网络分析扩展模块初探

      一、 网络分析扩展模块概述

      网络分析扩展模块可以创建网络数据集并能够基于网络数据集进行各种网络分析。网络分析扩展模由以下几部分组成：创建网络数据集的向导（在ArcCatalog中），网络分析窗口（在ArcMap中），网络分析工具条（在ArcMap中），和ArcToolbox中的大量Geoprocessing工具。

      创建网络数据集向导可以指导你如何在GDB的要素集中设置网络数据集，也可以使用shapefile数据来设置网络数据集。在这个向导中，可以指定每个要素类在网络中作扮演的角色，比如谁是源头，规定网络中的连通性，识别网络的属性等。

      网络分析窗口用来管理分析的输入数据和分析结果。它可以显示诸如barriers，stops和routes等对象。

      网络分析工具条是一系列菜单和按钮的集合，可以用来添加和修改网络地址，生成方向，识别网络要素，创建网络以及执行基于网络数据集的各种分析。

      网络分析扩展模块也可以创建和使用ArcMap中的图层，包括网络数据集图层和网络分析图层。网络数据集图层可以进行基于网络数据集的显示和查询。

      网络分析图层是由网络分析操作创建的。可以用于后续的分析中，在ArcMap用户界面和Geoprocessing Framework中都可以使用。也可以保存为一个永久图层。

      二、 两种网络的介绍和对比

      网络是由一系列相互连接的点和线所组成的系统。例如，连接各个城市的高速公路，相互联通的城市街道，连接各家各户的排给水网络等。

      网络元素的连通性是网络的分析的基础，另外，相互联通的网络元素本身的属性也可以控制网络的流通。

      在GIS中，我们使用的主要是以下两种网络模型，交通网络和公共设施网络。

      •   交通网络模型

      交通网络是没有方向的网络，这意味着虽然可以给网络边线指定方向，但流通介质（行人或传输的资源）可以自行决定方向、速度、和目的地。例如，行人在街道上开车行使，它可以选择转弯的方向，何时停车，以及行驶的方向。当然，也会有一定的限制，例如，单行线、不允许调头等等。这和公共设施网络是完全不同的。

      在ArcGIS中，交通网络可以用网络数据集来建模。

      •   公共设施网络

      公共设施网络是具有方向的网络。即介质（水流、电流等）会根据网络本身的规则在网络中流动。例如水流的路径是预先设定好的，它也可以改变，但不是由水流本身决定，而是由工程师开关阀门来改变网络的流向。即改变网络的流通规则。

      在ArcGIS中，公共设施网络由几何网络来实现。

      三、 网络数据集的相关概念

      •   网络数据集

      ArcGIS网络分析所使用的网络是存储在网络数据集中的。它由一系列参与网络的要素类构成，是一种高级的连通性模型，可以模拟复杂的场景，例如多模的交通网络。也可以对复杂的网络属性进行处理，例如各种限制，网络等级等。网络数据集由简单要素类（点和线）和转弯（Turns）构成。

      •   网络元素

      网络数据集由网络元素构成。网络要素的几何形体用来构建网络的连通性，除此之外，网络元素还有很多属性可以来控制网络的流通。

      网络元素主要有以下三种：边线（edge）、交汇点（junction）和转弯（turn）。边线和交汇点相互连接，构成介质在网络中的流通路径，是网络中的基本结构。而转弯负责纪录介质在两个或多个边线中运动时的方向信息。

      •   网络数据源

      参与创建网络数据集的一共有三种数据源：边线数据源、交汇点数据源和转弯数据源。线要素类可以作为边线数据源，点要素类可以作为交汇点数据源，而转弯数据源要用专门的转弯要素类。它可以对网络中可能的流通方向进行建模。

      几何网络的要素类是不能参与网络数据集的。但参与网络数据集的要素类可以参与拓扑。

      •   连通性的理解

      当创建网络数据集时，要决定到底需要选择哪些边线和交汇点作为数据源。选择正确的边线和交汇点对于最终能否得到正确地分析结果是很重要的。

      网络数据集的连通性是基于线的端点、节点和交汇点的几何重叠以及作为网络数据集的属性之一的连通规则。

      •   连通组

      ArcGIS网络分析中的连通性是从定义连通组开始的。每一个边线数据源只能指定为到一个连通组中，而交汇点则可以指定到一个或多个连通组中。在不同连通组中的边线只能够通过被指定到两个或多个连通组中的交汇点来连接。连通组可以用来对多模交通系统进行建模。在下面这个由地铁和街道构成的多模网络中，地铁线和地铁的入口在同一个连通组中。但同时，地铁入口也在街道所在的连通组内的，这样就把两个连通组内的元素连接到一起了。

      •   在同一个连通组内的边线的连接

      在同一个连通组内的边线可以有两种方式进行连接，由边线的连通策略来设置。

      如果设置为端点连通，那么只会把在端点重合的线要素融合成一条边线。

      在这种情况下，线要素l1、l2会变成边线元素e1、e2。这种连同策略可以来对交叉的对象进行建模，例如立交桥。

      如果设置为任意节点连通，线要素会在重叠的节点处被打断，变成多个边线。

      但这种策略也并不是把所有相交的线都在相交处打断，如果在相交处没有重叠的节点，那么它并不会自动创建节点把线打断。

      •   在不同连通组内的边线的连接

      在不同连通组内的边线只能够通过在不同的连通组共用的交汇点来连接。

我们以一个由公交网络和街道网络构成的多模交通系统为例，公交车站在两个连通组内。它必须要和公交线路以及街道在空间上重叠。当我们添加公交车站时，它能否成为一个真正的交汇点，要根据交汇点的连通策略来决定。和边线一样，交汇点是在端点还是节点处与边线连通，要根据目标边线的连通策略来决定。然而也可以忽略这种策略。

      例如，公交线路设置的连通策略是端点连通，但我们经常要在路线中间的结点处来设置公交车站，这样我们就可以忽略边线的连通规则。

      •   网络数据集中的转弯

      转弯可以在任意边线相连通的交汇点处创建。在每一个网络交汇点都有N2种转弯的可能，N是和交汇点相连通的边线的数量。即是一个交汇点只和一个边线相连，也可能有一个U型转弯。

      •   转弯要素

      在ArcGIS 网络分析中，转弯可以用转弯要素类（ESRI TurnFeature）来建模。转弯要素类是一种定制的线要素类。

      如果不在网络中，转弯要素类没有任何意义。要使用它，就必须把它加入到网络数据集中。要把转弯要素类加入到网络数据集中，它必须要和其它数据源在同一个要素集内。如果使用shapefile数据，则必须在同一个文件夹中（shapefile工作空间），并且要使用相同的空间参考。网络数据集允许使用多边线转弯。转弯要素类不参与连通组，也没有高程字段。但可以在字段计算器中使用用户定义的字段，方法和其它数据源字段类似。

      创建转弯要素类时可以指定支持的最大边线数量。一个转弯最少有两个边线，最多可支持20条边线。缺省的最大边线的数量为5。

      四、 网络分析的类型

      ArcGIS网络分析可以解决很多常见的网络问题，例如查找最优路径，查找最近的汽车维修站等。下面就对支持的网络分析的类型作简要地说明。

      •   查找最佳路线

      ArcGIS网络分析可以查找两点之间的最佳路线以及遍历多个点的最佳路线。目标点可以通过交互式的在屏幕上设点，通过地址输入或利用已有的点数据的方式来指定。最佳路线也可以根据用户指定的点的顺序来计算。

      •   查找最近的设施

      查找离交通事故发生地最近的医院，离犯罪现场最近的巡逻车，离顾客最近的商场，等等，这些都是查找最近设施的例子。当查找最近设施时，可以指定查找的设施个数或者查找方向。一旦找到最近的设施，就可以显示出它的路线，返回每条路线的通行成本，并显示到每个设施的方向。

另外，网络分析还可以进行其他类型的分析，比如OD成本矩阵，查找服务区域等等。

不管进行什么类型的分析，他们都会遵循一个相似的工作流程：

      •   创建分析图层

      网络分析图层是ArcMap中的一种复杂的图层，它可以用来存储输入数据、参数以及分析的结果。

网络分析图层一共有四种：路经分析图层、最邻近设施分析图层、服务区域分析图层和OD成本矩阵分析图层。

      •   添加网络位置

      网络位置是指那些在网络分析过程中用到的输入数据，例如断点和障碍。

      •   设置分析参数

      网络分析中所使用参数包括成本、限制、U型转弯策略、输出的数据类型以及用于查找网络位置的参数。另外，每种分析还会有各自所特有的参数。这些参数都是在分析图层的对话框中设置。

      •   执行分析并显示结果

      当创建了分析图层、加入了网络位置、也设置了分析参数后，就可以进行分析并生成分析结果。这些结果也是网络分析图层的一部分。

      以上就是对网络分析扩展模块的简要介绍，其中主要介绍网络分析的相关概念以及所能实现的功能。希望这篇文章能够让更多的人了解网络分析，以推动网络分析模块的普及应用。