Wichtige Terminologie für geometrische Netzwerke

Die folgenden Abschnitte enthalten einige allgemeine Begriffe, die für das Verständnis geometrischer Netzwerke wichtig sind.

Kanten und Knoten

Geometrische Netzwerke bestehen hauptsächlich aus zwei Elementen: Kanten und Knoten.

Kanten – Eine Kante ist ein Feature, das eine Länge aufweist und durch das etwas fließt. Kanten werden aus Line-Feature-Classes in einem Feature-Dataset erstellt.

Beispiele für Kanten: Hauptwasserleitungen, elektrische Versorgungsleitungen, Gasleitungen und Telefonleitungen

Knoten – Ein Knoten ist ein Feature, mit dem mindestens zwei Kanten miteinander verbunden werden, sodass die Übertragung des Flusses und von Ressourcen zwischen Kanten durchgeführt werden kann. Knoten werden aus Point-Feature-Classes in einem Feature-Dataset erstellt.

Beispiele für Knoten: Sicherungen, Schalter, Anschlüsse und Ventile

Kanten und Knoten in einem Netzwerk sind topologisch miteinander verbunden. Kanten müssen an Knoten mit anderen Kanten verbunden sein, und der Fluss zwischen Kanten im Netzwerk wird über Knoten übertragen.

Einfache und komplexe Kanten

In geometrischen Netzwerken werden zwei Typen von Kanten verwendet:

• Einfache Kanten – Einfache Kanten ermöglichen es Ressourcen, ein Ende der Kante einzugeben und das andere Ende der Kante zu beenden. Die Ressource kann die einfache Kante nicht entlang der einfachen Kante verlassen. Dies ist nur an ihrem Endpunkt möglich. Ein Beispiel für eine einfache Kante ist eine Wassernebenleitung in einem Wasserleitungsnetz. Die Wassernebenleitung ist am einen Ende mit einem Knoten der Hauptleitung und am anderen mit einem Knoten einer Entnahmestelle (z. B. einem Anschluss oder einer Pumpe) verbunden. Nachdem Wasser in die Nebenleitung eingetreten ist, verlässt es diese erst an der Entnahmestelle wieder.

  Um dieses Verhalten im geometrischen Netzwerk zu unterstützen, werden einfache Kanten immer mit zwei Knoten, einem an jedem Ende, verbunden. Bei einfachen Kanten ist keine mittige Verbindung vorhanden. Wenn ein neuer Knoten mittig auf einer einfachen Kante gefangen wird (wobei eine Verbindung hergestellt wird), wird diese einfache Kante physisch in zwei separate Features geteilt.

  Eine einfache Kante entspricht einem einzelnen Kantenelement im logischen Netzwerk.

• Komplexe Kanten – Komplexe Kanten ermöglichen es Ressourcen, von einem Ende zum anderen zu fließen, wie dies auch bei einfachen Kanten der Fall ist. Außerdem können Ressourcen jedoch entlang der Kante entnommen werden, ohne dass die Kante dafür physisch geteilt werden muss. Ein Beispiel für eine komplexe Kante ist eine Hauptwasserleitung in einem Wasserleitungsnetz. Die Hauptwasserleitung ist eine einzelne komplexe Kante mit mehreren Nebenlinien, die über Knoten entlang der Kante verbunden sind. Die Hauptwasserleitung wird nicht an dem Knoten geteilt, an dem die einzelnen Nebenleitungen an die Hauptleitung angeschlossen sind, sondern das Wasser kann auch an den einzelnen Nebenleitungen entnommen werden.

  Dieses Verhalten wird auch bei komplexen Kanten unterstützt, da sie mittige Verbindungen zulassen. Wie einfache Kanten auch, sind komplexe Kanten immer mit mindestens zwei Knoten an ihren Endpunkten verbunden, können aber mit zusätzlichen Knoten entlang der Kante verbunden sein. Wenn ein neuer Knoten mittig auf einer komplexen Kante gefangen wird, bleibt diese komplexe Kante ein einzelnes Feature. Das Einpassen des Knotens bewirkt allerdings eine logische Teilung der komplexen Kante. Beispiel: Wenn die Kante einem Kantenelement im logischen Netzwerk entsprach, bevor der Knoten hinzugefügt wurde, entspricht sie jetzt zwei Kantenelementen.

  Komplexe Kanten entsprechen einem oder mehreren Kantenelementen im logischen Netzwerk.

Benutzerdefinierte und unverbundene Knoten

In geometrischen Netzwerken werden zwei Typen von Knoten verwendet:

• Benutzerdefinierte Knoten – Knoten, die beim Berechnen des geometrischen Netzwerks auf Grundlage der Quelldaten eines Benutzers erstellt werden (Point-Feature-Classes). Beispiele für Knoten sind Entnahmestellen, Sicherungen, Wasserstandsanzeiger oder Anschlüsse. Knoten entsprechen einem einzelnen Knotenelement im logischen Netzwerk.
• Unverbundene Knoten – Beim Erstellen des geometrischen Netzwerks wird auch eine einfache Junction-Feature-Class erstellt, die als Orphan-Junction-Feature-Class bezeichnet wird. Der Name der Orphan-Junction-Feature-Class entspricht dem Namen des geometrischen Netzwerks mit dem Anhang "_Junctions". Für das geometrische Netzwerk "Electric_Net" lautet die Orphan-Junction-Feature-Class also "Electric_Net_Junctions". Die Orphan-Junction-Feature-Class wird vom geometrischen Netzwerk zur Wahrung der Netzwerkintegrität verwendet. Bei der Erstellung des geometrischen Netzwerks wird ein unverbundener Knoten an den Endpunkten der Kanten eingefügt, an denen noch kein geometrisch lagegleicher Knoten in den Quelldaten vorhanden ist. Unverbundene Knoten-Features können aus dem geometrischen Netzwerk entfernt werden, indem sie mit anderen Knoten-Features subsumiert werden. Bei der Subsumierung eines unverbundenen Knotens wird dieser in das Netzwerk eingebunden, indem er durch einen benutzerdefinierten Knoten ersetzt wird. Es gibt klar definierte Regeln für die Knotensubsumierung in Verbindung mit unverbundenen Knoten.

  Weitere Informationen zum Subsumieren von Netzwerkknoten

  Die Orphan-Junction-Feature-Class wird gelöscht, wenn ihr geometrisches Netzwerk entfernt wird. Aus diesem Grund sollte das Schema der Orphan-Junction-Feature-Class nicht geändert werden.

• Mittige Verbindungen – Das mittige Verbinden eines Knotens mit einer Kante, damit Ressourcen die Kante dort verlassen können, und zwar als einfaches Feature. Dies wird nur von komplexen Kanten unterstützt.

Logisches Netzwerk

Beim Berechnen eines geometrischen Netzwerks erstellt die Geodatabase gleichzeitig ein entsprechendes logisches Netzwerk, in dem Verbindungsbeziehungen zwischen Features dargestellt und modelliert werden. Das logische Netzwerk ist das Verbindungsdiagramm für Verfolgungs- und Flussvorgänge. Sämtliche Verbindungen zwischen Kanten und Knoten werden im logischen Netzwerk beibehalten.

Das logische Netzwerk wird als Sammlung von Tabellen verwaltet, die von der Geodatabase erstellt und verwaltet werden. In diesen Tabellen wird aufgezeichnet, wie die Features in einem geometrischen Netzwerk miteinander verbunden sind. Anhand des logischen Netzwerks erkennt das geometrische Netzwerk während der Bearbeitung und der Analyse schnell die Verbindungsbeziehungen zwischen verbundenen Kanten und Knoten in einem geometrischen Netzwerk und modelliert diese. Dies ermöglicht eine schnelle Verfolgung im Netzwerk und vereinfacht das Erzeugen von On-the-fly-Verbindungen beim Bearbeiten.

Wenn Kanten und Knoten im geometrischen Netzwerk bearbeitet oder aktualisiert werden, wird das entsprechende logische Netzwerk automatisch ebenfalls aktualisiert und gepflegt. Es ist nicht erforderlich, die Verbindungen von Features neu zu erstellen oder direkt auf das logische Netzwerk zuzugreifen. Diese Verwaltungsarbeit führt die Geodatabase für Sie durch.

Die folgende Abbildung veranschaulicht die Zusammensetzung einer Hauptwasserleitung, die im geometrischen Netzwerk durch eine komplexe Kante dargestellt wird, aus mehreren Elementen im logischen Netzwerk. Die Tabellen im logischen Netzwerk, die der Hauptwasserleitung entsprechen, werden von ArcGIS erstellt und verwaltet. Wenn die Hauptwasserleitung im geometrischen Netzwerk bearbeitet wird, aktualisiert ArcGIS die entsprechenden Elemente im logischen Netzwerk automatisch, wobei die Verbindungen zwischen Features im geometrischen Netzwerk beibehalten werden.

Quellen und Senken

Netzwerke werden oft zur Darstellung realer Systeme verwendet, bei denen die Bewegungsrichtung durch das Netzwerk genau festgelegt ist. Beispiel: Der Elektrizitätsfluss in einem Stromnetz geht von der Stromerzeugungsstation zum Kunden. In einem Wassernetzwerk kann es sein, dass die Fließrichtung nicht so eindeutig bestimmt ist wie in einem Stromnetz, doch könnte die Fließrichtung des Wassers von einer Pumpstation zu einem Kunden oder von einem Kunden zur Abwasserkläranlage verlaufen. Geometrische Netzwerke sind ein Beispiel für ein System mit gerichtetem Fluss, in dem jede Kante über eine feste Flussrichtung verfügt, z. B. ein Flussnetzwerk, das in hydrologischen Kanälen flussabwärts fließt.

Die Fließrichtung in einem Netzwerk wird aus einer Gruppe von Quellen und Senken bestimmt. In den Beispielen oben werden Elektrizitäts- und Wasserfluss von Quellen und Senken bestimmt. Der Fluss verläuft von Quellen wie der Stromerzeugungsstation oder der Pumpstation zu Senken wie einer Abwasserkläranlage (im Fall eines Abwassernetzwerks).

Knoten in geometrischen Netzwerken können als Quellen oder Senken fungieren. Wenn Sie in einem Netzwerk eine neue Junction-Feature-Class erstellen, können Sie angeben, welche Junction-Feature-Classes über Features verfügen, deren Nebenregel den Typ "Quellen", "Senken" oder "Keine" haben kann. Wenn Sie festlegen, dass diese Features Quellen oder Senken sein können, wird ein Feld namens "AncillaryRole" in die Feature-Class eingefügt, um aufzuzeichnen, ob das Feature eine Quelle, Senke oder weder eine Quelle noch eine Senke ist. Falls noch nicht vorhanden, wird eine Domäne mit dem Namen "AncillaryRoleDomain" erstellt. Dieser Domäne werden die Feature-Classes zugeordnet, die als Quellen oder Senken fungieren.

Es kann beispielsweise der Fall sein, dass für ein Ausleitungsrohr Ihres Abwassernetzwerks ein Überlaufen gemeldet wird und dass Sie nach allen Kanalschächten flussaufwärts suchen möchten, um die Quelle isolieren zu können. Wenn Sie das Ausleitungsrohr als Senke festlegen, wird der Fluss für das Netzwerk vom System neu berechnet, und alle Routen im Netzwerk werden von der Änderung der Fließrichtung beeinflusst, die sich durch den Zustand des Ausleitungsrohrs ergibt. Auf diese Weise finden Sie alle Kanalschächte, die flussaufwärts liegen.

Weitere Informationen zur Netzwerkverfolgung

Netzwerk-Gewichtungen

Ein Netzwerk kann ein Set von Gewichtungen aufweisen, die mit ihm verbunden sind. Eine Gewichtung wird zur Darstellung des Aufwands beim Passieren eines Features im Netzwerk verwendet. Beispiel: In einem Wassernetzwerk geht eine bestimmte Menge an Wasserdruck aufgrund der Oberflächenreibung innerhalb der Leitung verloren, wenn das Wasser die Hauptleitung entlang fließt.

Netzwerkgewichtungen sind im geometrischen Netzwerk mit Eins-zu-viele-Feature-Classes verknüpft und werden innerhalb des logischen Netzwerks gespeichert. Gewichtungswerte für jedes Netzwerkelement werden von Attributen des entsprechenden Features abgeleitet. Im Beispiel der Hauptleitung oben wird der Gewichtungswert vom Attribut für die Länge des Features abgeleitet.

Ein Netzwerk kann eine beliebige Anzahl von Gewichtungen aufweisen. Für jede Feature-Class im Netzwerk können einige, alle oder keine dieser Gewichtungen mit ihren Attributen verbunden sein. Die Gewichtung für jedes Feature wird durch ein Attribut für dieses Feature bestimmt. Eine Netzwerkgewichtung kann nur mit einem Attribut in einer Feature-Class verbunden werden. Die Gewichtung kann auch mit mehreren Feature-Classes verbunden werden. Beispiel: Eine Gewichtung mit dem Namen "Durchmesser" kann mit dem Attribut "Durchmesser" in der Feature-Class "Hauptwasserleitung" und auch mit dem Attribut "Leitungsdurchmesser" in der Feature-Class "Wassernebenleitung" verbunden sein.

Eine Netzwerkgewichtung von null ist reserviert. Sie wird allen unverbundenen Knoten zugewiesen. Ein Netzwerkgewichtungswert von -1 gibt an, dass das Feature behindert wird und nicht an der Verfolgung beteiligt sein kann. Wenn eine Gewichtung nicht mit Attributen einer Feature-Class verbunden ist, weisen die Gewichtungswerte für alle Netzwerkelemente, die dieser Feature-Class entsprechen, den Wert Null auf.

Aktivierte und deaktivierte Features

Es kann auch erforderlich sein, die Verfolgung über ein Feature im geometrischen Netzwerk zu blockieren oder zu deaktivieren. Ein Beispiel hierfür ist ein Stromnetz während eines Stromausfalls, wenn Freileitungen von einem Sturm beschädigt wurden. Da diese Stromleitungen nicht verfügbar sind, möchten Sie erreichen, dass sie für Verfolgungsvorgänge nicht berücksichtigt werden.

Anstatt das Feature zu löschen oder seine Verbindung zu trennen, können Sie das Feature für Verfolgungsvorgänge deaktivieren. Ein deaktiviertes Feature agiert als Barriere. Wenn das Netzwerk verfolgt wird, wird die Verfolgung an jeder Barriere angehalten, auf die sie im Netzwerk trifft, einschließlich der deaktivierten Netzwerk-Features.

Der aktivierte oder deaktivierte Zustand eines Netzwerk-Features ist eine Eigenschaft, die durch ein Feld mit Namen "Enabled" (Aktiviert) bestimmt wird. Dem Feld "Enabled" ist die Domäne "EnabledDomain" zugeordnet. "EnabledDomain" und somit auch das Feld "Enabled" kann zwei Werte aufweisen: true oder false. Beim Erstellen eines geometrischen Netzwerks aus Simple-Feature-Classes wird dieses Feld automatisch den Eingabe-Feature-Classes hinzugefügt. Außerdem wird die Domäne "EnabledDomain" erstellt (falls noch nicht vorhanden) und mit dem Feld "Enabled" verknüpft. Wenn Sie ArcCatalog zum Berechnen einer Network-Feature-Class verwenden, ist das Feld "Enabled" für die Feature-Class erforderlich.

Wenn Sie neue Features in ein Netzwerk einfügen, sind sie standardmäßig aktiviert.

Verwenden des logischen Netzwerks mit Gewichtungen und den Feldern "Enabled" und "AncillaryRole"

Werte, die in der Netzwerkgewichtung, in der Nebenregel oder im Feld "Enabled" gespeichert sind, stellen die Benutzeransicht für den Zustand des Features im logischen Netzwerk dar. Bei Analysen (z. B. von Verfolgungs- oder Fließrichtungsberechnungen) an einem Netzwerk-Feature wird der Wert dieser Felder innerhalb des Features nicht direkt referenziert, um den aktivierten Zustand des Features, die Nebenregel oder seine Gewichtung zu bestimmen. Stattdessen werden diese Zustände des Features im logischen Netzwerk gespeichert, das während dieser Vorgänge abgefragt wird. Dies geschieht aus Gründen der Leistungsfähigkeit.

Wenn Sie ein Netzwerk-Feature bearbeiten und den Wert im Feld "Enabled", im Nebenregel- oder einem Gewichtungsfeld ändern, ändert sich der Zustand des Features in den internen Topologie-Tabellen, damit eine Übereinstimmung mit den Feldwerten des Features gewahrt bleibt.