ArcGIS的幾何網(wǎng)絡(luò)

1、ArcGIS的幾何網(wǎng)絡(luò)1概述網(wǎng)絡(luò)是對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的描述。在使用普通的GIS建立模型時(shí)，大多是在幾何層次上的描述。但是在流域、電力等建模過程中還涉及到了網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)其實(shí)可看作是源、流、匯組成的。源表示網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)起點(diǎn)；匯表示網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)終點(diǎn)；而流則是網(wǎng)絡(luò)中流與匯的連接路徑。在幾何上源和匯可以抽象為點(diǎn)，比如泵站、開關(guān)等。而流則可以抽象為線。在源流匯中，是存在拓?fù)潢P(guān)系的。并且在對(duì)流的描述中還存在方向問題。網(wǎng)絡(luò)其實(shí)一種基于拓?fù)潢P(guān)系的模型。在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中主要有兩種要素邊和連接點(diǎn)?，F(xiàn)實(shí)網(wǎng)絡(luò)中大多都是有方向的，我們?cè)诰W(wǎng)絡(luò)中要對(duì)其進(jìn)行建模。在ArcGIS網(wǎng)絡(luò)模型中存在兩種網(wǎng)絡(luò)，一種是幾何上的網(wǎng)絡(luò)，一種是邏輯上的網(wǎng)絡(luò)。

2、地理網(wǎng)絡(luò)實(shí)際上是由feature class的集合組成。邏輯網(wǎng)絡(luò)是網(wǎng)絡(luò)連接無力層次上的。每一個(gè)邏輯網(wǎng)絡(luò)里的element與地理網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)feature關(guān)聯(lián)。在ArcMap和ArcCatalog中用一種特殊的方法來處理地理網(wǎng)絡(luò)。在地理網(wǎng)絡(luò)中編輯和繪圖，管理網(wǎng)絡(luò)中的feature都由ArcGIS自動(dòng)控制了。地理網(wǎng)絡(luò)由邊界特征（edge network features）和連接特征（junction network feature）組成。地理網(wǎng)絡(luò)中的邊界特征和邏輯網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)邊界元素關(guān)聯(lián)；地理網(wǎng)絡(luò)中的連接特征和邏輯網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)連接元素關(guān)聯(lián)。地理網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)Simple edge feature和邏

3、輯網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)edge element關(guān)聯(lián)。Simple edge feature由兩個(gè)Junction feature連接而成。如果一個(gè)Simple edge feature中添加一個(gè)Junction feature，則這個(gè)Simple edge feature在地理網(wǎng)絡(luò)中被封為了兩個(gè)新的Simple edge feature。地理網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)Complex edge feature與邏輯網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)或者多個(gè)edge element關(guān)聯(lián)。Complex edge feature至少由兩個(gè)Junction feature組成，但是在邊界上可添加Junction feature。如果在一個(gè)Com

4、plex edge feature上添加一個(gè)Junction feature ，Complex edge feature不會(huì)被分為兩個(gè)，而在邏輯上被封為了兩個(gè)edge element。一個(gè)Complex junction feature在邏輯層次上可以與多個(gè)邏輯的Junction feature關(guān)聯(lián)。2基本概念2.1源流匯網(wǎng)絡(luò)通常用來模擬現(xiàn)實(shí)世界。而在現(xiàn)實(shí)世界中網(wǎng)絡(luò)總是具有運(yùn)動(dòng)方向的。例如電力網(wǎng)的電流方向，從發(fā)電站到用戶。在水網(wǎng)中，水流方向不是像電流一樣，但是水流可能是從一個(gè)泵站流到用戶再進(jìn)入水處理廠的。從這個(gè)意義上來說網(wǎng)絡(luò)可以分為有方向網(wǎng)絡(luò)和無方向網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)中的流向是根據(jù)一系列的源（Sour

5、ces）和匯（Sinks）計(jì)算出來的。在上面的例子中電流和水流是由一系列的源與匯來驅(qū)動(dòng)的。流總是從源（Sources）開始向匯（Sinks）流動(dòng)。Junction feature在地理網(wǎng)絡(luò)中可以作為源（Sources）或者流（Sinks）。在ArcGIS中建立一個(gè)Junction feature class時(shí)可以指定是源還是匯，或者什么都不是。如果指定為源或者流，一個(gè)新的字段Ancillary Role被建立用來記錄該特征是源還是匯。在當(dāng)在ArcMap中計(jì)算流向時(shí)，流向根據(jù)網(wǎng)絡(luò)中的源與匯計(jì)算出來的。在編輯過程中可能對(duì)一個(gè)Junction feature的AncillaryRole進(jìn)行修改，比如

6、閘的開關(guān)，這是流向要重新進(jìn)行計(jì)算。2.2可用和不可用在地理網(wǎng)絡(luò)中的edge feature和junction feature在邏輯網(wǎng)絡(luò)中都可以設(shè)置為可用（Enable）或者不可用（Disable）。一個(gè)feature如果在邏輯網(wǎng)絡(luò)中設(shè)置為Disable那么在網(wǎng)絡(luò)中則是扮演柵欄（barriers）的角色。流在碰到任何網(wǎng)絡(luò)中的Barrier就會(huì)停止。每個(gè)feature的Enable和Disable都被保存在Enabled的屬性字段中。此字段為邏輯型，其值為True或False。當(dāng)由一個(gè)Simple feature class建立網(wǎng)絡(luò)時(shí)，Enable字段被自動(dòng)加入到feature class中。當(dāng)使

7、用ArcCatalog建立網(wǎng)絡(luò)時(shí)，Enable是一個(gè)必須字段。網(wǎng)絡(luò)中存儲(chǔ)了Weight 、Ancillary Roll 和Enable字段，這些都是用戶可以在邏輯網(wǎng)絡(luò)中看到的狀態(tài)。當(dāng)分析與網(wǎng)絡(luò)特則相反時(shí)，這些字段的值不直接決定enabled 、ancillary role 和權(quán)重。這些狀態(tài)描述屬性存儲(chǔ)在邏輯網(wǎng)絡(luò)中。2.3權(quán)重網(wǎng)絡(luò)可以有一系列權(quán)重關(guān)聯(lián)。權(quán)重可邏輯上以視為流動(dòng)的消耗。權(quán)重是基于特征屬性（attribute）計(jì)算得出的。一個(gè)網(wǎng)絡(luò)可以具有任意數(shù)量的權(quán)重。網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)feature class可以有幾個(gè)權(quán)重或者全部權(quán)重或者沒有與屬性關(guān)聯(lián)的權(quán)重。每個(gè)特征的權(quán)重由這個(gè)特征的屬性決定。每個(gè)權(quán)重

8、可以和一個(gè)或者多個(gè)屬性關(guān)聯(lián)，就是說可以同時(shí)和幾個(gè)屬性關(guān)聯(lián)。在地理網(wǎng)絡(luò)中的edge feature和junction feature在邏輯網(wǎng)絡(luò)中都可以設(shè)置為可用（Enable）或者不可用（Disable）。一個(gè)feature如果在邏輯網(wǎng)絡(luò)中設(shè)置為Disable那么在網(wǎng)絡(luò)中則是扮演柵欄（barriers）的角色。流在碰到任何網(wǎng)絡(luò)中的Barrier就會(huì)停止。每個(gè)feature的Enable和Disable都被保存在Enabled的屬性字段中。此字段為邏輯型，其值為True或False。當(dāng)由一個(gè)Simple feature class建立網(wǎng)絡(luò)時(shí)，Enable字段被自動(dòng)加入到feature class中

9、。當(dāng)使用ArcCatalog建立網(wǎng)絡(luò)時(shí)，Enable是一個(gè)必須字段。網(wǎng)絡(luò)中存儲(chǔ)了Weight 、Ancillary Roll 和Enable字段，這些都是用戶可以在邏輯網(wǎng)絡(luò)中看到的狀態(tài)。當(dāng)分析與網(wǎng)絡(luò)特則相反時(shí)，這些字段的值不直接決定enabled 、ancillary role 和權(quán)重。這些狀態(tài)描述屬性存儲(chǔ)在邏輯網(wǎng)絡(luò)中。3網(wǎng)絡(luò)建立3.1介紹一個(gè)地理網(wǎng)絡(luò)必須建立在一個(gè)feature dataset中。地理網(wǎng)絡(luò)是由Dataset中的feature class組成的一個(gè)拓?fù)潢P(guān)系。最基本的做法是要先確定哪些feature class要參與到網(wǎng)絡(luò)中。在ArcGIS中面feature是不能建立網(wǎng)絡(luò)的。確定

10、了哪些圖層來組建網(wǎng)絡(luò)后，就可以來確定網(wǎng)絡(luò)中的權(quán)重。最后可以設(shè)置一些別的參數(shù)，如Disable和AncillaryRole等。有兩種方法來建立地理網(wǎng)絡(luò)。一種是建立一個(gè)空的地理網(wǎng)絡(luò)，第二種是在已有的feature classes的基礎(chǔ)上的網(wǎng)絡(luò)。一、建立一個(gè)空的地理網(wǎng)絡(luò)可以用ArcCatalog建立一個(gè)地理網(wǎng)絡(luò)。也可以使用ArcMap中的編輯工具來建立網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)然可以采用VB、VBA或C+代碼將feature加入到網(wǎng)絡(luò)中。建立一個(gè)空的網(wǎng)絡(luò)有以下幾個(gè)步驟：1、使用ArcCatalog來建立一個(gè)feature dataset用來裝載地理網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)絡(luò)的feature class。2、使用ArcCatalog在

11、feature dataset中建立一個(gè)空的地理網(wǎng)絡(luò)。3、使用ArcCatalog在feature dataset中建立新的feature classes做為地理網(wǎng)絡(luò)中的元素。4、使用ArcCatalog建立邏輯網(wǎng)絡(luò)中元素的connectivity rules。5、使用用戶定義的腳本語言或者ArcMap編輯工具加入feature。二、使用存在的數(shù)據(jù)建立地理網(wǎng)絡(luò)在ArcCatalog和ArcTools中有工具可以實(shí)現(xiàn)用現(xiàn)存數(shù)據(jù)建立地理網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)然前提是你要這些數(shù)據(jù)并且這些數(shù)據(jù)要作為網(wǎng)絡(luò)中的的一個(gè)角色。3.2網(wǎng)絡(luò)如何建立通過現(xiàn)存的數(shù)據(jù)建立網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)大的操作，要考慮花費(fèi)時(shí)間和消耗的系統(tǒng)資源。這些主要由

12、輸入的特征的多少來決定。如果這些特征請(qǐng)求了吸附（snapping）操作，則建立網(wǎng)絡(luò)所花的時(shí)間主要是在特征吸附上。網(wǎng)絡(luò)建立過程有以下幾個(gè)步驟：1、如果選擇吸附，吸附簡單特征（simple feature）；2、如果選擇吸附，吸附復(fù)雜特征（complex feature）；3、建立一個(gè)空的邏輯網(wǎng)絡(luò)；4、在Geodatabase中建立網(wǎng)絡(luò)模式（network schema）；5、從輸入的特征類中選擇屬性用來計(jì)算權(quán)重；6、建立拓?fù)潢P(guān)系；7、根據(jù)需要建立孤立連接（orphan junctions），在邏輯網(wǎng)絡(luò)中加入連接特征（junction features），并初始化連接特征的Enable值；8、給連

13、接元素（junction features）設(shè)置權(quán)重；9、在邏輯網(wǎng)絡(luò)中加入邊（edge）；10、設(shè)置邊元素（edge elements）的權(quán)重；11、在Geodatabase中建立必要的索引；3.3關(guān)于吸附明智的選擇是在建立網(wǎng)絡(luò)之前要保證數(shù)據(jù)的純凈（clean）。純凈數(shù)據(jù)在這里是指所有在網(wǎng)絡(luò)中連接的特征在幾何必須保證其一致性。就是說，沒有懸掛弧段和偽節(jié)點(diǎn)等。然而在現(xiàn)實(shí)中很難做到這樣，那么數(shù)據(jù)就要在網(wǎng)絡(luò)建立過程中可能進(jìn)行吸附操作。了解基于吸附的連接在建立網(wǎng)絡(luò)時(shí)如何實(shí)現(xiàn)和特征的幾何特征是如何調(diào)整來建立連接是非常重要的。按照前面說的吸附可以分為以下幾種來處理：簡單邊界吸附、復(fù)雜邊界吸附、節(jié)點(diǎn)簇、自連

14、接、重合連接點(diǎn)。3.3.1簡單邊界吸附依靠簡單邊特征構(gòu)成的連接只能在邊特征的端點(diǎn)上，在中間的部分即使有節(jié)點(diǎn)存在也不能建立連接。3.3.2復(fù)雜邊界吸附對(duì)于依賴復(fù)雜邊的連接建立可以在邊的兩端或者在其中間，如果中間沒有節(jié)點(diǎn)，那么會(huì)在連接處新建一個(gè)節(jié)點(diǎn)。當(dāng)吸附到復(fù)雜邊時(shí)，連接特征必須是一個(gè)端點(diǎn)。當(dāng)一個(gè)中間部分和中間部分在一起時(shí)是不會(huì)建立連接的。3.3.3節(jié)點(diǎn)簇兩個(gè)對(duì)象吸附時(shí)，如果一個(gè)中有多個(gè)節(jié)點(diǎn)在容差范圍內(nèi)，那么我們稱這些節(jié)點(diǎn)為節(jié)點(diǎn)簇。與一個(gè)節(jié)點(diǎn)簇吸附時(shí)，會(huì)與其中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)吸附，但不一定是最近節(jié)點(diǎn)。3.3.4自連接一個(gè)對(duì)象自身的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)在容差范圍內(nèi)這種連接不會(huì)建立。如果建立則是自連接。這種連接就是環(huán)流，在實(shí)際中不存在，或者可以用多條流來代替。3.3.5特征調(diào)整在建立網(wǎng)絡(luò)過程中吸附過程中，要了解在吸附過程中幾何特征是如何調(diào)整的。在用向?qū)Ы⒌乩砭W(wǎng)絡(luò)時(shí)部分或者全部的特征類被指定為可以調(diào)整的，這些是可以進(jìn)行調(diào)整的。那些在不能調(diào)整的特征類中的特征在網(wǎng)絡(luò)建立過程中固定不變。在吸附調(diào)整中，所有特征類中的所有特征都具有相同的權(quán)重。這就是說，要同時(shí)調(diào)整一個(gè)吸