ArcGIS几何网络分析

内部文档，请勿外传ArcGIS的几何网络易智瑞（中国）信息技术有限公司TIME\@"yyyy年M月"2014年7月

版权声明本文档版权为ESRI中国（北京）有限公司所有。未经本公司书面许可，任何单位和个人不得以任何形式摘抄、复制本文档的部分或全部，并以任何形式传播。制定及修订记录版本完成日期编写/修订纪要所属部门编写者备注逻辑网络创建几何网络时，地理数据库还会创建一个对应的逻辑网络，用于表示要素间的连通性关系并为这种关系建模。逻辑网络是用于追踪操作和流式操作的连通图。边和交汇点之间的所有连通性都在逻辑网络中进行维护。系统将逻辑网络作为由地理数据库创建和维护的表集合进行管理。这些表记录了几何网络所涉及的要素如何互相连接。通过逻辑网络，能够在编辑和分析期间快速发现几何网络中相连的边和交汇点之间的连通性关系并为这种关系建模。这可以实现快速的网络追踪，并便于在编辑期间建立动态连通性。在几何网络中编辑或更新边和交汇点时，对应的逻辑网络也会进行自动更新和维护。无需重新构建要素的连通性或直接访问逻辑网络；地理数据库会维护逻辑网络。下图显示了给水干管（在几何网络中由单个复杂边表示）在逻辑网络中由多个元素构成的方式。逻辑网络中与给水干管对应的表由ArcGIS创建并维护。在对几何网络中的给水干管进行编辑时，ArcGIS会自动更新逻辑网络中的对应元素，并且会保持几何网络中要素间的连通性。概念模型网络要素类中的拓扑连通性基于几何重叠。如果沿着一条边添加交汇点，或者沿着另一条边添加一条边，它们彼此之间将进行拓扑连接。几何网络中的边可以是简单边，也可以是复杂边。几何网络中的简单边与逻辑网络中的边元素具有“一对一”关系。复杂边与逻辑网络中的边元素具有“一对多”关系。因此，几何网络中的一条复杂边可表示逻辑网络中的多条边。当移动网络边或交汇点时，与其相连的网络要素会通过进行自我拉伸和调节来保持连通性网络的划分1、从抽象的层次来说，网络分为逻辑网络和几何网络逻辑网络是与地理无关的网络，只表达点线之间的联通关系，类似于图论中图的概念（其实底层来说，逻辑网络就是图）；而几何网络是与地理相关的，它只是在逻辑网络的基础之上加上了地理相关的东西，所以核心还是逻辑网络。2、从网络本身的特性来说，可以把网络分为传输网络和效能网络传输网络指的是像道路网这样的网络，车辆在道路上行驶时是可以自由改变行进线路的（当然是遵守交通规则的前提下），像水路网、航空网都是这样。这类网络有个特点，就是网络本身连接关系及性质，不能完全决定网络中的物体行进的路径。效能网络指的是像电力网络、自来水网络等，这类网络的特点为，一旦决定了网络的连接关系及参数，网络中所流动的物体的行进路径就被确定了。这两种网络在底层来说，都是通过逻辑网络进行表达的。在上层，传输网络是通过geonetworkdatasets来实现，而效能网络则是通过geometricnetwork来实现。网络的构成一个网络只能由点和边来构成，并且只能是点和边相连，不能点和点连，边和边连；在构建网络的时候，如果边的端点没有点，则会自动增加点；网络中能够存在不和任何边相连的孤立点。点和边都有二种：简单的、复杂的（这种概念只在几何网络中有，在逻辑网络中不存在简单复杂的概念）。简单点和简单边指的是地理图层中的一个点或一条边与逻辑网络中的元素是一一对应的；复杂点与复杂边指的是地理图层中一个点或边对应到逻辑网络中时，是多个元素。在arcgis9.3中，复杂点还是没有实现，需要开发者自己扩展。下面这幅图是简单边的示意图：从这个示意图可知，如果边上存在点，在建立网络时，如果该边被指定为简单边，则这条边将会以边上的点进行打断。以下为复杂边的示意图：从图中可知，复杂边不会被打断，而是通过Sub-ID来将一条边标示为不同的子部分，这样，一条边要素在逻辑网络中就对应多条记录。可以执行的操作使用网络分析工具栏可执行的追踪操作网络中位于给定点上游的所有网络元素（追踪上游）。网络中位于给定点下游的所有网络元素（追踪下游）。网络中位于给定点上游的所有网络元素的总成本（上游蓄积）。网络中某点的上游路径（查找路径上游）。位于网络中点集合上游的公用要素（查找公用原型）。通过网络连接到给定点的所有要素（查找连接的）。未通过网络连接到给定点的所有要素（查找未连接的）。可以在网络中的各点之间生成多条路径的闭合线（查找闭合线）。网络中两点间的路径。找到的路径可能只是这两点间的多条路径之一，具体取决于网络是否包含闭合线（查找路径）。网络构建错误构建网络错误架构说明：字段名错误信息ErrorID错误对象的IDClassID包含非法几何的要素类的对象类IDObjectID包含非法几何的要素的对象IDErrorType该要素的错误esriNetworkErrorType错误类型枚举：几何网络捕捉模型成功的几何网络创建始于整洁的数据，只有这样才能保证分配正确的连通性。虽然几何网络向导中提供的捕捉功能有助于确保重叠，但还应辅之以其他解决方案。也可以使用“拓扑”等其他选项来确保数据整洁，这有助于在准备阶段对数据进行清理以便用于构建几何网络。向网络添加要素类在几何网络的生命周期中可随时添加新的边和交汇点要素类。这些新要素类为空——不能向现有几何网络添加包含数据的要素类。几何网络增量加载步骤:在ArcMap中，单击自定义下拉菜单。选择自定义模式，然后选择命令选项卡。选择数据转换器类别，选择网络增量加载程序命令，然后将其拖放到现有工具栏上。在ArcMap的内容列表中，选择一个参与了要加载要素的几何网络的要素类，然后单击几何网络增量加载程序命令。单击添加数据按钮并导航到源数据。几何网络增量加载程序命令可以将ArcGIS所支持的任何数据源视为输入。选择一组输入要素类。单击下一步。将每个源要素类分别映射到一个网络要素类。该命令将自动映射具有相同名称的要素类。设置流向为了设置流向，网络必须至少包含一个指定为包含源头和/或汇点的交汇点要素类，可以使用ArcMap在几何网络中保持流向。ArcMap使用网络连通性、网络要素的启用或禁用状态及源头和汇点的位置来建立流向。执行下列操作都必须设置流向：创建新几何网络。向网络添加要素或从中移除要素。修整要素以便更改网络连通性。连接或断开要素。添加或移除源头或汇点。启用或禁用要素。协调版本。管理几何网络几何网络实际上是多个要素类之间的关联，在数据库中用多个表加以表示。删除几何网络后，会发生以下变化：网络要素类恢复为简单要素类。边要素类变为线要素类，交汇点要素类变为点要素类。几何及逻辑网络表将被删除。孤立交汇点类将被删除。为此，建议不要使用孤立交汇点存储附加信息。删除几何网络之前，如果需要保留孤立交汇点要素，则可将这些要素复制或导出到新要素类中。连通性规则和权重将被删除。启用的字段和辅助角色字段不会从要素类中移除。如果重新创建几何网络，可能会重复使用这些字段及其包含的值。构建过程中对网络执行的任何捕捉操作都不会被撤消。如果重新创建几何网络，则不必重新指定捕捉，除非需要更大的捕捉容差。在以下任何情况下，您都需要删除并重新创建几何网络：需要向网络添加新的已填充要素类。需要移除网络中的权重。在先前构建过程中指定的捕捉容差过小。需要将要素类从简单边更改为复杂边，反之亦然。需要添加特定交汇点要素类作为源点或汇点，或者需要移除其辅助角色。想要重命名几何网络。关键的概念禁用要素和禁用图层禁用要素是在特定位置创建障碍的一种更加持久的方法。例如，在城市供水管网中如果给水干管因道路施工项目被挖开并封死，自来水将无法通过这段给水干管。如果禁用代表此给水干管的网络要素，将在此要素处停止追踪。在某些情况下，可能有必要禁用整个图层。例如，通过禁用配电网络中的开关图层并从网络中的某点进行追踪，可以找出为在网络中隔离此点需要扳动的开关，即追踪操作停止处的要素。网络要素的启用或禁用状态是由“启用”字段维护的一种属性。“启用”字段有一个关联的域，即EnabledDomain。EnabledDomain以及“启用”字段有两个可用值：真或假。当基于简单要素类构建几何网络时，该字段会自动添加到输入要素类，并且会创建EnabledDomain（如果尚未存在）并将其关联到“启用”字段。使用选择范围修改追踪任务进行追踪时，ArcMap支持以三种主要方式使用选择范围：使用“分析选项”对话框，可以指定是在网络中的所有要素上、仅所选要素上还是仅未选择的要素上执行追踪操作。仅追踪所选要素表示未选择的要素将充当障碍，而仅追踪未选择的要素表示所选要素将充当障碍。通过以这种方式使用选择范围，可以执行追踪操作为后续操作生成障碍集，或者可以构建选择范围查询来生成要执行追踪操作的网络要素集。可以指定执行追踪操作时选择哪些图层。可通过ArcMap中的“选择范围”菜单，指定可以选择和无法选择的图层。当ArcMap以选择集的形式返回追踪操作的结果时，在“选择范围”菜单中指定的设置将用于确定在追踪返回的选择集中应包含哪些要素。可以使用交互式选择方法（通过“选择范围”菜单设置）来指定生成选择集的行为。可以创建新选择范围，将追踪操作结果添加到当前选择范围，以及从当前选择范围中选择追踪操作结果或移除追踪操作结果。通过ArcMap中的选择功能，可以使用ArcMap自带的简单追踪任务执行复合而复杂的追踪操作。孤立交汇点创建几何网络后，会随之创建一个简单交汇点要素类，称为孤立交汇点要素类。孤立交汇点要素类的名称与几何网络的名称一致，但要加上_Junctions后缀。例如，名为Electric_Net的几何网络会有一个名为Electric_Net_Junctions的对应孤立交汇点要素类。几何网络使用孤立交汇点要素类来保持网络完整性。在创建几何网络期间，如果源数据中某个边的端点处不存在几何重合的交汇点，则在该端点处会插入一个孤立交汇点。通过将孤立交汇点要素归入其他交汇点要素，可从几何网络中移除孤立交汇点要素。归入孤立交汇点就是将其替换为用户定义的交汇点以将其并入网络中。至于如何归入孤立交汇点，有明确定义的规则可供遵循。中跨连通性在中跨处将交汇点连接到边，从而允许从边抽取资源；但该边仍以单个要素形式存在。只有复杂边支持中跨连通性。源头和汇点网络通常用于对现实中的某些系统进行建模，在这些系统中，明确定义了元素在整个网络中的移动方向。例如，电力网络中的电力就是从发电站流向客户。在供水管网中，流向可能不像电力网络中定义的那样明确，但水可能是从泵站流向客户或从客户流向污水处理厂。几何网络就是一个定向流动系统（其中每条边都有一个固定流向）的例子，例如，沿顺流方向流到水文河道内的河流网络。网络中的流向基于一组源头和汇点计算得出。在上面的例子中，电流和水流由源头和汇点推动。以排污管网为例，水流从发电站或泵站（源头）离开，然后流向污水处理厂（汇点）。几何网络中的交汇点可充当源头或汇点。在网络中创建新的交汇点要素类时，可以指定哪些交汇点要素类中的要素可以充当辅助角色（源头或汇点）或不充当任何辅助角色。如果指明这些要素可以充当源头或汇点，则会将一个“辅助角色”字段添加到相应要素类，以记录该要素是要充当源头、汇点还是两者皆非。如果尚未存在名为AncillaryRoleDomain的域，则将创建此域并将其关联到充当源头或汇点的要素类。例如，您可能经报告得知排污管网中某处排水口有污水溢出，并想要找到溢出口上游的所有检修孔以隔离源头。通过将该排水口设置为汇点，系统会重新计算网络的流向，并且对网络的任何追踪都会受到该排水口状态造成的流向更改的影响，从而使您可以找到所有上游检修孔。连通性规则在大多数网络中，并不希望所有边类型都能够在逻辑上连接到所有交汇点类型。类似地，也不希望所有边类型都能够通过所有交汇点类型在逻辑上连接到所有其他边类型。例如，在一个供水管网中，消火栓可以连接到消火栓支管，但不能连接到生活用水支管。类似地，在同一供水管网中，10英寸输水干管只能通过异径管连接到8英寸输水干管。网络连通性规则用于限制可以相互连接的网络要素的类型以及可以连接到另一种要素的任一特定类型的要素数量。通过建立这些规则以及其他规则（例如属性域），可以在数据库中保持网络数据的完整性。任何时间，您都可以有选择地验证数据库中的要素并生成有关网络中哪些要素无效（即违反了连通性规则或其他规则）的报告。存在两种类型的连通性规则：边–交汇点规则和边–边规则。边-交汇点规则是一种连通性规则，用于规定类型A的边连接到类型B的交汇点时应遵循的规则。边-边规则是另一种连通性规则，用于规定类型A的边通过一组交汇点连接到类型B的边时应遵循的规则。边-边规则始终涉及到一组交汇点。性能提升使用要素缓存当在ArcMap中编辑几何网络时，要素之间的连通性将基于几何重叠确定，并通过几何网络动态保持。当将新要素添加到网络要素类时，必须出现几何重叠。这通过在服务器上为网络中的每个要素类执行单独的空间查询来实现。如果出现了重叠，则就建立了网络连通性。动态保持连通性的代价是需要执行上述查询，这会产生很高的成本。为减少成本，可以在编辑网络时使用要素缓存，这样会在当前范围内缓存要素，如此便不会对服务器执行上述空间查询。编辑网络要素时，使用要素缓存会在添加新要素或连接和移动现有要素时显著提高性能。可提高那些方面性能某些操作通常可以通过要素缓存来提高性能，这些操作包括：绘制较大或复杂的数据集；标注、编辑和选择要素；为地图上的多个图层检索相同的要素；使用定义查询来绘制要素。例如，标注可能会是一个漫长且耗费成本的过程，需要多次反复访问数据源，因为标注引擎会尝试在地图上放置最大数量的标注。局限性当在非版本化编辑会话中使用要素缓存进行编辑时必须格外小心。构建某些数据的要素缓存后，如果另一个用户编辑该数据，则不要再处理已经正确的数据。否则，在提交后，可能会覆盖其他用户的编辑内容。以下事件顺序举例说明了这种情况是如何发生的：Tom要开始进行编辑，他构建了井点的要素缓存，并在ArcMap中显示这些点。Susan也要开始她自己的编辑会话，她移动了一个井点，并提交了更改。Tom在Susan开始编辑之前已构建了自己的要素缓存，因此，这时候Tom仍会看到该井点在其初始位置。Tom又将该井点移动到另一个位置并进行提交，从而覆盖了Susan的编辑内容。使用子类型来最小化几何网络中的类数量尽管对几何网络中要素类的数量没有限制，但类越多，保持连通性时需要执行的查询就越多。尝试使用\o"主题:子类型"子类型归类要素类，以减少几何网络中要素类的数量。如果要素类携带不同的属性，则可以使用关系来管理数据库中不同表的特定子类型属性，或者通过对那些没有应用于特定子类型的属性使用空值将所有属性保存在同一表中。网络构建错误修正保持几何网络连通性很重要，如果没有连通性，追踪任务和其他几何网络分析功能就不会按预期的那样工作，所以需要掌握构建几何网络过程中的错误并且及时的修正。错误类型具有空几何的要素包含多部分的边要素形成闭环的边要素或起始交汇点和结束交汇点相同的边要素长度为零的边要素与具有不同z值的边要素折点重合的交汇点独立交汇点；即未连接到任何边的交汇点由于长度接近捕捉容差而不允许自行折叠的边要素发现错误方式几何网络会包含具有无效几何或连通性不一致的要素。ArcGIS提供了一套用于检测和修复几何网络内的各种连通性及几何问题的工具和命令。几何网络编辑工具栏包含用于验证和修复网络要素的命令和工具。验证网络连通性命令将创建一个由连通性不一致的网络要素组成的选择集，并显示列有所选要素数量的对话框。网络连通性不一致的情况包括：网络不具有对应的网络元素网络要素缺少一个或多个网络元素网络要素具有重复的网络元素网络要素与不一致或无效的网络元素关联网络要素与不存在的网络要素关联或连接验证网络几何命令将创建一个由具有无效几何的网络要素组成的选择集。要素具有无效网络几何的情况包括：要素具有空几何要素的几何具有多个部分（仅限边要素）要素的开始顶点和结束顶点相同（仅限边要素）要素具有零长度几何（仅限边要素）如果要素位于选择集内，验证网络几何命令将仅标识具有空几何或零长度的要素。要创建选择集，请在ArcMap内容列表中，右键单击要验证的图层。在选择下，单击全选，然后单击验证网络几何命令。编辑网络要素在现有交汇点处创建新网络边在复杂边上创建新网络边在简单边上创建新网络边归入网络交汇点移动现有网络要素在ArcMap中更改交汇点的辅助网络角色在ArcMap中启用和禁用网络要素在ArcMap中验证网络要素修复几何连通性ArcGIS有两种工具可用于修复网络连通性：重新构建连通性工具和修复连通性工具。可参照几何网络连通性模型：几何网络连通性模型.docx重新构建连通性工具重新构建连通性工具可以逐步重建逻辑网络中边与交汇点之间的连通性。该工具可用于修复较小区域内几何与网络连通性之间的任何局部不一致。要重新构建连通性，必须在参与几何网络的内容列表中选择一个图层。可以使用验证连通性工具或命令来查找失去网络连通性的要素。重新构建连通性工具在用户定义的区域中工作。与定