第9章管網(wǎng)幾何網(wǎng)

1、第9章 管網(wǎng)幾何網(wǎng)絡分析目錄 1. 幾何網(wǎng)絡 2. 顯示網(wǎng)絡流向 3. 網(wǎng)絡追蹤分析 4. 爆管分析1. 幾何網(wǎng)絡 在ArcGIS中，使用Geometric Network模型來表示幾何網(wǎng)絡，并使用Geodatabase里某個數(shù)據(jù)集中的多個要素類來創(chuàng)建幾何網(wǎng)絡。幾何網(wǎng)絡的概念主要有幾何網(wǎng)絡中的要素、邏輯網(wǎng)絡和網(wǎng)絡元素，以及幾何網(wǎng)絡的屬性（如源頭和匯）等。幾何網(wǎng)絡的實例圖，該圖表示了一個簡單示例的供水幾何網(wǎng)絡的網(wǎng)絡連接關系。1. 幾何網(wǎng)絡 幾何網(wǎng)絡要素 幾何網(wǎng)絡包括兩種網(wǎng)絡要素邊（Edge）和結點（Junction）。 邊是由數(shù)據(jù)集中的線狀要素類創(chuàng)建的。 結點是由數(shù)據(jù)集中的點狀要素類創(chuàng)建的。 在

2、幾何網(wǎng)絡創(chuàng)建時，要素類之間的幾何連接關系決定了幾何網(wǎng)絡的連通性（connectivity）。在幾何網(wǎng)絡中邊和邊之間必須通過結點連接在一起，網(wǎng)絡資源在邊之間的流動必須經(jīng)過結點。1. 幾何網(wǎng)絡 幾何網(wǎng)絡中存在兩種類型的邊幾何網(wǎng)絡中存在兩種類型的邊簡單邊（簡單邊（Simple Edge）和復雜邊）和復雜邊（Complex Edge）。）。 簡單邊在邊的兩端分別連接1個結點，它一直保持這種特性，如果簡單邊的中段加入了新的結點，則原有的簡單邊會被分割為2個新的簡單邊。復雜邊除了在兩端連接2個結點外，還可以在邊上連接其他的結點。如果復雜邊的中段添加了一個新的結點，復雜邊不會被分割，仍只是一個網(wǎng)絡對象。 幾

3、何網(wǎng)絡中同樣存在兩種類型的結點幾何網(wǎng)絡中同樣存在兩種類型的結點用戶定義的結點（用戶定義的結點（User-defined Junction）和孤立結點（）和孤立結點（Orphan Junction）。）。 用戶定義的結點是在幾何網(wǎng)絡創(chuàng)建時根據(jù)用戶數(shù)據(jù)（如點狀要素類）所生成的。孤立結點是在創(chuàng)建幾何網(wǎng)絡時，當?shù)谝粋€網(wǎng)絡邊的要素類被加入后，由ArcGIS自動添加的要素類。1. 幾何網(wǎng)絡 邏輯網(wǎng)絡 當幾何網(wǎng)絡被創(chuàng)建時，ArcGIS也同時自動創(chuàng)建了與此幾何網(wǎng)絡相對應的邏輯網(wǎng)絡（Logical Network），它用來表達網(wǎng)絡對象間的連接關系，各種網(wǎng)絡追蹤任務的執(zhí)行均依賴于邏輯網(wǎng)絡所維護的網(wǎng)絡連通性。 幾何

4、網(wǎng)絡是網(wǎng)絡的圖形表示，邏輯網(wǎng)絡是幾何網(wǎng)絡對應的表格結構，是用來記錄和維護網(wǎng)絡結構和進行網(wǎng)絡分析的基礎。通俗的理解，幾何網(wǎng)絡是用來展示給用戶看的，邏輯網(wǎng)絡是計算機進行計算使用的。右圖是左圖中幾何網(wǎng)絡所對應的邏輯網(wǎng)絡。1. 幾何網(wǎng)絡 幾何網(wǎng)絡屬性 幾何網(wǎng)絡數(shù)據(jù)類型包含其特有的一些屬性，如： 源頭和匯 幾何網(wǎng)絡中資源的流向在ArcGIS中由源頭和匯來確定，如上述例子中電力和水的傳輸由源頭和匯來驅動，資源由源頭（如發(fā)電廠和泵站）傳輸?shù)絽R（如住戶家中）。 網(wǎng)絡權重 權重用來表示資源在網(wǎng)絡中進行傳輸時所造成的耗費。例如在供水管網(wǎng)中由于管網(wǎng)摩擦力的存在，隨著在管線傳輸距離的增加水流的壓力會有一定的損失。 可

5、用及不可用要素 幾何網(wǎng)絡中的任意邊和結點都可能在邏輯網(wǎng)絡中表現(xiàn)為可用或不可用的狀態(tài)。如果邊或結點要素被設置為不可用，則在邏輯網(wǎng)絡中它被認為是一個障礙（Barrier）元素。當執(zhí)行網(wǎng)絡追蹤任務時，追蹤操作將在其遭遇的障礙元素處停止。 網(wǎng)絡要素的可用或不可用狀態(tài)是由名稱為Enabled的屬性字段值來決定的，該字段的值可以為ture或者false。在幾何網(wǎng)絡創(chuàng)建時，該字段可以自動創(chuàng)建到網(wǎng)絡要素的要素類中。當在網(wǎng)絡中添加新的網(wǎng)絡要素時，其可用狀態(tài)默認設置為可用，即Enabled字段的值為true。2. 顯示網(wǎng)絡流向 相關類與接口 本節(jié)實例所使用的與幾何網(wǎng)絡相關的類主要有：GeometricNetwor

6、k、Network、UtilityNetwork，相關的接口主要有：IGeometricNetwork、INetwork、IUtilityNetworkGEN、INetElements、INetworkCollection2、IDataset等。這些類和接口都位于ESRI.ArcGIS.Geodatabase命名空間中。2. 顯示網(wǎng)絡流向 相關類與接口 1）GeometricNetwork類 該類是ArcGIS的幾何網(wǎng)絡類，提供與幾何網(wǎng)絡相關的信息和操作，為ArcGIS Class類型，不能直接創(chuàng)建。 要獲取當前使用的幾何網(wǎng)絡可以通過FeatureDataSet類的INetworkCollec

7、tion2接口中的get_GeometricNetwork()方法，從數(shù)據(jù)源的FeatureDataSet中獲取。同時通過GeometricNetwork類的IDataset接口的Name屬性獲取幾何網(wǎng)絡的名稱。GeometricNetwork類的另一個重要接口是IGeometricNetwork接口，該接口用于管理幾何網(wǎng)絡的各類屬性，以及管理幾何網(wǎng)絡中的網(wǎng)絡要素等，其Network屬性返回當前幾何網(wǎng)絡的邏輯網(wǎng)絡，為INetwork接口類型。2. 顯示網(wǎng)絡流向 相關類與接口 2）Network類 Network類為抽象類，提供與邏輯網(wǎng)絡相關的屬性和操作，它創(chuàng)建的子類為UtilityNetwor

8、k類和StreetNetwork類。如前所述，通常使用UtilityNetwork類來模擬現(xiàn)實世界中的各類公共設施網(wǎng)絡。它實現(xiàn)了INetwork接口和INetElements接口。1 1）INetworkINetwork接口接口該接口的成員提供邏輯網(wǎng)絡和網(wǎng)絡元素的常用信息。（1）EdgeCount屬性返回邏輯網(wǎng)絡中邊的數(shù)量。（2）JunctionCount屬性返回邏輯網(wǎng)絡中結點的數(shù)量。2 2）INetElementsINetElements接口接口該接口成員進行空間要素ID（如ObjectID）與網(wǎng)絡元素ID（network element ID，EID）之間的轉換。（1）GetEID方法根據(jù)

9、空間要素的ID值返回其對應的網(wǎng)絡元素ID值。（2）QueryIDs方法根據(jù)網(wǎng)絡元素ID值返回對應的空間要素ID值。2. 顯示網(wǎng)絡流向 相關類與接口 3）UtilityNetwork類 該類提供與Utility Network（管網(wǎng)網(wǎng)絡）相關的信息和操作，它實現(xiàn)的一個重要接口是IUtilityNetworkGEN，該接口用來獲取和設置管網(wǎng)網(wǎng)絡的流向信息等，它繼承自INetwork接口。 （1）GetFlowDirection方法 根據(jù)網(wǎng)絡邊元素的ID返回其流向的方向，其返回值為esriFlowDirection常量，包括沿數(shù)字化方向、與數(shù)字化方向相反、不確定流向和未初始化流向等幾種情況。 （2）

10、EstablishFlowDirection方法 根據(jù)給定的源頭和匯建立所有網(wǎng)絡邊元素的流向方向，該方法需要在數(shù)據(jù)編輯環(huán)境下使用。 （3）SetFlowDirection方法 為給定的網(wǎng)絡邊元素設置某種流向方向。2. 顯示網(wǎng)絡流向 實例通過點擊相關按鈕來自動顯示當前幾何網(wǎng)絡的流向。 實例程序實現(xiàn)思路如下： （1）獲取當前幾何網(wǎng)絡的邏輯網(wǎng)絡，使用INetElements接口獲取每個網(wǎng)絡邊要素的ElemenID； （2）通過IUtilityNetworkGEN接口查詢獲得每個邊的流向，因為每條邊在二維幾何空間上均有一定的方向，體現(xiàn)為角度，在顯示流向時應沿著該邊的方向進行顯示，因此在計算該邊的角度后

11、，即在每個邊要素的中心點繪制相應的流向符號來標識該邊的流向。詳細代碼見程序3. 網(wǎng)絡追蹤分析 幾何網(wǎng)絡分析的主要任務是網(wǎng)絡追蹤分析，主要包括上下游追蹤、查找連接或未連接的網(wǎng)絡元素、查找共同祖先、查找最短路徑等多種分析任務。分析過程中需要通過選擇管點、管線和障礙，再選擇某種網(wǎng)絡追蹤任務后執(zhí)行分析即可得到分析的結果。 相關類與接口 本節(jié)實例所使用的與網(wǎng)絡追蹤分析相關的類主要有：NetSolver、TraceFlowSolver、NetFlag、JunctionFlag、EdgeFlag、NetElementBarriers、EnumNetEIDArray、PointToEID等，3. 網(wǎng)絡追蹤分析

12、 1）NetSolver類 NetSolver類為抽象類，主要實現(xiàn)了INetSolver接口，用來設置網(wǎng)絡分析解決器的邏輯網(wǎng)絡以及設置用于網(wǎng)絡的各類障礙，其可創(chuàng)建的子類為TraceFlowSolver類。INetSolver接口的ElementBarriers屬性用于設置網(wǎng)絡分析解決器的各類障礙，其參數(shù)為INetElementBarriers接口類型的變量。 2）TraceFlowSolver類 TraceFlowSolver類是具體執(zhí)行網(wǎng)絡追蹤任務的類，它包括一系列基本的網(wǎng)絡追蹤分析解決器，可以進行網(wǎng)絡追蹤分析任務。它主要實現(xiàn)了INetSolver接口和ITraceFlowSolverGEN

13、接口。ITraceFlowSolverGEN接口用于執(zhí)行網(wǎng)絡追蹤任務，它主要的方法如下：（1）FindAccumulation方法（2）FindCircuits方法（3）FindCommonAncestors方法（4）FindFlowElements方法（5）FindFlowEndElements方法（6）FindFlowUnreachedElements方法（7）FindPath方法（8）FindSource方法（9）PutEdgeOrigins方法（10）PutJunctionOrigins方法3. 網(wǎng)絡追蹤分析 NetFlag/JunctionFlag/EdgeFlag類 NetFlag

14、類為抽象類，實現(xiàn)INetFlag接口，用于確定管點或管線標識所代表的網(wǎng)絡元素。其可創(chuàng)建子類JunctionFlag類和EdgeFlag類，分別代表管點標識類和管線標識類。 常用的INetFlag接口主要用來獲取或設置管點標識或管線標識所對應的空間要素的各項ID，它的主要屬性如下： （1）UserClassID屬性 空間要素所在的要素類的ID。 （2）UerID屬性 空間要素的ID，通常為ObjectID。 （3）UserSubID屬性 空間要素中某個獨立網(wǎng)絡要素的ID。3. 網(wǎng)絡追蹤分析 NetElementBarriers類 NetElementBarriers類用來為網(wǎng)絡分析解決器定義哪些

15、網(wǎng)絡元素為分析的障礙，它實現(xiàn)了INetElementBarriersGEN接口，用來根據(jù)EID（Element ID）為網(wǎng)絡分析解決器設置分析障礙。 1）INetElementBarriersGEN接口 該接口的INetElementBarriers方法用于將一系列的網(wǎng)絡元素設置為網(wǎng)絡分析的障礙，其參數(shù)為EID的數(shù)組。 2）INetElementBarriers接口 需要注意的是，根據(jù)目前ArcGIS Engine的定義，INetElementBarriers接口并不是由NetElementBarriers類實現(xiàn)的，它的成員也不應被使用，它只使用在INetSolver接口的ElementBar

16、riers屬性中，可以將INetElementBarriersGEN接口的變量通過接口轉換為INetElementBarriers接口的變量，從而在INetSolver接口中使用。3. 網(wǎng)絡追蹤分析 EnumNetEIDArray類 EnumNetEIDArray類定義一系列網(wǎng)絡元素的EID數(shù)組，它主要實現(xiàn)IEnumNetEID接口，用來對這一數(shù)組進行操作。 IEnumNetEID接口的成員用來迭代訪問數(shù)組中的所有EID，其主要屬性和方法如下： （1）Count屬性 返回數(shù)組中網(wǎng)絡元素的總個數(shù)。 （2）Next方法 將指針向前移動一位，返回所指位置的網(wǎng)絡元素EID。 （3）Reset方法 使指

17、針重新定位到數(shù)組的第一個位置。 3. 網(wǎng)絡追蹤分析 PointToEID類 PointToEID類用于獲取與給定點位置最鄰近的網(wǎng)絡元素，它實現(xiàn)了IPointToEID接口，該接口的成員用來根據(jù)所設定的查詢條件得到與給定點位置最鄰近的某種類型的網(wǎng)絡元素，其主要屬性和方法如下： （1）GetNearestEdge方法 根據(jù)輸入點找到最鄰近的管線元素，同時返回管線元素的EID、管線上與輸入點最鄰近的點，以及該點所在位置占整個管線長度的百分比。 （2）GetNearestJunction方法 根據(jù)輸入點找到最鄰近的管點元素，同時返回管點元素的EID和該管點要素的位置點。 （3）SnapToleranc

18、e屬性 設置進行空間搜索的容限值。 （4）SourceMap屬性 設置當前搜索操作所使用的地圖。3. 網(wǎng)絡追蹤分析 實例詳解 本例通過在地圖上添加需要分析的管點、管線標識或障礙，選擇某種網(wǎng)絡追蹤任務（如：查找公共祖先、查找相連接的要素等），得到分析的結果。 實例程序實現(xiàn)思路如下： 首先通過添加分析管點、管線、管點障礙和管線障礙工具添加各類標識點； 然后將各類標識點設置到網(wǎng)絡追蹤分析器中； 根據(jù)所選擇的追蹤任務由分析器得到分析結果，最后將分析結果顯示到地圖中。網(wǎng)絡追蹤分析的主要實現(xiàn)過程如下：1.添加分析標識/障礙工具添加分析管點、管線、管點障礙和管線障礙等工具需要進行地圖交互操作。2.網(wǎng)絡追蹤任務實現(xiàn)在相關工具添加完成后，通過工具的操作能夠得到網(wǎng)絡追蹤的各類標識點、標識線或障礙，將這些信息傳遞給網(wǎng)絡追蹤分析對象，再利用該對象ITraceFlowSolverGEN接口的各種分析方法即可得到各類分析的結果，最后將結果繪制出來。4. 爆管分析 在城市管網(wǎng)網(wǎng)絡（如供水管網(wǎng)、燃氣管網(wǎng)等）的運營中，因為管線老化或外部原因，經(jīng)常會發(fā)生管線破裂等稱為爆管的突發(fā)事故。 下面以燃氣管網(wǎng)的爆管分析為例介紹該功能的實現(xiàn)。通過在地圖上添加爆管位