เครือข่ายการขนส่งหรือเครือข่ายคมนาคม คือเครือข่ายหรือกราฟในพื้นที่ทางภูมิศาสตร์ ซึ่งอธิบายถึงโครงสร้างพื้นฐานที่อนุญาตและจำกัดการเคลื่อนที่หรือการไหล^{[ 1 ]} ตัวอย่างเช่น แต่ไม่จำกัดเพียงเครือข่ายถนนทางรถไฟเส้นทางบินท่อส่ง น้ำ ท่อน้ำและสายส่งไฟฟ้าการแสดงผลแบบดิจิทัลของเครือข่ายเหล่านี้ และวิธีการวิเคราะห์ เป็นส่วนสำคัญของการวิเคราะห์เชิงพื้นที่ระบบสารสนเทศทางภูมิศาสตร์สาธารณูปโภคและวิศวกรรมการขนส่งการวิเคราะห์เครือข่ายเป็นการประยุกต์ใช้ทฤษฎีและอัลกอริธึมของทฤษฎีกราฟและเป็นรูปแบบหนึ่งของการวิเคราะห์ความใกล้เคียง

การประยุกต์ใช้ทฤษฎีกราฟกับปรากฏการณ์ทางภูมิศาสตร์ได้รับการยอมรับตั้งแต่ช่วงแรกๆ ปัญหาและทฤษฎีในช่วงแรกๆ จำนวนมากที่นักทฤษฎีกราฟได้ศึกษาได้รับแรงบันดาลใจจากสถานการณ์ทางภูมิศาสตร์ เช่น ปัญหา สะพานเจ็ดแห่งแห่งเคอนิกส์เบิร์ก ซึ่งเป็นหนึ่งในรากฐานดั้งเดิมของทฤษฎีกราฟเมื่อ เลออนฮาร์ด ออยเลอร์แก้ปัญหานี้ได้ในปี 1736 ^{[ 2 ]}

ในช่วงทศวรรษ 1970 การเชื่อมต่อได้รับการสร้างขึ้นใหม่โดยนักพัฒนาระบบสารสนเทศทางภูมิศาสตร์ ในยุคแรก ซึ่งนำไปใช้ในโครงสร้างข้อมูลเชิงโทโพโลยีของรูปหลายเหลี่ยม (ซึ่งไม่เกี่ยวข้องในที่นี้) และการวิเคราะห์เครือข่ายการขนส่ง งานในยุคแรก เช่น Tinkler (1977) มุ่งเน้นไปที่เครือข่ายแผนผังแบบง่ายเป็นหลัก อาจเป็นเพราะขาดข้อมูลเชิงเส้นจำนวนมากและความซับซ้อนในการคำนวณของอัลกอริทึมหลายตัว^{[ 3 ]}การนำอัลกอริทึมการวิเคราะห์เครือข่ายไปใช้ในซอฟต์แวร์ GIS อย่างเต็มรูปแบบไม่ได้ปรากฏขึ้นจนกระทั่งทศวรรษ 1990 ^{[ 4 ] [ 5 ]}แต่โดยทั่วไปแล้วเครื่องมือขั้นสูงมีให้ใช้งานในปัจจุบัน

การวิเคราะห์เครือข่ายต้องใช้ข้อมูลโดยละเอียดที่แสดงถึงองค์ประกอบของเครือข่ายและคุณสมบัติของเครือข่าย^{[ 6 ]}แก่นของชุดข้อมูลเครือข่ายคือเลเยอร์เวกเตอร์ของเส้นหลายเหลี่ยมที่แสดงถึงเส้นทางการเดินทาง ไม่ว่าจะเป็นเส้นทางทางภูมิศาสตร์ที่แม่นยำหรือแผนภาพโครงร่างที่เรียกว่าขอบนอกจากนี้ยังต้องการข้อมูลเกี่ยวกับโทโพโลยีของเครือข่ายซึ่งแสดงถึงการเชื่อมต่อระหว่างเส้นต่างๆ ทำให้สามารถจำลองการขนส่งจากเส้นหนึ่งไปยังอีกเส้นหนึ่งได้ โดยทั่วไป จุดเชื่อมต่อหรือโหนด เหล่านี้ จะถูกรวมไว้เป็นชุดข้อมูลเพิ่มเติม^{[ 7 ]}

ทั้งเส้นเชื่อมและจุดเชื่อมต่างก็มีคุณสมบัติที่เกี่ยวข้องกับการเคลื่อนไหวหรือการไหล:

• ความจุ หมายถึง การวัดข้อจำกัดใดๆ เกี่ยวกับปริมาณการไหลที่อนุญาต เช่น จำนวนเลนบนถนน แบนด์วิดท์การสื่อสาร หรือเส้นผ่านศูนย์กลางท่อ
• อิมพีแดนซ์ คือการวัดค่าความต้านทานต่อการไหลหรือความเร็วของการไหล เช่น การจำกัดความเร็ว หรือการห้ามเลี้ยวที่ทางแยก
• ต้นทุนที่สะสมจากการเดินทางแต่ละครั้งตามขอบหรือผ่านจุดเชื่อมต่อ โดยทั่วไปคือเวลาที่ใช้ไป สอดคล้องกับหลักการของแรงเสียดทานแห่งระยะทางตัวอย่างเช่น จุดเชื่อมต่อในเครือข่ายถนนอาจต้องใช้เวลาต่างกันในการเลี้ยวซ้ายหรือเลี้ยวขวาในแต่ละครั้ง ต้นทุนดังกล่าวอาจเปลี่ยนแปลงไปตามเวลา เช่น รูปแบบของเวลาเดินทางตามถนนในเมืองขึ้นอยู่กับปริมาณการจราจรในแต่ละวัน
• ปริมาณการไหลเวียนคือ การวัดการเคลื่อนไหวที่เกิดขึ้นจริง ซึ่งอาจเป็นการวัดที่เข้ารหัสเวลาโดยเฉพาะที่รวบรวมโดยใช้เครือข่ายเซ็นเซอร์เช่นเครื่องนับจำนวนรถหรือแนวโน้มทั่วไปในช่วงระยะเวลาหนึ่ง เช่นปริมาณการจราจรเฉลี่ยต่อวันต่อปี (AADT)

มีการพัฒนาวิธีการ อัลกอริทึม และเทคนิคที่หลากหลายเพื่อแก้ปัญหาและงานที่เกี่ยวข้องกับการไหลของเครือข่าย บางส่วนเป็นเรื่องปกติสำหรับเครือข่ายการขนส่งทุกประเภท ในขณะที่บางส่วนเฉพาะเจาะจงสำหรับโดเมนการใช้งานเฉพาะ^{[ 8 ]}อัลกอริทึมเหล่านี้จำนวนมากถูกนำไปใช้ในซอฟต์แวร์ GIS เชิงพาณิชย์และโอเพนซอร์ส เช่นGRASS GISและส่วนขยาย Network Analyst ของEsri ArcGIS

หนึ่งในงานที่ง่ายที่สุดและพบได้บ่อยที่สุดในเครือข่ายคือการค้นหาเส้นทางที่เหมาะสมที่สุดที่เชื่อมต่อจุดสองจุดตามเครือข่าย โดย กำหนดคำว่า เหมาะสมที่สุดไว้ว่าเป็นการลดต้นทุนบางรูปแบบ เช่น ระยะทาง การใช้พลังงาน หรือเวลา^{[ 9 ]}ตัวอย่างที่พบได้ทั่วไปคือการหาเส้นทางในเครือข่ายถนน ซึ่งเป็นคุณสมบัติของแอปพลิเคชันแผนที่ถนนบนเว็บเกือบทุกแอปพลิเคชัน เช่นGoogle Mapsวิธีที่ได้รับความนิยมมากที่สุดในการแก้ปัญหานี้ ซึ่งถูกนำไปใช้ในซอฟต์แวร์ GIS และซอฟต์แวร์แผนที่ส่วนใหญ่ คือ^อัลกอริทึมของ Dijkstra [ ^{10 ]}

นอกจากการกำหนดเส้นทางแบบจุดต่อจุดพื้นฐานแล้วปัญหาการกำหนดเส้นทางแบบผสมก็พบได้ทั่วไปเช่นกัน ปัญหา พนักงานขายเดินทางถามถึงลำดับและเส้นทางที่เหมาะสมที่สุด (ระยะทาง/ต้นทุนน้อยที่สุด) เพื่อไปถึงจุดหมายปลายทางจำนวนหนึ่ง ซึ่งเป็นปัญหา NP-hard แต่ค่อนข้างง่ายต่อการแก้ไขในพื้นที่เครือข่ายมากกว่าพื้นที่ที่ไม่จำกัดเนื่องจากชุดคำตอบที่เล็กกว่า^{[ 11 ]}ปัญหาการกำหนดเส้นทางยานพาหนะเป็นการขยายความของปัญหานี้ โดยอนุญาตให้มีเส้นทางหลายเส้นทางพร้อมกันเพื่อไปถึงจุดหมายปลายทาง ปัญหา การตรวจสอบเส้นทางหรือ"ปัญหาบุรุษไปรษณีย์จีน"ถามถึงเส้นทางที่เหมาะสมที่สุด (ระยะทาง/ต้นทุนน้อยที่สุด) ที่ผ่านทุกขอบ การใช้งานทั่วไปคือการกำหนดเส้นทางของรถบรรทุกขยะ ปรากฏว่านี่เป็นปัญหาที่แก้ไขได้ง่ายกว่ามาก โดยใช้อัลกอริธึม เวลาพหุนาม

ปัญหาประเภทนี้มุ่งเป้าไปที่การค้นหาตำแหน่งที่เหมาะสมที่สุดสำหรับสิ่งอำนวยความสะดวกหนึ่งแห่งหรือมากกว่านั้นตามเครือข่าย โดย กำหนดคำว่า "เหมาะสมที่สุด " เป็นการลดต้นทุนการเดินทางโดยรวมหรือค่าเฉลี่ยไปยัง (หรือจาก) ชุดจุดอื่นในเครือข่าย ตัวอย่างทั่วไปคือการกำหนดตำแหน่งของคลังสินค้าเพื่อลดต้นทุนการขนส่งไปยังร้านค้าปลีก หรือการกำหนดตำแหน่งของร้านค้าปลีกเพื่อลดเวลาเดินทางจากที่อยู่อาศัยของลูกค้าเป้าหมาย ในพื้นที่ที่ไม่จำกัด (พิกัดคาร์ทีเซียน) ปัญหานี้เป็นปัญหา NP-hard ที่ต้องใช้วิธีแก้ปัญหาแบบฮิวริสติก เช่นอัลกอริทึมของ Lloydแต่ในพื้นที่เครือข่ายสามารถแก้ไขได้แบบกำหนดได้^{[ 12 ]}

การใช้งานเฉพาะด้านมักเพิ่มข้อจำกัดเพิ่มเติมให้กับปัญหา เช่น ที่ตั้งของสิ่งอำนวยความสะดวกที่มีอยู่ก่อนแล้วหรือที่แข่งขันกัน ความจุของสิ่งอำนวยความสะดวก หรือต้นทุนสูงสุด

พื้นที่ให้บริการเครือข่ายเปรียบเสมือนบัฟเฟอร์ในพื้นที่ที่ไม่จำกัด ซึ่งเป็นการแสดงภาพพื้นที่ที่สามารถเข้าถึงได้จากจุดหนึ่ง (โดยทั่วไปคือสถานที่ให้บริการ) ในระยะทางที่น้อยกว่าระยะทางที่กำหนดหรือต้นทุนสะสมอื่นๆ^{[ 13 ]}ตัวอย่างเช่น พื้นที่ให้บริการที่ต้องการสำหรับสถานีดับเพลิงจะเป็นชุดของส่วนถนนที่สามารถเข้าถึงได้ในเวลาอันสั้น เมื่อมีสิ่งอำนวยความสะดวกหลายแห่ง แต่ละขอบจะถูกกำหนดให้กับสิ่งอำนวยความสะดวกที่ใกล้ที่สุด ทำให้ได้ผลลัพธ์ที่คล้ายกับแผนภาพโวโรนอย^{[ 14 ]}

การประยุกต์ใช้งานทั่วไปใน เครือข่าย สาธารณูปโภคคือการระบุตำแหน่งที่อาจเกิดข้อผิดพลาดหรือรอยขาดในเครือข่าย (ซึ่งมักจะอยู่ใต้ดินหรือยากต่อการสังเกตโดยตรง) โดยอาศัยรายงานที่หาได้ง่าย เช่น ข้อร้องเรียนจากลูกค้า

การจราจรได้รับการศึกษาอย่างกว้างขวางโดยใช้วิธีการทางฟิสิกส์เชิงสถิติ^{[ 15 ] [ 16 ] [ 17 ]}

เพื่อให้มั่นใจว่าระบบรถไฟมีประสิทธิภาพมากที่สุด ควรดำเนินการวิเคราะห์ความซับซ้อน/แนวดิ่งด้วย การวิเคราะห์นี้จะช่วยในการวิเคราะห์ระบบในอนาคตและระบบที่มีอยู่ ซึ่งเป็นสิ่งสำคัญในการรับประกันความยั่งยืนของระบบ (Bednar, 2022, หน้า 75–76) การวิเคราะห์แนวดิ่งจะประกอบด้วยการทราบกิจกรรมการดำเนินงาน (การดำเนินงานประจำวัน) ของระบบ การป้องกันปัญหา กิจกรรมควบคุม การพัฒนากิจกรรม และการประสานงานกิจกรรม^{[ 18 ]}

• ความขัดแย้งของเบรสส์
• เครือข่ายการไหล
• การกำหนดเส้นทางแบบฮิวริสติก
• เครือข่ายการขนส่งระหว่างดาวเคราะห์
• วิทยาศาสตร์เครือข่าย
• ทฤษฎีการซึมผ่าน
• เครือข่ายถนน
• เครือข่ายทางรถไฟ
• ขนาดของทางหลวง
• การขนส่งแบบหลายรูปแบบ
• ห่วงโซ่อุปทาน
• โลจิสติกส์