Konnektivität

Beim Erstellen eines Netzwerk-Datasets treffen Sie Entscheidungen darüber, welche Kanten- und Knoten-Elemente aus Quellen-Features erstellt werden. Für genaue Ergebnisse der Netzwerkanalyse ist die korrekte Erstellung von Kanten und Knoten sehr wichtig.

Konnektivität in einem Netzwerk-Dataset basiert auf geometrischen Übereinstimmungen von Linienendpunkten, Linienstützpunkten und Punkten sowie auf der Anwendung von Konnektivitätsregeln, die als Eigenschaften der Netzwerk-Datasets festgelegt werden.

Konnektivitätsgruppen

Das Herstellen von Konnektivität in ArcGIS Network Analyst beginnt mit der Definition von Konnektivitätsgruppen. Jede Kantenquelle wird exakt einer Konnektivitätsgruppe zugewiesen, und jede Knotenquelle kann einer oder mehreren Konnektivitätsgruppen zugewiesen werden. Eine Konnektivitätsgruppe kann eine beliebige Anzahl von Quellen enthalten. Die Art und Weise, in der Netzwerkelemente verbunden werden, hängt von deren Konnektivitätsgruppe ab. Zwei Kanten aus unterschiedlichen Quell-Feature-Classes können beispielsweise verbunden werden, wenn sie der gleichen Konnektivitätsgruppe angehören. Befinden sie sich in separaten Konnektivitätsgruppen, werden die Kanten nur dann verbunden, wenn sie durch einen Knoten verknüpft werden, der in beiden Konnektivitätsgruppen enthalten ist.

Konnektivitätsgruppen werden zur Modellierung von multimodalen Transportsystemen verwendet. Wählen Sie für jede Konnektivitätsgruppe die Netzwerkquellen aus, die miteinander verbunden sind. In dem nachstehenden Beispiel eines multimodalen Netzwerks für U-Bahn und Straßen sind alle U-Bahn-Linien und U-Bahn-Eingänge derselben Konnektivitätsgruppe zugewiesen. Beachten Sie, dass "Metro_Entrance" auch in der Konnektivitätsgruppe mit den Straßen enthalten ist. Er bildet die Verbindung zwischen den zwei Konnektivitätsgruppen. Jeder Pfad zwischen den Gruppen muss durch einen gemeinsamen U-Bahn-Eingang verlaufen. Beispiel: Ein Routen-Solver kann für einen Fußgänger den folgenden optimalen Weg zwischen zwei Standorten in einer Stadt berechnen: Eine Strecke zu Fuß entlang einer Straße bis zu einem U-Bahn-Eingang gehen, dann mit der U-Bahn fahren, an einer Station, an der sich zwei U-Bahn-Linien überschneiden, in eine andere U-Bahn umsteigen und über einen anderen U-Bahn-Eingang die U-Bahn verlassen. Durch Konnektivitätsgruppen werden zwei Netzwerke voneinander getrennt gespeichert und an gemeinsamen Knoten verbunden (U-Bahn-Eingänge).

Verbinden von Kanten in einer Konnektivitätsgruppe

Kanten in einer Konnektivitätsgruppe können auf zwei verschiedene Arten miteinander verbunden werden. Dies wird durch die Konnektivitätsregel in der Kantenquelle festgelegt.

• Wenn Sie die Konnektivität "Endpunkt" festlegen, werden aus Linien-Features Kanten, die nur an lagegleichen Endpunkten verbunden sind.
  In diesem Fall wird Linien-Feature l1 zum Kantenelement e1 und Linien-Feature l2 zum Kantenelement e2. Mit dieser Konnektivitätsregel wird immer ein Kantenelement für ein Linien-Feature erstellt. Das Berechnen von Netzwerken mit Endpunkt-Konnektivität ist eine Möglichkeit zur Modellierung von Überquerungsobjekten, z. B. Brücken. Um dieses Szenario zu modellieren werden die zwei Quellen (Brücken und Straßen) in derselben Konnektivitätsgruppe (1) platziert. Der Straßenquelle wird eine Konnektivität vom Typ "Beliebiger Stützpunkt" zugewiesen, um die Verbindung von Straßen-Features mit anderen Straßen-Features an lagegleichen Stützpunkten zu ermöglichen. Der Brückenquelle wird eine Endpunktkonnektivität zugewiesen. Das bedeutet, dass Brücken nur an ihren Endpunkten mit anderen Kanten-Features verbunden werden. Folglich werden Straßen, die unter Brücken verlaufen, nicht mit diesen verbunden. Die Brücke wird mit anderen Straßen an ihren Endpunkten verbunden.
  Wenn Sie nur eine Quelle in dem Netzwerk zur Modellierung von Überführungen (Brücken) und Unterführungen (Tunnel) verwenden möchten, sollten Sie Höhenfelder auf planaren Daten verwenden. Weitere Informationen finden Sie im Abschnitt zu Höhenfeldern weiter unten.
• Wenn Sie die Konnektivität "Beliebiger Stützpunkt" festlegen, werden Linien-Features an lagegleichen Stützpunkten in mehrere Kanten aufgeteilt. Diese Regel sollte festgelegt werden, wenn Ihre Straßendaten strukturiert sind, d. h. wenn Straßen mit anderen Straßen an Stützpunkten zusammentreffen.
  In diesem Fall werden zwei Polylinien, die sich an einem gemeinsamen Stützpunkt überschneiden, in vier Kanten mit einem Knoten an dem Stützpunkt geteilt. Die Kanten e1 und e3 werden mit der Quell-Feature-Class und Objekt-ID des Linien-Features l1 gekennzeichnet. Die Kanten e2 und e4 werden mit der Quell-Feature-Class und Objekt-ID des Linien-Features l2 gekennzeichnet. Knoten j3 ist ein neu erstellter Systemknoten. Knoten j1, j2, j4 und j5 sind entweder Systemknoten oder Knoten aus lagegleichen Punkten aus einer Quell-Feature-Class.

Vorsicht:

Nicht aus allen sich überschneidenden Linien-Features können verbundene Kanten erstellt werden. Wenn sie keine lagegleichen End- oder Stützpunkte haben, steht keine Konnektivitätsregel zur Verfügung, mit der ein Knoten am Schnittpunkt erstellt werden könnte. Straßendaten für Netzwerk-Datasets müssen zuerst bereinigt werden, damit entweder Stütz- oder Endpunkte an allen geplanten Knoten vorhanden sind.

Wenn Sie die Straßendaten reparieren möchten, verwenden Sie ein Geoverarbeitungswerkzeug, z. B. Integrieren, um überschneidende Linien zu teilen oder um für diese Feature-Classes eine Topologie zu erstellen und Straßen-Features zu bearbeiten, während Topologieregeln zum Erstellen von Feature-Splits an Schnittpunkten angewendet werden.

Verbinden von Kanten in verschiedenen Konnektivitätsgruppen durch Knoten

Kanten in verschiedenen Konnektivitätsgruppen können nur über Knoten verbunden werden, die in beiden Konnektivitätsgruppen verwendet werden.

In dem Beispiel eines multimodalen Systems, in dem ein Busnetz und ein Straßennetz kombiniert sind, wird eine Bushaltestelle aus einer Punktquelle hinzugefügt und ist Teil beider Konnektivitätsgruppen. Der Standort der Bushaltestelle muss mit den Bus- und Straßenlinien, die durch sie verbunden werden, lagegleich sein. Beim Hinzufügen des Standortes für die Bushaltestelle hängt es von der Knoten-Konnektivitätsregel ab, ob die Punktposition zu einem Knoten wird. Genauso wie bei Kanten, sind Knoten an End- oder Stützpunkten mit Kanten verbunden, abhängig von der Konnektivitätsregel der Zielkantenquelle. Es gibt jedoch Situationen, in denen Sie dieses Verhalten außer Kraft setzen sollten.

Beispiel: Die Buslinie, mit der die Bushaltestelle verbunden ist, verfügt über die Konnektivitätsregel "Endpunkt". Häufig ist aber die Platzierung der Bushaltestelle an einem Zwischenstützpunkt erwünscht. Hierfür müssen Sie eine Knotenregel festlegen, mit der das Standardverhalten, einen Knoten mit einer bestimmten Kante zu verbinden, außer Kraft gesetzt wird.

Um das Standardverhalten zu überschreiben, bei dem an End- oder Stützpunkten entsprechend der Konnektivitätsregel der Kantenquelle Knoten erstellt werden, setzen Sie die Konnektivitätsregel der Knotenquelle in den Überschreibmodus. Standardmäßig wird die Kanten-Konnektivitätsregel berücksichtigt.

Modellieren der Höhe

Die Konnektivität von Netzwerkelementen kann nicht nur davon abhängen, ob sie im X- und Y-Raum lagegleich sind, sondern auch von einer übereinstimmenden Höhe. Für die Modellierung der Höhe stehen zwei Möglichkeiten zur Auswahl: Höhenfelder und Z-Koordinatenwerte aus der Geometrie.

Höhenfelder

Höhenfelder werden im Netzwerk-Dataset zum Optimieren der Konnektivität bei Linienendpunkten verwendet. Sie enthalten Informationen zur Höhe, die von Feldern aus einer Feature-Class innerhalb des Netzwerks abgeleitet werden. Dieser Vorgang unterscheidet sich von der Herstellung von Konnektivität anhand von Z-Koordinatenwerten, in denen die Informationen zur physischen Höhe an den einzelnen Stützpunkten des Features gespeichert wird. Höhenfelder sind für Kanten- und Knotenquellen anwendbar. Kanten-Feature-Quellen mit Höhenfeldern enthalten zwei Felder zum Beschreiben der Höhe (je ein Feld für jedes Ende des Linien-Features).

Im nachstehenden Beispiel gehören die vier Linien-Features EF1, EF2, EF3 und EF4, zur selben Konnektivitätsgruppe und verfügen über Endpunkt-Konnektivität. Die Höhenwerte für EF3 und EF4 sind 0, und die Höhenwerte für EF1 und EF2 sind 1. Deshalb ist EF3 am Schnittpunkt nur mit EF4 verbunden (und nicht mit EF1 oder EF2). Ebenso ist EF1 nur mit EF2 verbunden, nicht jedoch mit EF3 oder EF4. Beachten Sie, dass die Konnektivität durch Höhenfelder lediglich verfeinert, nicht jedoch überschrieben wird. Zwei Kantenelemente können denselben Höhenfeldwert haben und lagegleich sein, wenn sie sich jedoch in zwei unterschiedlichen Konnektivitätsgruppen befinden, werden sie nicht verbunden.

Zahlreiche Datenanbieter stellen Höhenangaben von Feldern zum Modellieren von Konnektivität bereit. Das ArcGIS-Konnektivitätsmodell für Netzwerk-Datasets kann diese Höhenangaben zur Optimierung der Konnektivität nutzen. Die Interaktion von Höhenfeldern mit dem Konnektivitätsmodell ist auch für spezielle Modellierungsszenarien wie Brücken und Tunnel wichtig.

Z-Koordinatenwerte aus der Geometrie

Wenn in der Geometrie von Quellen-Features Z-Werte gespeichert sind, können Sie dreidimensionale Netzwerke erstellen.

Fußwege in Gebäuden werden häufig mit 3D-Netzwerken modelliert. Bedenken Sie, dass viele Gänge in einem mehrgeschossigen Gebäude in einer 2D-Darstellung, d. h. im XY-Raum, nicht voneinander unterscheidbar sind. Mithilfe von Z-Koordinatenwerten im 3D-Raum lassen sich diese jedoch getrennt darstellen. Auf ähnliche Weise stellen Fahrstühle eine vertikale Verbindung zwischen verschiedenen Etagen dar. Im XY-Raum werden Fahrstühle als Punkte angezeigt, wohingegen sie im 3D-Raum ordnungsgemäß als Linien modelliert werden.

Z-Koordinatenwerte ermöglichen die Modellierung der Konnektivität von Punkt- und Linien-Features in drei Dimensionen. Konnektivität ist nur in einem 3D-Netzwerk-Dataset möglich, in dem alle drei Koordinatenwerte (x, y und z) für Quellen-Features (Punkte, Linienendpunkte und Linienstützpunkte) identisch sind. Diese Voraussetzung wird in den folgenden Abbildungen veranschaulicht.

Im dreidimensionalen Raum werden vier Linien-Features angezeigt: drei horizontale Linien (blau) und eine diagonale Linie (rot). Die sechs grünen Kugeln stellen die Linienendpunkte dar.

Diese Abbildung zeigt die gleichen Linien und Endpunkte aus einer anderen Perspektive. Es ist deutlich zu sehen, dass die rote Linie mit den zwei blauen Linien oben an den Endpunkten verbunden ist. Die untere blaue Linie wird von der roten Linie jedoch nicht geschnitten.

Diese Abbildung veranschaulicht, welche Kanten der dreidimensionalen Features, die in den vorherigen zwei Abbildungen dargestellt sind, verbunden werden. Da die rote Linie und die beiden blauen Linien oben die gleichen X-, Y- und Z-Koordinatenwerte aufweisen, werden die Kanten verbunden. Aufgrund des fehlenden Schnittpunkts zwischen der roten Linie und der unteren blauen Linie können deren Kanten im Netzwerk-Dataset nicht verbunden werden.

Dreidimensionale Netzwerke beachten die Konnektivitätsregeleinstellungen der Konnektivitätsgruppe, wie in den folgenden drei Abbildungen zu sehen ist.

Ein rotes Linien-Feature schneidet zwei blaue Linien-Features an den Stützpunkten (grüne Würfel). Da sich die Linien an den Stützpunkten schneiden, können die entsprechenden Kanten in einem Netzwerk-Dataset abhängig von der Konnektivitätsregel verbunden sein.

Wenn die Konnektivitätsregel auf "Endpunkt" festgelegt wird, werden die resultierenden Kanten (e2, e1 und e3) nicht verbunden.

Wenn die Konnektivitätsregel auf "Beliebiger Stützpunkt" festgelegt ist, werden die resultierenden Kanten verbunden, sodass Bewegungen zwischen den blauen Kanten und der roten Kante möglich sind.

Wenn Sie über ein 3D-Netzwerk-Dataset verfügen, können Sie 3D-Analysen ausführen.

Weitere Informationen zu Analysen in 3D-Netzwerk-Datasets