第9章管網(wǎng)幾何網(wǎng)

1、第9章 管網(wǎng)幾何網(wǎng)絡(luò)分析目錄 1. 幾何網(wǎng)絡(luò) 2. 顯示網(wǎng)絡(luò)流向 3. 網(wǎng)絡(luò)追蹤分析 4. 爆管分析1. 幾何網(wǎng)絡(luò) 在ArcGIS中，使用Geometric Network模型來表示幾何網(wǎng)絡(luò)，并使用Geodatabase里某個(gè)數(shù)據(jù)集中的多個(gè)要素類來創(chuàng)建幾何網(wǎng)絡(luò)。幾何網(wǎng)絡(luò)的概念主要有幾何網(wǎng)絡(luò)中的要素、邏輯網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)絡(luò)元素，以及幾何網(wǎng)絡(luò)的屬性（如源頭和匯）等。幾何網(wǎng)絡(luò)的實(shí)例圖，該圖表示了一個(gè)簡(jiǎn)單示例的供水幾何網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)連接關(guān)系。1. 幾何網(wǎng)絡(luò) 幾何網(wǎng)絡(luò)要素 幾何網(wǎng)絡(luò)包括兩種網(wǎng)絡(luò)要素邊（Edge）和結(jié)點(diǎn)（Junction）。 邊是由數(shù)據(jù)集中的線狀要素類創(chuàng)建的。 結(jié)點(diǎn)是由數(shù)據(jù)集中的點(diǎn)狀要素類創(chuàng)建的。 在

2、幾何網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)建時(shí)，要素類之間的幾何連接關(guān)系決定了幾何網(wǎng)絡(luò)的連通性（connectivity）。在幾何網(wǎng)絡(luò)中邊和邊之間必須通過結(jié)點(diǎn)連接在一起，網(wǎng)絡(luò)資源在邊之間的流動(dòng)必須經(jīng)過結(jié)點(diǎn)。1. 幾何網(wǎng)絡(luò) 幾何網(wǎng)絡(luò)中存在兩種類型的邊幾何網(wǎng)絡(luò)中存在兩種類型的邊簡(jiǎn)單邊（簡(jiǎn)單邊（Simple Edge）和復(fù)雜邊）和復(fù)雜邊（Complex Edge）。）。 簡(jiǎn)單邊在邊的兩端分別連接1個(gè)結(jié)點(diǎn)，它一直保持這種特性，如果簡(jiǎn)單邊的中段加入了新的結(jié)點(diǎn)，則原有的簡(jiǎn)單邊會(huì)被分割為2個(gè)新的簡(jiǎn)單邊。復(fù)雜邊除了在兩端連接2個(gè)結(jié)點(diǎn)外，還可以在邊上連接其他的結(jié)點(diǎn)。如果復(fù)雜邊的中段添加了一個(gè)新的結(jié)點(diǎn)，復(fù)雜邊不會(huì)被分割，仍只是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)對(duì)象。 幾

3、何網(wǎng)絡(luò)中同樣存在兩種類型的結(jié)點(diǎn)幾何網(wǎng)絡(luò)中同樣存在兩種類型的結(jié)點(diǎn)用戶定義的結(jié)點(diǎn)（用戶定義的結(jié)點(diǎn)（User-defined Junction）和孤立結(jié)點(diǎn)（）和孤立結(jié)點(diǎn)（Orphan Junction）。）。 用戶定義的結(jié)點(diǎn)是在幾何網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)建時(shí)根據(jù)用戶數(shù)據(jù)（如點(diǎn)狀要素類）所生成的。孤立結(jié)點(diǎn)是在創(chuàng)建幾何網(wǎng)絡(luò)時(shí)，當(dāng)?shù)谝粋€(gè)網(wǎng)絡(luò)邊的要素類被加入后，由ArcGIS自動(dòng)添加的要素類。1. 幾何網(wǎng)絡(luò) 邏輯網(wǎng)絡(luò) 當(dāng)幾何網(wǎng)絡(luò)被創(chuàng)建時(shí)，ArcGIS也同時(shí)自動(dòng)創(chuàng)建了與此幾何網(wǎng)絡(luò)相對(duì)應(yīng)的邏輯網(wǎng)絡(luò)（Logical Network），它用來表達(dá)網(wǎng)絡(luò)對(duì)象間的連接關(guān)系，各種網(wǎng)絡(luò)追蹤任務(wù)的執(zhí)行均依賴于邏輯網(wǎng)絡(luò)所維護(hù)的網(wǎng)絡(luò)連通性。 幾何

4、網(wǎng)絡(luò)是網(wǎng)絡(luò)的圖形表示，邏輯網(wǎng)絡(luò)是幾何網(wǎng)絡(luò)對(duì)應(yīng)的表格結(jié)構(gòu)，是用來記錄和維護(hù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)分析的基礎(chǔ)。通俗的理解，幾何網(wǎng)絡(luò)是用來展示給用戶看的，邏輯網(wǎng)絡(luò)是計(jì)算機(jī)進(jìn)行計(jì)算使用的。右圖是左圖中幾何網(wǎng)絡(luò)所對(duì)應(yīng)的邏輯網(wǎng)絡(luò)。1. 幾何網(wǎng)絡(luò) 幾何網(wǎng)絡(luò)屬性 幾何網(wǎng)絡(luò)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(luò)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(qū)動(dòng)，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(luò)權(quán)重 權(quán)重用來表示資源在網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行傳輸時(shí)所造成的耗費(fèi)。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(huì)有一定的損失。 可

5、用及不可用要素 幾何網(wǎng)絡(luò)中的任意邊和結(jié)點(diǎn)都可能在邏輯網(wǎng)絡(luò)中表現(xiàn)為可用或不可用的狀態(tài)。如果邊或結(jié)點(diǎn)要素被設(shè)置為不可用，則在邏輯網(wǎng)絡(luò)中它被認(rèn)為是一個(gè)障礙（Barrier）元素。當(dāng)執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)追蹤任務(wù)時(shí)，追蹤操作將在其遭遇的障礙元素處停止。 網(wǎng)絡(luò)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(luò)創(chuàng)建時(shí)，該字段可以自動(dòng)創(chuàng)建到網(wǎng)絡(luò)要素的要素類中。當(dāng)在網(wǎng)絡(luò)中添加新的網(wǎng)絡(luò)要素時(shí)，其可用狀態(tài)默認(rèn)設(shè)置為可用，即Enabled字段的值為true。2. 顯示網(wǎng)絡(luò)流向 相關(guān)類與接口 本節(jié)實(shí)例所使用的與幾何網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的類主要有：GeometricNetwor

6、k、Network、UtilityNetwork，相關(guān)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(luò)流向 相關(guān)類與接口 1）GeometricNetwork類 該類是ArcGIS的幾何網(wǎng)絡(luò)類，提供與幾何網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的信息和操作，為ArcGIS Class類型，不能直接創(chuàng)建。 要獲取當(dāng)前使用的幾何網(wǎng)絡(luò)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(shí)通過GeometricNetwork類的IDataset接口的Name屬性獲取幾何網(wǎng)絡(luò)的名稱。GeometricNetwork類的另一個(gè)重要接口是IGeometricNetwork接口，該接口用于管理幾何網(wǎng)絡(luò)的各類屬性，以及管理幾何網(wǎng)絡(luò)中的網(wǎng)絡(luò)要素等，其Network屬性返回當(dāng)前幾何網(wǎng)絡(luò)的邏輯網(wǎng)絡(luò)，為INetwork接口類型。2. 顯示網(wǎng)絡(luò)流向 相關(guān)類與接口 2）Network類 Network類為抽象類，提供與邏輯網(wǎng)絡(luò)相關(guān)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(shí)世界中的各類公共設(shè)施網(wǎng)絡(luò)。它實(shí)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(luò)和網(wǎng)絡(luò)元素的常用信息。（1）EdgeCount屬性返回邏輯網(wǎng)絡(luò)中邊的數(shù)量。（2）JunctionCount屬性返回邏輯網(wǎng)絡(luò)中結(jié)點(diǎn)的數(shù)量。2 2）INetElementsINetElements接口接口該接口成員進(jìn)行空間要素ID（如ObjectID）與網(wǎng)絡(luò)元素ID（network element ID，EID）之間的轉(zhuǎn)換。（1）GetEID方法根據(jù)

9、空間要素的ID值返回其對(duì)應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)元素ID值。（2）QueryIDs方法根據(jù)網(wǎng)絡(luò)元素ID值返回對(duì)應(yīng)的空間要素ID值。2. 顯示網(wǎng)絡(luò)流向 相關(guān)類與接口 3）UtilityNetwork類 該類提供與Utility Network（管網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)）相關(guān)的信息和操作，它實(shí)現(xiàn)的一個(gè)重要接口是IUtilityNetworkGEN，該接口用來獲取和設(shè)置管網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的流向信息等，它繼承自INetwork接口。 （1）GetFlowDirection方法 根據(jù)網(wǎng)絡(luò)邊元素的ID返回其流向的方向，其返回值為esriFlowDirection常量，包括沿?cái)?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(luò)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(luò)邊元素設(shè)置某種流向方向。2. 顯示網(wǎng)絡(luò)流向 實(shí)例通過點(diǎn)擊相關(guān)按鈕來自動(dòng)顯示當(dāng)前幾何網(wǎng)絡(luò)的流向。 實(shí)例程序?qū)崿F(xiàn)思路如下： （1）獲取當(dāng)前幾何網(wǎng)絡(luò)的邏輯網(wǎng)絡(luò)，使用INetElements接口獲取每個(gè)網(wǎng)絡(luò)邊要素的ElemenID； （2）通過IUtilityNetworkGEN接口查詢獲得每個(gè)邊的流向，因?yàn)槊織l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(shí)應(yīng)沿著該邊的方向進(jìn)行顯示，因此在計(jì)算該邊的角度后

11、，即在每個(gè)邊要素的中心點(diǎn)繪制相應(yīng)的流向符號(hào)來標(biāo)識(shí)該邊的流向。詳細(xì)代碼見程序3. 網(wǎng)絡(luò)追蹤分析 幾何網(wǎng)絡(luò)分析的主要任務(wù)是網(wǎng)絡(luò)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(luò)元素、查找共同祖先、查找最短路徑等多種分析任務(wù)。分析過程中需要通過選擇管點(diǎn)、管線和障礙，再選擇某種網(wǎng)絡(luò)追蹤任務(wù)后執(zhí)行分析即可得到分析的結(jié)果。 相關(guān)類與接口 本節(jié)實(shí)例所使用的與網(wǎng)絡(luò)追蹤分析相關(guān)的類主要有：NetSolver、TraceFlowSolver、NetFlag、JunctionFlag、EdgeFlag、NetElementBarriers、EnumNetEIDArray、PointToEID等，3. 網(wǎng)絡(luò)追蹤分析

12、 1）NetSolver類 NetSolver類為抽象類，主要實(shí)現(xiàn)了INetSolver接口，用來設(shè)置網(wǎng)絡(luò)分析解決器的邏輯網(wǎng)絡(luò)以及設(shè)置用于網(wǎng)絡(luò)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(shè)置網(wǎng)絡(luò)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(luò)追蹤任務(wù)的類，它包括一系列基本的網(wǎng)絡(luò)追蹤分析解決器，可以進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)追蹤分析任務(wù)。它主要實(shí)現(xiàn)了INetSolver接口和ITraceFlowSolverGEN

13、接口。ITraceFlowSolverGEN接口用于執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)追蹤任務(wù)，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(luò)追蹤分析 NetFlag/JunctionFlag/EdgeFlag類 NetFlag

14、類為抽象類，實(shí)現(xiàn)INetFlag接口，用于確定管點(diǎn)或管線標(biāo)識(shí)所代表的網(wǎng)絡(luò)元素。其可創(chuàng)建子類JunctionFlag類和EdgeFlag類，分別代表管點(diǎn)標(biāo)識(shí)類和管線標(biāo)識(shí)類。 常用的INetFlag接口主要用來獲取或設(shè)置管點(diǎn)標(biāo)識(shí)或管線標(biāo)識(shí)所對(duì)應(yīng)的空間要素的各項(xiàng)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(gè)獨(dú)立網(wǎng)絡(luò)要素的ID。3. 網(wǎng)絡(luò)追蹤分析 NetElementBarriers類 NetElementBarriers類用來為網(wǎng)絡(luò)分析解決器定義哪些

15、網(wǎng)絡(luò)元素為分析的障礙，它實(shí)現(xiàn)了INetElementBarriersGEN接口，用來根據(jù)EID（Element ID）為網(wǎng)絡(luò)分析解決器設(shè)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(luò)元素設(shè)置為網(wǎng)絡(luò)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(shí)現(xiàn)的，它的成員也不應(yīng)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(zhuǎn)換為INetElementBarriers接口的變量，從而在INetSolver接口中使用。3. 網(wǎng)絡(luò)追蹤分析 EnumNetEIDArray類 EnumNetEIDArray類定義一系列網(wǎng)絡(luò)元素的EID數(shù)組，它主要實(shí)現(xiàn)IEnumNetEID接口，用來對(duì)這一數(shù)組進(jìn)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?cái)?shù)組中網(wǎng)絡(luò)元素的總個(gè)數(shù)。 （2）Next方法 將指針向前移動(dòng)一位，返回所指位置的網(wǎng)絡(luò)元素EID。 （3）Reset方法 使指

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

18、e屬性 設(shè)置進(jìn)行空間搜索的容限值。 （4）SourceMap屬性 設(shè)置當(dāng)前搜索操作所使用的地圖。3. 網(wǎng)絡(luò)追蹤分析 實(shí)例詳解 本例通過在地圖上添加需要分析的管點(diǎn)、管線標(biāo)識(shí)或障礙，選擇某種網(wǎng)絡(luò)追蹤任務(wù)（如：查找公共祖先、查找相連接的要素等），得到分析的結(jié)果。 實(shí)例程序?qū)崿F(xiàn)思路如下： 首先通過添加分析管點(diǎn)、管線、管點(diǎn)障礙和管線障礙工具添加各類標(biāo)識(shí)點(diǎn)； 然后將各類標(biāo)識(shí)點(diǎn)設(shè)置到網(wǎng)絡(luò)追蹤分析器中； 根據(jù)所選擇的追蹤任務(wù)由分析器得到分析結(jié)果，最后將分析結(jié)果顯示到地圖中。網(wǎng)絡(luò)追蹤分析的主要實(shí)現(xiàn)過程如下：1.添加分析標(biāo)識(shí)/障礙工具添加分析管點(diǎn)、管線、管點(diǎn)障礙和管線障礙等工具需要進(jìn)行地圖交互操作。2.網(wǎng)絡(luò)追蹤任務(wù)實(shí)現(xiàn)在相關(guān)工具添加完成后，通過工具的操作能夠得到網(wǎng)絡(luò)追蹤的各類標(biāo)識(shí)點(diǎn)、標(biāo)識(shí)線或障礙，將這些信息傳遞給網(wǎng)絡(luò)追蹤分析對(duì)象，再利用該對(duì)象ITraceFlowSolverGEN接口的各種分析方法即可得到各類分析的結(jié)果，最后將結(jié)果繪制出來。4. 爆管分析 在城市管網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)（如供水管網(wǎng)、燃?xì)夤芫W(wǎng)等）的運(yùn)營(yíng)中，因?yàn)楣芫€老化或外部原因，經(jīng)常會(huì)發(fā)生管線破裂等稱為爆管的突發(fā)事故。 下面以燃?xì)夤芫W(wǎng)的爆管分析為例介紹該功能的實(shí)現(xiàn)。通過在地圖上添加爆管位