Анализ 3D-наборов сетевых данных

Уровень сложности: Расширенный Требования к данным: ArcGIS Tutorial Data for Desktop Путь к данным: C:\ArcGIS\ArcTutor\Network Analyst\Workflow\3DRouting Задача: Выполнение анализа маршрута для 3D-набора сетевых данных

Если геометрия исходных объектов для набора сетевых данных включает значения z-координаты, можно создать трехмерную сеть и провести ее анализ. Данный раздел знакомит с основами выполнения 3D анализа с помощью дополнительного модуля Дополнительный модуль ArcGIS Network Analyst extension и представляет модель геообработки, которую можно использовать для интерактивного поиска оптимального маршрута в ArcScene.

К данным для обучения дополнительному модулю Network Analyst – , доступным на ArcGIS.com, относится 3D-набор сетевых данных и модель геообработки, использующаяся для построения маршрута по сетевым данным. Изучения и работа с имеющимися данными будут способствовать пониманию вами механизма создания 3D-сети и осуществления в ней анализа. Данные понадобятся вам также для выполнения ряда действий, описанных в этом документе. После загрузки данных их можно извлечь в любое место. Однако удобнее извлечь данные в папку C:\arcgis\ArcTutor, поскольку эта папка указана в упражнениях как местоположение учебных данных по умолчанию. 3D-данные вы найдете в папке \Network Analyst\Workflow\3DRouting.

Лицензия:

Для визуализации наборов сетевых данных в 3D и упрощения создания исходных объектов требуются дополнительные модули Дополнительный модуль ArcGIS 3D Analyst extension и Дополнительный модуль ArcGIS Network Analyst extension.

На следующей группе рисунков показан пример здания, в котором коридоры и другие пути движения людей смоделированы в виде набора сетевых данных.

Прежде всего, пути движения – коридоры, лестницы, лифты и т.п. – нужно представить в цифровой форме в 3D. Это можно сделать в ArcMap и ArcScene.

Следующий шаг – создание набора сетевых данных из классов исходных объектов. Это аналогично созданию любого другого набора сетевых данных, но при запросе «Как моделировать высоту набора сетевых данных?» (How would you like to model the elevation of your network dataset?) выберите Использование значений Z-координаты из геометрии (Using Z coordinate values from Geometry):

Более подробно о связности с использованием значений Z-координаты из геометрии

Как только набор сетевых данных 3D создан, его можно использовать для выполнения сетевого анализа.

Необязательно ограничивать сеть только одним зданием. Ее можно расширить, включив несколько зданий в комплексе, квартале или даже в городе. В любом случае механизмы расчета Network Analyst помогут найти ответы на различные вопросы. Например, при помощи механизма расчета Размещение-распределение (location-allocation) можно искать ограниченное медицинское обеспечение и оборудование рядом с людьми или помещениями, что позволит использовать его с максимальной пользой. Можно также определять местоположение других объектов, например мусорных корзин в офисном здании или ресторанов и торговых автоматов в аэропорту.

В 2D сети механизм расчета Область обслуживания (Service area) часто помогает учреждениям экстренного реагирования установить, какие здания достижимы за определенное время. Однако, чтобы добраться до места внутри здания, нередко нужно пройти по коридорам и подняться на несколько лестничных пролетов. В 3D сети механизм расчета Область обслуживания (Service area) помогает определить, какие местоположения внутри здания достижимы за указанный период времени.

Вот лишь несколько примеров возможного применения механизмов расчета Network Analyst в 3D среде.

Выполнение анализа для 3D-набора сетевых данных

Рабочий процесс анализа для 3D набора сетевых данных на данный момент проще всего выполнить с помощью модели геообработки. В данном разделе описано, как создать модель, которая позволяет найти оптимальный маршрут между двумя и более остановками. Можно выполнить прогон модели в ArcScene и просмотреть трехмерные результаты. Предполагается, что у пользователя есть 3D-набор сетевых данных (можно воспользоваться предоставленным), что пользователь знаком с принципами геообработки и ему не нужны пошаговые инструкции по созданию моделей.

Обзор модели

Описанная здесь модель геообработки позволяет найти маршруты минимальной стоимости между остановками. Остановки можно добавлять в интерактивном режиме или загрузить их из класса объектов. Символы выходного слоя сетевого анализа модели задается заранее в файле LYR и используется моделью.

Элемент	Тип	Описание
Входной набор сетевых данных	Слой набора сетевых данных, входной параметр	Файл пути к 3D набору сетевых данных. Должен моделировать высоту, используя значения z-координаты из геометрии.
Ограничения (Restrictions)	Строка, входной параметр	Перечень атрибутов ограничений для набора сетевых данных.
Атрибут импеданса	Строка, входной параметр	Атрибут стоимости, на основе которого рассчитывается путь с наименьшей стоимостью.
Создать слой маршрута	Инструмент	Создает слой анализа маршрута. Этот слой содержит данные и свойства, которые определяют, как будет рассчитываться оптимальный маршрут, а также результаты расчета.
Маршрут (Route)	Слой сетевого анализа	Слой анализа маршрута.
Добавить положения (Add Locations)	Инструмент	Позволяет добавлять сетевые положения в слой сетевого анализа. В данном случае добавляет остановки в слой маршрута.
Остановки на входе	Набор объектов (точки), входной параметр	Точечные объекты, через которые проходит получившийся маршрут.
Маршрут (1)	Слой сетевого анализа	Слой маршрута с остановками.
Расчет (Solve)	Инструмент	Рассчитывает маршрут наименьшей стоимости.
Решено успешно	Логический	Показывает, успешно ли выполнена операция решения.
Маршрут (2)	Слой сетевого анализа	Слой маршрута, содержащий получившийся маршрут.
Символика маршрута на выходе	Слой (Layer)	Инструмент Применить символы слоя (Apply Symbology From Layer) применяет символы этого слоя к выходному слою маршрутов.
Применить символы слоя	Инструмент	Применяет символы слоя, на который ссылается переменная символов выходного маршрута, к переменной выходных маршрутов.
Выходные маршруты	Слой сетевого анализа, производный параметр	Слой маршрута, содержащий получившийся маршрут с предопределенными символами из символов выходного маршрута.

Процессы модели

Подробные сведения о модели приведены ниже.

Создать слой маршрута

Инструмент Создать слой маршрута (Make Route Layer) создает новый слой сетевого анализа (Маршрут (Route)), где хранятся свойства анализа, обеспечивает связь с входным набором сетевых данных, а также сохраняет остановки на входе, барьеры и маршруты на выходе. Набор сетевых данных имеет атрибут сетевого импеданса. Этот атрибут является параметром, поэтому ему можно присвоить любой атрибут импеданса в наборе сетевых данных. Набор сетевых данных в примере имеет атрибуты Length и WalkTime, поэтому можно задать либо расстояние, либо время, которое требуется человеку для обхода каждого исходного объекта (например, сегмента коридора, лестницы или лифта). Поскольку Ограничения (Restrictions) – это параметр, можно настроить в механизме расчета на ограничения для лестниц, лифтов и поворотов. Ограничения поворотов могут моделировать ситуацию с человеком, у которого нет ключа от определенной двери.

Добавить положения (Add Locations)

Инструмент Добавить местоположения (Add Locations) добавляет остановки в слой анализа маршрута. Конфигурация модели позволяет загружать точки из класса пространственных объектов или создавать точки в интерактивном режиме, щелкая на отображении карты в ArcScene. В любом случае в геометрию точек должны быть включены значения z-координаты.

При добавлении точек в ArcScene с использованием этой модели отображаются зеленые флаги. Модель получает эти особые символы – а также схему объектов – из файла LYR, который хранится на диске. Вместо этих символов можно задать в модели отображение символов точек по умолчанию, но модель все равно должна ссылаться на точечный класс пространственных объектов с надлежащей схемой для остановок.

Чтобы создать файл LYR из точечного класса пространственных объектов, выполните следующие действия.

Шаги:

1. Запустите ArcScene, щелкнув Пуск (Start) > Все программы (All Programs) > ArcGIS > ArcScene 10.2..
2. Щёлкните на кнопке окна ArcCatalog (ArcCatalog window) кнопка.

   Откроется окно Каталог (Catalog).

3. Перейдите в базу геоданных.
4. Создайте точечный класс пространственных объектов, использующий значения z-координаты.
5. При помощи инструмента Добавить поле (Add Field) создайте поля для остановок, которые можно будет изменить, например Name, Sequence и RouteName.
Если символы точек по умолчанию в ArcScene отвечают вашим потребностям, выполнять остальные шаги этой процедуры не нужно.
6. Добавьте новый класс пространственных объектов в ArcScene.
7. Задайте символы таким образом, чтобы при использовании модели остановки отображались необходимым образом.
8. Правой кнопкой мыши щёлкните на слое объектов в окне Таблица содержания (Table Of Contents) и выберите Сохранить как файл слоя (Save As Layer File).
9. Сохраните файл LYR в той же рабочей области, что и модель.

Чтобы включить возможность интерактивного добавления остановок с использованием модели, необходимо настроить параметр Входные положения (Input Locations) как набор объектов. Хотя эта возможность уже входит в модель, перечисленные ниже шаги помогут понять, как она реализуется.

Шаги:

1. В ModelBuilder щелкните правой кнопкой мыши Добавить местоположения (Add Locations) и в контекстном меню выберите Создать переменную (Make Variable) > Из параметра (From Parameter) > Входные положения (Input Locations).
2. Правой кнопкой мыши щёлкните на новой переменной, выберите Входные положения (Input Locations) и Свойства (Properties).

   Входные положения были переименованы в Остановки на входе (Input stops) на показанной выше схеме модели поиска оптимального маршрута.

3. В диалоговом окне Свойства входных положений (Input locations Properties) перейдите на закладку Тип данных (Data Type).
4. В раскрывающемся списке Выбор типа данных (Select data type) выберите Набор объектов (Feature Set).
5. Импортируйте схему и символы из файла LYR, который определяет атрибуты, тип геометрии и символы. Если используются символы по умолчанию, можно импортировать схему из класса пространственных объектов.

   В случае создания класса объектов или файла LYR способом, описанным в предыдущей последовательности шагов, здесь нужно настроить модель для извлечения этих файлов.
6. Нажмите ОК.

   Теперь пользователь модели сможет создавать остановки в интерактивном режиме для анализа маршрута.

   Аналогичным способом можно ввести в модель еще один инструмент Добавить местоположения (Add Locations), но использовать его для добавления барьеров вместо остановок.

Расчет (Solve)

Инструмент Решить (Solve) рассчитывает оптимальный маршрут на основе параметров, заданных во входном слое анализа маршрута, и создает маршрутные линии, которые записываются в подслой Маршруты (Routes) в выходном слое области обслуживания.

Применить символы слоя (Apply Symbology From Layer)

Символы, применяемые к остановкам с использованием параметра в инструменте Добавить местоположения (Add Locations), являются временными, поскольку применяются только к набору объектов. Если инструмент Решить (Solve) запускается без применения символов ко всему слою анализа маршрута, то для объектов-остановок и объектов-маршрутов возвращаются символы по умолчанию. Таким образом, инструмент Применить символы слоя (Apply Symbology From Layer) является частью модели. Он использует символы из файла RouteSymbology.lyr, включая все подслои, и применяет их к слою анализа маршрута, созданному моделью.

Следующие шаги помогают понять, как создать файл LYR для слоя анализа маршрута в ArcScene. Позднее, в случае создания другой модели, например для запуска механизма расчета Область обслуживания (Service Area) в 3D, можно воспользоваться этой общей последовательностью шагов для настройки выходных символов модели.

Шаги:

1. В окне Каталог (Catalog) щелкните Наборы инструментов (Toolboxes) > Системные наборы инструментов (System Toolboxes) > Network Analyst (Network Analyst Tools) > Анализ (Analysis).
2. Дважды щёлкните Создать слой маршрута (Make Route Layer).

   Откроется диалоговое окно Создать слой маршрута (Make Route Layer).

3. Укажите набор сетевых данных в текстовом поле Входная сеть анализа (Input analysis network).
4. Нажмите ОК.

   ArcGIS начинает создание слоя анализа маршрута. По завершении слой анализа отображается в окне Таблица содержания (Table Of Contents).

5. Задайте символы для любых подслоев (Остановки (Stops), Точечные барьеры (Point Barriers) и Маршруты (Routes)), которые входят в модель.

   В данной модели символы, заданные для подслоев Остановки (Stops), были импортированы из того же файла LYR, который используют параметры инструмента Создать местоположения (Add Locations). Таким образом, символы остановок не будут иметь различий между добавлением местоположений и расчетом.

6. Правой кнопкой мыши щёлкните на имени слоя анализа маршрута в окне Таблица содержания (Table Of Contents) и выберите Сохранить как файл слоя (Save As Layer File).
7. Укажите имя и место для сохранения файла и щёлкните на кнопке Сохранить (Save).

Использование модели

Для выполнения этих действий вам понадобятся учебные данные – , доступные на ArcGIS.com.

Шаги:

1. Запустите ArcScene, щелкнув Пуск (Start) > Все программы (All Programs) > ArcGIS > ArcScene 10.2..
2. В диалоговом окне ArcScene – начало работы (ArcScene – Getting Started) щёлкните на Существующие сцены (Existing Scenes) и Найти дополнительно (Browse for more).

   Появится диалоговое окно Открыть (Open).

3. Выберите Network Analyst данные рабочего процесса ([местоположение учебных данных]\Network Analyst\Workflow) и дважды щелкните 3DRouting > 3DRouting.sxd.

   Откроется проект 3DRouting.

4. Активируйте дополнительный модуль ArcGIS Network Analyst.
   1. Щелкните Настройка (Customize) > Дополнительные модули (Extensions).

      Откроется диалоговое окно Дополнительные модули (Extensions).

   2. Отметьте ArcGIS Network Analyst.
   3. Щелкните Закрыть (Close).
5. Щёлкните на кнопке Окно Каталог (Catalog window) .

   Откроется окно Каталог (Catalog).

6. Щёлкните на кнопке Домой (Home) .

   В окне Каталог (Catalog) откроется папка, в которой хранится документ ArcScene.

7. Разверните набор инструментов 3DRoutingTools.tbx и дважды щёлкните на модели Поиск оптимального маршрута (Find best route).

   

   Откроется диалоговое окно Поиск оптимального маршрута (Find best route).

8. Добавьте остановку, выполнив следующие подшаги:
   1. Щёлкните на Остановки_на_входе (Input_stops).

      

   2. Щёлкните местоположение на отображении карты, где должна быть остановка.

      

9. Повторите последний шаг, чтобы создать еще хотя бы одну остановку.
10. Входной набор сетевых данных (Input network dataset) уже должен указывать на 3D набор сетевых данных, Transportation_ND. В противном случае к нему можно перейти из папки 3DRouting (3DRouting > OfficeBuilding.gdb > Transportation > Transportation_ND).
11. Щёлкните на атрибуте импеданса (Impedance attribute) и выберите либо Length, либо WalkTime.

    Длина	Для поиска кратчайшего пути
    WalkTime	Для поиска кратчайшего пути

12. Отметьте все ограничения, которым должно следовать решение для маршрута.

    RestrictStairs	Использование лестниц запрещено. Это ограничение полезно при выработке маршрута для инвалидов-колясочников.
    RestrictElevators	Использование лифтов запрещено. Это ограничение полезно при выработке маршрута к пожарному выходу.
    RestrictedTurns	Ограничения поворотов, моделируемые для этого набора сетевых данных, представляют двери, для открытия которых требуются ключи. Если у какого-либо лица нет ключа, следует включить это ограничение.

13. Нажмите ОК.

    Модель рассчитывает оптимальный маршрут и добавляет результаты на отображение карты. Объект-маршрут также добавляется в класс пространственных объектов Маршруты (Routes) в окне Таблица содержаний (Table Of Contents).

Выполнение других типов сетевого анализа в 3D

Модель, представленную в данном разделе, можно использовать с другими 3D наборами сетевых данных. В нее также можно включить другие функциональные возможности, например барьеры. Для выполнения других типов сетевого анализа, таких как размещение-распределение или область обслуживания, потребуется создать отдельную модель геообработки. Модель поиска оптимального маршрута станет полезным образцом для такой задачи.