Analyse und Fluss in Netzwerken

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

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)

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)

Transportnetze Beispiele: Flugrouten Autostraßen Schifffahrtswege Bahnliniennetz Quelle: home.t-online.de/home/Claus-Dieter.Hamann

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.

Versorgungsnetze Beispiele: Wasserleitungen Elektrizitätsnetze Ölpipelines Quelle: www.arisi.it

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

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/

Indeterminated flow Flußrichtung im Netzwerk ist nicht bestimmt. Transportnetze Beispiel: Gleisstrecke, die in beiden Richtungen befahren wird. Quelle: http://ceprofs.tamu.edu/

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/

Sources & Sinks Source = Quelle Sink = Abfluss Beispiel: Pumpe, Elektrizitätswerk, etc. Sink = Abfluss 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

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.

Enable/Disable Knoten und Kanten können aktiviert sein Enabled Knoten und Kanten können deaktiviert sein Disabled Achtung: Netzwerkfluss herrscht nur bei aktivierten Elementen!

Utility Network Analyst Toolbar In der Menü-Leiste auf View klicken Toolbars auswählen Utility Network Analyst anwählen

Utility Network Analyst Toolbar Network Flow Trace Task Flaggen & Barrieren Flow Menu Löse-Button Setzen der Flussrichtung Analysis Menu Auswahl der Trace Operations Auswahl des Netzwerkes

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

Flow - Properties Auswahl des zu bearbeitenden Flusstyps

Flow - Properties Pfeile werden bei jedem Zoomfaktor angezeigt Gibt an, ab welchem Zoomfaktor die Pfeile ausgeblendet werden sollen

Aufgabe 1 Kopiert den Datensatz V:\Strauss\Aufgabe1\Elektrizitätsnetz in Euer Verzeichnis, anschließend fügt den Datensatz Netzwerk in ArcMap ein Definiert alle Elektrizitätswerke als Sources und den Haushalt als Sink Lasst Euch die Flussrichtungen anzeigen Ändert das Symbol des Uninitialized Flows in ein Quadrat

Lösung zu Aufgabe 1

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

Einfügen von Flags/Barriers Flaggen auf Kanten Flaggen auf Knoten Barriere auf Knoten Barriere auf Kanten

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

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

Tracing Operations (2) Find Loops Trace Upstream/Downstream (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

Tracing Operations (3) Find Path Find Path Upstream (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

Analysis menue Entfernen von allen Flaggen, Barrieren bzw. den angezeigten Ergebnissen Auswählen der Layer, die nicht von den Trace Operations berücksichtigt werden sollen Weitere Optionen für Analyse

Analysis menue → Options Bei diesem Menüunterpunkt können die Ergebnisse bearbeitet werden. Es kann das Aussehen und die Auswahl der Ergebnisse beeinflusst werden. Beim Gewichtsfilter kann die Suche auf bestimmte Gewichte eingeschränkt werden. Hier können Gewichte für Knoten und Kanten festgelegt werden. Bei diesem Menüpunkt kann ausgewählt werden, welche Elemente in die Suche einbezogen werden sollen.

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

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?

Find Loop – mit Barriere Lösung zu Aufgabe 2 Find Path Find Loop – mit Barriere Find Path Upstream Find Loop

Quellenangaben Building a Geodatabase, © ESRI Modeling our World, © ESRI Using ArcMap, © ESRI

Vielen Dank für Eure Aufmerksamkeit !!!