1、网络搜集资源 -ArcGis 网络分析原理与实践 1 / 36 网络分析与网络数据集 目录 1. 引言 1 2. 网络分析的实际应用 2 3. 原始数据 . 6 4. 创建网络数据集 . 10 5. 转向 18 6. 操作实例 . 25 1. 引言 一直想将自己对网络分析与网 络数据集的了解以及在平常技术工作当中遇到的问题写下来，可以帮助关注和使用网络分析的朋友们快速应用起来。但是一直很难找到足够长的时间一口气完成这样的事情，因为写东西我还是比较习惯整理好思绪，安安静静的尽快写完，其实在自己机器上老早开了头，就是始终没办法很好地继续。 开始的部分首先声明下，某些技术点我可能也未必很准确的阐述
2、，尽管我会尽量做到准确；某些应用可能我也未必接触和思考过，但是集合大家的智慧，我们会得到更多，所以如果大家有什么好的想网络搜集资源 -ArcGis 网络分析原理与实践 2 / 36 法不妨一起分享。 目前定下来会涉及到的一些内容包括： 网络分析的实际应用 原始数据 创建网络数据集 连通性 属性 转向 方向 网络分析的功能调用 网络分析的优化 ArcGIS 10 新增功能 2. 网络分析的实际应用 ArcGIS 的网络分析到底能解决一些什么实际的问题，这是一个开放性的命题， ESRI 的总裁 Jack 说过一句话，大概的意思是 “GIS 的应用取决于使用 GIS 的人的想象力 ”，我对此有深刻
3、的体会，今天在帮用户解决一个问题的时候，又一次验证。在 ArcGIS 强大的功能基础之上，可以说没有做不到，只有想不到。 OK，回到网络分析到底能做什么，我们能够从 ArcGIS 的帮助文档上看到的，网络分析提供了五个 Basic Function，在 ArcGIS 10 会新增一个，那么我们暂且算六个。 网络搜集资源 -ArcGis 网络分析原理与实践 3 / 36 分别是： Route、 Service Area、 Closest Facility、 OD Cost Matrix、VRP、 Location-Allocation（ New in ArcGIS 10）。 Route 很简单
4、，也是目前为止，很多用户经常使用的。简单的可以分为两种时间最短、距离最短。 Route 不只是可以计算起始点和终止点之间的最优路径，而且可以计算多个点的最优路径。现实中的情形， 比如邮递员送信、报纸， Pizza Hut 骑着小车的送餐员送餐，大家知道我们现在是讲究效率和时间的社会，不可能成天在家就为等Pizza，所以要考虑时间窗口，当然这个， ArcGIS 是现成的。 Service Area，服务区域分析，商业上也可叫做商圈分析。通过Service Area 你可以知道一家超市、一家医院 N 分钟可以覆盖的范围。在 ArcGIS 不知道是 9 几的 Demo 里面还有一个很好的例子，就是应
5、急搜救。现在大家都有钱了，经常几个朋友一起出去户外运动，很不幸，在一座大山里面遇到状况了，得像有关部门求救。有关部门 接到了电话，并且定位了电话的位置，可是救援人员拍马赶到，却不见有人。怎么办，时间就是生命，诺大一座山，要是全搜索下，除非是某某高官或者某某高官之子或之女有这样的待遇，我们老百姓是没指望。 Service Area 可以做一件事情，就是计算当时打电话的位置 N 分钟可以到达的区域，理论上只要不是掉下悬崖，那么失踪的人员总应该在这个区域内。感谢上帝，有限的人，有限的时间总还是可以尽可能做点事情。所以，如果真的以后我们碰到类似的情况，最好的选择还是呆在原地不动。 Closest Fa
6、cility，最近设施查询。这个比较好 理解，比如查找离网络搜集资源 -ArcGis 网络分析原理与实践 4 / 36 我目前为止最近的某某类型餐馆、医院，其它公共设施等。 110 也可以派最近的巡警到事故现场。诸如此类。 OD Cost Matrix，源点目标点代价矩阵。这个功能很难想到它有什么实际的用途，之前我也是百思不得其解，除了 OD Cost Matrix 是VRP 问题中的重要一步之外，实在琢磨不出什么应用。不过幸好本人还比较乐于思考，总算找到几个。比如，在上海，便利店非常多，那么 Coca Cola 或者其他的公司需要给这些便利店配送， Coca Cola在上海有几处 Dist
7、ribute Center，那么每个 Distribute Center 应该配送哪些便利店， OD Cost Matrix 可以做这件事，就近原则，便利店离哪个 Distribute Center 近就由哪个配送；还有一个例子，就是学生就读学校的分配，当然，这个在城市里不太常见，城市里面大部分情况是谁有钱谁去好的学校，但是在农村，或者是我当年读书的农村，中小学也还是类似便利店的就近分配原则。当然如果有人对这两个例子感兴趣，后面我可以花上一章介绍下。 网络搜集资源 -ArcGis 网络分析原理与实践 5 / 36 VRP，车辆路径规划。主要是针对多车辆、多 Orders 的配送情况，以最少的
8、成本尽可能满足订单配送的问题。可以考虑 Order 的时间窗口，可以考虑车辆对某个区域熟悉的程度等等。 Location-Allocation，选址优化（暂且这么 翻译来着）。解决类似这样的问题，在一个城市修建医院，最好的状态，比如每四平方公里修建一家医院，这样可以覆盖城市所有居民，保证所有居民享受到足够医疗资源，但是这就和共产主义一样，是一个理想而已；切实的办法还是在预选的 N 多待建点中确定有限的几个位置，使得这些位置能够覆盖尽可能多的居民，并且建设成本能够控制在预算范围里。在商业上也有类似的情况，建商场，建商店。 网络搜集资源 -ArcGis 网络分析原理与实践 6 / 36 大概把网
9、络分析的功能浏览了一下，我想只是抛砖引玉。其实很多应用在 ArcGIS 的帮助或者我的经验里面还没有涉及过，但是确确实实能做这样的事情。 还是那句话，没有做不到，只有想不到！ 3. 原始数据 网络分析的功能主要依赖于网络数据集的质量，归根结底是路网的质量。路网的数据质量包含两个方面，道 路的形状、道路的属性。道路的形状必须符合实际的交通状况，实地采集或者从遥感影像上采集都必须遵循严格的要求；道路的属性同样是路网数据质量的重要组成部分，包括影响道路通行能力的属性，比如道路里程、限高、限重、车型限制等；以及描述性的属性，比如道路材质、车道数、道路名称等。当然，事实上道路属性的采集与道路形状的采集一
10、样，同样必须遵循严格的规范。导航数据领域的国际规范标准是 GDF（ Geographical Data File），它为获取道路网络相关的数据、特征、属性和关系的扩展分类提供了详细的规则， ISO 也将 GDF 作为智能交通系统网络搜集资源 -ArcGis 网络分析原理与实践 7 / 36 （ Intelligent Transport System， ITS）的数据标准。全球著名的地图厂商 NAVTEQ 和 Tele Atlas 都使用遵循 GDF 格式，不同的地图厂商都会存在自有的地图规范，但是并不会有本质的区别。 ESRI 对 GDF也有很好的支持，在创建网络数据集的时候你会发现，有些
11、属性会自动的生成，这个是 ESRI 内建了支持 GDF 路网属性字段的结果，这是后话，后面的章节会提到。 GDF 是个挺复杂的规范，其实在我看来，所有的规范都挺复杂来着，但是这些复杂的规范一旦我们严格遵守了之后，后面的工作 会越来越轻松。 GDF 并不是我的目标，仅跟大家分享下我的经验，在数据阶段要重视的内容。 道路形状 GIS 里面有空间数据和属性数据之分，空间数据用来表示空间实体的位置、形状、大小及其分布特征等诸多方面信息的数据。我们并不仅仅是关心道路在一定坐标参考下的实际形状，更重要是他们之间的连接关系。 要实现网络分析，那么路网首先必须连通，路网中的任意两个点之间必定会存在一条可以连接
12、两点的路径；其次路网的层次性必须符合实际情况，立体相交的道路在采集的数据中必须正确的反映。 结合创建网络数据集的一些策略，建议采集道路形状 的时候遵循如下的原则： 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 网络搜集资源 -ArcGis 网络分析原理与实践 8 / 36 相连的道路端点必须要捕捉，这样的规 则应该不需要赘述了。另外道路是单线数字化还是双线数字化，这个在数据生产的时候也应该是有严格要求的，一般具有物理隔离带或者是双黄线隔离的情况下双线数字化，每一条都是单向行驶；单线数字化的道路可能是双向通行也可能是单向通行，遵循实际情况。 要制作一份符合路径分析的路网数据（也可称
13、为导航数据），不只是这几条原则就能完成的，当然幸好这不是我们应用的人应该关心的事，不过如果数据的采集和应用都是你来做，那么在做数据之前，我建议你花比较多的时间好好的确定一个可行完整的规范，毕竟采集数据是很费精力和财力的，谁也不希望花了 很多钱结果推倒重来一遍。 道路属性 道路属性字段的定义是件很讲究的事情，每家数据提供商也都会有自己的一套规范，并且大多是严格保密的。还好 GDF 的规范在网络搜集资源 -ArcGis 网络分析原理与实践 9 / 36 Google 上总可以找到的，我把 GDF 里面道路的属性字段都截图放到文档里，可以指导我们建立自己的数据采集规范。 红色标出的是几个比较重要的
14、属性，道路名称、行驶速度（时间）、道路功能等级、道路里程，这几个属性可以说是构建实用的网络数据集必备的几个属性。在你要求不高，精力财力有限的情况下，有这么几个属性勉强可以了。但是如果对分析结果的要求越精确，那么需要采集的 道路属性会越多，比如道路车型限制、车重限制、车高限制、转向限制等等，每增加一个属性，你就要付出更多。购买数据也会类似，有些公司也会针对属性收钱，那么你可以根据自己的需求选择，有些属性在目前来说，只是锦上添花，并未真正能够影响计算结果。 网络搜集资源 -ArcGis 网络分析原理与实践 10 / 36 4. 创建网络数据集 我花了相当一部分的时间在介绍原始数据，原因在于原始数
15、据的重要性。很遗憾的是，中国法律的限制， ESRI 没有办法向用户直接提供数据，更要命的，国内数据来源广泛，没有统一的标准，很多公司都有数据的测绘资质，比较大的数据厂商四维、高德等还比较规范，网络搜集资源 -ArcGis 网络分析原理与实践 11 / 36 但是很多并非专业的数据公司就很难保证数据的质量。 在这样的情况下， ArcGIS 有再好的算法也无济于事，但是很多用户看的只是结果，他看到的结果不 正确，就会认为是 ArcGIS 软件的问题。类似的情况有很多，比如一个完整的系统，性能不好，那么很多用户第一想到的就是优化 ArcGIS ，而实际上一个系统性能的优化并不是很简单的事情，它跟硬
16、件、平台软件（ ArcGIS 、数据库、操作系统等等）、应用软件、网络很多方面有密切的关系，大多时候ArcGIS 以外的因素起着更为重要的作用。 因此，在创建网络数据集，应用 ArcGIS 的网络分析之前，要首先确保原始数据的质量。在数据质量确有保证的前提下，我们开始看看如何创建实用的网络数据集。我本来在想是不是要很详细的， step by step 地从头开始，教会大家如何创建网络数据集，仔细思考了下，觉得这并不是很好的方式，我在这里花了很长时间，费了很大力气，效果可能也未必多好。很详细的步骤在 ArcGIS 帮助里可以方便找到，我希望可以把自己看帮助过程中觉得重要、以及实际操作过程中发现比
17、较重要的部分与大家分享，至于具体怎么去做，只要大家愿意花时间，相信小菜一碟。 网络数据集里面有四个比较重要的部分网络元素、连通性、属性、方向。属性、方向放到后边说，没有异议。网络元素和连通性，还是先说网络元素。 构成网络数据集的元素包括边 线（ Edge ）、交汇点（ Junction ）、转向（ Turn ）。边线和交汇点很简单，对应原始的比如道路图层、站网络搜集资源 -ArcGis 网络分析原理与实践 12 / 36 点图层等等。在网络数据集中起着很重要作用的元素是 Turn ，它很好地扮演了多面手的角色。总的说来， Turn 有两种角色，一、禁止策略，二、转向成本。大家都知道，现实世界
18、当中的道路是有很多禁止转向的策略的，比如某个路口是禁止左转，或者禁止右转，或者禁止掉头，或者禁止直行，当然不可能四个都有，这些禁止转向的策略可以通过 Turn 实现；那，现实世界中，在一个路口，左转，右转，直行，掉头，所耗费的时间成 本是不一样的，而要去模拟这些不一样的通行成本，也可以通过 Turn 实现。网络数据集中的 Turn 包括两个部分，一、 Global Turn ，创建网络数据集的时候默认存在，每个路口都会有；二、 Turn Feature Class ，有了 Turn Feature Class ，就可以很方便维护现实世界当中的禁止策略，当然，转向成本同样可以。以后会有一个专门的
19、章节将 Turn 。 连通性，网络数据集的连通性由连通组和连通策略控制。连通组是构建多模式网络的基础，现在城市的交通方式日新月异，我们可以在同一个网络数据集 中通过多个连通组来构建多模式的网络。我们知道，在 ArcGIS 的环境下，现在空间数据存储的方式主要是 shape file 和 geodatabase （ file 、 personal 、 sde ），这几种方式都是支持网络数据集的，但是有差别， shape file 只支持一个边线源、不支持多个连通组、因而不支持多模式网络， geodatabase 支持多个边线源、支持多个连通组、因而支持多模式网络。这里提前说下，建议在 file
20、geodatabase 或者 sde geodatabse 中构建网络数据集，因为 file geodatabase 和 sde geodatabse 支持空间索引，对于提高网络分析的速网络搜集资源 -ArcGis 网络分析原理与实践 13 / 36 度有重要的作用。 连通策略包括边线之间的连通策略、交汇点与边线之间的连通策略、高程字段。选择哪种连通策略取决于原始数据的采集规范是如何制定的，如果按照我在原始数据一文中提到的原则，平交路口，道路打断，立交路口，道路不打断，这样边线之间的连通策略就选择 End 网络搜集资源 -ArcGis 网络分析原理与实践 14 / 36 Point 的方式
21、。其实选择 Any Vertex 的边线连通策略也不是省事的方式，原始数据也有严格的要求。 网络数据集的属性包括四个类型 cost、 hierarchy、 restriction、descriptor。 cost 是经过网络元素时累积的某种属性值，比如车行时间、路段长度等， cost 属性有一个特点，沿着道路比例分布，网络数据集必须至少有一个类型的 cost（可以是时间，也可以是距离）； hierarchy，道路等级，网络分析设置时支持三个等级， primary roads、 secondary roads、 local roads； restriction，被限制的网络元素在分析的时候是不连
22、通的，道路的大部分通行状况都是由 restriction 属性模拟的，比如单向限制、车高限制、车型 限制； descriptor，描述网络元素的整体特征，比如车道数、路面材质，一般 descriptor 是不会影响路径计算的结果，如果前面三个类型的属性某些依赖 descriptor 的属性则例外。网络数据集属性设置是可以增长的，在开始的时候如果没有规划好，后面也可以增加，但是前提是原始数据中预留了需要的字段。重点介绍几个属性。 Hierarchy，其实翻译成道路等级，大家也还是不知道有什么用，网络搜集资源 -ArcGis 网络分析原理与实践 15 / 36 要是说高速优先大家就都知道了， h
23、ierarchy 就是来实现高速优先的。ArcGIS 的路径分析采用 Dijkstra 算法，从起始 点和终止点同时开始搜索与之相连的路段，直到找到最优的路径；启用高速优先的情况下，搜索策略有所改变，先找到低等级道路到上一个等级道路的最近入口，接下来的搜索只会在高一等级的道路中进行；可以想象，由于高等级的道路要较低等级的道路少得多，因此启用高速优先的路径分析要较禁用高速有限的路径分析效率高得多，但是结果未必是最优的。设置 hierarchy 属性时，其类型为 int，也只可能是 int，值越低，级别越高。在应用网络分析的时候， ArcGIS 只支持 primary、 secondary、loc
24、al，可以根据实际 情况调整 hierarchy 属性值的范围，三个级别的设置一般遵循金字塔的原则，高一级道路数目大概是低一等级道路数目的 15%至 20%，并且每一等级的道路之间都必须连通。 网络搜集资源 -ArcGis 网络分析原理与实践 16 / 36 RoadClass，道路类型， descriptor 类型的网络数据集属性。它的用处在于格式化 行驶方向的文字描述，也有用户称之为路书，并不影响网络分析计算的结果。网络分析的 direction 配置文件中描述行驶方向的字符串有 20 种，但是，如果大家有注意过自己创建的网络数据集分析得出的行驶方向提示，会注意到，可能类型非常单一，原因
25、就在于没有设置 RoadClass， RoadClass 存在 5 个可能的值，不同的值可能对应不同的字符串描述。具体如何设置 RoadClass，放到方向一章。 网络搜集资源 -ArcGis 网络分析原理与实践 17 / 36 属性参数。一般网络数据集的属性值都是在分析之前就已经确定，比如每条路段的长度、通行时间、单向通行的限制；但是有些属性必须在分析的时候才会知道，比如车重、车高的限制，车的高度要在分析的时候才知道，而不是在创建网络数据集的时候；再者，道路的通行时间也不是一成不变，不同的气象条件也会影响车辆的通行速度，而气象条件（换算成气象影响因子）也可能得在分析的时候才确定；这些问题可
26、以通过属性参数 来实现。如何实现，设置 MaxHeight descriptor 属性，代表每条路段的限高；设置 HeightRestriction restriction 属性，并且添加 VehicleHeight 属性参数， HeightRestriction的赋值器类型为 Function(“ MaxHeight Network Dataset在对话框中输入名称 Streets_ND然后点击下一步然后出现如下的 feature classes 选择界面，这里只有一个 Streets 层默认勾选中的只要点击下一步就好了。 网络搜集资源 -ArcGis 网络分析原理与实践 27 / 36
27、6.点击下一步后出现如下界面，注意界面中的 Connectivity 按钮，点击后进行连通属性设置。 7.点击 Connectivity 按钮后进行连通属性设置界面如下： 网络搜集资源 -ArcGis 网络分析原理与实践 28 / 36 8.网络数据集的数据源分为边线数据、交汇点数据、转弯数据，本例比较简单只含有一个 Streets 的边线数据集，所以这个也只有一个连通组，设置连通策略也只需要设置边线连通策略就够了，边线连通策略分为端点连通和任意节点连通，本例子选择端点 连通。对于点要素的连通策略设置以及多连通组等可以参考 Esri 的网络分析的帮助这里就不讲了。设置完成后点击 Ok 按钮后
28、关闭设置窗口点击下一步进入高程字段设置界面： 网络搜集资源 -ArcGis 网络分析原理与实践 29 / 36 9.高程字段设置也是连通性设置的一部分，在上面的界面中可以设置是否需要高程字段，高程字段能表达线要素的高度起伏关系，可以通过高程字段判定边线的连通性， 高程字段为数字型，当 2 条边线的连接点的高程字段值相同时为连通否则为不连通，这个在高架线与普通道理交 *时会有用到。这里为 Streets 的边线的开始 点选择F_ZLEV 为高程字段，为结束点选择 T_ZLEV 为高程字段。然后点击下一步进入转弯数据 turns 设置界面： 网络搜集资源 -ArcGis 网络分析原理与实践 30 / 36 10.turns 转弯是用来描述两到多个边线要素的转型特征，如交通网中的道理转弯规则设置，可以根据线创建 turn 要素，本例子中没有创建 turn 要素采用默认的 Global Turns，对于默认的 Global Turns 的就是无限制的转弯规则。默认点击下一步进入网络数据集属性设置界面：
