ArcGIS的网络分析(转载)

这是一篇非常不错的文章，能够让大家对网络分析有一个不错的认识：


ArcGIS的网络分析分为两类：传输网络(Network Analyst)和效用网络(Utility Network Analyst)。

一、从应用上来考虑：

1.传输网络常用于道路、地铁等交通网络分析。

特点：在传输网络中，汽车和火车都是可以自由移动的物体，具有主观选择方向的能力。

传输网络解决的问题有：

A.计算点与点之间的最佳距离，时间最短或者距离最短，最佳路径能够绕开事先设置的障碍物

B.可以进行多点的物流派送，能够按照规定时间规划送货路径，也能够自由调整各点的顺序，也会绕开障碍物

C.寻找最近的一个或者多个设施点

D.确定一个或者多个设施点的服务区，绘制服务区范围的条件可以是多个，例如，同时列出3分钟、6分钟、9分钟的服务区

E.绘制起点－终点距离矩阵

2.效用网络常用于水、电、气等管网的连通性分析。

特点：在效用网络中，水、电、气通过管道和线路输送给消费者，水、电、气被动地由高压向低压输送，不能主观选择方向。

效用网络解决的问题有：

A.寻找 连通的/不连通的 管线

B.上/下游追踪

C.寻找环路

D.寻找通路

E.爆管分析

二、从技术上来考虑：

传输网络(Network Analyst)基于Network Dataset

效用网络(Utility Network Analyst)基于Geometric Network

它们的区别可以参考下面的表格:

Geometric network

Network dataset

Network features:Edges and junctions

Network elements: Edges, junctions, and turns

数据源:GDB feature classes only

数据源:GDB feature classes, shapefiles, or StreetMap data

System manages connectivity

User controls when connectivity is built

Weights based on feature attribute fields

More robust attribute (weight) model

存在于:Feature dataset only

存在于:Feature dataset or workspace

单模型

单模型或者多模型

Network tracing functionality

Network solver functionality

utilities/natural resources modeling

transportation modeling

不支持转弯

支持转弯

uses custom features: simple/complex edge features and junctions

uses simple features: points and lines

增加一点关于网络分析的资料！

前一段时间给用户培训网络分析，积累了一点零散的资料。希望对大家有点帮助

                                                                           Network的类型
      （1）Transportation Network：是Undirected Network。表示Network的Edge具备方向，用户可以自由定义在网络中前进的方向，速度以及终点。例如一个卡车司机可以决定在哪条道路上开始行进，在什么地方停止，采用什么方向。并且还可以给网络设置限定性规则，例如是单行线还是禁行。在ArcGIS中，Transportation Network是通过Network Dataset创建的。
       （2）Utility Network： 是Directed Network类型，意味着网络中流动的物质必须按照在Network中定义好的规则前进，运行路径都是事先定义好的，可以被修改，但是不能被物质本身修改，而是被网络的工程师来修改网络的规则，使通过设置结点的开启状态来改变网络的流动方向。在ArcGIS中，Utility Network是通过Geometric Network模拟的。
                                                                           Transportation Network介绍
    ArcGIS Network Analyst分析模块使用的网络是存储在Network Dataset中。Network Dataset由Feature要素创建而来，能够用来表现复杂场景，包括Multimodal交通网络，同样也可以包含多个网络属性以模拟网络限制条件和层次结构。
    Network Dataset包含以下三种类型：
（1）Network Dtaset：创建网络的数据源存储于Personal 或者Enterprise Geodatabase中，因为其中可以存储很多数据源，因此可以构建Multimodal Network
（2）Shapefile-based Network Dataset：是基于Polyline Shapefile 文件创建的，也可以添加Shapefile Turn Feature Class，这种Network Dataset不能够支持多种Edge类型，也不能用于创建Multimodal Networks
（3）ArcGIS Network Analyst也可以读取SDC Network Dataset，可以实现网络分析功能，而不能创建Network Dataset

Network Elements包括三类：Edges，Junctions，Turns。

Connectivity Group
要想定义ArcGIS Network Analyst的Connectivity，首先要定义Connectivity Group。每一个Edge Source只能够被赋予一个Connectivity Group，而Junction Source可以被赋予多种Connectivity Group。只有将Junction设为两种或者多种Connectivity Group，才可以去连接不同Connectivity Group的Edge。Connectivity Group用于创建Multimodal Transportation Network。
以下为Network Dataset所支持的三种Connectivity Model：
（1）Connecting Edges within a Connectivity Group
可以设置“Endpoint Connectivity”，也可以设置“Any Vertex Connectivity”。第一种方式中，边和边只能在终点处相交，第二种方式则可以在边的任意位置相交
（2）Connecting Edges through Junctions across Connectivity Group
能够将不同Connectivity Group中的Edge通过被不同Connectivity Group共享的Junctions连接。
（3）Elevation Fields
主要用于Network Dataset中检查Line Endpoints的Connectivity。每一个Edge Feature具备两个字段用来描述每一个端点的高程。

Network Attribute
Network Attribute主要用于设定网络的流通属性，包括：
Name：
Usage Type：
Unit：Centimeter，Meter等等
Data Types：Boolean，Integer，Float，Double
Use by Default：
Cost：例如走过某段路需要花费的时间
Descriptors：对某条道路的描述信息，例如道路速度的限制，有多少个红绿灯等。
Restrictions：例如某条线是禁行，或者是单向的
Hierarchy：例如道路的分级

Types of Evaluators used by a network
Network的Attribute都需要设定Value，通常是利用Evaluators从Network Source中获取属性值。具备四种Evaluators：
Field Evaluator：利用属性字段的值；
Field Expression Evaluator：利用属性字段构建计算表达式；
   Constant Evaluators：赋予常数；
   VBscript Evaluators：通过执行VBScript代码，主要用于赋予复杂的属性值
每个Junction Source和Turn Source需要一个Evaluator，而每个Edge Source需要两个-Edge的每个方向都需要一个Evaluator

Turns in the Network Dataset
Turn的类型有多种，可以是Multi Edge Turn，也可以是U-Turn。在ArcGIS中，Turn是通过Turn Feature Class转变而来的，这些Turn Feature Class都是Polyline Feature Class。Turn Feature Class必须是与其他Network要素位于同一个Feature Dataset中，具备相同的空间参考，不参与Connectivity Groups，也不具备Elevation信息。Turn至少具备两条Edge，至多20条Edge。

Setting Directions
支持Directions的Network Dataset必须至少满足以下要求：
具备Length属性，包括Length单位；
至少有一个Edge Source；
在Edge Source上至少有一个Text字段。

Creating a network Dataset
第一步：准备Feature Dataset和Source；
    如果是要创建Geodatabase-based Network Dataset，则参与创建网络的数据源必须位于同一个Feature Dataset中；如果是创建基于Shapefile的Network，则需要将参与的要素存储到相同的文件夹中。
第二步：为创建Network Dataset的数据源设置属性，为网络添加属性信息；
保证数据源中包含可以设置网络阻力信息的属性值-距离，旅行时间等等。最后是将这些属性值的字段名用相应的Unit命名，使得系统可以自动去识别，例如可以为旅行时间设置字段名为Minutes。对于线状要素来说，如果在不同的方向，阻力值不相同，则应该为两个方向分别设置属性字段，例如“FT_Minutes”和“TF_Minutes”.
    如果是对单行线建立网络，则Edge Source中必须包含一个字段以指定One-Way街道属性，可以将存储这个属性的字段命名为“One_Way”或“Oneway”。创建Evaluator以给该字段赋值：
“FT”或“F”表示沿着数字化方向的单行线；
   “TF”或“T”表示与数字化方向相反的单行线；
   “N”表示禁行线；
如果是其它属性值，则表示该条线路的两边都是可以通行的。
    如果打算通过Z-Elevation或者Z-Level值模拟Overpasses和Underpasses，则必须使得Edge的属性字段包括两个整型字段，Edge的每个结点的高程用一个字段表示。如果字段被命名为“F_ELEV”“T_ELEV”或者“F_ZLEV”“T_ZLEV”，则系统可以将其自动识别为高程字段。
如果希望在网络中保存方向信息，则Edge的属性字段中必须包含产生方向的信息，例如道路等级，高速路障，边界信息等。
第三步：准备Turn Feature Class，添加Turn信息；
创建Feature Dataset时， Turn信息是可选的，如果将转弯信息保存在Turn Table中，则必须将其转变为Turn feature Class。并且还要在Turn Feature Class的属性表中包含属性字段以保留Turn Impedance，以及转弯限制（某个弯只能是货车才可以转）等网络属性信息。
第四步：利用New Network Dataset Wizard创建Network Dataset
为Network Dataset命名，设定数据源，创建连通性，指定高程数据，指定转弯数据源，定义属性，确定方向规则。
第五步：Build Network Dataset
该过程会实现：网络要素创建，连通性创建，为网络属性赋属性值

Network Analyst提供的分析功能
Finding the Best Route
ArcGIS Network Analyst能够分析点与点之间的最优路径，点的位置可以通过三种方式设置：（1）在屏幕上添加点，如果用户添加的点不在路径之上，则系统会根据Snapping设置，将该点自动咬合到近处的点，如果点到线的距离大于设置的咬合值，则无法实现，需要重新设置Snapping ；（2）通过输入Address；（3）从已经存在的Feature Class或者Feature Layer中导入位置。分析最优路径时的点与点之间的顺序，可以用户自己设置，也可以由系统自动设置。
可以实现的最优路径分析包括：最快路径，最短路径，最多场景的路径等，路径分析的内容可以通过设定Impedance实现。

Finding the Closest Facility
查找最近设施：可以设置一个Cutoff Cost，一旦超过这个设置，则不再分析。一旦查找到最近设施，则可以实现的功能包括到达最近设施的路径，旅行花费，方向等。

Finding Service Areas
Network Service Area是包括所有在设定阈值内可以到达的Streets的Region。例如某个点的5分钟服务区是从该点5分钟之内可以到达的所有街道的Region。
Accessibility表示从某个点到达其它地点的容易程度。在ArcGIS中，Accessibility可以通过Travel Time，Distance和任意其它的Impedance进行设定。

Creating an OD Cost Matrix
能够从多个源点和终点之间创建Origin-Destination（OD） Cost Matrix。OD Cost Matrix是一个包含从每一个Origin到每一个Destination的总Impedance的Table。在地图上表示时，Origin 到Destination的Path是用直线表示的。

                                                                     Geometric Network介绍
    Geometric Network 主要用于模拟现实世界中的水网，电网，煤气网，电话服务等资源网络。
    Geometric Network由一套相互连接的Edge和Junctions组成，并且包含Connectivity Rules。必须构建于Geodatabase的Feature Dataset中，其中的Feature Class是作为Junctions和Edge的数据源。
Geometric Network中包含两种主要的要素：Edges和Junctions
    在网络中，Edge和Junctions是Topologically Connected to each other：Edge和Edge在Junctions处连接，某个Edge中流动的要素是通过Junctions流动到其它的Edge。
    有两种类型的Edges：
       Simple Edges-连着两个Junctions，Edge的每一头连接一个Junction；
       Complex Edges-通常在端点处至少连接两个Junctions，而且在Edge的中间部分，也可以连接很多Junctions，例如：主管道上可以连接多个支管道。
有两种类型的Junctions：
   User defined Junctions：在构建Geometric Network时，根据用户定义的Point Source生成的Junctions；
   Orphan Junctions：当第一个Edge Feature Class添加到Geometric Network时，创建了Simple Junction Feature Class ，被称为Orphan Junction Feature Class，主要是用于维护网络的完整性。当用户添加其它的Junctions Feature时，该点处的Orphan Junctions将被删除；此外当用户删除Geometric Network时，则Orphan Junctions也被删除。
当创建一个Geometric Network时，也创建了一个相应的Logic Network，用于表现和模型化要素之间的连通关系，实现Tracing和Flow计算。Logic Network是由一系列的Table组成，并且由ArcGIS维护。当Geometric Network被更新或者删除时，Logic Network会自动更新。

   Sources 和Sinks
    网络要素的流动方向是从Sources和Sinks来计算的，从Sources流出，汇于Sinks。可以在创建Geometric Network时，将Junctions设置为Sources或者Sinks或者都不是，一旦设定为Source或者Sink，则在属性表中添加字段AncillaryRole用于记录其类型。

   Network Weight
网络可以被设置权重，用于表示网络要素在其中流动的环境，使利用参与网络的Feature的属性来设置网络的Weight。

Enable and Disable Feature
Geometric Network中的Edge和Junctions可以在Logic Network中设置为Enabled或者Disabled。网络的Enabled或者Disabled状态是由要素属性字段Enabled设置的，可以选择的属性为True，False，当通过简单要素类创建Geometric Network时，该字段自动添加为输入要素中，并且缺省状态下属性值为True。

Connectivity
在现实生活中，Geometric Network中并不是所有的要素都是可以相互连接的，系统所创建的网络连通性可能不适合，则用户可以根据自己的需要修改Connectivity，方法是：在ArcCatalog中点击创建的Geometric Network，在Properties中选择Connectivity面板，实现Connectivity的设置。
可以创建的Connectivity Rule包括两种：Edge-Junction Connectivity，Edge-Edge Connectivity