Analyse de réseaux Copyright 2008 Bruno Gendron Consultant 1 Analyse de réseaux

Copyright 2008 Bruno Gendron Consultant 2 Lanalyse de réseaux dans ArcGIS 2 types de réseaux : Réseau dutilité : Réseau « orienté » ( directed ) selon les règles « bâties » dans le réseau : –Adapté à la modélisation de réseaux dutilités ( utility network, ex. aqueduc, gazoduc, transport dénergie) : Utilise les classes de type « geometric network » du format geodatabase –Utilise les capacités de contrôle de lintégrité de la geodatabase pour permettre la mise en place de réseaux dutilités Réseau de transport : Permis par lextension Network Analyst (équivalent fonctionnel du module NETWORK dArcInfo Workstation) Réseau « non-orienté » ( undirected ) : –Dusage général, mais particulièrement bien adapté à lanalyse complexe de réseaux routiers Utilisable tant en format Shapefile que geodatabase

Analyse de réseaux Copyright 2008 Bruno Gendron Consultant 3 Les applications possibles Optimisation de parcours ( pathfinding ) : Recherche du trajet optimal : path et tour Génération ditinéraires ( directions ) Analyse daccessibilité, Location, Allocation : Association des entités dun réseau à un certain nombre de centres en fonction de loffre et de la demande ( allocation) Détermination de lemplacement optimal des centres doffre en fonction des même critères ( location ) Trace hiérarchique dans un réseau : Pour les réseaux dutilités notamment… Analyse daccessibilité : Application du modèle de gravitation utilisé en économie, sciences sociales, etc…

Analyse de réseaux Copyright 2008 Bruno Gendron Consultant 4 Optimisation de parcours Application principale de lanalyse de réseau : Permet de trouver comment visiter un ensemble de localisations ( pathfinding ) En suivant les entités linéaires dun réseau Et ce de la manière la moins « coûteuse » possible : en terme de distance ou en terme de temps de parcours ou … En pratique : Les endroits à visiter sappellent stops (arrêts) Le « coût » lié au déplacement dans le réseau sappelle impédance La solution est le parcours présentant limpédance minimale

Analyse de réseaux Copyright 2008 Bruno Gendron Consultant 5 Optimisation de parcours Il y a 2 façons de visiter les stops : De manière déterminée à lavance : On ne fait que trouver le chemin le moins « coûteux » dun stop à lautre dans lordre spécifié La solution sappelle alors un path Selon un ordre à déterminer en fonction de paramètres : Exemple classique du « traveling salesman problem » On doit trouver lordre optimal de visite de même que le chemin le moins « coûteux » Théoriquement impossible à résoudre de manière non-équivoque en raison du très grand nombre de calculs à effectuer. NETWORK utilise une approche heuristique… La solution sappelle alors un tour On peut aussi « grouper » certains stops en fonction de leur proximité et introduire ce paramètre dans lalgorithme…

Analyse de réseaux Copyright 2008 Bruno Gendron Consultant 6 Limpédance Représente le « coût » associé à la traversée dun élément du réseau : Plus le coût est élevé, moins il est intéressant dutiliser cet élément du réseau : Ex. la longueur des segments est une impédance appropriée si on désire calculer le parcours optimal en fonction de la distance à parcourir Ex. si on désire calculer le parcours optimal en fonction du temps de parcours, la limite de vitesse permise nest pas une impédance appropriée: par contre, la longueur divisée par la vitesse (temps) serait correcte… Tous les types déléments de réseau peuvent porter des impédances : Stops : ex. le temps darrêt pour charger ou décharger un camion de livraison, ou la charge additionnelle à chaque arrêt (pour les études dallocation) Intersections : ex. le temps nécessaire pour franchir une intersection (durée moyenne des feux de circulation) ou pour tourner dans une direction donnée (il faut plus de temps pour tourner à gauche sur un boulevard à double sens)

Analyse de réseaux Copyright 2008 Bruno Gendron Consultant 7 Le réseau géométrique de la geodatabase Classe spécialisée de la geodatabase : geometric network Réseau « virtuel » : Utilise les entités géométriques dautres classes dentités dun même feature dataset Connectivité basée sur la coïncidence géométrique Éléments de base : Edges : arêtes, segments du réseau (entités linéaires) Junctions : points de jonction entre les edges (entités ponctuelles) 2 types : –Simples : un objet géométrique = un élément logique. Ex. un segment de rue = une arête « logique » –Complexes : un objet géométrique = plusieurs éléments logiques. Ex. une autoroute peut être segmentée « virtuellement » à chaque jonction de route secondaire. On conserve une seule arête géométrique, mais on a désormais plusieurs arêtes « logiques »

Analyse de réseaux Copyright 2008 Bruno Gendron Consultant 8 Le réseau géométrique de la geodatabase Autres caractéristiques des « réseaux géométriques » : Impédances : Tirées dun ou plusieurs champs numériques. Elles sont définies lors la création du réseau, et ne peuvent être modifiées (définition ou valeurs individuelles) par la suite Attribut « enabled » : chaque élément dun réseau peut être actif ou inactif. Un élément inactif ne sera pas utilisé lors de lanalyse du réseau Le statut est stocké dans un champ ( Enabled ) ajouté automatiquement à chaque classe géométrique participant au réseau lors de la création Règles de connectivité : intégrité du réseau Quel élément logique peut être lié à tel autre élément? La cardinalité de ces liens (combien déléments de classe A peuvent être liés à chaque élément de classe B) Les sous-types de jonctions permises entre ces éléments

Analyse de réseaux Copyright 2008 Bruno Gendron Consultant 9 Lutilisation des réseaux géométrique Construction : Avec ArcCatalog : clic-droit sur un feature dataset, New / Geometric Network (wizard) Dans le wizard,on doit spécifier : Le nom du réseau à créer, et les classes y participant La présence darêtes complexes ou non La tolérance (facultative) de cracking-clustering pour la connectivité Le nom et la source (nom du champ) de chaque impédance : une impédance peut être liée à un champ de chaque classe dentités Analyse et affichage : Dans ArcMap : Barre doutils Utility Network Analyst

Analyse de réseaux Copyright 2008 Bruno Gendron Consultant 10 Les réseaux de « transport » Les réseaux de « transport » sont : Stockés dans des network datasets, en format Shapefile ou geodatabase Formés à partir des entités géométriques des jeux de données qui constituent les sources du réseau : Lignes et points Turns, ou virages (points uniquement) Ces sources peuvent être : Un (1) Shapefile de lignes, et optionnellement (1) turn feature class pour les contraintes de virages ou Un ou plusieurs feature classes dun même feature dataset

Analyse de réseaux Copyright 2008 Bruno Gendron Consultant 11 Les éléments dun réseau de transport Edges (lignes) et junctions (points) : Comme pour les réseaux géométriques Turns (optionnels) : Encapsulent les caractéristiques du passage dun élément linéaire ( edge ) à un autre : Il y a toujours n 2 virages possibles à chaque turn (n = nombre de edges connectés à ce turn )

Analyse de réseaux Copyright 2008 Bruno Gendron Consultant 12 La connectivité dun réseau de transport Basée sur la coïncidence géométrique Groupes de connectivité : Servent à modéliser les réseaux intermodaux (ex. métro-autobus) Chaque source de type edge est associée à un (1) groupe Chaque source de type junction est associée à (1) groupe ou plus –Le fait dassocier une source de type junction à plus dun groupe permet de modéliser le passage dun mode de transport à un autre Types de connectivité ( policy ) : Endpoint : Seules les entités dont les extrémités sont coïncidentes sont connectées… Any vertex : Les entités partageant des sommets (vertex) sont connectées

Analyse de réseaux Copyright 2008 Bruno Gendron Consultant 13 Les attributs dun réseau de transport 4 types, selon lutilisation qui en est faite : Impédance ( cost ) : Unités = distance ou temps (ex. 10 minutes) Proportionnels à la longueur de lentité Descripteurs : Représentent les caractéristiques qualitatives des entités. Ex. Limite de vitesse, nombre de voies Non-proportionnels à la longueur de lentité Peuvent servir à calculer une impédance Restrictions : Permettent de modéliser le fait quune entité ne soit pas traversable (ex. sens-uniques) Hiérarchie

Analyse de réseaux Copyright 2008 Bruno Gendron Consultant 14 Les attributs dun réseau de transport Le concept d evaluator : Permet de rattacher des valeurs aux attributs du réseau Chaque junction requiert au moins un (1) evaluator Chaque edge requiert au moins 2 evaluators 4 types : Field evaluator (champ) : la valeur est tirée dun champ de la classe source Field expression evaluator (expression) : la valeur est calculée à partir dun ou plusieurs champs Constant (constante) : –Numérique pour les attributs de type cost, descriptor ou hierarchy –Booléenne pour les attributs de type restrictions VBScript evaluator

Analyse de réseaux Copyright 2008 Bruno Gendron Consultant 15 Modélisation des contraintes de virage Stockées dans un jeu de données appelé turn feature class : Classe spécialisée de lignes de type ESRI Turn Feature : Aucune utilité en dehors dun réseau de transport Un réseau peut supporter plus dun (1) turn feature class Doit être dans le même feature dataset que le réseau ( geodatabase ) ou dans le même répertoire que le réseau (Shapefile) Lors de la création, on doit spécifier le nombre maximal dedges supporté à chaque intersection (minimum = 2, maximum = 20) On peut ajouter des attributs supplémentaires à cette classe : Ex. Temps requis pour effectuer chaque virage, ou restriction possible pour tel type de véhicule…

Analyse de réseaux Copyright 2008 Bruno Gendron Consultant 16 Création dun réseau de transport 4 étapes : 1.Préparation des données « source » : On doit vérifier la connectivité des entités ( cracking-clustering par lutilisation des outils de topologie par exemple) avant de les utiliser dans le réseau 2.Préparation des contraintes de virage (optionnel) 3.Création du network dataset À laide du New Network Dataset wizard dans ArcCatalog 4.« Construction » du network dataset : Doit être effectuée initialement suite à la création du réseau, ou suite aux opérations dédition sur le réseau : Avec ArcCatalog : clique-droit sur le network dataset -> Build Avec ArcMap : à laide de loutil Build de la barre doutils de Network Analyst

Analyse de réseaux Copyright 2008 Bruno Gendron Consultant 17 Analyse dun réseau de transport Le concept de « couche danalyse » : Couche composite dArcMap stockant : Les intrants de lanalyse Les paramètres de lanalyse Les résultats de lanalyse Créée automatiquement lors de toute nouvelle analyse à partir de la barre doutils Network Analyst Supporte la symbolisation, létiquetage, ou tout autre opérations courante sur les couches dans ArcMap : Par exemple, on peut exporter les résultats dune analyse sous forme dune classe dentités indépendante…

Analyse de réseaux Copyright 2008 Bruno Gendron Consultant 18 Analyse dun réseau de transport Le concept de « Network Locations » : Point qui identifie un intrant de lanalyse : Stops : endroits à visiter lors de lanalyse de parcours Barriers Facilities : utilisées dans lanalyse de proximité, location et allocation Incidents Origins et Destinations : utilisées dans lanalyse origine-destination (matrice de coûts de déplacements) Référence un emplacement situé sur le réseau : Même si la coordonnée du point nest pas parfaitement coincidente avec le réseau 2 manières dajouter des network locations comme intrants : Interactivement dans ArcMap : En chargeant une couche de points