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© Hilmar Strauß

Autor: Hilmar Strauß23.11.2004 Universität Bonn23.11.2004

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Analyse und Flussin Netzwerken

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Übersicht

Netzwerkarten Flussrichtungen Sources & Sinks Utility Network Analyst Toolbar Aufgabe 1 Solvers Aufgabe 2

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Netzwerkkategorien

Netzwerke kann man heute überall bei uns finden.

Ohne Netzwerke gäbe es keine Infrastruktur.

Man unterscheidet zwischen 2 Arten von Netzen: Transportnetze

(Transportation Networks)

Versorgungsnetze(Utility Networks)

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Transportnetze

Objekte in Transportation Networks haben eigenen Willen.

Objekte können Flußrichtung selbstständig wählen.

Transportnetze haben keine vorgegebene Flußrichtung.

Aufgaben in Transportnetzen: Finden des kürzesten Weges zwischen zwei Punkten. Kürzeste Route zwischen mehreren Routen.

(z.B. Vertreter, der mehrere Haushalte anfahren muss)

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Transportnetze

Beispiele: Flugrouten Autostraßen Schifffahrtswege Bahnliniennetz

Quelle: home.t-online.de/home/Claus-Dieter.Hamann

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Versorgungsnetze

Objekte in Utility Networks haben keinen eigenen Willen.

Objekte können Flußrichtung nicht selbständig wählen.

Versorgungsnetze haben vorgegebene Flußrichtung.

Aufgaben in Versorgungsnetzen: Herstellen einer Richtung für Handelsfluß. Finden von isolierten Netzwerkteilen.

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Versorgungsnetze

Beispiele: Wasserleitungen Elektrizitätsnetze Ölpipelines

Quelle: www.arisi.it

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Flußrichtung bei Versorgungsnetzen

Um Netzwerke analysieren zu können, muss die Flussrichtung bekannt sein.

Flußrichtungsanalyse wichtig, um Katastrophen zu verhindern.

(z.B. platzende Wasserleitung, wenn kein Abfluss vorhanden ist)

3 Arten von Flußrichtung: Uninitialized flow Indeterminate flow Determinated flow

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Uninitialized flow

Uninitialized flow liegt vor, wenn Kante vom übrigen Netzwerk isoliert ist.

Kante nimmt nicht am Netzwerkfluss teil.

Beispiel: Wasserrohr hat ein Leck und

wurde stillgelegt.Quelle: http://ceprofs.tamu.edu/

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Indeterminated flow

Flußrichtung im Netzwerk ist nicht bestimmt.

Transportnetze

Beispiel: Gleisstrecke, die in beiden

Richtungen befahren wird.

Quelle: http://ceprofs.tamu.edu/

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Determinated flow

Flussrichtung ist im Netzwerk festgelegt.

Versorgungsnetze Flussrichtung wird durch

Sources und Sinks festgelegt.

Beispiel: Der Rhein fließt auf dem Weg

von der Quelle ins Meer immer stromabwärts.

Quelle: http://ceprofs.tamu.edu/

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Sources & Sinks

Source = Quelle

Beispiel:

Pumpe, Elektrizitätswerk, etc.

Sink = Abfluss

Beispiel:

Steckdose, Wasserhahn, etc.

Knoten (junctions) können entweder als Sources oder als Sinks definiert werden, bzw. nichts von beidem.

Zum Bearbeiten der Sources & Sinks muss in der Edit-Toolbox Editing gestartet werden!

Quelle: http://arcgisdeveloperonline.esri.com

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Setzen von Sources & Sinks

• Rechter Mausklick auf den Junction, der als Source oder Sink bestimmt werden soll.

• Auf Open Attribute Table klicken.

• Unter AncillaryRole Source oder Sink festlegen.

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Enable/Disable

Knoten und Kanten können aktiviert sein Enabled

Knoten und Kanten können deaktiviert sein Disabled

Achtung:

Netzwerkfluss herrscht nur bei aktivierten Elementen!

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Utility Network Analyst Toolbar

In der Menü-Leiste auf View klicken

Toolbars auswählen

Utility Network Analyst anwählen

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Utility Network Analyst Toolbar

Network Flow Trace Task

Analysis Menu

Flow Menu

Setzen der Flussrichtung

Auswahl des Netzwerkes

Auswahl der Trace Operations

Flaggen & BarrierenLöse-Button

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Flow menu

Hier kann man einstellen, für welche Kanten die Flussrichtung angezeigt werden soll

Zeigt die Flussrichtung mit Symbolen an

Öffnet das Optionsfeld, um Fluss-Symbole zu Bearbeiten

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Flow - Properties

Auswahl des zu bearbeitenden Flusstyps

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Flow - Properties

Pfeile werden bei jedem Zoomfaktor angezeigt

Gibt an, ab welchem Zoomfaktor die Pfeile ausgeblendet werden sollen

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Aufgabe 1

Kopiert den Datensatz V:\Strauss\Aufgabe1\Elektrizitätsnetz in Euer Verzeichnis, anschließend fügt den Datensatz Netzwerk in ArcMap ein

Definiert alle Elektrizitätswerke als Sourcesund den Haushalt als Sink

Lasst Euch die Flussrichtungen anzeigen

Ändert das Symbol des Uninitialized Flows in ein Quadrat

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Lösung zu Aufgabe 1

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Flags & Barriers

Fahnen werden benötigt, um Suchvorgänge (Trace operations) auszuführen

Fahnen definieren Start- und Zielpunkt

Fahnen können auf Kanten und Knoten positioniert werden

Barrieren blockieren Kanten und/oder Punkte bei Suchvorgängen Selbe Auswirkungen wie disabled Kantenelemente

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Einfügen von Flags/Barriers

Flaggen auf Knoten

Barriere auf Knoten

Flaggen auf Kanten

Barriere auf Kanten

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Tracing Operations

Die Suchalgorithmen (Solvers) basieren auf Algorithmen wie z.B. Dijkstra o.ä. Siehe Diskrete Mathematik

In Arcmap stehen 9 Suchalgorithmen zur Auswahl Mit den Tracing Operations können in ArcMap

Probleme gelöst werden Beispiel:

Suchen eines Weges von Haushalt A zu Haushalt B

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Tracing Operations (1)

Find Common Ancestors

(finden gemeinsamer Vorgänger)

hier werden von mindestens zwei Knoten aus die gemeinsamen Knoten bis zur Quelle hin gesucht

Find Connected/Disconnected

(finden von verbundenen/nicht verbundenen Netzwerkteilen)

hier werden von einem Knoten ausgehend alle Netzwerkteile angegeben, die mit dem Knoten verbunden/nicht verbunden sind

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Tracing Operations (2)

Find Loops

(suchen eines Rundweges)

bei diesem Solver wird in Netzwerk ein geschlossener Kreis gesucht, so dass man von Punkt A zu Punkt A zurückkehren kann

Startpunkt A = Zielpunkt A

Trace Upstream/Downstream

(suche stromaufwärts/stromabwärts)

hier werden die alle Elemente markiert, die von einem bestimmten Knoten aus stromaufwärts/-abwärts liegen

stromaufwärts = zur Quelle hin

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Tracing Operations (3)

Find Path

(Wegsuche)

markiert Pfad von Flagge A zu Flagge B

Find Path Upstream

(Wegsuche stromaufwärts)

dieses Analyseverfahren findet einen Weg der von der Flagge A stromaufwärts zu Flagge B führt

Find Upstream Accumulation

(Kostenberechnung stromaufwärts)

hier werden die Kosten aller ab einem bestimmten Punkt stromaufwärts liegenden Elemente angezeigt

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Analysis menue

Auswählen der Layer, die nicht von den Trace Operations berücksichtigt werden sollen

Entfernen von allen Flaggen, Barrieren bzw. den angezeigten Ergebnissen

Weitere Optionen für Analyse

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Analysis menue → Options

Bei diesem Menüpunkt kann ausgewählt werden, welche Elemente in die Suche einbezogen werden sollen.

Hier können Gewichte für Knoten und Kanten festgelegt werden.

Beim Gewichtsfilter kann die Suche auf bestimmte Gewichte eingeschränkt werden.

Bei diesem Menüunterpunkt können die Ergebnisse bearbeitet werden.

Es kann das Aussehen und die Auswahl der Ergebnisse beeinflusst werden.

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Gewichte

Knoten und Kanten können mit Gewichten versehen werden Länge einer Straße

Rohrdurchmesser

Gewichte werden von den folgenden Solvern benutzt: Find Path

Find Path Upstream

Find Upstream Accumulation

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Aufgabe 2

Kopiert den Datensatz V:\Strauss\Aufgabe2\Elektrizitätsnetz in Euer Verzeichnis, anschließend fügt den Datensatz Netzwerk in ArcMap ein

Untersucht, ob ein Weg vom Haushalt zum oberen Elektrizitätswerk vorhanden ist – was fällt Euch auf?

(Verwendet einmal Find Path und einmal Find Path Upstream)

Setzt nun eine Flagge auf den Haushalt und untersucht, ob es möglich ist, vom Haushalt zum Haushalt zurück zu kommen, anschließend setzt eine Barriere in die Schleife und versucht es erneut – unterscheiden sich die Ergebnisse?

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Lösung zu Aufgabe 2

Find PathFind Path UpstreamFind LoopFind Loop – mit Barriere

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Quellenangaben

Building a Geodatabase, © ESRI

Modeling our World, © ESRI

Using ArcMap, © ESRI

Vielen Dank für Eure Aufmerksamkeit !!!