基于ArcGIS网络模型的最优路径算法分析与实现
基于ArcGIS网络模型的最优路径算法分析与实现
刘建川，杨 军，甘 泉
（四川省基础地理信息中心，成都 610041）
摘要: 根据ArcGIS网络模型和城市道路交通网络的特点，设计了能够描述城市交通禁则（禁止直行、禁止左转、禁止调头等）的道路交通网络模型。利用该模型对传统的Dijkstra算法进行了改进，提出了能解决城市交通禁则问题的最优路径算法。通过城市路网对比试验，结果表明，所提出的算法能够根据城市交通禁则规划出实用的最优路径。
关键词：Dijkstra算法；ArcGIS；最优路径；网络模型
Algorithmic Analysis and Implementation Of Optimal Route
Based On ArcGIS Network Model
LIU Jianchuan, YANG Jun, GAN Quan
(Sichuan Geomatics Center, Chengdu 610041, China)
Abstract: Considering the characteristics of urban traffic network, the new traffic network model was designed to describe urban traffic confine rule (such as prohibiting running straightly, prohibiting turning left, prohibiting turning around etc.). Using the new model, the traditional Dijkstra algorithm was improved and the algorithm of optimal route guidance was designed on the conditions of urban traffic confine rule. Contrastive experimental results based on an urban road network show that this algorithm could make out effective route according to urban traffic confine rule.
Keywords: Dijkstra algorithm, ArcGIS, optimal route, network model
在复杂的城市交通网络中，为缓解紧张的交通状况，设置了许多交通禁则，如禁止左转、禁止直行、单行道等，加之众多城市立交桥、下穿隧道等交通设施，因此，该网络用简单的网络模型是无法描述的，须建立带交通约束的网络模型。这种模型加大了对最优路径搜索的难度，由于交通禁则的限制，往往需要对边进行重复搜索。在一般的道路模型中，包含重复边的路径不是最优的，但在城市交通禁则下，只有在必要的情况下包含重复边（但不是同一行驶方向），才能正确引导出行者到达目的地。基于此，本文在分析带交通禁则的城市交通模型的基础上，对传统的Dijkstra算法进行改进，设计了一种用于在城市交通禁则下的最优路径算法，并与传统的算法相比较，验证了其有效性。
作者简介：刘建川，男，硕士，主要从事地理信息系统开发、3S技术及应用研究工作，E-mail：mymailofljc@https://www.sodocs.net/doc/5212382897.html,。
1在交通禁则下的城市交通模型
包含交通禁则的道路网络模型使用受限路网模型描述[ 5 ] , 用有向带权图R w (N , R , T ) 表示。其中，N = {c1, c2, ?, c n}为道路节点集合；R = {r1,r2, ?, r m }为路段集合；r i= {
在实际的最优路径分析中，用户所选择的起点和终点距离道路网络模型有一定的距离，为此，首先应根据距离最短的原则将用户点投影到路网中，然后利用投影点和用户点构造临时节点和路段并添加到路网中，最后，在根据用户点的位置和车辆的行驶方向构造道路约束关系。如图1所示，a、b为路网中的两个节点，在
N’=N∪{s,m}，
R’=R∪{
这样就建立起了s与路网的临时拓扑关系。由于
图1 用户选择点与路网的关系图2 带交通禁则的交叉路口
对于带交通禁则的交叉口，如图2所示，
2基于ArcGIS的道路网络数据模型
2.1 ArcGIS的网络模型
在ArcGIS中，对线性网络系统的表达有两种模型：几何网络模型（Geometric Network）和逻辑网络模型（Logical Network）。几何网络模型是要素的集合，是由边线和交汇点相连组成的系统。一条边线有两个交汇点，而一个交汇点可以与任何数量的边线相连，描述边线和交汇点的要素被称为网络要素（Network Features）。逻辑网络也是由一系列的点和弧段连接组成，与几何网络不同的是逻辑网络不包含坐标值，其主要目的是用特定的属性表存储网络的连通性信息。由于逻辑网络中的边线和交汇点没有几何
属性，所以它们不是要素，而被称为元素（Elements）。在逻辑网络（Logical Network）中点和边的拓扑关系用三个属性表来描述：边元素表、点元素表和连通性表。几何网络的网络要素和逻辑网络的元素间有一对一和一对多的关联关系（如图1所示）。一个几何网络总是关联到一个逻辑网络，当编辑几何网络对象时，逻辑网络中的要素将自动更新。
图3 几何网络与逻辑网络的关系
2.2 基于ArcGIS的道路网络数据模型
根据ArcGIS的网络结构，所设计的交通模型应满足以下条件：
（1）能较好地表达交通流的方向性和各种交通禁则（如禁止左转、禁止直行、禁止调头等）；
（2）能充分利用ArcGIS网络数据结构的优点，自动实现数据的更新和维护。
为了描述如图2所示的交叉口，通常的做法是在C处建立交叉口转向表，来描述交通禁则，此方法给地理数据更新、最优路径搜索算法复杂度等都带来了问题。为此，本文将交叉口进行分解，如图4所示，建立交叉口虚拟边，作为一个要素类存放在数据库中，并设置相应的字段来存放道路权重，数据更新可利用ArcGIS网络结构的优点，实现自动更新；道路交通禁则用相应边的属性字段来表示，在图4中，在
图4 复杂的交叉路口分解
道路模型具体设计如下：
（1）网络中的边元素。城市道路可分为主干道路和分支道路，主干道路通常比较长，交叉口多，因此主干道路在网络模型中用复杂边要素来表示；而分支道路比较短，交叉口少，所以分支道路用简单边要
素来表示。道路边元素中有一系列权重，如正向权（FromToWeight）、反向权（ToFromWeight）、道路分类、道路路面条件、道路车道数等。
（2）网络中的交叉口元素。对于复杂的交叉路口，如主干道交叉路口、立交桥、下穿隧道等，用交叉口虚拟边来表示其交通状态和交通禁则（禁止左转、禁止直行等），虚拟边也包括正向权重（FromToWeight）和反向权重（ToFromWeight）等权值。
（3）边上的可调头策略。在主干道路和分支道路上设置有“是否禁止全线可调头”属性值，对于禁止全线可调头的边，则应在其可调头的地点（如交叉口、人行道口、立交桥下等）设置可调头的要素点，以简单点要素的形式加入网络中，并设置平均等待时间为权值。
（4）其他要素。其他零散点要素以其出入口点为关键要素，在网络中用简单点要素来表示。对于边元素的端点，则不单独数字化要素，用网络自动建立的孤立点要素来表示。
3 最优路径诱导优化算法
3.1 优化算法设计
Dijkstra算法是由Dijkstra于1959年提出来的，是所有最优路径算法中理论最完善、使用最广的一种。其实质是一种标记算法，在分析中将网络节点分为三部分：标记节点、临时节点和永久标记节点。网络中所有节点首先初始化为标记节点，在搜索过程中与最短路径节点相连通的节点为临时标记节点，每次循环都是从临时标记节点中搜索距源点路径长度最短的节点作为永久标记节点，直至找到目标节点或者所有的节点都成为永久标记节点时结束算法。经典的Dijkstra算法存在以下不足：
y算法中网络结构采用邻接矩阵方式储存，造成许多存储空间的浪费。
y算法所采用的网络结构相对简单，只有简单的节点，而没有考虑边的信息，不能处理复杂的交通网络信息（如交通禁则、可调头点等）。
基于此，本文结合ArcGIS道路网络模型，对经典的Dijkstra算法进行优化，设计了适合于动态路径诱导系统的最优路径诱导算法。优化后的最优路径诱导算法具体描述如下：
（1）确定起点边和起点交叉节点（pFromEdgeEID和pFromJunctEID）和终点边和终点交叉节点（pToEdgeEID和pToJunctEID）。经典的Dijkstra算法中没有考虑到边的方向性，所以只要求起点和终点的信息就足够了，但在交通网络中，对行车的最优路径选择是有方向性的（即车辆始终是在道路的右边行驶），所以必须增加方向性信息（即起点边和终点边）。
（2）设置代价数组CostArray，并初始化。在经典的Dijkstra算法中，代价数组是用节点为关键字的方式来储存的，主要存放起点到该点的代价值和所经过的路径，但在交通网络中，由于要考虑方向性，应增加一个值存放该点的当前搜索边（pFromEdgeEID）。
（3）设置当前节点Node=pFromJunctEID和边CurrentEdge=pFromEdgeEID。
（4）判断当前节点Node是否到达终点pToJunctEID,且当前边CurrentEdge是否为pToEdgeEID；若条件都满足则提取当前节点所存储的起点到终点的路径和代价值，转向第7步；若条件不满足则继续第5步。
（5）取出当前节点Node相连接的所有边集合Edges，并对每一条边k做：
a)判断当前节点是否为可调头要素；若条件满足则继续第（b）步；否则判断当前边CurrentEdge
是否等于边k，若不满足条件则继续第（b）步，否则取下一条边；（说明：此判断条件很好地
解决了在交通禁则的情况下，如何处理调头问题）
b)判断当前边CurrentEdge是否为交叉口虚拟边；若条件不满足则继续第（c）步，否则判断边
k是否为道路要素边，若条件满足则继续第（c）步，否则取下一条边；（说明：此判断条件很好地解决了在交叉路口处，由虚拟边转向虚拟边的不符合实际逻辑的情况，确保最优路径在某个交叉口处只经过一条虚拟的交叉口边，即左转、右转、直行中只能一种，不能先右转后再直行）
c)取出k边上与行车方向相同的权Weight，和取出k边的另一个点P，查找CostArray中P点
的值，将Weight加入P点的代价值中，将k边加入P点的路径中；（由于交通流量的方向性，即在正反方向上的交通权重是完全不一样的，所以在道路和交叉口边上分别设置了两个道路权重：ToFromWeightID和FromToWeightID，它们分别与边的数字化方向一致，取权重时，若行车方向与数字化方向相同则取FromToWeightID的值，反之则取ToFromWeightID的值）。
d)取下一条边。
（6）选择代价数组CostArray中代价值最小的点P，设置当前节点Node=P，当前边CurrentEdge为P 点的当前边，将P点设置为已标记并从代价数组中删除，并转到第4步。
（7）如果找到终点，则将起点到终点的最优路径上的边首尾相连，并向右平移一定距离生成行车路线图。
3.2 优化算法与经典算法的比较试验
通过对优化算法与经典算法分别在复杂的城市网络中进行比较试验，试验结果(如图5所示)得出优化算法的如下特点：
y充分利用ArcGIS网络模型的优点（如以逻辑网络的形式存放道路网络的拓扑关系、方便的网络操作函数接口、数据的自动更新等）。
y能够根据最优路径起点到终点的方向进行解算，较好地解决了道路在不同方向上的权取值问题（From-To或To-From）。
y解决了在城市交通网络中，最优路径分析对交通禁则的处理（如处理禁止左转、禁止直行或禁止调头等）。
y考虑到行车的方向性问题和行车靠右的原则，使所求的行车最优路径始终在起点到终点方向的右边，并且符合交通规则。
图5 优化算法与经典的Dijkstra算法相比较
4结论
(1) 本文结合城市道路网络和ArcGIS网络数据结构的特点，设计了基于ArcGIS的道路网络模型。该模型一方面能较好地表达交通流的方向性和各种交通禁则（如禁止左转、禁止直行、禁止调头等）；另一方面充分利用了ArcGIS网络数据结构的优点，不仅能自动实现数据的更新和维护，而且还可使用ArcGIS 所提供的各种接口函数，为最优路径分析的实现创造了条件。
(2) 本文结合基于ArcGIS的道路网络模型和经典的Dijkstra算法，设计了一种优化的最优路径算法。该算法能够处理复杂的城市交通禁则，最大限度地满足用户的需求。
参考文献
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Arcgis空间分析和网络分析基本方法
1.建立网络数据集，设置网络连接方法（Connectivity Policy）： Connectivity Policy的种类：1.End Point 2.Any Vertex(任意节点) 3.Honor 4.Override 2.配置网络属性： Hierarchy:等级体系 Restriction:约束，限制 Pedestrian:步行的 Constant:常数,常量 3.配置方向（Directions） 4.路径分析：accumulation：积累 5.服务区分析：facility：机构 6．查找最近设施：New Closest Facility→Facilities→Load Locations Incidents：发生事故地点（注意设置图层属性） 7.创建OD成本矩阵（origins->Destinations）：Junction汇合处 8.位置分配分析（Location-Allocation） 9.运输路由分析 10.基于DEM（Digital Elevation Model）的水文分析 Spatial:空间的 Hydrology:水文的 Flow Direction:水流方向
1.洼地填充： 1.利用DEM计算水流方向,Sink(计算洼地),Fill(填充洼 地)—>Fill_Dem,再根据Fill_Dem验证是否还有洼地存在 （重复执行上述步骤） 2.计算径流量（Flow Accumulation） 1.计算水流方向：Flow Direction 2.计算径流量：Flow Accumulation 3.水系分析： 根据径流量提取水系栅格数据：Spatial analyst Tools→Conditional→con→StreamNet 提取水系矢量数据：Stream To Feature 水系分段：Stream Link 水系分级（Stream Order）：(水系的分级显示，显示级别数) Method of stream Ordering:1.Shreve 2.Strahler 4.流域分析： Snap pour point:点对齐 Watershed:分水岭，分界线 Basin:盆地 1.加载汇流点数据：PourPoints 2.将汇流点捕捉到正确的位置：Snap pour point:（根据水流方向和径流量）
实验8、Arcgis道路网络分析
实验8、道路网络分析 一、实验目的 (1) 了解网络分析基本原理、方法。 (2) 熟练掌握ARCGIS 下进行道路网络分析的技术方法。 (3) 掌握利用网络空间分析方法解决实际问题的能力。 二、实验准备 软件准备：ArcGIS desktop 数据准备： Shape文件创建网络数据集（高速公路：Highways, 主要街道：Major Streets, 公园：Parks，湖泊：Lakes，街道：Streets） Geodatabase网络数据集：NetworkAnalysis.mdb：包含：街道图层：Streets 仓库图层：Warehouses 商店图层：Stores 在ArcMap中加载启用NetWork Anylyst网络分析模块： 执行菜单命令［Tools］>>[Extensions], 在［Extensions］对话框中点击[NetworkAnalyst] 启用网络分析模块，即装入Network Analyst 空间分析扩展模块。 道路网络分析步骤 1. 创建分析图层 2. 添加网络位置 3. 设置分析选项 4. 执行分析过程显示分析结果 三、实验内容及步骤 最佳路径分析 根据给定的停靠点，查找最佳路径（最省时的线路） 1 数据准备 （1）.双击ArcMap工程，或从ArcMap中打开工程EX10_1.mxd. （2）如果网络分析窗口没有推开，则在网络分析工具栏中点击网络分析窗口按钮，以打开网络分析窗口： 2创建路径分析图层 在网络分析工具栏[ Network Analyst]上点击下拉菜单[Network Analyst],然后点击［New Route］菜单项.此时在网络分析窗口[ Network Analyst Window]中包含一个空的列表，显示停靠点(Stops),路径（Routes），路障（Barriers）的相关信息。同时，在TOC(图层列表)面板上添加了新建的一个路径分析图层［Route］组合。 3 添加停靠点 通过以下步骤添加停靠点，最佳路径分析将找到最佳的经停顺序以计算并得到最佳路径 (1) 在网络分析窗口[NetworkAnalystWindow]中点选Stops(0). (2). 在网络分析工具栏[Network Analyst]上点击“新建网络位置”[Create Network Location]工具。 (3) 在地图的街道网络图层的任意位置上点击以定义一个新的停靠点。 程序将在街道网络上自动的计算并得到一个距离给定位置最近的停靠点，已定义的停靠点会
arcgis网络分析学习道路网络分析work anlysis(详细步骤)
ARCGIS网络分析学习――道路网络分析（详细步骤） 一、实验目的 网络分析是GIS空间分析的重要功能分。 有两类网络，一为道路(交通)网络，一为实体网络(比如，河流，排水管道，电力网络)。 此实验主要涉及道路网络分析，主要内容包括： 最佳路径分析，如： 找出两地通达的最佳路径。最近服务设施分析，如： 引导最近的救护车到事故地点。 服务区域分析，如： 确定公共设施(医院)的服务区域。 通过对本实习的学习，应达到以下几个目的： 加深对网络分析基本原理，方法的认识；熟练掌握ARCGIS下进行道路网络分析的技术方法。 结合实际，掌握利用网络分析方法解决地学空间分析问题的能力。 二、实验准备软件准备 ArcMap，要求有网络分析扩展模块的许可授权 数据准备： Shape文件创建网络数据集(高速公路： Highways，主要街道： Major Streets，公园：
Parks，xx： Lakes，街道： Streets) Geodatabase网络数据集： NetworkAnalysis。mdb： 包含： 街道图层，Streets；仓库图层，Warehouses；商店图层： Stores； 在ArcMap中加载启用NetWork Anylyst网络分析模块： 执行菜单命令[工具Tools]>>[Extensions]，在[Extensions]对话框中点击[Network Analyst]启用网络分析模块，即装入Network Analyst空间分析扩展模块。 道路网络分析步骤1。创建分析图层2。添加网络位置3。设置分析选项4。执行分析过程显示分析结果 三、实验内容及步骤 (一)最佳路径分析根据给定的停靠点，查找最佳路径(最省时的线路) 1.1数据准备 (1).双击ArcMap工程，或从ArcMap中打开工程EX10_ 1.mxd。 (2).如果网络分析扩展模块(Network Analyst Extension)已经启用(参考实验准备中的步骤) (3).如果网络分析工具栏没有出现，则在工具栏显区点右键打开或执行菜单命令[View-视图]>>[Toolbars-工具栏]，并点击[Network Analyst]以显示网络分析工具栏。
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实验八、网络分析（道路网络分析） 一、实验目的 网络分析是GIS空间分析的重要功能分。有两类网络，一为道路（交通）网络，一为实体网络（比如，河流、排水管道、电力网络）。此实验主要涉及道路网络分析，主要内容包括： ●最佳路径分析，如：找出两地通达的最佳路径。 ●最近服务设施分析，如：引导最近的救护车到事故地点。 ●服务区域分析，如：确定公共设施（医院）的服务区域。 通过对本实习的学习，应达到以下几个目的： (1)加深对网络分析基本原理、方法的认识； (2)熟练掌握ARCGIS下进行道路网络分析的技术方法。 (3)结合实际、掌握利用网络分析方法解决地学空间分析问题的能力。 二、实验准备 软件准备：ArcMap, 要求有网络分析扩展模块的许可授权 数据准备： Shape文件创建网络数据集（高速公路：Highways, 主要街道：Major Streets, 公园：Parks，湖泊：Lakes，街道：Streets） Geodatabase网络数据集：NetworkAnalysis.mdb：包含：街道图层：Streets 仓库图层：Warehouses 商店图层：Stores 在ArcMap中加载启用NetWork Anylyst网络分析模块： 执行菜单命令［工具Tools］>>[Extensions], 在［Extensions］对话框中点击[Network Analyst] 启用网络分析模块，即装入Network Analyst空间分析扩展模块。 道路网络分析步骤 1. 创建分析图层 2. 添加网络位置 3. 设置分析选项 4. 执行分析过程显示分析结果 三、实验内容及步骤 （一）最佳路径分析 （二）最近服务设施分析 （三）服务区分析
ARCGIS网络分析
ArcGIS空间分析实习 ——网络分析 一、目的 网络分析是GIS空间分析的重要组成部分，它的主要内容包括： l寻找最佳行进路线，如：找出两地通达的最佳路径。 l确定最近的公共设施，如：引导最近的救护车到事故地点。 通过对本实习的学习，应达到以下几个目的： 1、加深对网络分析基本原理、方法的认识； 2、熟练掌握arcgis网络分析的技术方法。 3、结合实际、掌握利用网络分析方法解决地学空间分析问题的能力。 二、实验准备 1、软件准备：arcgis 2、数据准备：文件s_fran.dbf，s_fran.shp，s_fran.shx 三、预备知识 需要了解的arcgis的基本概念（通过帮助系统自己了解） 1．Networks概念与组成？ 由一系列相互连通的点和线组成，用来描述地理要素（资源）的流动情况。有定向网络（水流、电流）和非定向网络（道路网络），与之相对应的ArcGIS中的网络类型分为几何网络和网络数据集。一个要素不能同时参与几何网络和网络数据集。 2．Feature class的概念？Feature dataset的概念？区别及联系？ Feature class即为数据类，包括点、线、面的不同图层；Feature dataset 即为数据类，是具有相同空间参考的Feature Class的集合,在feature dataset 里可以创建拓扑,几何网络等,就是为了保证feature class的空间参考一致,feature dataset里的feature class不要求几何类型一致的.同一个feature dataset里可以包含点,线,面等多个类型。 3．geometric network的概念？如何根据一些数据类型创建geometric network？ 网络数据集由两部分组成： 物理网络： –用于构建网络并生成网络元素：边线（edges）、交汇点（junctions）和转弯（turns）。 逻辑网络： –由一系列属性表组成，用来模拟网络的连通性，定义网络元素的关系。 通过将以上的边线、交汇点、转弯等添加为属性字段，并进行连通性分析，定义网络字段，即构成地理网络。 4．探索使用软件，用shapefile文件能做networks analysis吗？ 不能，因为在ArcGIS中网络被分为几何网络和数据集网络，且在做网络分析的时候只能将数据转换为能执行网络分析的数据，以下前段部分即为转换
ARCGIS网络分析学习――道路网络分析Network
一、实验目的 网络分析是GIS空间分析的重要功能分。 有两类网络，一为道路(交通)网络，一为实体网络(比如，河流，排水管道，电力网络)。 此实验主要涉及道路网络分析，主要内容包括：最佳路径分析，如：找出两地通达的最佳路径。最近服务设施分析，如：引导最近的救护车到事故地点。服务区域分析，如：确定公共设施(医院)的服务区域。 通过对本实习的学习，应达到以下几个目的：加深对网络分析基本原理，方法的认识；熟练掌握ARCGIS下进行道路网络分析的技术方法。 结合实际，掌握利用网络分析方法解决地学空间分析问题的能力。 二、实验准备软件准备 ArcMap，要求有网络分析扩展模块的许可授权 数据准备： Shape文件创建网络数据集(高速公路：Highways，主要街道：Major Streets，公园：Parks，湖泊：Lakes，街道：Streets) Geodatabase 网络数据集：NetworkAnalysis。mdb：包含：街道图层，Streets；仓库图层，Warehouses；商店图层：Stores； 在ArcMap中加载启用NetWork Anylyst网络分析模块：执行菜单命令[工具Tools]>>[Extensions]，在[Extensions]对话框中点击 [Network Analyst] 启用网络分析模块，即装入Network Analyst空间分析扩展模块。 道路网络分析步骤 1。创建分析图层 2。添加网络位置 3。设置分析选项 4。执行分析过程显示分析结果 三、实验内容及步骤 (一) 最佳路径分析根据给定的停靠点，查找最佳路径(最省时的线路) 数据准备 (1).双击ArcMap工程，或从ArcMap中打开工程。 (2).如果网络分析扩展模块(Network Analyst Extension)已经启用(参考实验准备中的步骤) (3).如果网络分析工具栏没有出现，则在工具栏显区点右键打开或执行菜单命令[View-视图]>>[Toolbars-工具栏]，并点击[Network Analyst]以显示网络分析工具栏。
ArcGIS网络分析(最短路径问题分析)
网络分析（最短路径问题分析） 一、实验目的： 理解最短路径分析的基本原理，学习利用arcgis软件进行各种类型的最短路径分析的操作。 二、实验准备 1、实验背景： 最短路径分析是空间网络分析中最基本的应用，而交通网络中要素的设置对最短路径的选择有着很大的影响。实验要求根据不同的权重，给出到达指定目的地的路径选择方案，并给出路径长度。 在网络中指定一个超市，要求分别求出在距离、时间限制上从家到超市的最佳路径。 给定访问顺序，按要求找出从家经逐个地点达到目的地的最佳路径。 2、实验材料： 软件：ArcGIS Desktop 9.x ， 实验数据：文件夹ex6中，一个GeoDatabase地理数据库：City.mdb，内含有城市交通网、超市分布图，家庭住址以及网络关系。 三、实验内容及步骤 首先启动ArcMap，选择ex6\city.mdb，再双击后选择将整个要素数据集“city”加载进来，然后将“place”点状要素以“HOME”字段属性值进行符号化，1值是家，0值是超市。 第1步无权重最佳路径的选择 加载“设施网络分析”工具条（“视图”>>“工具条”，勾选“设施网络分析”），点选旗标和障碍工具板下拉箭头，将旗标放在家和想要去的超市点上。
第2步加权最佳路径选择 在设施网络分析工具条上，点选旗标和障碍工具板下拉箭头，将旗标放在家和想去的某个超市点上。 选择“分析”下拉菜单，选择“选项”按钮，打开“分析选项”对话框，选择“权重”标签页，在“边权重”上，全部选择长度“length”权重属性。 点选“追踪任务”下拉菜单选择“查找路径”。单击“执行”键，则以长度为比重为基础的最短路径将显示出来，这条路径的总成本将显示在状态列。
ArcGIS几何网络分析
ArcGIS的几何网络 易智瑞（中国）信息技术有限公司 2020年5月
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制定及修订记录
目录
1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。
2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 2.1 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。
ArcGIS的网络分析(三-)
ArcGIS的网络分析 Network的类型 （1）交通网络：是无向网络。表示网络的边缘具备方向，用户可以自由定义在网络中前进的方向，速度以及终点。例如一个卡车司机可以决定在哪条道路上开始行进，在什么地方停止，采用什么方向。并且还可以给网络设置限定性规则，例如是单行线还是禁行。在ArcGIS中，交通网络是通过网络数据集创建的。 2）公用网络：是定向网络类型，意味着网络中流动的物质必须按照在网络中定义好的规则前进，运行路径都是事先定义好的，可以被修改，但是不能被物质本身修改，而是被网络的工程师来修改网络的规则，使通过设置结点的开启状态来改变网络的流动方向。在ArcGIS中，实用的网络是通过几何网络模拟的。 交通网络介绍 ArcGIS网络分析分析模块使用的网络是存储在网络数据集中网络数据集的特征。由要素创建而来，能够用来表现复杂场景，包括多式联运交通网络，同样也可以包含多个网络属性以模拟网络限制条件和层次结构。 网络数据集包含以下三种类型： （1）网络dtaset：创建网络的数据源存储于个人或者企业数据库中，因为其中可以存储很多数据源，因此可以构建多式联运网络 （2）基于网络数据集的Shapefile：是基于折线Shapefile文件创建的，也可以添加Shapefile将特征类，这种网络数据集不能够支持多种边缘类型，也不能用于创建多式联运网络 （3）ArcGIS网络分析也可以读取SDC网络数据集，可以实现网络分析功能，而不能创建网络数据集 网络元素包括三类：边缘，路口，转弯。 连通性组
要想定义ArcGIS网络分析的连接，首先要定义连接组。每一个边源只能够被赋予一个连接组，而结源可以被赋予多种连接组。只有将结设为两种或者多种连接组，才可以去连接不同连接组的edge.connectivity组用于创建多式联运网络。 以下为网络数据集所支持的三种连接模型： （1）连接组内的连接边缘 可以设置“端点连接”，也可以设置”任何顶点连通度”。第一种方式中，边和边只能在终点处相交，第二种方式则可以在边的任意位置相交 （2）通过连接组连接边缘连接 能够将不同连接组中的边缘通过被不同连接组共享的路口连接。 （3）海拔场 主要用于网络数据集中检查线端点的连接。每一个边缘特征具备两个字段用来描述每一个端点的高程。 网络属性 网络属性主要用于设定网络的流通属性，包括： 姓名： 使用类型： 单位：厘米，米等等 数据类型：布尔，整数，浮点，双 默认使用： 成本：例如走过某段路需要花费的时间
ARCGIS实验四网络分析报告
实验四网络分析 一、实验目的 学习基于ArcGIS网络分析功能解决实际问题，掌握网络分析基本技能。 二、实验要求 根据提示完成下面分析任务，并整理成实验过程word文档，必要时截图说明。四次实验文档整理好后一起交，最终实验报告上交时间为第14周周五以前，由学习委员统一收齐后交给我。 注意： 1、请独自完成四次实验任务，可以互相讨论学习，但一定要自己完成任务并独自撰写报告； 2、发现抄袭、完全雷同报告，一并罚处，各份雷同报告至少扣20分，情节严重者取消实验成绩。 三、实验环境 1. 利用ArcGIS的Utility Network Analysis和Network Analysis完成相关任务 2. 实验数据位置：ftp://172.16.38.100/, 位于“实验指导书-》地理信息系统原理”文件夹下。 四、实验任务 （一）Utility Network Analysis工具的使用 实验准备：打开Mygisdata\MapDocuments\ex_9.mxd地图文件，并另外取名另存后，即可开始Utility Network Analysis部分实验。 任务1.查找Hidden Timbers ST到Stevens High School的最短路径，截取显示路线的地图，该路线所覆盖了多少个线要素？转换为实际距离是多少？
提示： （1）找到并设置边界点，然后求解； （2）计算实际距离需要设置“选项”参数。 步骤： （1）打开school属性表，通过“选项”—“按属性选择”，查找符合条件的学校，结果如下图所示： 图中用蓝色标记的蓝色原点就是Stevens High School （2）打开Road Network属性表，通过“选项”—“按属性选择”，查找符合条件的道路，结果如下图所示：
ArcGIS空间分析教程之 网络分析
ArcGIS空间分析教程之网络分析 创建网络数据集 1. 单击开始>所有程序> ArcGIS > ArcCatalog 启动ArcCatalog。 2. 启用ArcGIS Network Analyst 扩展模块。 a. 单击自定义>扩展模块。 将打开扩展模块对话框。 b. 选中Network Analyst。 c. 单击关闭。 3. 在标准工具工具条上，单击连接到文件夹按钮。 将打开连接到文件夹对话框。 4. 导航到含有 Network Analyst 教程数据的文件夹。 教程数据的默认存储位置是C:\ArcGIS\ArcTutor\Network Analyst\Tutorial。 5. 单击确定。 文件夹的快捷方式将添加到目录树的文件夹连接下。 6. 在目录树中，展开...\ArcTutor\Network Analyst\Tutorial > Exercise01 >。 7. 单击Transportation要素数据集。 要素数据集包含的要素类将列于ArcCatalog 的内容选项卡上。 8. 右键单击Transportation要素数据集并单击新建>网络数据集。
9. 将打开新建网络数据集向导。 注: 要在地理数据库中打开新建网络数据集向导，右键单击包含源要素类（如Streets）的要素数 据集并选择新建>网络数据集。对于基于shapefile 的网络数据集，右键单击Streets shapefile 本身，而不是包含shapefile 的工作空间，并选择新建>网络数据集。 产生这种差别的原因是地理数据库网络允许您使用要素数据集中存储的多个源来创建多方式 网络，而基于shapefile 的网络数据集只能够处理单个源要素类。 10. 输入网络数据集的名称Streets_ND。 11. 保持选择网络数据集的版本设置为最新版本。 如果需要与使用较旧版本ArcGIS 的用户共享网络数据集，此选项会非常有用。当您选择的ArcGIS 版本号小于或等于这些用户的版本时，这些用户就可以打开您创建并共享的网络数据集。然而，这样做的缺陷是您将无法纳入更高版本的ArcGIS 中引入的任何新增网络数据集功能，因为将禁用新建网络数据集向导中用于添加功能的控件。如果无需共享网络数据集，或者共享的用户与您使用相同的ArcGIS 版本，则选择最新版本将是最佳方案。 12. 单击下一步。 13. 选中Streets要素类并将其作为网络数据集的源。 14. 单击下一步。 15. 单击是在网络中构建转弯模型。 16. 选中RestrictedTurns以将其选作转弯要素源。应已选中<通用转弯>；这样您就能够添加默认 转弯惩罚值。 17. 单击下一步。 18. 单击连通性。 将打开连通性对话框。可在此处为该网络设置连通性模型。
ArcGIS中网络数据集的建立
ArcGIS中网络数据集的建立 1对道路中心线的要求 （1）平面相交的道路，在路口打断； 立体相交的道路，不在路口打断。 （2）相连的道路端点必须要捕捉；线的空间结构需正确，可以利用拓扑规则检查修改空间位置有误的要素； （3）图层必须包含的字段：NAME、LENGTH、Hierarchy、OneWay，这些字段是为了方便建立网络数据集。 2道路中心线的处理 3.1建立拓扑 注：拓扑只能在geodatabase中的dataset下建立，因此需要将shapefile格式的图层导入geodatabase中。 （1）打开Catalog，在指定目录下新建Personal Geodatabase，双击进入，
空白处右击，选择“New->Feature Dataset”，输入名称，最好不要有 空格，选择与道路中心线数据相同的坐标系统，一路默认； （2）双击进入Feature Dataset，空白处右击，选择“Import->Feature Class (Multiple)…”，打开导入数据对话框，Input Features下浏览选择需要 导入的道路中心线数据，点击OK进行导入；（若导入出错，可能是 因为道路中心线和新建的Geodatabase所在路径存在空格或中文字 符，将道路中心线和新建的Geodatabase都拷贝至盘符根目录下， 再进行导入操作） （3）Feature Dataset目录下，空白处右击，选择“New->Topology”，按照以下图示进行拓扑的建立；
（4）打开ArcMap，点击，添加新建立的拓扑，同时将道路中心线一起添加进地图窗口，Editor->Start Editing，根据错误指示进行修改。
Arcgis_网络分析中文版_最短路径、最短路径、服务区选择
实验十、网络分析（道路网络分析） 一、实验目的 网络分析是GIS空间分析的重要功能分。有两类网络，一为道路（交通）网络，一为实体网络（比如，河流、排水管道、电力网络）。此实验主要涉及道路网络分析，主要内容包括： ●最佳路径分析，如：找出两地通达的最佳路径。 ●最近服务设施分析，如：引导最近的救护车到事故地点。 ●服务区域分析，如：确定公共设施（医院）的服务区域。 通过对本实习的学习，应达到以下几个目的： (1)加深对网络分析基本原理、方法的认识； (2)熟练掌握ARCGIS下进行道路网络分析的技术方法。 (3)结合实际、掌握利用网络分析方法解决地学空间分析问题的能力。 二、实验准备 软件准备：ArcMap, 要求有网络分析扩展模块的许可授权 数据准备： Shape文件创建网络数据集（高速公路：Highways, 主要街道：Major Streets, 公园：Parks，湖泊：Lakes，街道：Streets） Geodatabase网络数据集：NetworkAnalysis.mdb：包含：街道图层：Streets 仓库图层：Warehouses 商店图层：Stores 在ArcMap中加载启用NetWork Anylyst网络分析模块： 执行菜单命令［工具Tools］>>[Extensions], 在［Extensions］对话框中点击[Network Analyst] 启用网络分析模块，即装入Network Analyst空间分析扩展模块。 道路网络分析步骤 1. 创建分析图层 2. 添加网络位置 3. 设置分析选项 4. 执行分析过程显示分析结果 三、实验内容及步骤 (一) 最佳路径分析 根据给定的停靠点，查找最佳路径（最省时的线路）
最新ARCGIS网络分析学习――道路网络分析Network anlysis(详细步骤)
1 ARCGIS网络分析学习――道路网络分析（详细步骤） 2 一、实验目的 3 网络分析是GIS空间分析的重要功能分。 4 有两类网络，一为道路(交通)网络，一为实体网络(比如，河流，排水管道，电力网络)。 5 6 此实验主要涉及道路网络分析，主要内容包括：最佳路径分析，如：找出7 两地通达的最佳路径。最近服务设施分析，如：引导最近的救护车到事故地点。 服务区域分析，如：确定公共设施(医院)的服务区域。 8 9 通过对本实习的学习，应达到以下几个目的：加深对网络分析基本原理，10 方法的认识；熟练掌握ARCGIS下进行道路网络分析的技术方法。 11 结合实际，掌握利用网络分析方法解决地学空间分析问题的能力。 12 二、实验准备软件准备 13 ArcMap，要求有网络分析扩展模块的许可授权 数据准备： Shape文件创建网络数据集(高速公路：Highways，主要街道： 14 15 Major Streets，公园：Parks，湖泊：Lakes，街道：Streets) Geodatabase 16 网络数据集：NetworkAnalysis。mdb：包含：街道图层，Streets；仓库图层，Warehouses；商店图层：Stores； 17 18 在ArcMap中加载启用NetWork Anylyst网络分析模块：执行菜单命令[工19 具Tools]>>[Extensions]，在[Extensions]对话框中点击 [Network Analyst] 20 启用网络分析模块，即装入Network Analyst空间分析扩展模块。 21 道路网络分析步骤 1。创建分析图层 2。添加网络位置 3。设置分析选22 项 4。执行分析过程显示分析结果 23 三、实验内容及步骤 24 (一) 最佳路径分析根据给定的停靠点，查找最佳路径(最省时的线路) 25 1.1 数据准备
arcgis10：网络分析
1 建立网络数据集 Arcgis / ArcCatalog, 选用菜单Tools / Extensions, 勾选Network, 单击close返回，网络分析许可证被加载。 在ArcCatalog左侧目录表窗口中找到自己所建目录下的\ex22,点击road,在右侧点击contents,可以看到road的数据形式.点击上侧的preview,可看到某城市局部道路网（图16-1）。右击road，选用“New Network Dataset”，新建网络数据集。提示： 图16-1 道路图形的简单显示 Enter a name for your network dataset: road_ND 要求输入网络数据集名称，road_ND 为默认，按“下一步（N）>”键继续，出现一个Connectivity…按钮对话框，按“下一步（N）>”键继续，再提示： Do you want to modify the connectivity with ele vation field data? ○· No 提示是否要改变网络的连接性，点选No，按“下一步（N）>”键继续，再提示： Do you want to model turns in this network? ○· No 是否要模拟转弯，暂时不考虑，选No，按“下一步（N）>”键继续，再提示： Specify the attributes for the network datasets:
为网络数据集定义属性，以下的属性表是空白，按“下一步（N）>”键继续，再提示，至少要有一个成本属性用于网络分析，是否将图形的长度属性（shape length）作为成本属性，按“是（Y）”键，再出现提示时，按“<上一步（B）”键返回，可以看到属性框内有内容： Name（属性名城）Usage（用途）Units（单位）Data Type（数据类型） Length（要素几何长度）Cost（成本）Unknown（未定义）Double（双精度浮点）在Units 列下点击Unknown，下拉选择Meters，意思是将来网络分析时，成本的计量单位为米，也就是将要素的长度单位定义为米。 按“下一步（N）>”键继续，再提示： Do you want to establish driving direction settings for this network? ○· No 是否为网络数据集设置行驶方向，点选No，暂不考虑。按“下一步（N）>” 键继续，出现Summary 显示框，概要显示已经做过的各项设置，按“完成”键继续，再提示： The new network dataset has been created. Would you like to build it now? 新的网络数据集已新建，是否要继续建立？按“是（Y）”键继续，数据处理完毕。 在右侧数据项窗口中按标签Contants，可以看到，和Shapefile road 同一个路径下，增加了road_ND Shapefile Network Dataset 和road_ND_Junctions Shapefile 二个数据项。road 网络数据集建立，选菜单File / Exit，退出ArcCatalog。 2 产生最佳路径 启动ArcMap，打开地图文档\ex22\ex22.mxd，可以看到有3个数据框架，激活data frame1，该数据框架有2 个图层：点状图层“经停站”，线状图层“道路”，这是某单位职工上班接送车的例子，要求产生最佳行驶路径。鼠标右键选择data frame1 / Properties… / Geneal，在Units 框内将Map 和Meters选为Meters，按“确定”键返回。主菜单设置地理环境： Workspace / current workspace: \GIS\ex22\temp Workspace / scratch workspace: \GIS\ex22\temp
ArcGIS中两种网络分析对比
ArcGIS的网络分析分为两类：传输网络(Network Analyst)和效用网络(Utility Network Analyst)。 一、从应用上来考虑 1.传输网络常用于道路、地铁等交通网络分析 特点：在传输网络中，汽车和火车都是可以自由移动的物体，具有主观选择方向的能力。 传输网络解决的问题有： A.计算点与点之间的最佳距离，时间最短或者距离最短，最佳路径能够绕开事先设置的障碍物 B.可以进行多点的物流派送，能够按照规定时间规划送货路径，也能够自由调整各点的顺序，也会绕开障碍物 C.寻找最近的一个或者多个设施点 D.确定一个或者多个设施点的服务区，绘制服务区范围的条件可以是多个，例如，同时列出3分钟、6分钟、9分钟的服务区 E.绘制起点－终点距离矩阵 2.效用网络常用于水、电、气等管网的连通性分析 特点：在效用网络中，水、电、气通过管道和线路输送给消费者，水、电、气被动地由高压向低压输送，不能主观选择方向。 效用网络解决的问题有： A.寻找连通的/不连通的管线 B.上/下游追踪 C.寻找环路 D.寻找通路 E.爆管分析 二、从技术上来考虑 传输网络(Network Analyst)基于Network Dataset；效用网络(Utility Network Analyst)基于Geometric Network
它们的区别可以参考下面的表格:
Network的类型 （1）Transportation Network：是Undirected Network。表示Network的Edge具备方向，用户可以自由定义在网络中前进的方向，速度以及终点。例如一个卡车司机可以决定在哪条道路上开始行进，在什么地方停止，采用什么方向。并且还可以给网络设置限定性规则，例如是单行线还是禁行。在ArcGIS中，Transportation Network是通过Network Dataset创建的。 （2）Utility Network：是Directed Network类型，意味着网络中流动的物质必须按照在Network中定义好的规则前进，运行路径都是事先定义好的，可以被修改，但是不能被物质本身修改，而是被网络的工程师来修改网络的规则，使通过设置结点的开启状态来改变网络的流动方向。在ArcGIS中，Utility Network是通过Geometric Network模拟的。 Transportation Network介绍 ArcGIS Network Analyst分析模块使用的网络是存储在Network Dataset 中。Network Dataset由Feature要素创建而来，能够用来表现复杂场景，包括Multimodal交通网络，同样也可以包含多个网络属性以模拟网络限制条件和层次结构。 Network Dataset类型 （1）Network Dtaset：创建网络的数据源存储于Personal 或者Enterprise Geodatabase中，因为其中可以存储很多数据源，因此可以构建Multimodal Network （2）Shapefile-based Network Dataset：是基于Polyline Shapefile 文件创建的，也可以添加Shapefile Turn Feature Class，这种Network Dataset 不能够支持多种Edge类型，也不能用于创建Multimodal Networks （3）ArcGIS Network Analyst也可以读取SDC Network Dataset，可以实现网络分析功能，而不能创建Network Dataset Network Elements Edges Junctions
ArcGIS网络数据集的创建与网络分析
A r c G I S网络数据集的创 建与网络分析 Last updated on the afternoon of January 3, 2021
A r c G I S网络数据集的创建与网络分析 1.学会采集、存储和管理GIS-T的数据，结合课堂理论知识，更加深入 地理解GIS-T的数据特征、数据获取、数据模型和数据组织等相关概念。 2.在完成GIS-T数据采集的基础上，对数据进行处理，添加相关属性信息，学会建立交通网络数据集，结合实际来理解GIS-T模型的构建和分析。 3.创建完交通网络数据集之后，学会使用ArcGIS中的NetworkAnalyst 工具来测试自己创建的路网模型，进行最短路径分析、服务区分析、新建OD成本矩阵、设施定位等，理解GIS-T的分析模型。 4．在完成整个实习任务之后，对GIS-T有个完整的了解和认识，并会使用它来解决生活中的实际问题，如车辆配送（VRP）、最短路径、道路导航、改善交通路网等。 实验工具: 1.交通数据的采集。 要采集的数据包括：道路网数据、道路附属设施数据、交通流量调查、信号灯时间间隔采集。其中：道路网数据根据影像地图矢量化得来，其他三类数据则要到实地进行测量和记录得出。数据形式：分层存储的点线要素，或道路网要素属性。 交通数据采集范围如下图： 根据影像数据使用ArcGIS矢量化道路线及其附属设施，相关属性存储在要素属性表中。在ArcCatalog中，交通地理信息系统实习中新建个人地理数据库,在地理数据库中新建FeatureDataset，命名为：道路网，在道路网要素集中新建线要素（道
路），点要素（公交站、加油站等），之后在ArcMap中进行数据采集，并添加相关属性。 采集完成的数据存储在ArcCatalog个人地理数据库中。 其相关属性信息如下表： 交通信号灯： 人行道： 公交站： 道路： 车流量： 最终数据汇总如下： 注意：在矢量化道路的时候，一条道路上的点的数量要适中或者尽可能少，在转向处和道路交叉口处一定要有点，在有交通设施的地方最好也要有点，这样，在最后建立网络数据集的时候回带来很大方便。由于ArcGIS10编辑工具中，在矢量化时具有捕捉点线功能，这对于矢量化道路网这样的影像数据提供了很大的便利，可以保证在矢量化过程中，线与线之间具有连通性。 道路矢量化完成后，结果如下： 然后使用SplitLineAtVertices工具处理，输出要素为道路_SplitLine。 注意：网络数据集的要素源为边、连接点和转向。因此，使用建网的线要素必须为许多相互连接的线段。因此，处理后的数据要进行检查，方法有两种：一种是进行拓扑检查；另一种是在ArcMap使用编辑器,检查是否都是线段，是否连接好，使用要素编辑时自动捕捉功能。只有数据无错，才能正确建立网络数据集，进行后面的模型分析。
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