扩展学习笔记2NetworkAnalyst扩展模块

1、Network Analyst网络分析扩展模块1 概述Network Analyst网络分析扩展模块是ArcGIS Desktop中重要的扩展模块。基于Network Analyst网络分析扩展模块，我们可以1.针对交通网络（Transportation Network）创建和编辑Network Dataset网络数据集。2.基于Network Dataset网络数据集执行网络分析。网络分析主要包括5种分析类型：寻找最优路径、寻找服务区域、寻找最邻近设施、创建OD（Original-Destination）成本矩阵、解决车辆行车路线（路径规划）问题。2 组成Network Analyst网络分

2、析扩展模块由以下四个部分组成：1.ArcCatalog中创建Network Dataset网络数据集的向导：利用向导工具，可基于shapefile文件或者要素集中要素类创建网络数据集，并定义网络源数据及其在网络中扮演的角色、指定网络中的连通性和网络属性。2.ArcMap中网络分析窗口：网络分析窗口帮助你管理用于网络分析的输入和分析结果，例如障碍、站点和路线。3.ArcMap中网络分析工具栏：网络分析工具栏是一系列菜单和按钮的集合，用于添加和修改网络位置、产生方向、识别网络要素、构建网络和基于网络数据集执行网络分析。4.ArcToolbox中GP工具：用于网络分析操作的一系列工具。除此之外，网络

3、分析扩展模块也支持网络数据集图层和网络分析图层的使用和创建。基于网络数据集图层（.lyr）可显示和查询基础的网络数据集数据。网络分析图层是网络分析操作创建的图层，利用ArcMap中的提供的接口和GP工具可用于进一步的分析操作。图1 网络数据集图层图2 网络分析图层3 网络数据集ArcGIS Network Analyst 网络分析扩展使用的网络数据存储在network dataset网络数据集中，其可通过参与网络的多个要素源来创建。网络数据集利用高级的连通模型来描述复杂的情形，例如多样式交通网络Multimodal transportation network。Multimodal交通网络拥有

4、丰富的网络属性模型，用来对障碍、限制和等级进行建模。网络要素集是通过简单要素线、点和转弯来构建的。在 ARC/INFO中，Coverage数据可用来创建网络数据集；ArcView GIS中，当基于线状Shapefile数据第一次进行网络分析时创建网络数据集；ArcGIS中，网络数据存储可持续的网络，支持对网络数据的存储，属性编辑、网络建模。创建网络数据集要设置许多选项。由于GeoDatabase中的要素集可存储多个要素类，网络要素集可利用多个数据源对多样式网络进行建模，因此网络数据集可利用存储在个人或企业级GeoDatabase要素集中的多个要素类来创建。基于Shapefile的网络数据集为A

5、rcView GIS用户提供了快速迁移数据的机会。Shapefile网络数据集是由包含网络源（例如街道网络）的shapefile线要素类或者转弯要素类来创建的，不支持多边的数据源，无法用于多样式网络建模。ArcGIS Network Analyst扩展可直接读取SDC网络数据集（Smart Data Compression要素类的集合，共享属性信息），直接进行网络分析。1 网络元素 network element网络数据集由网络元素组成。网络元素通过创建网络数据集的数据源来创建；连通性通过源要素的几何形状来构建；网络元素的属性控制网络中的运动。网络元素可划分为三种：边edge、节点Juncti

6、on和转弯turn。Edge与节点相连，是资源流动的纽带；Junction连接边Edge，引导从一条边到另一条边的移动；转弯记录在两个或多边之间运动的信息。其中Edge和Junction是网络的基本结构。网络中的连通性处理边、节点和其他元素间的连接。Turn是可选的网络元素，用来存储特殊的转弯移动的信息，例如左转弯就是对特定边向另一条边转弯的限制。网络数据集源可分为三类：边要素源、节点要素源和转弯要素源。边要素源是线要素类；节点要素源是点要素类；转弯要素源是Turn要素类（Turn Feature）。几何网络不能作为网络数据集的数据源。举例：数据源如何创建一个简单的交通网络。利用街道要素类来创

7、建Edge元素，街道交叉要素类创建Junction元素，另外铁路线和公交线也可以用来构建网络Edge元素，火车站和公交车站也可用来构建网络节点Junction元素。2 连通性 Connectivity连通组 Connectivity groupsArcGIS Network Analsyt的连通性始于连通组的定义。每个Edge源只能分配给一个连通组，而节点源可分配给一个或多个连通组。连通组可用来对多层次交通系统建模。例如地铁和街道多层次网络中，地铁线和地铁出入口分配在同一连通组；街道和地铁出入口分配在另一连通组；分配在两个连通组中的地铁出入口成为了连接两个连通组的纽带。两组间的所有路径必须穿过

8、共享的地铁出入口。例如路径提供者要计算行人在一个城市中从一个地方到另一个地方的最佳路线是步行到地铁口，上地铁，在换乘站换乘另一地铁，然后从另一地铁口出来。连通组独立维护各自的网络，但是在共享的地铁口进行连接。连通组内边连接连通组内的边连接有两种方式：endpoint终点和any vertices任意顶点，作为边源的连通策略进行设置。endpoint终点连接策略，即生成边的线要素仅仅在一致的终点上相连。例如桥和街道的连接，桥必须在其终点连接街道，而在其下穿过的街道与桥不相连。如下图。除此之外，立交桥等也可利用该连接策略。any vertices任意顶点连接策略，即线要素在一致的顶点上分割开，例如

9、交叉街道。如果两个线要素没有一致的顶点，则无法在相交处分割。通过节点在连通组间进行边连接在不同连通组的边是通过共享的节点来进行连接的。例如多样式交通系统中的公交网络和街道网络，通过点数据源添加公交车站存在与两个连通组中。公交车站的点位在空间上必须与公交线和街道线保持一致。当添加一个公交车站点时，该点能否成为节点依赖于节点连通策略。节点在终点还是顶点连接边，依赖于目标边数据源的连通策略。然而，有些情形下可能需要复写连通行为。例如，公交线采用公交车站的终点连通策略，但是经常可能需要把公交车站放在中间的某个顶点上。要实现上述这种节点的连通，必须设置节点连通策略用来复写默认的行为，从而把节点连接到给定

10、的边上。对公交车站节点不进行连通策略复写的实现，如图3（a）所示。连通策略复写后如图3（b）所示。 图3（a） 不复写连通策略 图4（b） 复写连通策略高程字段高程字段用于ARC/INFO,ArcView GIS和ArcGIS的连通性建模，精化网络数据集模型。该高程字段不同于构建Z高程字段，Z高程是物理高程信息被存储在在要素的每个节点中。该高程字段用来描述线要素终端的高程。例如下图所示的4条线要素EF1、EF2、EF3、EF4，属于同一连通组并设置终点连通策略。EF3和EF4的高程值是0；EF1和EF2的高程值是1。因此在线要素相交处，EF3与EF4是相连的，EF1和EF2是相连的。在ArcG

11、IS中利用高程字段可增强建模的精度，尤其是对桥和隧道的建模。3 网络属性网络属性是网络元素的基本属性，控制网络的可通达性。网络属性由五种基本特性组成：名称、使用类型、单位、数据类型和使用默认设置。(1) 使用类型：定义在网络分析中属性的使用方式，作为成本、描述、限制和层次。成本属性用于计算最短路径（最小距离）和最快路径（最小时间）。描述：用于说明网络或网络元素特征，例如街道网络中的车道数量、限速等。描述器不是成本属性，但其可以和距离结合来创建成本属性。限制：限制被看作是特殊的网络元素，在网络分析中，限制元素是不能被穿越的。例如 单向街道可通过限制属性来建模。层次：网络元素的顺序或等级。例如在街

12、道网络中道路的等级划分。在ArcGIS 网络分析中，不同等级的道路可划分为三个层次：主要道路、二级道路和区域道路。(2) 单位：成本属性的单位是距离或时间，例如cm、m、min和sec秒；描述器、等级和限制都是没有单位的。(3) 数据类型：Boolean、整形、float和double型。成本属性不能是布尔型，限制通常是布尔型的，等级通常是整形的。(4) 使用默认设置：使用默认设置可在新创建的网络分析图层上自动设置属性。4 网络分析实例网络分析实例将在下一篇中进行介绍。(1) 创建基于Shapefile的网络数据集(2) 创建基于GeoDatabase的网络数据集(3) 创建多样式的网络数据集

13、(4) 查找最优路径(5) 查找最近的消防站(6) 计算服务区域和OD成本矩阵5 附录：网络类型介绍网络是由相互作用元素构成的系统，连通性是在网络间移动的根本。在ArcGIS中，网络用于两种类型的模型构建交通网络模型和公用设施网络模型。交通网络：交通网络是无方向网络，即虽然在网络中给边分配方向，但行为者可以自由决定移动方向、速度和目的地。例如，在街道上驾车行驶的人可选择要转弯的街道、停车的时间、行驶的方向。网络上的限制，例如单向行驶或者不允许U型转弯是行为者要遵循的规章。这是交通网络与公用设施网络截然不同的地方。在ArcGIS中，交通网络是通过网络数据集Network Dataset来建模的；其网络分析功能是通过Network Analyst扩展模块来完成的，具体功能参见上文介绍。ArcMap中的工具条如下所示。公用设施网络：公用设施网络