumlicher Analysebereich diente hierfür der 20. Wiener Gemeindebezirk. Es sollte ermittelt werden, welche Polizeistreifen im Falle von Ereignissen wie Verkehrsunfällen, Einbrüchen und anderen Straftaten die jeweiligen Orte am schnellsten erreichen. Mithilfe des Network Analyst können die besten Routen auf Basis von historischen Verkehrsdaten festgestellt werden. Ein Überblick über die Polizeistationen ist Abbildung 1 zu entnehmen. Abbildung 1 - Übersicht über die Polizeistandorte im 20. Wiener Gemeindebezirk 3

4 2. Datenaufbereitung 2.1 Basisdaten Im ersten Schritt mussten die notwendigen Daten beschafft werden. Dazu wurden die Verkehrsnetzdaten der Graphenintegrations-Plattform GIP der österreichischen Verwaltung herangezogen, die seit Januar 2016 als Open Government Data frei verfügbar sind. Zunächst wurde der für die vorliegende Netzwerkanalyse benötigte Bereich des 20. Bezirks geclippt, indem mithilfe von Bezirksgrenzen der gewünschte Bereich herausselektiert wurde. Anschließend wurde ein Feature Data Set in einer zuvor erstellten Geodatenbank angelegt und die geclippten Daten, die im Bezugssystem WGS 84 vorliegen, importiert. Als nächstes wurde die nationale österreichische Open Government Data Seite aufgerufen und nach dem Schlagwort Polizei gesucht. Das Ergebnis dieser Suche war der Datensatz Polizei-Standorte-Wien, der von der Stadt Wien kostenlos bereitgestellt wird und in unterschiedlichen Dateiformaten downloadbar ist (vgl. Abb. 2). Die Datei wurde als Shape-File runtergeladen, in ArcMap geöffnet und die drei Polizeistationen im 20. Bezirk selektiert. Die Selektion wurde anschließend als Feature Class exportiert. Abbildung 2: Polizei-Standorte Wiens als Open Government Data (Quelle: data.gv.at) Für eine anschauliche Darstellung der Netzwerkanalyse war natürlich auch eine passende Grundkarte notwendig. Team 3 entschied sich für die Basemap von geoland.at, die als WMTS (Web Map Tile Service) in die ArcMap-Datei einbezogen wurde. 4

5 2.2 Verkehrsdaten Für die erfolgreiche Durchführung der geplanten Netzwerkanalyse waren neben den reinen Verkehrsgraphen der GIP noch weitere Datentabellen notwendig. Deshalb wurde zunächst eine Profiltabelle erstellt, die die Spalten Profile ID und SpeedFactor_xxxx enthalten musste und zwar für jede Viertelstunde eines Tages, d.h. die erste Spalte wurde SpeedFactor_0000 und die letzte Speed Factor_2345 genannt. Für jede dieser Spalten wurde ein Speed Factor zwischen 0 und 1 eingetragen, wobei 0 Verkehrstau und 1 freie Fahrt bedeutet. Bei dieser Tabelle handelt es sich also um historische Daten, die selbst erstellt wurden. Ursprünglich war geplant Live Traffic Daten zu verwenden. Leider scheiterte dies an der etwas komplex gestalteten Bereitstellung der Verkehrsdatenanbieter (z.b. TomTom oder NAVTEQ), die eine Auswahl von Österreich meist nicht ermöglichte und so zum Beispiel nur Live Daten aus Großbritannien auswählbar waren. Aus diesem Grund mussten selbständig Tabellen wie DailyProfiles oder Street_DailyProfiles gebastelt werden (vgl. Abb. 3 4). Abbildung 3: Profiltabelle Street_DailyProfiles Bei der Erstellung dieser Tabellen war es wichtig, den richtigen Datentyp einzustellen um eine korrekte Darstellung der Daten zu gewährleisten. 5

6 Für die Tabelle (siehe Abbildung 3) Street_DailyProfiles waren das folgende: EdgeFCID = Long -> 5 Wochentage (Profile_1-7) = Short EdgeFrmPos = Double -> 0 EdgetoPos = Double -> 1 EdgeFID = Long -> ObjectID BaseSpeedKph = Short -> VMAX_CAR_B aus Straßengraphen Abbildung 4: Profiltabelle DailyProfiles Für die Tabelle DailyProfiles folgende: PatternID = Long BaseSpeed = Long SpeedFactor_xy = Float Die beiden Tabellen wurden anschließend entweder über Load mit Daten aus den Straßengraphen oder mithilfe des Field Calculators befüllt. Abbildung 5: Beispielhaftes Verkehrsprofil aus der Profiltabelle "Street_DailyProfiles" 6

7 Abbildung 5 zeigt eines der fünf Street Profiles - im Excel als Diagramm dargestellt - über einen Zeitraum von 24 Stunden. In den Morgenstunden sinkt der Speed Factor von 1 auf bis zu 0,3, weil hier ein höheres Verkehrsaufkommen herrscht als zum Beispiel in der Nacht. Das gleiche gilt für den Zeitraum zwischen 16:30 und 18:30, wo der klassische Berufsverkehr auftritt und der Verkehrsfluss somit stark eingeschränkt ist. Die beiden Profiltabellen Street_DailyProfiles und DailyProfiles sowie die Straßen- Feature Class greifen über das gemeinsame Attribut Pattern, welches die Basisgeschwindigkeiten für unterschiedliche Straßentypen festlegt, aufeinander zu. So wurde praktisch jedem Straßenabschnitt im 20. Bezirk ein passendes Verkehrsmuster zugeordnet, auf dem der Network Analyst schließlich für das Routing zugreifen konnte. Die Feature Class mit den Straßengraphen musste vor der Netzwerkanalyse noch um einige Felder erweitert werden. Zunächst wurde ein Feld ONEWAY vom Datentyp Short angelegt und mittels Field Calculator über das bereits vorhandene Feld ONEWAY_CAR mit Werten befüllt. Danach wurden zwei Felder Berechnung und Minutes vom Datentyp Double erstellt, mit dem Ziel Basisfahrzeiten für PKWs festzulegen (vgl. Abb. 6). Dafür wurden die Straßenlänge und deren erlaubte Höchstgeschwindigkeit benötigt. In der Spalte Berechnung wurde die Formel GGGGGGGGhwwwwwwwwwwwwwwwwwwww in den Field Calculator eingetragen. Für die Spalte Minutes lautete die Formel SSSSSSSSßeeeeeeännnnnn "BBBBBBBBBBhnnnnnnnn" Das Ergebnis waren schließlich durchschnittliche Fahrzeiten in Minuten für alle Straßenabschnitte des 20. Bezirks. Abbildung 6: Neu hinzugefügte Felder Berechnung und Minutes in der Straßen-Feature Class 7

8 Hätte man diese zusätzlichen Felder nicht anlegt, wären die zeitlichen Eigenschaften nicht in den Attributes des Netzwerkes aufgelistet worden und die Analyse hätte nicht korrekt ausgeführt werden können (vgl. Abb. 7). Abbildung 7: Attribute des zu erstellenden Netzwerkes 8

9 3. Netzwerkanalyse Nachdem die Aufbereitung der Basis- und der Verkehrsdaten abgeschlossen war, konnte mit der Erstellung des Netzwerks mittels der Network Analyst Extension in ArcMap begonnen werden. Im ersten Schritt wurde mit Rechtsklick auf das Feature Data Set der Straßengraphen ein neues Network Dataset angelegt. Als grundlegende Feature Class wurden nun die Verkehrslinien des 20. Bezirks, also die Straßengraphen ausgewählt (vgl. Abb. 8). Abbildung 8: Anlegen eines neuen Netzwerks in ArcMap Bei Klick auf den Reiter Traffic in den Netzwerkeigenschaften wurden nun dank der zu Beginn erfolgten Datenaufbereitung der Verkehrsdaten die Profiltabellen DailyProfiles und Street_DailyProfiles angezeigt (vgl. Abb. 9). Abbildung 9: Historische Verkehrsdaten angezeigt in den Netzwerkeigenschaften 9

10 In einem nächsten Schritt sollten die Beschränkungen für Einbahnen im Feld ONEWAY definiert werden. Dies erfolgte unter dem Menüpunkt Evaluators in den Netzwerk- Attributen (vgl. Abb. 10) mit den unten stehenden SQL-Befehlen: Abbildung 10: Evaluators in den Netzwerk-Attributen FT-Direction: restricted = False If [ONEWAY]= "0" then restricted = True End if TF-Direction: restricted = False If [ONEWAY] = "1" Then restricted = True End If ONEWAY Fahrverbot (Straßen mit -1): restricted = False If [ONEWAY]= "-1" then restricted = True End if Mit Klick auf Finish war die Erstellung des Netzwerks abgeschlossen. Im Table of Contents wurden nun automatisch die unterschiedlichen Bestandteile eines Netzwerkes angelegt (vgl. Abb. 11). Für die vorliegende Analyse wurden Facilities (für die Polizeistandorte), Incidents (für die potentiellen Unfallorte) und Routes (für die Routen) benötigt. 10

11 Abbildung 11: Die Netzwerk-Bestandteile im Table of Contents Der nächste Arbeitsschritt bestand darin die Facilities und Incidents mit Daten zu befüllen. Für erstere wurden die Punkdaten aus der Feature Class der Polizeistandorte importiert. Für zweitere wurden ausgewählte Adressen über den Adress Locator in ArcMap gesucht und als Punktfeatures abgespeichert. Abbildung 12 zeigt das Ergebnis dieses Schrittes am Beispiel des potentiellen Unfallortes Brigittenauer Lände 224 (vgl. Abb. 12). Abbildung 12: Das mit Daten befüllte Netzwerk im Network Analyst von ArcMa 11

12 4. Ergebnisse Nun konnte mit der Durchführung des Routings ausgehend von den drei Polizeistationen zu den folgenden Adressen begonnen werden: Handelskai 94-94: Millenium City Wallensteinplatz 2: Wallensteinplatz Brigittenauer Lände 224: Studentenwohnheim Haus Panorama Davor mussten noch einige Analyse-Einstellungen getätigt werden. Am wichtigsten war hier das Einstellen der Tageszeit, für die das Routing erstellt werden soll, denn zu jeder Tageszeit wurden ja im Zuge der Datenaufbereitung in den Profiltabellen unterschiedliche Verkehrseigenschaften festgelegt. Außerdem wurde der sogenannte Cutoff Value auf 10 Minuten festgelegt, was bedeuet, dass nur Routen berücksichtigt wurden, die maximal 10 Minuten Anfahrtszeit von den Polizeistationen erfordern. Schließlich wurde noch die Anzahl der Facilities auf 3 erhöht und in den Restrictions die Attribute Oneway und Oneway- Fahrverbot mit einem Häkchen versehen (vgl. Abb. 13). Abbildung 13: Analyse-Einstellungen für das Routing 12

13 Mit Klick auf das Routing-Symbol im Network Analyst Fenster wurden nun die Routings zu den drei potentiellen Unfallorten für jeweils vier verschiedene Tageszeiten (8:15, 12:45, 17:45, 22:15) durchgeführt. Abbildung 14 stellt das Ergebnis eines der Routings graphisch dar. Tabelle 1 zeigt alle Ergebnisse in Minuten der Anfahrtszeit von den Polizeistandorten zum jeweiligen Unfallort. Abbildung 14: Routing von den drei Polizeistationen zum Unfallort Millenium City Tabelle 1: Ergebnisse der Routings in Minuten HANDELSKAI Polizeistationen 08:15 12:45 17:45 22:15 Vorgartenstraße Pasettistraße Pappenheimgasse WALLENSTEINPLATZ 2 Polizeistationen 08:15 12:45 17:45 22:15 Vorgartenstraße Pasettistraße Pappenheimgasse BRIGITTENAUER LÄNDE 224 Polizeistationen 08:15 12:45 17:45 22:15 Vorgartenstraße Pasettistraße Pappenheimgasse

14 Die Minutenangaben in der Ergebnistabelle machen deutlich, dass zu den unterschiedlichen Tageszeiten unterschiedliche Verkehrsverhältnisse herrschen. Die längsten Anfahrtszeiten hat man um 17:45, wo der klassische Berufsverkehr auf vielen Straßenabschnitten einen stark eingeschränkten Verkehrsfluss verursacht. Ähnliches gilt für die Morgenstunden (8:15). Weniger Zeit brauchen Polizeistreifen, wenn sich Unfälle um die Mittagszeit (12:45) ereignen. In den späten Abendstunden (22:15) hat man hingegen fast überall im Bezirk freie Fahrt. Die Unfalladresse Wallensteinplatz 2 entspricht diesem Muster nicht so ganz, da hier die Werte zu allen Tageszeiten gleich sind (vgl. Tab. 1). Dies resultiert wahrscheinlich aus der guten Erreichbarkeit des Platzes über eher schwach befahrene Nebenstraßen. 14

15 5. Abbildungsverzeichnis Abbildung 1 - Übersicht über die Polizeistandorte im 20. Wiener Gemeindebezirk... 3 Abbildung 2: Polizei-Standorte Wiens als Open Government Data (Quelle: data.gv.at)... 4 Abbildung 3: Profiltabelle Street_DailyProfiles... 5 Abbildung 4: Profiltabelle DailyProfiles... 6 Abbildung 5: Beispielhaftes Verkehrsprofil aus der Profiltabelle "Street_DailyProfiles"... 6 Abbildung 6: Neu hinzugefügte Felder Berechnung und Minutes in der Straßen-Feature Class... 7 Abbildung 7: Attribute des zu erstellenden Netzwerkes... 8 Abbildung 8: Anlegen eines neuen Netzwerks in ArcMap... 9 Abbildung 9: Historische Verkehrsdaten angezeigt in den Netzwerkeigenschaften... 9 Abbildung 10: Evaluators in den Netzwerk-Attributen Abbildung 11: Die Netzwerk-Bestandteile im Table of Contents Abbildung 12: Das mit Daten befüllte Netzwerk im Network Analyst von ArcMa Abbildung 13: Analyse-Einstellungen für das Routing...12 Abbildung 14: Routing von den drei Polizeistationen zum Unfallort Millenium City Tabellenverzeichnis Tabelle 1: Ergebnisse der Routings in Minuten