2023年7月1日发(作者：)

第十六章 最佳路径、最近设施、服务区

1 建立网络数据集

启动 ArcCatalog，选用菜单Tools/Extensions…，勾选Network Analyst，按Close 键返回，网络分析扩展模块被加载。在 ArcCatalog 左侧目录表窗口中展开 gis_ex09ex16，可以看到有一系列 Shapefile，点击 Shapefile

road，在右侧窗口中点击标签 Preview，可以看到某城市的局部道路网图形显示（见图 16-1），在左下方下拉菜单

Preview：中选择Table，可以看到要素属性表中有字段 LENGTH，是要素的几何长度。按标签 Contents，鼠标右键选择 Shapefile road，选用菜单 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 elevation 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gis_，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“停靠站”，线状图层 “道路”（见图 16-2），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。选用菜单Tools / Extensions…，勾选Network Analyst，加载网络分析扩展模块，按 Close 键返回。选用菜单 View / Toolbars / Network Analyst，网络分析菜单条弹出。在网络分析菜单条中点击图标

，弹出网络分析窗口，为了节省显示器的空间，可以将该窗口拖动到目录表下方。

图 16-2 data frame2 的显示

点击 Add Data 图标续，提示：

，在gis_ex09ex16 下选择 Shapefile Network Dataset road_，按 Add 键继

Do you also want to add all feature classes that participate in ‘road_ND’ to the map?

选“否（N）”继续，提示：Unknown Spatial Reference，按 OK 键继续。可以看到，加载的网络数据集的几何形状和原来的“道路”图层一致。在网络分析菜单条中选择 Network Analyst / New Route，可以看到目录表中出现一个特殊图层 Route，网络分析窗口中出现三个目录：Stops(0)，Barrier(0)，Routes(0)。

点击 Stops(0)，在网络分析菜单条中点击图标（Create Network Location

Tool），在地图窗口中最南端的站点位置点击输入一个站点（Stop 1），最北端的站点位置输入另一个站点（Stop 2），可以看到，Stop(0)变成了

Stop(2)，有了 2 个站点：Graphic Pick1，Graphic Pick2，在网络分析菜单条中选择图标（Solve），软件产生从站（Create 点 1 到站点 2 的最佳路径（见图 16-3）。再到网络分析窗口中点击 Barriers(0)，点击图标Network Location Tool），在已有路径上点击输入一个障碍（Barrier），可能是道路正在维修，禁止通行，网络分析窗口的 Barriers(1) 下出现 Graphic Pick3，再点击网络分析菜单条中选择图标从站点 1 到站点 2 的最佳路径（见图 16-4）。

（Solve），可以看到， 绕开障碍，图 16-3 2 个站点间的最佳路径

在网络分析窗口中，用鼠标右键分别操作 Graphic Pick1 / Delete，Graphic Pick2/ Delete，Graphic Pick3 / Delete，三个临时输入的站点、障碍被删除，再用右键点击 Stop(0)，选择 Load Locations…，出现 Load Location 对话框，在第一行 Load From下拉菜单中选择图层“停靠站”，按 OK 键继续，可以看到，6 个点要素被加载，他们的空间位置和图层“停靠站”是完全重合的，站点的编号除最南端的是 1 号外，其他编号并不符合由南向北依次停靠的顺序。点击网络分析菜单条中选择图标

（Solve），产生的路径也不符合从南到北依次停靠站点的要求。

图 16-4 增加障碍后的最佳路径 在目录表中用鼠标右键设置路径图层的有关特征：Route / Properties…，点击标签 Analysis Setting：

□√

Reorder Stops To Find Optional Route: 勾选，调整站点顺序，优化路径

□√

Preserve First Stop 勾选，保留既定的第一个站点

 Preserve Last Stop 取消，不考虑既定的最后一个站点

按“确定”键返回。点击图标（Solve），可以看到，软件自动调整站点的顺序，从南到北，产生停靠每个站点的班车最佳路径（图 16-5）。在网络分析窗口，展开 Stop(6)，可以看到和地图对应的站点顺序如下：

图 16-5 6 个站点顺序优化的路径

○○○○○○

1

Location 1

2

Location 6

3

Location 3

4

Location 2

5

Location 4

6

Location 5

在网络分析窗口中，用鼠标右键加 Delete 菜单将 Location 6 和 Location 2 删除，要停靠的站点剩下 4 个，再点击图标（Solve），可以看到，停靠 4 个站点的路径和 6 个不同（图 16-6）。

鼠标右键点击 Stop(4)，选择 Open Attribute Table，打开停靠站的要素属性表， 拉动窗口的左右滚动条，点击字段名 Sequence，该列被选择，改变颜色，该列的 属性值是网络分析路径经过的站点顺序编号，用右键点击字段名，选择 Sort Ascending，属性表的记录按站点编号从小到大重新排序，再拉动窗口的左右滚动 条，出现字段名 Cumul_Length，可以看到分析路径经过各站点的累计长度（即累 计交通成本）：

○○○○1

Location 1

2

Location 2

3

Location 4

4

Location 5

Cumul_Length 0

Cumul_Length 3358.296058

Cumul_Length 6910.089244

Cumul_Length 8042.621257

关闭属性表窗口。 图 16-6 4 个站点顺序优化的路径

3 查找最近设施

激活 data frame2，该数据框架有 2 个图层：点状图层“设施/事件”，线状图层 “道路”（见图 16-7），这是在 2 个事件“名人故居”、“博物馆”和 4 个设施“消 防站”之间选择最佳路径的例子。鼠标右键选择 data

frame2 / Properties… / Geneal，在 Units 框内将 Map 和 Meters 选为 Meters，按“确定”键返回。点击 Add

Data图标

，在gis_ex09ex16 下选择 Shapefile Network Dataset road_，按 Add键继续，提示：

Do you also want to add all feature classes that participate in ‘road_ND’ to the map?

16-7 data frame2 的显示

选“否（N）”继续，提示：Unknown Spatial Reference，按 OK 键继续。可以看到，加载的网络数据集的几何形状和原来的“道路”图层一致。在网络分析菜 单条中选择 Network Analyst / New Closest Facility，可以看到目录表中出现一个特殊的图层 Closest Facility，网络分析窗口中出现 5 个目录：Stops(0)，Facilities(0)，

Incidents(0) ， Barriers(0) ， Routes(0) 。鼠标右键点击Facilities(0) ，选择 Load Locations…，出现 Load

Location 对话框，在第一行 Load From 下拉菜单中选择图层“设施/事件”，按 OK 键继续，可以看到，6 个点要素被加载，“名人故居”和 “博物馆”不是设施，用鼠标右键加 Delete 菜单将他们删除。再用鼠标右键点击Incidents(0)，选择 Load Locations…，出现 Load Location 对话框，在第一行 LoadFrom下拉菜单中选择图层“设施/事件”，按 OK 键继续，可以看到，6 个点要素被加载，显然 4 个消防站不是事件，用鼠标右键加 Delete 菜单将他们删除。 点击图标（Solve），可以看到，产生了 2 个路径：消防站 A 到“博物馆”，消防站 C 到“名人故居”（图 16-8）。在网络分析窗口中，用鼠标右键分别点击路径名称， 选用 ，打开路径特征表，可以看到消防站 A 到“博物馆”的路径长度（Total_Length）为 2613.898688，消防站 C 到“名人故居”的路径长度（Total_Length） 为 2772.590407。

图 16-8 为 2 个事件分别查找最近设施

图 16-9 为一个事件查找多个设施

4 产生服务区

激活 data frame3，该数据框架有 2 个图层：点状图层“公园”，线状图层“道 路”（见图 16-10），本练习要求产生离开公园 500，1000 米的服务区范围。鼠标右键选择 data frame3 / Properties… / Geneal，在

Units 框内将 Map 和 Meters 选为Meters，按“确定”键返回。点击 Add Data 图标择 Shapefile

Network Dataset road_，按 Add 键继续，提示：

Do you also want to add all feature classes that participate in ‘road_ND’ to the map?

，在gis_ex09ex16 下选

选“否（N）”继续，提示：Unknown Spatial Reference，按 OK 键继续。可以看到，加载的网络数据集的几何形状和原来的“道路”图层一致。在网络分析菜 单条中选择 Network Analyst / New Service Area，可以看到目录表中出现一个特殊的图层 Service Area，网络分析窗口中出现 4 个目录：Facilities(0)，Polygons(0)， Barriers(0)，Lines(0)。在目录表中鼠标右键选择 Service Area / Properties…，点击标签 Analysis

Settings，在 Default

Breaks：属性栏中输入 500 1000（用空格分开），表示服务区的范围距离，再点击标签Polygon Generation，分别设置如下：

□√ Generate Polygons 勾选

·

Detailed Polygon Type ○ 产生的多边形是详细的

Excluded Sources  road 不包括道路

Multiple Facilities Options

○·

Merge polygon by… 分离的多边形合并

Overlap Type

○·

Rings 多重服务区呈环状

图 16-10 data frame3 的显示

按“确定”键返回，点击图标在地图窗口按钮条上点击图标（Solve），可以看到，产生了离开 9 个公园 的服务区多边形（图 16-11）。

，出现 ArcToolbox 窗口，为了有效利用显 示屏，可将 ArcToolbox 窗口拖动到目录表下侧，展开 ArcToolbox / Analysis Tools / Proximity，鼠标双击 Buffer，产生环状邻近区，出现对话框：

Input Features：D: gis_ 下拉选择数据项名

Output Feature Class：d:gis_ 鼠标选择路径，键盘输入文件名，按 Save 键保存

Distances [value or field]

○·

Linear Unit 点选，线性距离

1000 Meters 键盘输入 1000，下拉选择距离单位为米

Dissolve Option (optional)：ALL 下拉选择，重叠的多边形相互合并

图 16-11 离开公园 500，1000 米的服务区

按 OK 键继续，软件出现处理过程提示窗，左上角出现 Completed 提示，表 示处理完毕，按 Close 键关闭。ArcMap 按上述要求产生离开公园的 1000 米同心

圆 式 的 邻 近 区 多 边 形 ， 图 层 名 称 默 认 为 buffer1 ， 数 据 存 放 在

d:gis_。练习者可以看到，同样是 1000 米，同心圆式的 邻近区比基于网络的服务区要大（图 16-12）。

图 16-12 同心圆式的邻近区和基于网络的服务区比较

5 本章小结

一般的线状空间数据必须经处理产生网络数据集（Network Dataset）才能用于网络分析，网络数据集中必须有运行成本属性，最简单的方法是用线要素的原始长度代替。

路径（Route）是网络分析的基础，路径必须经过有关站点（Stop），必须避 开障碍（Barrier），以交通成本最低产生分析结果。站点、障碍可以手工输入，也 可来自已有数据源中的图层要素。路径所经过站点的先后顺序会影响计算结果， 可以靠软件自动调整站点顺序、优化路径，也可以手工人为调整站点顺序，按指定的顺序优化路径。

最近设施（Closest Facility）的原理和路径相似，设施（Facility）和事件（Incident） 之间的关系相当于 2 个站点之间的关系。可以为每个事件查找单个最近设施，也可以同时查找多个设施，得到同一事件和不同设施之间的最佳路径。

服务区（Service Area）是对路径分析的扩展，给定交通成本，产生离开服务点的所有方向的最远路径，将路径最远点连接起来，形成最大范围的外边界，为多边形形状的服务区。在同样的距离条件下，基于网络的服务区范围比同心圆式 的邻近区要小。

网络分析产生一个临时的特殊图层，可以按需要调整显示符号，方法和普通图层一样。