Ćwiczenie nr 3

Rozwiązywanie podstawowych problemów logistycznych w programach typu GIS - na przykładzie systemu TransCAD.

CEL ĆWICZENIA

Podstawowym celem ćwiczenia jest przybliżenie metodyki rozwiązywania problemów logistycznych z wykorzystaniem nowoczesnych systemów informacji geograficznej (GIS) na przykładzie programu TransCAD.

WSTĘP TEORETYCZNY

Ogólny schemat postępowania przy rozwiązywaniu dowolnego problemu z wykorzystaniem narzędzi opartych o technologię GIS można opisać w następujących 8 krokach:

1. Załadowanie map obszarów, których problem dotyczy. Ponieważ mapy są wielopoziomowe należy zdecydować o tym ile i które z dostępnych warstw są niezbędne - do celów obliczeniowych wystarczy zazwyczaj warstwa sieci drogowej zawierająca podstawową informację o węzłach i gałęziach sieci (kierunkowość). W przypadku konieczności połączenia danych z systemów zewnętrznych, w których dane nie mają odniesienia do posiadanej mapy sieci drogowej (bazy danych wykorzystują zazwyczaj dane teleadresowe, sieć drogowa posługuje się numerami węzłów) niezbędna jest warstwa definiująca sieć drogową z wykorzystaniem nazw ulic i numeracji występującej po każdej stronie każdego fragmentu ulicy (gałęzi w sieci drogowej). Często dla celów prezentacyjnych warto jest też załadować warstwę np. mapy fizycznej

2. Załadowanie danych wyjściowych dla modelowanego problemu z systemu zewnętrznego (bazy danych, arkusza kalkulacyjnego) lub w postaci kolejnej warstwy mapy (format wewnętrzny sytemu TransCAD lub innej aplikacji typu GIS np. MapInfo Professional) Postać danych może być praktycznie dowolna - zawierać jednak muszą informacje niezbędne ze względu na algorytm obliczeniowy, który chcemy zastosować. W przypadku najprostszego problemu transportowego będą to ilości towaru (podaż i popyt) oraz informacja niezbędna do powiązania danych z mapą (albo wyrażona wprost lokalizacja w postaci geograficznej albo informacja o adresie w formacie spójnym z posiadaną mapą elektroniczną)

3. Jeśli jest to wymagane realizacja operacji geokodowania jedną z dostępnych technik np. wg. podanego adresu (powiązanie załadowanych danych z dostępnymi mapami poprzez ustalenie położenia obiektów w sensie długości i szerokości geograficznej)

4. Powiązanie z istniejącymi węzłami sieci drogowej (każdemu wczytanemu obiektowi przyporządkowujemy najbliższy mu numer węzła sieci drogowej)

5. Selekcja danych przeznaczonych do dalszych obliczeń (wybór tylko części danych, podział na grupy np. dostawców i odbiorców itp.)

6. Uruchomienie właściwego narzędzia optymalizacyjnego i jego konfiguracja. Wybór metody, warunków początkowych i ograniczeń. Powiązanie przygotowanych danych z odpowiednimi polami w oknach konfiguracyjnych (np. wskazanie grupy dostawców i odbiorców; wskazanie nazw kolumn, w których przechowywane są wymagane dla danego narzędzia wielkości np. wskazanie nazwy kolumny przechowującej informację o popycie ze strony odbiorców, definiującej okna czasowe dostaw itp.)

7. Przeprowadzenie optymalizacji i zapisanie jej wyników w plikach binarnych (do wykorzystania w przyszłości w systemie), tekstowych lub standardowych (np. Excel) w celu eksportu i dalszego przetwarzania w innych systemach

8. Wizualizacja wyników z wykorzystaniem możliwości systemu GIS (nanoszenie uzyskanych informacji na mapy, stosowanie symboli skalowalnych i map kolorów dla poprawienia jakości prezentacji wyników)

UŻYWANE POMOCE DYDAKTYCZNE

Lp.	OPIS	OZNACZENIE STANOWISKA
1.	Zbiór danych wyjściowych (PT.xls) i opis metody rozwiązania problemu transportowego
2.	System pomocy on-line programu TransCAD

PRZEBIEG ĆWICZENIA

1. Wykorzystując zbiór danych wyjściowych (plik PT.xls) oraz system TransCAD rozwiązać problem transportowy wg poznanych na wykładzie i zawartych w niniejszym opracowaniu wskazówek metodycznych.

2. Zweryfikować uzyskane rozwiązanie z wykorzystaniem standardowego arkusza kalkulacyjnego (potrzebna będzie macierz kosztów obliczona w trakcie realizacji zadania w systemie TransCAD - dla ułatwienia dostarczona jest jej wersja w postaci arkusza kalkulacyjnego "Macierz kosztów dla Solvera.xls" )

3. Porównać oba rozwiązania koncentrując się na funkcjonalności i zawartości informacyjnej obu rozwiązań (nie opisywać procesu dochodzenia do rozwiązania ani konkretnych wyników - bo zawarte są w niniejszym opracowaniu).

Opis realizacji ćwiczenia w systemie TransCAD:

Arkusz PT.xls zawiera dane dla klasycznego zagadnienia transportowego i ma postać tabeli przedstawionej na rysunku poniżej:

W celu rozwiązania problemu postępujemy zgodnie ze schematem postępowania przedstawionym we wstępie opracowania:

1. Ładujemy mapę Poznania (File->OpenWorkspace: C:\log\Poznań.wrk) i na warstwie ulic wyłączamy wyświetlanie nazw ulic aby zwiększyć przejrzystość mapy:

2. Wczytujemy dane z arkusza kalkulacyjnego (File->Open) wykorzystując odpowiedni filtr importu (wybieramy filtr „Excel Worksheet [*.xls]” wczytujemy plik „PT.xls” i wybieramy Arkusz1 jako źródło danych). Po wczytaniu danych pojawia się okienko zapisu danych w postaci binarnej (wewnętrznej TransCAD'a) podajemy nazwę PT i zatwierdzamy. TransCAD po zrealizowaniu wielu operacji tworzy pliki z ich wynikami - starajmy się zachowywać spójne nazewnictwo tak tworzonych plików.

3. Geokodujemy wczytane dane o dostawcach i odbiorcach wykorzystując metodę geokodowania w oparciu o adres (Tools-> Locate -> Locate by address)

Jeśli procedura się powiedzie zobaczymy informację podsumowującą, w której pozycja Records not Located będzie równa 0. Wartość niezerowa oznacza problemy z ustaleniem pewnych adresów - system wyświetli listę tych adresów i trzeba będzie po stwierdzeniu przyczyny wykonać geokodowanie ponownie (tylko dla nie zlokalizowanych wcześniej adresów)

4. Wiążemy wszystkie obiekty z najbliższymi węzłami sieci drogowej. W tym celu należy zmodyfikować tabelę (dodać nową kolumnę, w której zapamiętany zostanie identyfikator najbliższego węzła sieci drogowej) W tym celu wyświetlamy dane (datawiew) zgeokodowanej warstwy Dostawcy i Odbiorcy a następnie uruchamiamy edytor struktrury tabeli i dodajemy nowe pole o nazwie node_id (nazwa jest nieprzypadkowa - takiej nazwy oczekuje w wielu okienkach dialogowych system TransCAD - jeśli je znajdzie w naszych danych okienka te zostaną automatycznie uzupełnione jeśli dane nazwiemy inaczej będziemy za każdym razem musieli je wskazywać)

Następnie wykonujemy operację automatycznego wypełnienia nowo utworzonej (i zaznaczonej) kolumny informacjami o najbliżej położonych węzłach sieci drogowej (Edit->Fill->Tag)

5. Selekcja danych przeznaczonych do dalszych obliczeń (podział na zbiory: Dostawcy i Odbiorcy). Podział na grupy definiuje w naszych danych kolumna Dostawca wartość 1 w tym polu oznacza dostawcę wartość 0 odbiorcę. Podziału danych na podzbiory dokonujemy poprzez menu Selection-> Select by condition.

Następnie dokonujemy modyfikacji wyświetlania utworzonych grup (Selection-> Settings) zmieniając kolorystykę i dodając identyfikatory w postaci nazw dostawców i klientów:

6. Uruchomienie narzędzia służącego rozwiązywaniu klasycznego problemu transportowego musi zostać poprzedzone utworzeniem macierzy kosztów (na podstawie najkrótszych odległości). Opcja dostępna z menu Routing/Logistics->Cost matrix

W wyniku zatwierdzenia powyższej konfiguracji powstaje macierz określająca odległości pomiędzy dostawcami a odbiorcami, o postaci:

Czytelność można zwiększyć wybierając dowolny nagłówek i z menu podręcznego (prawy przycisk myszy) opcję Labels a następnie definiując zastąpienie identyfikatorów (ID lub node_ID) przez nazwy (nazwa) obiektów:

Dysponując macierzą kosztów można uruchomić narzędzie rozwiązywania zagadnienia transportowego (Routing/Logistics->The Transportation Problem) i skonfigurować wymagane opcje:

7. Uruchomienie procedury optymalizacyjnej następuje po skonfigurowaniu parametrów w oknie The Transportation Problem i kliknięciu przycisku OK. Pliki z wynikami obliczeń zapisywane są na dysku i przedstawiane w sposób tabelaryczny:

8. W stosunku do systemów niebazujących na technologii GIS system TransCAD jednocześnie z podaniem rozwiązania tworzy również postać graficzną wyników. Dla powyższego przykładu otrzymujemy:

Na mapie uzyskujemy nie tylko informację o trasach przejazdów ale również o ilości przewożonego towaru (symbole skalowane - im większy przepływ tym szersza linia)

SPRAWOZDANIE

Sprawozdanie z ćwiczeń każdy student wykonuje samodzielnie.

1. Powinno ono zawierać dyskusję nad uzyskanymi wynikami (dla obu metod). Nie powinno zawierać opisu przebiegu ćwiczenia (został on zdefiniowany i szczegółowo opisany w niniejszym skrypcie)

LITERATURA

1. Materiały wykładowe

2. System pomocy on-line programu TransCAD

POLITECHNIKA POZNAŃSKA	KIERUNEK: Transport		SEMESTR VII
		LABORATORIUM - KOMPUTEROWE WSPOMAGANIE PROCESÓW LOGISTYCZNYCH

4

opracowanie ćwiczenia - dr inż. Waldemar Walerjańczyk

---