Graf de carreteres.

• Metodologia de creació del graf de la DGC.
• La cartografia associada al graf
• Model de captura alternativa
• Sistema de referència lineal
• Tramificacions
• Multiescalabilitat
• Altres característiques
• Multimodalitat
• Autors

Metodologia de creació del graf de la DGC.

Gran part dels sistemes d’informació de carreteres i transports es recolzen sobre la definició d’un graf que serveix d’esquelet per a totes les consultes i processos. D’altra banda, la variabilitat en els grafs definits per a aquests sistemes és tan gran que, normalment, s’avaluen en termes dels serveis que donen i no posen èmfasi en la capacitat d’interconnexió amb altres sistemes, tot i que aquest aspecte és un dels problemes més grans que hi ha a l’hora de relacionar informacions i actualitzar-les.

A la Direcció General de Carreteres (DGC) s’ha aprofitat l'experiència adquirida i s’ha intentat definir un únic model de graf que podria ser aplicable per a tots els sistemes existents, a la vegada que fàcilment actualitzable, i que dóna servei a les peticions més habituals: navegació, connectivitat, segmentació dinàmica, catalogació, etc.

Alguns problemes identificats ja s’han pogut resoldre en la fase de disseny, d’entre els quals en remarquem aquells que fan referència a la metodologia de captura i l’explotació, al cicle de generació cartogràfica, a la definició d’un sistema de referència lineal, a la multiescalabilitat i a la consideració temporal de dades.

La necessitat d’un graf'

D’entre els objectius de la DGC en remarquem:

• Necessitat de tenir inventaris de senyals de localització.
• Assignació de rutes òptimes.
• Anàlisi de les causes dels punts negres d’accidents.
• Planejament de noves vies en funció del volum de trànsit.
• Gestió de flotes de vehicles.
• Catalogació de vies existents.

  Davant de totes aquestes necessitats, una solució és un graf sobre el qual vertebrar tota la informació disponible i executar tots els processos necessaris. Pel que fa a les característiques bàsiques del graf, hi ha consens en què:

• Ha de tractar-se d’un conjunt d’arcs gràfics (que poden ser segments, polilínies) que representin amb més o menys precisió cartogràfica els recorreguts per vies per on pot circular qualsevol vehicle.
• A més, els arcs han de comptar amb un conjunt de propietats que permetin associar als arcs les característiques necessàries per identificar-los dins del graf: el codi, la llargada.
• I també, i en general, el graf ha de sostenir un conjunt de relacions que permetin sistematitzar els arcs i les seves propietats, com girs i recorreguts.

  Els dubtes, i per tant les alternatives, apareixen quan es comença a dissenyar el graf, en funció de les necessitats.

• Cal representar tots els eixos presents (ramals d’enllaç, carrers no principals, camins veïnals, etc.)?
• És necessari treballar a l’escala cartogràfica més gran possible i fer generalitzacions per escales petites, o bé establir una escala de treball mitjana?
• S’ha de vincular l’estructura de dades a un sistema de referència lineal (SRL) - eixos i posició sobre l’eix- pensant en la segmentació dinàmica, o bé comptar amb estructures de connectivitat i girs per funcions de navegació?
• Cal incloure característiques temporals amb vista a les consultes multi-temporals?
• Minimitzar o maximitzar el nombre de propietats dels arcs? I un cop presa la decisió, com afectarà la tramificació, per causa d’aquests atributs, en l’edició i l’explotació del graf?

  Solucions possibles'

D’entrada hi ha dues possibilitats: un únic graf parcial, quan es prioritzen les utilitats que pot donar, o bé, diversos grafs independents que conjuntament donen resposta a totes les demandes, tot i que augmentant els costos d’edició, manteniment i interrelació.

La solució adoptada pel Departament fou implementar un SIG únic i centralitzat, basat en l’existència d’un únic graf, ja que entre els anys 1998 i 2000 el nombre de grafs en ús o previstos per les diferents aplicacions en el Departament superava la quinzena, cadascun amb un contracte d’elaboració i manteniment independent, i comunicació pràcticament nul·la entre els diferents subsistemes. Tanmateix, comptar amb aquesta variabilitat de grafs ha permès poder conèixer les causes que van dur a no tenir un substrat comú i, per tant, intentar solucionar-les amb el disseny d’un graf únic.

Metodologia de treball'

Per dur a terme la implementació del graf es treballa a tres nivells, repartint el manteniment dels diferents objectes del model segons els responsables actuals. Així doncs queden separats els processos següents:

• Edició gràfica, que correspon als delineants.
• Edició alfanumèrica, que la duen a terme els gestors d’informació.
• Protocols/procediments de càlcul, dels quals s’encarreguen els analistes.

  El grup de delineants s’encarrega de recollir i mantenir tota la informació de tipus geogràfic, emprant una base de dades normalitzada i eines d’edició assistida per a totes aquelles característiques que no poden automatitzar-se: geometries, codis, girs i punts quilomètrics.

En una segona etapa, i un cop s’ha validat l’estructura, el procediment de calibratge genera totes les propietats que es poden calcular, i actualitza el MetaGraf, que és un graf intern del Departament que es pot consultar com a diferents grafs en funció de les vistes definides.

En l’apartat de gestió d’inventaris, cal destacar que tot el personal del Departament s’encarrega de gestionar tota la informació que es pot georeferenciar sobre qualsevol de les vistes del MetaGraf, mitjançant consultes tipus com: unió, geocodificació o segmentació dinàmica. En aquest punt, es mantenen tot tipus d’inventaris o catàlegs que es poden utilitzar segons el principi tots treballen per al sistema: des de línies d’autobusos a flotes de llevaneus, passant per trams amb ferms en mal estat, informes d’accidents, trams de concessió, peatges, nuclis habitats.

El MetaGraf i els inventaris formen un nou graf, sobre el qual es poden establir múltiples vistes i tramificacions dinàmiques, segons els interessos dels sistemes. A més, també es poden generar exportacions estàtiques de determinades vistes per a d’altres usos, ja sigui per optimitzar processos de càlcul o per necessitats d’arquitectura.

Figura 1: Metodologia de creació del graf de la DGC.

La cartografia associada al graf

Un dels punts més crítics en la formació i explotació d’un graf és la informació cartogràfica de base. Gairebé sempre el graf inicial incorpora les dades topogràfiques més recents disponibles en el moment de creació, fet pel qual aquesta informació ja té un decalatge temporal, ja que els topogràfics capturen la informació congelada als fotogrames. D’ara endavant anomenarem C (cartographied) a aquest model, amb la informació cartogràfica de base, també el podríem anomenar model de captura habitual.

Model de generació cartogràfica C (cartographied).

Model de captura alternativa

Hi ha un model de captura alternativa, que s’obté entrant la geometria de captures GPS. Amb aquest procediment, en el moment en què es crea un nou itinerari, s’hi recorre amb una furgoneta i es lliuren les dades als editors del graf. Aquests inseriran la nova informació amb les propietats associades. Parlem així d’un graf que no solament disposa d’informació cartogràfica, sinó també de la construïda BC (build).

A la DGC també es disposa d’una altra informació important a tenir en compte: el coneixement que es té dels diversos plans de carreteres, el projectes en estudi i les obres existents. Aquesta informació, tot i que limitada en la seva accessibilitat, pot incorporar-se al graf perfectament des dels arxius CAD de disseny. Però, a diferència del model BC, que pot aplicar-lo qualsevol empresa, aquest només el poden emprar les administracions competents en el planejament i la gestió de vies. A aquest informació planejada (advanced), l’anomenem model ABD, i és el model emprat a la DGC.

Model de generació cartogràfica ABC (advanced + build + cartographied).

Sistema de referència lineal

Una de les principal avantatges que ofereixen els sistemes informàtics actuals que treballen amb grafs és la possibilitat de definir un nou sistema de coordenades sobre el qual referir els inventaris de carreteres. Al graf que serveix per definir aquest nou sistema de coordenades se l’anomena sistema de referència lineal (SRL o Datum Lineal) i al procediment per georeferenciar una base de dades sobre SRL se l’anomena segmentació dinàmica.

Segmentació dinàmica o georeferenciació d’elements sobre l’SRL.

Tramificacions

Les propietats a incloure en els arcs, són les que donaran lloc a les tramificacions del graf, i és un tema directament relacionat amb l'SRL, com veurem. Normalment s’inclouen aquells atributs que calen pel sistema dissenyat. Ara bé, com determinar els atributs que s’han d’incorporar per al graf?

La solució adoptada a la DGC és incorporar al metagraf només aquells atributs mínims per poder definir l’SRL (codificació, posicionament i temporalitat), i dissenyar la resta de propietats com a inventaris de segmentació dinàmica, fins i tot aquells que fan referència a propietats físiques dels eixos. Els avantatges d’aquest plantejament són diverses:

• Independitzar el manteniment de l’SRL del dels inventaris i aquest entre si. No cal redissenyar les responsabilitat ni els fluxos de treball actualment establerts: el grup de senyalització s’encarrega de la informació de senyals, el de seguretat viària de la d’accidents, i el de planejament de la informació associada als plans de carreteres.
• No sobrecarregar els editors dels SRL, fent segmentar el graf en múltiples arcs en funció dels múltiples atributs, i controlar-ne els atributs, atribuint-los així un treball que hores d’ara és responsabilitat d’altres grups.
• Agilitar la navegació, ja que hi ha menys trams. Cada procés pot generar la vista de graf que li calgui, bé sigui de forma dinàmica (actualitzada) o estàtica (exportant).
• No cal modificar el model, quan s’afegeix un nou tipus d’informació al graf, només cal fer una anàlisi del conjunt i establir les relacions de segmentació dinàmica adients.

Multiescalabilitat

És important desvincular el concepte d’escala de captura amb el detall de representació de les dades. En aquest cas, i per evitar problemes semàntics d’interpretació d’escala, el millor és parlar d’un graf real, per referir-nos a la consulta sobre el metagraf que ens mostra tots els arcs reals, i graf de planejament quan només ens mostra les vies principals. El metagraf serà el substrat comú d’ambdós.

Les dades capturades per GPS s’incorporen en el graf formal d’edició, i un cop classificades (eixos principals o no) formem la base del graf real. Després, s’identifiquen els nusos d’intersecció i es perllonguen tot els eixos principals amb arcs virtuals, fins als nodes de confluència respectius, creant la connectivitat per al graf de planejament.

Tot i així, i en funció del que calgui presentar, es poden emprar procediments de generalització cartogràfica per obtenir versions del graf més adients per a determinades escales de representació.

La component temporal'

També és un concepte d’interpretació, de vegades massa ampli, ja que s’arriben a confondre tres conceptes diferents:

• Concurrència en l’edició. Cosa que es pot resoldre amb un bon sistema gestor de bases de dates i un programa que gestioni les marques temporals d’edició.
• Incorporació d’elements passats i futurs en relació amb el moment de la publicació, la qual cosa s’aconsegueix amb una gestió adient de la informació disponible a l’Administració.
• Possibilitat de fer consultes temporals creuades, que es basen en l’estabilitat temporal de l’SRL i dels inventaris.

  Aquesta darrera és la més difícil de fer i, per tant, la que més sovint s’oblida, quan es fa el plantejament dels grafs de mobilitat. Ara bé, és la que permet donar resposta a consultes com: la persistència de punts negres en les carreteres per poder millorar el seu traçat.

Suposem que tenim una informació d’una obra de reforçament del ferm feta fa deu anys, a una distància determinada d’un PK. Si després es produeix una millora del trajecte de la carretera (temps T), i posteriorment fem una consulta d’on es va fer l’obra, atès que estem emprant un SRef basat en la distància des del darrer PK, aquesta ens apareixerà a una altra posició (x,y). El problema rau en què per establir la consulta de segmentació dinàmica de forma correcta s’ha de disposar de la informació de la geometria de l’SRL en el moment en què es va produir l’acció i no en el moment de la consulta. Per aquest motiu, tot els elements de l’SRL i tots els elements dels inventaris han de portar la marca de temps associada que ens dóna informació de l’interval temporal de validesa d’aquesta dada i sobre els quals es pugui recolzar la consulta.

Figura 5: Situació de l’obra abans de la millora del trajecte.

Altres característiques

Catalogació de les vies

Per disposar d’un catàleg de carreteres únic, centralitzat, actualitzat i de consulta lliure; amb codis, no solament de les carreteres actuals, sinó dels ramals, les vies de serveis, els carrers principals i les rutes de transports. La preparació del graf ha estat una oportunitat per detectar inconsistències, problemes o buits en la normativa de codificació aplicable.

Navegabilitat

Per causa de la connectivitat obligada entre els arcs, el model incorpora les característiques més comunes dels grafs de navegació: networking o routing: arcs, nodes, girs, camins, parades, costos, sentits. La qual cosa permet definir procediments habituals sobre algorismes de camins mínims, com la cerca del serveis més propers a un punt determinat, el problema del viatjant, el càlcul d’isocrones, l’assignació de matrius de costos, o l’estudi de senyalitzacions d’orientació basat en regles.

Navegabilitat

Multimodalitat

Aquest concepte fa referència a la possibilitat d’emprar el graf per a més modes de transports no solament la carretera, sinó el tren, l’avió o el vaixell. Així doncs, es poden fer consultes de temps mínim per a un trajecte independentment del vehicle i amb la possibilitat d’emprar més d’un. A més, el model del graf permet a la DGC integrar qualsevol nou mode de transport simplement definint nous tipus de vies a les ja existents i elevant els conceptes de node, nus i gir a un nou àmbit conceptual, però mantenint les seves propietats informàtiques.

Jerarquia de nusos i pols

A més dels dos nivells més habituals de treball (graf real i de planejament) es poden construir altres grafs amb la creació d’una jerarquia de pares i fills entre els nusos i el pols. A cada inici de via i a cada punt d’intersecció entre dues vies o modes de transport es crea un nus simple, ja sigui entre dues autopistes o entre dues pistes forestals, que a la vegada es poden agrupar en nusos complexos, i aquest en d’altres més complexos. Si el graf és a escala real, pràcticament tots els pols definits a la xarxa coincidiran amb algun nus que es podria agrupar en nusos complexos, i aquests en d’altres més complexos.

Autors

Redactat per: Marga Torre i Joan Ignasi Herrera

Per saber-ne més: Joan Ignasi Herrera