Die Inhalte sind als aufbereitet als Foliensatz auch hier erhältlich: DVA Foliensatz
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Der Digitale Versorgungsatlas, kurz DVA, ist eine Webanwendung zur Einsicht von Versorgungsinfrastrukturen der Daseinsvorsorge im Bundesgebiet und zur Modellierung, Analyse und Bewertung von Versorgungssituationen.
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Der DVA ist aber auch ein Methodenservice, mit dessen Hilfe durch eine ArcGIS Toolbox individuelle gravitationsbasierte Versorgungsanalysen, Erreichbarkeitsmatritzen und Isochronen im dt. Bundesgebiet berechnet werden können.
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Dr. Stephan Mäs - Professur für Geoinformatik
M. Sc. Falko Krügel - Professur für Geoinformatik
B. Sc. Erik Buthmann - Professur für Geoinformatik
B. Sc. Paul Hindorf - Professur für Geoinformatik
TU Dresden
Stand der Dokumentation: 15.04.2024
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Wenn du ein Anwender bist, sind für dich folgende Punkte interessant:
(#2)-
Themen (Karteninhalte der Anwendung)
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Räumliche Analysen
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Entscheidungsunterstützung
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Räumlicher Zugang
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Enhanced 2SFCA
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Isochrones
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KNearest
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Matrix
Wenn du Entwickler bist, sind für dich folgende Punkte interessant:
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Architektur
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Setup
Bereitstellung bei Produktivgang
Bereitstellung bei Produktivgang
Bereitstellung bei Produktivgang
Bereitstellung bei Produktivgang
Bereitstellung bei Produktivgang
Zusammen mit ArcGIS Pro (getestet mit Version 3.2.2) erlaubt die ArcGIS-Toolbox den Zugriff auf Dienste und Methoden, die bei der Umsetzung von Versorgungsanalysen verschiedenster Art unterstützen.
Download: Die Toolbox kann durch den SharePoint der TU-Dresden heruntergeladen werden.
Einbindung: Für die Einbindung der ArcGIS-Toolbox in ArcGIS hilft diese offizielle Anleitung.
Sicht auf die Toolbox mit einem möglichen Ergebnis für ein Einzugsgebiet:
<!--- style "with:200px" --->
ℹ️
Dieses Kapitel stellt keine methodischen Grundlagen vor. Für methodische Grundlagen bitte Kapitel Die Methoden zur Versorgungsanalyse zur Hilfe nehmen.
Wesentlich für die Qualität des Analyseergebnisses sind die Eingangsdaten. Je nach technischer Ausrichtung können diese im Bereich der Versorgungsanalysen sehr unterschiedlich sein.
Für die Berechnung der Enhanced2SFCA sollten folgende Eingabedaten in folgender Struktur vorliegen:
-
Nachfragestandorte oder -flächen
-
möglichst klein räumlich als Punkt- oder Shapefeatureclass (z.B. Punktfeatureclass mit Werteverteilungen, Gemeindekonturen mit Kaufkraftpotenzial, 100x100m Zensusgrid mit Bevölkerungsdaten)
-
Erforderlich ist das Hinterlegen eines Nachfragepotentials (z. B. Einwohneranzahl, Kaufkraft, Morbidität) in der Attributtabelle
-
-
Angebotsstandorte /Dienstleister
-
Punktfeatureclass
-
Erforderlich ist das Hinterlegen einer Auslastungs-, Verfügbarkeits- oder Kapazitätskennzahl (z. B. Anzahl tätiger Ärzte am Standort, Verkaufsfläche)
-
❕
Berechnungshinweis:
Es können maximal 10.000.000 Routen gleichzeitig gerechnet werden.
Bei einer größeren Anzahl an Routen erhalten Sie eine Fehlermeldung.
Ermitteln Sie Ihre Routenzahl wie folgt:
Anzahl Nachfragefeatures * Anzahl Angebotsfeatures -->
Das Ergebnis sollte < = 10.000.000 sein
Zugriff auf den Methodenserver, der die Berechnung der räumlichen Zugänglichkeit übernimmt. Die URL ist über falko.kruegel@tu-dresden.de einzuholen.
Punkt- oder Shapefeatureclass welches die Nachfragepotenziale enthält. Bitte berücksichtigen: Eine große Fläche und viele Angebots- und Nachfragestandorte bedingen die Berechnung vieler/großer Einzugsgebiete, was die Berechnungszeit beeinflusst. Mehr als 1. Mio Routenabfragen können aktuell nicht zur gleichen Zeit berechnet werden.
Gewichtungsparameter zur Modellierung des Nachfrageverhaltens. Idealerweise als Short/Long/Float/Double hinterlegen.
Erfolgt keine Angabe des Nachfragegewichtes, so wird jedes Feature hinsichtlich seiner Nachfrage als gleichwertig angesehen.
Punkt- oder Shapefeatureclass das ein Angebotspotenzial enthält. Angebots- und Nachfragestandorte bedingen die Berechnung vieler/großer Einzugsgebiete was die Berechnungszeit beeinflusst. Mehr als 10.000.000 Routenabfragen können aktuell nicht zur gleichen Zeit berechnet werden.
Gewichtungsparameter zur Modellierung des Angebotspotenzials. Idealerweise als Short/Long/Float/Double hinterlegen.
Erfolgt keine Angabe des Nachfragegewichtes, so wird jedes Feature hinsichtlich seiner Angebotskapazität als gleichwertig angesehen.
Mit den Abgewichtungstypen wird die Bedeutung der Entfernung zwischen Angebots- und Nachfragestandort definiert.
Beispiel 1: Bei einer binären Modellierung wird bis zu einem individuell festgelegten Entfernungsschwellenwert davon ausgegangen, dass die Versorgungsleistung des Anbieters innerhalb des Schwellenwertes gleichgeartet ist.
Beispiel 2: Bei einer hybriden Modellierung werden mehrere (beliebig viele) Entfernungsschwellenwerte und ihre Bedeutung zur Versorgung definiert.
Folgende Wahlmöglichkeiten bestehen:
-
binary - Binäre Abgewichtung
$f(d_{ij}) = 1$ -
linear - Liniare Abgewichtung
$f(d_{ij}) = 1 - \frac{d_{ij}}{d_{max}}$ von 1 bis 0, der maximalen Entfernung -
exponential - Exponentielle Abgewichtung
$f(d_{ij}) = e^{-d_{ij} \delta}$ mit Impedanzfaktor$\delta = -\frac{log(0.01)}{d_{max}}$ -
gaussian - Abgewichtung entsprechend der gaussischen Normalverteilung
$f(d_{ij}) = e^{\frac{-d_{ij}^2}{\delta}}$ mit Impedanzfaktor$\delta = -\frac{d_{max}^2}{log(0.01)}$ -
inverse-power - Inverse Distanzabgewichtung
$f(d_{ij}) = d_{ij}^{-\delta}$ mit Impedanzfaktor$\delta = log_{d_{max}}(100)$ -
kernel-density - density weighting
$f(d_{ij}) = 0.75 * (1 - (\frac{d_{ij}}{d_{max}})^2)$ -
hybrid - Individuelle Abgewichtungsfunktion
$f(d_{max, n-1} < d_{ij} < d_{max, n}) = w_n$ mit eigens gewählten Entfernungsschwellwerten$d_{max, n}$ und den für jeden Schwellwert festgelegten Gewicht$w_n$ - Mit dieser Wahl werden Eingabefaktoren für Ranges und Range-Faktors geöffnet. In Ranges werden die individuellen Entfernungsschwellwerte hinterlegt. Entsprechend der Reihenfolge kann unter Range-Faktors die individuell festgelegte Entfernungsabgewichtung hinterlegt werden.
-
polynom - Gewichtung nach einer polynomischen Formel
$f(d_{ij}) = a_0 d_{ij}^{n} + a_1 d_{ij}^{n-1} + ... + a_n$ mit individuellen Koeffizienten$a_0, a_1, ..., a_n$ des Entfernungsfaktors- Mit dieser Wahl werden Eingabefaktoren für Polynom Coefficients geöffnet. Mit der polynomischen Abgewichtung kann eine eigene Abgewichtungsfunktion definiert werden.
ℹ️
Bitte beachten: Viele der Eingaben erfordern die Eingabe von Entfernungsparametern (Travelmode). Die Entfernung kann per Zeit (in Sekunden) oder Entfernung (in Metern) hinterlegt werden. Dokumentation im nächsten Kapitel Erweiterte Parameter
Weitere Einstellung für genauere Festsetzung des Routings.
Reiseprofile, über die das Routing erfolgt
Angabe, ob die Distanzmessung per Zeit- oder Entfernungseinheiten erfolgen sollte:
- time: Angabe erfolgt in Sekunden
- distance: Angabe erfolgt in Metern
Sollen die Routenpfade von Startpunkt zum Zielpunkt (start) oder vom Zielpunkt zum Startpunkt (destination) erfolgen?
Hinweis: Im Einzelfall, kann dies entscheidend sein, wenn z. B. Einbahnstraßen oder Straßen mit verschiedenen Geschwindigkeitsbegrenzungen je Fahrtrichtung gelten. Zumeist wirken sich solche Einstellungen auf die Straßennavigation im Individualverkehr aus, jedoch weniger bei der Modellierung einer großen Menge an Routen wie in diesen Versorgungsmodellierungen.
Gibt es Straßenverbindungen, die nicht beim Routing berücksichtigt werden sollen?
- highways: Autobahnen werden vermieden
- tollways: Kostenpflichtige Straßen werden vermieden
- ferries: Fähren werden vermieden
Angabe eines Polygons, in dem ein Routing nicht erfolgen sollte.
Die Routingergebnisse hängen von dem Medium ab, mit dem gereist wird. So sind etwa LKW's (HGV) bei der Routenwahl limitiert. Bei fehlender Angabe wird immer "driving_car" genutzt.
ℹ️
url does not match valid format. Has the address been entered correctly? Use the help for more information (https://liascript.github.io/course/?https://raw.githubusercontent.com/GeoinformationSystems/dva/main/Readme.md#7
Die im Toolbox-Parameter URL hinterlegte Adresse ist nicht korrekt.
Es gibt zwei Lösungsmöglichkeiten:
- Der Methodenservice der TU Dresden steht über eine URL-Freigabe zur Verfügung. Ist keine Freigabe vorhanden, wende dich bitte an falko.kruegel@tu-dresden.de
- Der OpenAcessibilityService und der OpenrouteService werden lokal auf der eigenen Maschine betrieben und der URL-Parameter beginnt wird über Localhost (Bsp: http://localhost:8082) betrieben. Der Service zur Berechnung der Enhanded2SFCA-Methoden wird also selbst gehostet und betrieben. Informationen zum Betrieb sind im Kapitel unter DVA-Code zu entnehmen.
ℹ️ <br>
Failed to write results to output. Make sure demand-feature are writeable. ArcGIS often use schema-locking for Tabels, may that is the case.
Fehlermeldung kann verursacht werden, wenn …
- in der aktuellen ArcGIS-Session Features, die Teil der Berechnung sind, editiert wurden. Oft wird die Tabelle durch ArcGIS gesperrt und die Schemasperre wird durch ArcGIS nicht freigegeben.
- einer Schemasperre aus sonstigen Gründen eingeführt wird.
Lösung:
Speicher das ArcGIS-Projekt, beende ArcGIS und lade das Projekt erneut. Die hinterlegten Parameter der Toolbox können im Berechnungsverlauf von ArcGIS erneut geladen werden.
ℹ️ <br>
Failed to compute travel-time-matrix: Error at location {*Coordinates*}: Unable to build an isochrone map.', 'path': '/v1/accessibility/enhanced_2sfca'}
Fehlermeldung wird verursacht, wenn Standorte von einer öffentlichen Straße so weit entfernt sind, dass diese nicht mehr eindeutig und automatisch einer Straße zugeordnet werden können.
Lösung: Die Features an der entsprechenden Koordinate müssen manuell verschoben werden. Hierzu Bearbeiten --> Ändern--> Featureclass auswählen und entsprechenden Punkt auf der Karte verschieben --> Speichern. Ggf. muss anschließend das ArcGIS-Projekt neu geladen werden, weil durch ArcGIS Schemasperren gesetzt wurden.
ℹ️
Bei der Berechnung mit dem Tool werden stellenweise keine Access-Werte berechnet (), obwohl Werte für Nachfrage (Demand) vorliegen und bei anderer Parametrisierung Access-Werte berechnet werden. Woran liegt das?
-Werte treten dann auf, wenn für das entsprechende Gebiet keine Infrastruktur erreicht werden kann. Das Gebiet ist außerhalb definieter Einzugsgebietsgrenzen. Dort, wo -Werte vorlegen, kann keine Infrastruktur in der gewünschten Zeit/Entfernung erreicht werden.
Bereitstellung bei Produktivgang
Bereitstellung bei Produktivgang
Bereitstellung bei Produktivgang
Reicht die Ermittlung von Reisezeit oder Einzugsgebieten für Versorgungsanalysen denn nicht mehr aus?
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Leider nein!
Wir benötigen mehr, als die einfachen Reisezeiten von einem Angebotsort zu einem Nachfrageort oder die Feststellung der Größe eines Einzugsgebietes liefern würden.
Diese Art der Analysen sagen uns zwar, ob ein Anbieter theoretisch zu erreichen ist, sie sagen aber nicht, ob er praktisch für alle Nachfrager zugänglich ist. In Englischen wird dies unter dem Begriff "accessibility" geführt, worauf wir später eingehen.
Um die knappe Antwort '*Leider nein*' zu verstehen, schauen wir uns ein plastisches Beispiel im nächsten Kapitel *Grenzen von Einzugsgebietsanalysen* an.
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Sehr allgemein formuliert: Bei einem Einzugsgebiet handelt es sich um einen geographischen Raum, der sich um einen definierten Einflussbereich eines bestimmten Objektes ausbreitet.
Um jedoch eine etwas schärfere Definition zu geben, die für die Beantwortung anthropogeografischer Fragestellungen, etwa aus der Versorgungsforschung, geeignet ist, werden wir diese Definition konkretisieren:
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Ein Einzugsgebiet, umschließt einen geographischen Raum um einen Dienstleistungsort, welches den Einflussbereich der Dienstleitung definiert. Die Beschreibung des umschlossenen Raumes erfolgt mit Entfernungs- oder Zeiteinheiten und wird über Luftlinie (radiales Einzugsgebiet) oder auch über ein Konstrukt aus Wegebeziehungen, z.B. Straßennetzwerk gebildet.
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Die Einzugsgebietsanalyse ermöglicht es, die Eigenschaften eines oder mehrerer Einzugsgebiete mittels geographischer Analysemethoden zu beschreiben. Es ist unter anderem möglich, die Größe (Fläche, Ausdehnungseigenschaften, Topologie) des Einzugsgebietes zu identifizieren oder die darin enthaltenen Elemente (Potenziale) zu ermitteln.
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Bauen wir nun unser Beispiel Stück für Stück auf. Betrachten wir hierzu die Nachfrage einer Dienstleistung in einem zufällig gewählten Raumausschnitt, die durch das fiktive Angebot einer Dienstleistung versorgt werden sollten.
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Gehen wir in unserem Beispiel ferner von folgendem aus:
Angebot:.
Das Angebot einer Dienstleistung wird durch eine hausärztliche Einzelpraxis repräsentiert, deren Fachpersonal ca. 2.000 Einwohner versorgen kann (und da nicht alle Einwohner jedes Quartal zum Arzt gehen, handelt es sich um etwa 1.600 zu behandelnde Personen in einem Quartal).
Nachfrage:
Ein 100x100m Raster repräsentiert die Nachfragestandorte. Die Höhe der Nachfrage nach einem ärztlichen Angebot wird durch die Bevölkerungszahl am Wohnort anhand der innen stehenden Zahl repräsentiert.
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Beginnen wir indessen mit einer einfachen Einzugsgebietsanalyse. Finden wir heraus, wie viele Einwohner (Nachfragepotential) mit einer PKW-Fahrzeit von 2 Minuten den Standort erreichen.
2-Min Einzugsgebiet:
Welche Nachfragestandorte (Bevölkerung) nach einer Dienstleistung (hausärztliches Angebot) erreichen binnen zwei Minuten PKW-Fahrzeit den Dienstleistungsort (hausärztliche Praxis)?
Nachfragepotential:
Wie groß ist das Nachfragepotential für diesen Standort?
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- Die räumliche Ausdehnung des Einzugsgebietes und die enthaltenen Nachfragestandorte
- Die Menge der Bevölkerung, die binnen zwei Minuten PKW-Fahrzeit einen Arzt erreichen.
Wenn wir nun die Bevölkerung im Einzugsgebiet aufsummieren, kommen wir zu einer recht erstaunlichen Menge von 23.211 Einwohnern, die für die Einzelpraxis potenziell zu behandelnde Personen sein können.
Folgende Aussage können wir treffen:
Binnen 2 Minuten per PKW-Fahrzeit erreichen mehr als 23.000 Einwohner eine Arztpraxis.
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Und damit sind wir bei den Grenzen!
Nur weil wir das Versorgungsgebiet einer Infrastruktur und das darin enthaltene Nachfragepotenzial kennen, ist die Situation oder Qualität der Versorgung der Einwohner noch lange nicht bekannt. Da bekannt ist, das die hausärztliche Praxis nur ca. 2.000 Einwohner versorgt, können wir noch keine Aussagen über die Versorgungssituation aller 23.000 Einwohner treffen.
Diese geographischen Analysen beantworten die Fragen, ob eine Dienstleitung **erreichbar** ist. Ein Verständnis, ob eine Dienstleitung für die Nachfragenden überhaupt verfügbar ist, lässt damit nicht gewinnen (Frage nach einer Dimension der Zugänglichkeit im Zuge von Auslastung).Widmen wir uns daher im nächsten Kapitel den gravitationsbasierten Analysemethoden
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Sogenannte Gravitationsmodelle werden in der Raumplanung verwendet, um bestimmte Verhaltensweisen vorherzusagen und zu beschreiben, die der in den Gravitationsgesetzen von Isaac Newton beschriebenen Gravitationswechselwirkung ähneln.
Im Allgemeinen enthalten die sozialwissenschaftlichen Modelle einige Elemente von Masse und Entfernung, was ihnen die Metapher der physikalischen Schwerkraft verleiht. Ein Gravitationsmodell liefert eine Schätzung des Volumens der Ströme von z. B. Waren, Dienstleistungen oder Menschen zwischen zwei oder mehreren Orten.
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Die Berücksichtigung einer "Anziehungskraft" ist eine wichtige Vorsetzung, um Versorgung besser zu verstehen. Wir konzentrieren uns im folgenden auf die 2SFCA-Methodengruppe (engl. Two-step floating catchment area method). Um uns der Methode zu nähern, gehen wir wieder mit plastischen Beispielen Schritt für Schritt vor.
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Luo und Qi entwickelten 2009 die Enhanced Two-Step Floating Catchment Area (E2SFCA)-Methode, um eine Messung zu ermöglichen, die intuitiv sinnvoll ist, um den räumlichen Zugang zu (Gesundheits-)Dienstleistern zu bestimmen. Sie basieren auf den vorausgegangenen Überlegungen von Luo und Wang (2003) und Radke und Mu (2000). Die Methodengruppe ist darüber hinaus eng verbunden mit den von Huff (1964) getroffenen Erkenntnissen zu Einzugsgebieten.
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Die Herleitung der E2SFCA unternehmen wir wie folgt:
-
Suche für jeden Versorgungsstandort (Supplyer) S1 …
-
die geographisch verteilten Bevölkerungsstandorte (Population) von Pk …
-
die sich durch innerhalb eines Einzugsgebiet mit einer Entfernung (Distance) von d bis d0 befinden.
-
Berechne das Verhältnis (Ratio) Rj zwischen des Versorgungsstandortes und der jeweiligen Bevölkerung innerhalb des Einzugsgebietes.
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- Der erste Teilschritt ist für alle Standorte wiederholbar. _Bemerkung: Berücksichtige, dass durch diese Schritte eine Gewichtung von Kapazitätsmerkmalen an einem Versorgungsstandort möglich ist, wie am Standort von S2, S3 und S4 sichtbar wird.
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- Suche für jeden Bevölkerungsstandort, der innerhalb des Einzugsgebietesschwellenwertes d0 liegt, alle erreichbaren Versorgungsstandorte und addiere deren unter 4. genannte Verhältnis Rj des Versorgungsstandortes und der jeweiligen Bevölkerung.
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Nach Toblers (1970) erstem Gesetz der Geographie hängt alles mit allem zusammen, aber nähere Sachen hängen stärker voneinander ab, als weiter entfernte. Noch wird das durch unser Vorgehen keine Berücksichtigung.
Wir implementieren daher noch eine entfernungsabhängige Gewichtungsfunktion, damit das "Enhanced" in E2SFCA seinem Namen gerecht wird.
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Die Art und Weise der Abgewichtung sowie die Wahl der Einzugsgebietsgröße sind entscheidend für die Plausibilität des Ergebnisses. Sie hängen jedoch stark vom Untersuchungsgegenstand und der entsprechenden "Fachfrage" ab.
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Im nächsten Kapitel betrachten wir diese Abfolge noch einmal. Nun aber zur besseren Nachvollziehbarkeit mit dem Praxisbeispiel und Karten, die schon aus der Erläuterung des Kapitels zu Einzugsgebieten bekannt sind.
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Ergänzung folgt
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Ergänzung folgt
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Ergänzung folgt
Bereitstellung bei Produktivgang
Bereitstellung bei Produktivgang
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