某市区几何网络的建立.doc

附件一：实验报告基本内容及要求实验报告的基本内容及要求实验报告应体现预习、实验步骤记录和实验报告，要求这三个过程在一个实验报告中完成。1实验预习在实验前每位同学都需要对本次实验进行认真的预习，并写好预习报告，在预习报告中要写出实验目的、要求，需要用到的软件设备以及简要的实验步骤，形成一个操作提纲。对实验中的安全注意事项及可能出现的现象等做到心中有数，但这些不要求写在预习报告中。2实验记录学生开始实验时，应该将记录本放在近旁，将实验中所做的每一个操作步骤、每个步骤所对应的操作界面，以及操作界面中的参数选择如实地记录下来。实验记录中应有指导教师的签名。3实验总结主要包括对实验操作步骤、实现结果、实验的关键点等内容进行整理、解释、分析总结，回答思考题，提出实验结论或提出自己的看法等。附件二：实验报告格式贵州大学实验报告（小三号，加黑）学院：资源与环境工程学院 专业：土地资源管理 班级：土管101班姓名张青萍学号1008100290实验组实验时间指导教师成绩实验项目名称某市区几何网络的建立 实验目的（1） 通过本练习，使读者掌握根据已有要素来建立几何网络的详细过程，进据库的创建有更全面的认识。 （2） 为网络分析操作打下基础。实验要求在 City要素数据集中导入某城市交通网络（net.shp）、商业中（center.shp）、旅游景点（famousplace.shp）三个 Shapefile，建立该数据集的几何网络，为网络分析的网络分析做好准备。实验原理（1）空间数据的网络分析是对地理网络，城市基础设施网络（如各种网线，电缆线，电力线，电话线，供水线，排水管道等）进行地理化和模型化，基于它们本身在空间拓扑上的关系、内在联系、跨度等属性和性质来进行空间分析，通过满足必要的条件得到合理的结果。网络分析的理论基础是图论和运筹学，它是从运筹学的角度来研究，统筹，策划一类具有网络拓扑性质的工程如何安排各个要素的运行使其能充分发挥其作用或达到所预想的目标，如资源的最佳分配，最短路径的寻找，地址的查询匹配等，而在此之中所采用的是基于数学图论理论的方法，即利用统筹学建立模型，再利用其网络本身的空间关系，用数学的方法来实现这个模型，最终得到结果，从而指导现实和应用，故而对网络分析的研究在空间分析中占有着极其重要的意义。（2）空间网络分析：空间网络分析（spatial network analysis）是 GIS空间分析的重要组成部分。网络是一个由点、线的二元关系构成的系统，通常用来描述某种资源或物质沿着路径在空间上的运动。例如城市的道路系统、各类地下管络系统、流域的水网等，都可以用网络来表示，形成个类物质，能量和信息流通的通道。（3）空间网络分析的用途：空间网络分析的用途很广泛，共公共交通运营线路的选择和紧急救援行动线路的选择等，与网络最佳路径选择有关；当估计排水系统在暴雨期间是否溢流及河流是否泛滥时，需要进行网流量分析或负荷估计；城市消防站的分布和医疗保健机构的配置等，可以看成是利用网络和相关数据进行资源的分配等。（4）网络数据结构：网络数据结构时通常包含两个部分的内容，一是网络数据的几何结构，一是网络数据的拓扑结构。网络数据的几何结构表示网络的地理分布位置，可以用矢量数据结构中的点和线来表达；网络数据的拓扑结构表示网络中元素的连接关系，如道路之间的连通性质等。网络数据的拓扑结构通常用图的形式来表达，网络图论是空间网络分析的重要理论基础。（5）图（graph）的定义：图论中的“图”并不是通常意义下的几何图形，而是一个以抽象的的形式来表达确定的事物以及事物之间是否具备某种特定关系的数学系统或逻辑模型。一个图G是由非空顶点集合和其中顶点偶对形成的边（或弧）集合所构成的二元组。顶点的无序对叫作边，由边组成的图称作无向图；顶点的有序对称作弧，由弧组成的图称为有向图，即图中有虎连接的两个顶点具有方向性，例如，道路中的单行线只能像一个方向通行。边或弧上带有权重的图就成为网络。有一个顶点出发到另一个顶点所经过的顶点序列成为一条路径。（6）邻接矩阵：在计算机中，图或网络的存储可以采用理解矩阵的方法。邻接矩阵（Adjacency Matrix）：是表示顶点之间相邻关系的矩阵。设G=(V,E)是一个图，其中V=v1,v2,vn。G的邻接矩阵是一个具有下列性质的n阶方阵：对无向图而言，邻接矩阵一定是对称的，而且对角线一定为零（在此仅讨论无向简单图），有向图则不一定如此。在无向图中，任一顶点i的度为第i列所有元素的和，在有向图中顶点i的出度为第i行所有元素的和，而入度为第i列所有元素的和。用邻接矩阵法表示图共需要n2个空间，由于无向图的邻接矩阵一定具有对称关系，所以扣除对角线为零外，仅需要存储上三角形或下三角形的数据即可，因此仅需要n（n-1）/2个空间。实验步骤 1） 创建地理数据库 在ArcCatalog树中，右键单击Result文件夹，单击New，单击Personal Geodatabase，输入所建的地理数据库名称：NewGeodatabase。 2） 在新建的地理数据库中创建要素数据集。打开 New Feature Dataset 对话框，如图 1 所示。将数据集命名为：city。图1 创建要素数据集A、 单击下一步按钮，打开 new feature dataset对话框 。如图2所示。 图2B、 单击Import按钮，选择要与之具有相同坐标系统的数据集：net.shp、famousplace.shp或center.shp，如图 3所示。图3C、 单击next按钮，设置参数为默认值。如图4所示。图4D、单击 finishion按钮，再单击确定按钮，完成要素数据集的建立。2）向数据集中导入数据 A、 在 ArcCatalog 树中，右键单击 Result 文件夹中的 Topology数据集，单击 Import，单击 Feature Class(multiple)。B、打开 Feature Class to Geodatabase(multiple)对话框，如图5 所示。导入net.shp、famousplace.shp和center.shp三个shapefile，单击OK按钮。图5 3）建立几何网络A、在 ArcCatalog 目录树中，右键单击 City要素数据集，单击 New，单击 Geometric Network 命令。打开 Build Geometric Network Wizard 对话框，如图6所示。 图6B、单击 Next 按钮，打开选择如何建立几何网络的对话框，如图 7所示。选择 Build a geometric network from exiting features单选按钮，用已有要素建立几何网络。图7C、单击 Next 按钮，打开选择几何网络要素类对话框，如图 8 所示。选择需要在几何网络中包含的要素类，并为新的几何网络输入名称（选择默认的名称）。 图8D、单击 Next 按钮，打开是否保留有效值的对话框，如图 9 所示。一个网络要素是否有效，其状态由Enabled属性字段来维护的，该字段的取值由两个：True和False。选择 No 单选按钮，所有的网络要素有效；选择 Yes 单选按钮，保留 Enabled 字段里现有的属性值。图9E、单击 Next 按钮，打开选择变成复杂边的要素类对话框，如图 10 所示。如果想让输入的线要素类变成复杂的边，选择 Yes 单选按钮。并选择想变成复杂边的线要素类，没有被选中的线要素将是简单边。 图10F、单击 Next 按钮，打开网络要素自动捕捉对话框，如图 11 所示。如果需要让输入要素在网络建立过程中被自动调整并捕捉，选择 Yes 单选按钮，输入捕捉误差（Snap Tolerance）。选择需要被自动调整并捕捉的要素类。 图11G、单击 Next 按钮，打开设置连接要素类型对话框，如图 12所示。如果想让连接要素类中的一些要素能够作为源或汇，选择 Yes 单选按钮，并选择需要存储源（Source）或汇（Sink）的连接要素。 图12H、单击 Next 按钮，打开设置网络权重对话框，如图 13 所示。如果想在网络中添加按钮添加新权重，单击 添加的权重，单击 按钮可以删除已经权重，选择 Yes 单选按钮。为添加的权重确定名称（Weight Name）和类型（Type）；如果不想在网络中添加权重，选择 No 单选按钮。这里添加了三个权重：yuzhi、length和 minutes，类型都是双浮点型。 图13I、单击 Next 按钮，打开分配网络权重对话框，如图 14、15、16 所示。把这些权重分配给每一个要素类的特定字段。 图14图15图16J、在 Available network的下拉框中选择将分配给属性的网络权重。对于想关联权重的要素类，在 Associated field 列下选择想关联权重的该要素类中的字段如果选择 None，则该要素类不关联权重。 K、单击 Next 按钮，打开网络设置总结信息框，如图 17 所示。检查相应的网络设置选项，如果需要改变则按 back，返回进行修改。 图17L、当所有网络选项设置全部满足时，单击 Finish 按钮，完成新的几何网络的建立。 图18M、出现进程条，当进程结束时，可以看到在 ArcCatalog 树中 City 要素集中产生两个新的类，一个是 City_Net，是指几何网络类；另一个是City_Net_Junctions，是指网络上结点要素类。如图 19 所示。 图19 4） 添加新的几何网络要素类 新的几何网络要素类包含两种：一种是网络边要素类，另一种是网络连接要素类。所有的网络要素类同简单要素类一样，都有相同的必须字段 OID 和 Shape，除此之外，网络边要素还必须有个字段称为 Enabled，它是决定逻辑网络的可运行性的，这个字段有个固定的属性域。网路连接要素类可以作为网络中的起点或终点，为了记录一个连接要素是否为起点或终点，必须建立一个AncillaryRole 字段，同 Enabled一样AncillaryRole 字段也有一个固定的属性域。 A、 建立一个新的网络边要素类 a、 在 ArcCatalog 目录树中，右键单击 City要素数据集，单击 New，单击 Feature Class命令。打开 New Feature Class对话框。b、在 New Feature Class对话框中输入几何网络新要素的名称和假名；在 Type 栏下选择第二个单选按钮：建立一个新的几何网络要素类；在其下部的第一个下拉框中选择边要素类型：ESRI Complex Edge Feature，建立存储复杂边要素的要素类；在第二个下拉框中选择要素类参入的几何网络。c、其余步骤与建立一个新要素类相似（添加属性字段：name 和 length，类型分别为Text 和 Double）。直到出现设置网络权重字段对话框。在此可以把网络权重和所建立的边要素类中的字段联系起来。将权重 length 与新建的网络边要素类中的 length 字段相关联。d、单击完成按钮，完成几何网络新的边要素类的建立。B、建立一个新的网络连接要素类a、在 ArcCatalog 目录树中，右键单击 City要素数据集，单击 New，单击 Feature Class命令，打开 New Feature Class 对话框。 输入几何网络新要素的名称和假名；在 Type 栏下选择第二个单选按钮，建立一个新的几何网络要素类；在其下部的第一个下拉框中选 ESRI Simple Junction Feature 选项；在第二个下拉框中选择要素类参入的几何网络。b、 选中The junction in this feature class can be sources and sinks in the network复选框，允许这个连接要素类中的要素可以作为网络中的源或汇。 c、 其余步骤与建立一个新要素类相似。可以增加属性字段 name，类型为 Text。不分配权重。5）定义网络规则 网络连接规则限制可能连接到其他网络要素的网络要素的类型，以及可以连接到其他类型要素的特定类型要素的数目。通过建立这些规则，连同其他规则（例如属性域），可以维护地理数据库中网络数据的完整性。有两种类型的连接规则：边-连接（Edge-Junction）规则和边-边（Edge-Edge）规则。Edge-Junction 规则建立类型 A的一个边连接到类型 B 的一个连接的网络关系；Edge-Edge 规则建立通过类型 C 的一个连接，类型 A的一个边连接到类型 B 的一个边的网络关系。Edge-Edge规则总是包括一个 Junction。 A、 建立 Edge-Edge 规则： a、 在 ArcCatalog 目录树中，右键单击需要建立 Edge-Edge 规则的几何网络，单击Properties 命令。b、 打开建立几何网络规则对话框（Connectivity选项卡）。在Connectivity rules for下拉框中选择需要建立规则的要素类。c、 如果所选要素类有子类型，在 Subtype in this feature class中选择要素类的子类型。在Subtype in the Network 栏中，选取几何网络中的边要素或子类型，使其可连接到上面确定的边子类型或要素类。 d、 在 Junction Subtypes栏中，浏览并选择 Junction要素类和子类型，通过该连接，那些边要素类或子类型才允许被连接。 e、在本例中，各个要素类都没有子类型，所以，只要在 Connectivity rules for下拉框中选择需要建立规则的要素类，单击确定按钮，完成 Edge-Edge 规则的建立。 B、建立 Edge-Junction 规则： a、 在 ArcCatalog 目录树中，右键单击需要建立 Edge-Junction规则的几何网络，单击Properties 命令，打开建立几何网络 Edge-Junction 规则对话框（Connectivity选项卡）。b、 在 Connectivity rules for 下拉框中选择需要建立规则的要素类。 c、 如果所选要素类有子类型，在 Subtype in this feature class中选择该要素类的子类型。在 Subtype in the Network 栏中，选择一个 Junction 要素类或子类型，使其可连接到上面确定的边子类型或要素类。 d、 如果需要限制这个可以连接到单一的 Junction 类型的边的数目：选中 Cardinality选项组的第一个复选框 Specify number of edges a junction can connect to，并在 Min窗口和 Max窗口输入允许的边的最小数目和最大数目。 e、 如果想限制这个可以连接到单一的边类型的 Junction 的数目：选中 Cardinality 选项组的第二个复选框 Spe