Übung 2: Erstellen eines multimodalen Netzwerk-Datasets

Komplexität: Einsteiger Erforderliche Daten: ArcGIS Tutorial Data Setup Datenpfad: C:\ArcGIS\ArcTutor\Network Analyst\Tutorial\Exercise02 Ziel: Erstellen eines multimodalen Netzwerk-Datasets

Übung 1 zeigt, wie Sie ein Netzwerk für ein einzelnes Transportmittel erstellen. Reisende und Pendler verwenden jedoch häufig mehrere Transportmittel, z. B. Fußgängerwege, Straßennetze und Züge. Ebenso kommen beim Güterverkehr oft verschiedene Transportmittel zum Einsatz, darunter Züge, Schiffe, Lastwagen und Flugzeuge. In dieser Übung erstellen Sie aus mehreren Feature-Classes innerhalb eines Feature-Datasets ein multimodales Netzwerk-Dataset.

Starten des Assistenten "Neues Netzwerk-Dataset"

Schritte:

1. Klicken Sie zum Starten von ArcCatalog auf Start > Alle Programme > ArcGIS > ArcCatalog 10.
2. Aktivieren Sie die Erweiterung "Network Analyst".
   1. Klicken Sie auf Anpassen > Erweiterungen.

      Das Dialogfeld Erweiterungen wird geöffnet.

   2. Aktivieren Sie Network Analyst.
   3. Klicken Sie auf Schließen.
3. Wenn Sie noch keine Verbindung zum Ordner mit dem Network Analyst-Lernprogramm hergestellt haben, führen Sie die nachfolgenden Teilschritte aus.
   1. Klicken Sie auf der Werkzeugleiste Standard auf die Schaltfläche Mit Ordner verbinden .

      Daraufhin wird das Dialogfeld Mit Ordner verbinden geöffnet.

   2. Navigieren Sie zum Ordner mit den Lernprogrammdaten für ArcGIS Network Analyst.

      Die Lernprogrammdaten befinden sich standardmäßig unter "C:\ArcGIS\ArcTutor\Network Analyst\Tutorial".

   3. Klicken Sie auf OK.

      Eine Verknüpfung zu dem Ordner wird dem Kataloginhaltsverzeichnis unter Ordnerverbindungen hinzugefügt.

4. Öffnen Sie im Kataloginhaltsverzeichnis ...\ArcTutor\Network Analyst\Tutorial > Exercise02 > Paris.gdb.
5. Klicken Sie auf das Feature-Dataset Transportation.

   Die darin enthaltenen Feature-Classes werden auf der Registerkarte Inhalt von ArcCatalog aufgeführt.

6. Klicken Sie mit der rechten Maustaste auf das Feature-Dataset Transportation, und wählen Sie dann Neu > Netzwerk-Dataset aus.

   Der Assistent Neues Netzwerk-Dataset wird geöffnet.

Benennen des Netzwerks und Auswählen von Quell-Feature-Classes

Schritte:

1. Geben Sie als Namen für das Netzwerk-Dataset ParisMultimodal_ND ein.

2. Klicken Sie auf Weiter.

   Die Assistentenseite zum Auswählen der im Netzwerk-Dataset enthaltenen Feature-Classes wird angezeigt.

3. Klicken Sie auf Alle auswählen, um alle Feature-Classes als Quellen für das Netzwerk auszuwählen.

4. Klicken Sie auf Weiter.
5. Klicken Sie auf Ja, um Kantenübergänge im Netzwerk zu modellieren.

   Für dieses Netzwerk sind zwar keine Turn-Feature-Classes vorhanden, durch Auswahl von Ja unterstützt das Netzwerk-Dataset jedoch globale Kantenübergänge und ermöglicht Ihnen, jederzeit nach der Erstellung des Netzwerks Kantenübergang-Features hinzuzufügen.

6. Klicken Sie auf Weiter.

   Die Seite zum Festlegen der Konnektivität wird angezeigt.

Festlegen der Konnektivitäts- und Höhenregeln

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.

In den folgenden Schritten erstellen Sie Konnektivitätsgruppen.

Schritte:

1. Klicken Sie auf Konnektivität, um das Konnektivitätsmodell für das Netzwerk einzurichten.

   Das Dialogfeld Konnektivität wird geöffnet.

2. Klicken Sie einmal auf den Aufwärtspfeil für Gruppenspalten, um die Anzahl der Konnektivitätsgruppen auf 2 zu erhöhen.

   In der Tabelle Konnektivitätsgruppen wird eine Spalte für die zweite Konnektivitätsgruppe erstellt.

Konnektivitätsgruppe 1 stellt das U-Bahn-System dar und Konnektivitätsgruppe 2 das Straßennetz.
3. Klicken Sie auf die Zeile Streets, und aktivieren Sie das Kontrollkästchen unterhalb der Spalte 2, um die Quelle "Streets" in Konnektivitätsgruppe 2 zu verschieben.
4. Klicken Sie auf die Zeile Metro_Entrances, und aktivieren Sie das Kontrollkästchen unterhalb der Spalte 2, um die Quell-Feature-Class in die Gruppen 1 und 2 einzuschließen.

   U-Bahn-Eingänge stellen Übergänge zwischen den Straßen und Fußgängerwegen und den U-Bahn-Stationen dar.

Jedes Objekt in der Zeile "Metro_Entrances" entspricht einem Stützpunkt der Streets-Feature-Class. Die Streets-Feature-Class verwendet jedoch eine Endpunkt-Konnektivitätsregel. Da die U-Bahn-Eingänge an dem lagegleichen Stützpunkt mit den Straßen verbunden werden müssen, müssen Sie für "Metro_Entrances" festlegen, dass die standardmäßige Endpunktkonnektivität der Straßen überschrieben werden soll.

5. Ändern Sie die Konnektivität-Regel der Zeile Metro_Entrances von Berücksichtigen in Vorrang haben.

6. Klicken Sie auf OK, um zum Assistenten Neues Netzwerk-Dataset zurückzukehren.
7. Klicken Sie auf Weiter.

Die Höheneinstellungen in einem Netzwerk-Dataset definieren die Konnektivität näher. Dies wird durch folgendes Beispiel veranschaulicht: Angenommen, zwei Kanten haben lagegleiche Endpunkte im X- und Y-Raum, aber verschiedene Höhen (ein Endpunkt liegt höher als der andere). Nehmen Sie zudem an, dass deren Konnektivitäts-Regel auf Endpunkt festgelegt ist. Wenn die Höhe ignoriert wird, werden die Kanten verbunden. Wenn die Höhe berücksichtigt wird, werden die Kanten nicht verbunden.

Es gibt zwei Möglichkeiten zum Modellieren von Höhen: mit echten Höhenwerten aus der Geometrie oder mit logischen Höhenwerten aus Höhenfeldern.

8. Für dieses Dataset sind keine Höhendaten vorhanden; klicken Sie daher auf Keine.

9. Klicken Sie auf Weiter.

   Der Assistent zeigt die Attribute des Netzwerk-Datasets an.

Entfernen von Attributen

Netzwerkattribute sind Eigenschaften des Netzwerks, die die Navigation steuern. Übliche Beispiele sind Kostenattribute, die als Impedanzen im Netzwerk dienen, sowie Restriktionsattribute, die das Durchlaufen in beiden Richtungen bzw. in eine Richtung (wie bei Einbahnstraßen) verbieten.

Mit ArcGIS Network Analyst werden die Quell-Feature-Classes analysiert und gemeinsame Felder wie "Meters", "Minutes" ("FT_Minutes" und "TF_Minutes", eines pro Richtung) sowie "Oneway" gesucht. Wenn diese Felder gefunden werden, werden automatisch die entsprechenden Netzwerkattribute erstellt und diesen die jeweiligen Felder zugewiesen. (Dieser Vorgang kann angezeigt werden, indem Sie auf Evaluatoren klicken.)

Network Analyst konfiguriert automatisch fünf Attribute für die Straßendaten von Paris: HierarchyNavStreets, Meters, Minutes, Oneway und Road Class.

Obwohl Sie das Hierarchieattribut auf dem Netzwerk-Dataset belassen könnten, veranschaulichen diese wenigen Schritte am Beispiel des Entfernens von HierarchyNavStreets, wie ein Netzwerkattribut entfernt wird.

Schritte:

1. Klicken Sie auf HierarchyNavStreets.
2. Klicken Sie auf Entfernen.

   Jetzt hat das Netzwerk noch vier Attribute.

Überprüfen und Erstellen von Netzwerkattributen

Ein Ziel dieses Netzwerk-Datasets besteht darin, sowohl die Zeit für den Fußweg als auch die Fahrzeit zu modellieren. Beim Analysieren des Netzwerks können Sie dann zwischen den beiden Zeitkosten auswählen. Sie können so beispielsweise die schnellste Verbindung von Punkt A nach Punkt B für einen Fußgänger ermitteln, der die Fußgängerwege und die U-Bahn nutzen kann. Ebenso können Sie die schnellste Route für einen Autofahrer ermitteln. Hierzu müssen Sie zwei Zeitkosten-Attribute einrichten: PedestrianTime und DriveTime.

Schritte:

Das Attribut "Minutes", das Network Analyst automatisch in den Quelldaten erkannt hat, stellt die Fahrzeit dar. Sie sollten diese Bezeichnung daher in einen aussagekräftigeren Namen ändern.

1. Wählen Sie die Zeile Minutes aus, klicken Sie auf Umbenennen, geben Sie DriveTime ein, und drücken Sie die EINGABETASTE.

Als Nächstes erstellen Sie das Attribut "PedestrianTime".
2. Klicken Sie auf Hinzufügen.

   Das Dialogfeld Neue Attribute hinzufügen wird geöffnet.

3. Geben Sie PedestrianTime in das Textfeld Name ein.
4. Legen Sie den Verwendungstyp auf Kosten fest.
5. Ändern Sie die Einheiten in Minuten.
6. Legen Sie den Datentyp auf Double fest.

7. Klicken Sie auf OK.

   Das Dialogfeld Neue Attribute hinzufügen wird geschlossen, und der Attributliste wird das Attribut "PedestrianTime" hinzugefügt.

Die drei Kostenattribute – Meters, DriveTime und PedestrianTime – sind mit gelben Warnsymbolen gekennzeichnet, die auf potenzielle Probleme mit den Evaluatoren für die Berechnung von Netzwerkattributen hinweisen.

In den nächsten drei Abschnitten konfigurieren Sie die Evaluatoren.

Konfigurieren des Evaluators "Meters"

In diesem und den folgenden Abschnitten richten Sie verschiedene Evaluatoren ein. Durch den Evaluator "Meters" werden die Entfernungskosten für Kanten im Netzwerk berechnet.

Schritte:

1. Wählen Sie Meters aus, und klicken Sie auf Evaluatoren.

   Das Dialogfeld Evaluatoren wird geöffnet. Hier können Sie den Evaluator-Typ und dessen Wert für jede Quelle im Netzwerk anzeigen und bearbeiten. Wie Sie sehen, verfügen Quellen für Knoten und Kantenübergänge immer über einen zugeordneten Evaluator, während Kantenquellen zwei Evaluatoren aufweisen, einen für jede Fahrtrichtung (Von-Bis und Bis-Von).

ArcGIS Network Analyst überprüft alle Quell-Feature-Classes und versucht, automatisch Evaluatoren für das Attribut "Meters" zuzuweisen. In diesem Fall hat ArcGIS Network Analyst ermittelt, dass die Quellen "Metro_Lines" und "Streets" über ein Feld mit dem Namen "Meters" verfügen, und daher Evaluatoren eingerichtet, die Werte aus diesen Feldern abrufen. Die gleich langen Werte werden der Von-Bis- und Bis-Von-Richtung der Kantenquellen zugewiesen.

In den Quellen "Transfer_Stations" und "Transfer_Street_Station" hat Network Analyst keine Felder für Strecken gefunden. Aus diesem Grund wird ein Warnsymbol angezeigt, das auf ein potenzielles Problem hinweist.

2. Halten Sie die UMSCHALTTASTE gedrückt, und klicken Sie auf die Zeile Transfer_Stations Von-Bis sowie auf die Zeile Transfer_Street_Station Bis-Von.

   Die vier Zeilen mit den Warnsymbolen werden ausgewählt.

3. Klicken Sie mit der rechten Maustaste auf eine der ausgewählten Zeilen, und wählen Sie Typ > Feld aus.

   Die Warnsymbole ändern sich in rote Fehlersymbole, die auf eine unvollständige Zuweisung von Werten zum Feld-Evaluator hinweisen.

4. Klicken Sie erneut mit der rechten Maustaste auf eine der ausgewählten Zeilen, und wählen Sie Wert > SHAPE_LENGTH aus.

   Hierdurch werden dem Attribut "Meters" für die zugehörigen Netzwerkkantenelemente Werte aus dem Feld SHAPE_LENGTH in den ausgewählten Quell-Feature-Classes zugeordnet.

5. Klicken Sie auf Übernehmen.

   Das Netzwerkattribut "Meters" ist so konfiguriert, dass es Längenwerte abruft. Für die aus den Quellen "Metro_Lines", "Streets", "Transfer_Stations" und "Transfer_Street_Station" erstellten Netzwerkelemente werden die Attributwerte aus den jeweils zugehörigen Feldern "Meters", "METERS", "Shape_Length" und "SHAPE_LENGTH" abgerufen.

Konfigurieren der Evaluatoren "DriveTime" und "Oneway"

Da Autos nur auf Straßen fahren, sollten die Evaluatoren für die verschiedenen Quellen entsprechend eingerichtet werden.

Schritte:

1. Wählen Sie in der Dropdown-Liste Attribut den Eintrag DriveTime aus.

   Die Werte von "DriveTime" für die Quelle "Streets" wurden von Network Analyst automatisch eingetragen, die anderen Kantenquellen weisen jedoch Warnsymbole auf, da ihnen keine Werte zugewiesen wurden. Diese Quellen müssen als eingeschränkt markiert werden. Zudem müssen die U-Bahn-Stationen eingeschränkt werden, um zu verhindern, dass neue Netzwerkanalyse-Objekte dort platziert werden.

2. Stellen Sie sicher, dass alle Zeilen mit einem Warnsymbol (Metro_Lines, Transfer_Stations und Transfer_Street_Station) ausgewählt sind.

   Wenn dies nicht der Fall ist, können Sie die Zeilen auswählen, indem Sie bei gedrückter STRG-Taste auf diese klicken.

3. Halten Sie die STRG-Taste gedrückt, und klicken Sie auf Metro_Stations, um die Zeile zu der Auswahl hinzuzufügen.
4. Klicken Sie mit der rechten Maustaste auf eine der ausgewählten Zeilen, und wählen Sie Typ > Konstante aus.

   Die Zeilen bleiben ausgewählt, und ihr Evaluator-Typ wird in Konstante geändert.

5. Klicken Sie erneut mit der rechten Maustaste auf eine der ausgewählten Zeilen, und wählen Sie dieses Mal Wert > Eigenschaften aus.

   Das Eingabefeld Konstanter Wert wird angezeigt.

6. Geben Sie -1 ein, und drücken Sie die EINGABETASTE.

   Die Werte für alle ausgewählten Zeilen ändern sich in "-1". Network Analyst behandelt alle Elemente mit einem Kostenwert von "-1" als eingeschränkt. Daher sind diese Quellen nicht passierbar, wenn das Attribut "DriveTime" als Impedanz in einer Netzwerkanalyse verwendet wird.

7. Klicken Sie auf Übernehmen.
Das Attribut "Oneway" ist lose mit dem Attribute "DriveTime" verknüpft, da es die im Zusammenhang mit Einbahnstraßen bestehenden Einschränkungen modelliert, die Fahrer befolgen müssen. Wenn Sie später eine Analyse mit "DriveTime" als Kosten ausführen, sollten Sie die Einschränkung "Oneway" aktivieren, damit in den resultierenden Routen Einbahnstraßen beachtet werden. Modellieren Sie hingegen die Bewegung eines Fußgängers, sollten Sie die Einschränkung "Oneway" nicht verwenden, da Fußgänger Einbahnstraßen in beliebiger Richtung passieren können.
8. Wählen Sie aus der Dropdown-Liste Attribut am oberen Rand des Dialogfelds Evaluatoren den Eintrag Oneway aus.

   Im Bereich Attributwerte werden nun die Evaluatoren für das Netzwerkattribut "Oneway" angezeigt, dem automatisch Werte für die Quelle "Streets" zugewiesen wurden.

   Für die auf das U-Bahn-System bezogenen Quellen werden keine Einschränkungen für Einbahnstraßen benötigt.

9. Klicken auf eine der Zeilen für Streets und dann auf die Schaltfläche Evaluator-Eigenschaften .

   Hierdurch wird der Ausdruck angezeigt, anhand dessen bestimmt wird, ob es sich bei einer Straße um eine Einbahnstraße handelt.

10. Klicken Sie auf Abbrechen, um zum Dialogfeld Evaluatoren zurückzukehren.

Konfigurieren des Evaluators "PedestrianTime"

Das Netzwerkattribut "PedestrianTime" gibt an, wie lange ein Fußgänger für eine Wegstrecke im Netzwerk benötigt. In diesen Schritten weisen Sie geeignete Fahrzeiten für einen Fußgänger zu, der das U-Bahn-System sowie die Fußwege entlang der Straßen nutzen kann.

Schritte:

1. Wählen Sie aus der Dropdown-Liste Attribut am oberen Rand des Dialogfelds Evaluatoren den Eintrag PedestrianTime aus.

   Die Zeilen für die folgenden Quellen sollten bereits ausgewählt sein: Metro_Lines, Transfer_Stations und Transfer_Street_Station.

2. Klicken Sie mit der rechten Maustaste auf eine der ausgewählten Zeilen, und wählen Sie Typ > Feld aus.
3. Klicken Sie erneut mit der rechten Maustaste auf eine der ausgewählten Zeilen, und wählen Sie dieses Mal Wert > TRANSITTIM aus.

   In den TRANSITTIM-Feldern sind die Zeitkosten für die Nutzung des Verkehrssystems durch einen Fußgänger gespeichert. Die Straßen erfordern ebenfalls Zeitwerte für Fußgänger, diese werden jedoch auf andere Weise berechnet.

4. Klicken Sie auf die Zeile Streets Von-Bis, um diese auszuwählen. Halten Sie die STRG-Taste gedrückt, und klicken Sie auf die Zeile Streets Bis-Von, um beide Zeilen auszuwählen.
5. Klicken Sie mit der rechten Maustaste auf eine der ausgewählten Zeilen, und wählen Sie Wert > Eigenschaften aus.

   Das Dialogfeld Feld-Evaluatoren wird geöffnet.

Für die Quelle "Streets" gibt der Wert von "PedestrianTime" die für den Fußweg benötigte Zeit an. Angenommen, ein Fußgänger legt 3 Kilometer pro Stunde zurück, dann beträgt die Zeit für den Fußweg in Minuten [Meters] * 60/3000. Dabei steht [Meters] für das Attribut, das die Kantenlänge in Metern enthält.
6. Doppelklicken Sie auf das Feld METERS, um es in das Textfeld Wert = zu verschieben, und geben Sie als Ausdruck [METERS] * 60/3000 in das Dialogfeld Feld-Evaluatoren ein, wie unten dargestellt.
7. Klicken Sie auf Überprüfen, um sicherzustellen, dass der Ausdruck korrekt ist, und korrigieren Sie diesen bei Bedarf.

8. Klicken Sie auf OK, um zum Dialogfeld Evaluatoren zurückzukehren.

9. Klicken Sie auf OK, um zum Assistenten Neues Netzwerk-Dataset zurückzukehren.
10. Klicken Sie auf Weiter.

Konfigurieren von Wegbeschreibungen

Wenn Routen für das Netzwerk-Dataset berechnet werden, können Sie Wegbeschreibungen als Ergänzung der Ergebnisse erzeugen. Ein Netzwerk-Dataset muss mindestens eine Kantenquelle mit einem Textattribut (für Straßennamen) und einem Entfernungsattribut aufweisen, das angibt, wie weit es bis zum nächsten relevanten Manöver ist.

Schritte:

1. Klicken Sie auf Ja, um Wegbeschreibungen festzulegen.
2. Klicken Sie auf Wegbeschreibung.

   Das Dialogfeld Eigenschaften der Netzwerk-Wegbeschreibung wird geöffnet.

Geben Sie jetzt die Felder an, die zum Berichten über Wegbeschreibungen für Netzwerk- und Analyseergebnisse verwendet werden.

3. Klicken Sie auf der Registerkarte Allgemein auf die Dropdown-Liste Quelle, und wählen Sie Streets aus.

4. Klicken Sie in der Liste Straßennamenfeld auf Primär, um diese Zeile auszuwählen.
5. Klicken Sie in die Spalte Name, und wählen Sie FULL NAME aus.

6. Klicken Sie auf OK, um zum Assistenten Neues Netzwerk-Dataset zurückzukehren.
7. Klicken Sie auf Weiter.

   Eine Zusammenfassung aller Einstellungen wird angezeigt und kann überprüft werden.

Erstellen und Berechnen des Netzwerk-Datasets

Nachdem Sie die Funktionsweise des Netzwerk-Datasets eingerichtet haben, müssen Sie es erstellen und berechnen. Der Erstellungsvorgang ist schnell und beinhaltet im Grunde die Erstellung eines Containers für das logische Netzwerk.

Schritte:

1. Klicken Sie auf Fertig stellen.

   Eine Fortschrittsleiste zeigt an, dass das Netzwerk-Dataset von Network Analyst erstellt wird.

Nachdem das Netzwerk erstellt wurde, werden Sie gefragt, ob Sie es berechnen möchten. Während des Berechnungsprozesses wird bestimmt, welche Netzwerkelemente verbunden sind, und die Attribute des Netzwerk-Datasets werden aufgefüllt. Das Netzwerk kann erst nach der Berechnung für Netzwerkanalysen eingesetzt werden.

2. Klicken Sie auf Ja.

   Die Fortschrittsleiste "Netzwerk-Dataset berechnen" wird angezeigt. Sie wird ausgeblendet, sobald der Berechnungsprozess abgeschlossen ist.

   Das neue Netzwerk-Dataset "ParisMultimodal_ND" wird zusammen mit der Junctions-Feature-Class des Systems "ParisMultimodal_ND_Junctions" zu ArcCatalog hinzugefügt.

3. Eine Vorschau des Netzwerk-Datasets erhalten Sie, indem Sie auf dessen Namen und auf die Registerkarte Vorschau klicken.
4. Schließen Sie ArcCatalog.