基于ArcGIS的道路网络的建立

基于ArcGIS的道路网络的建立
摘要：本文将通过地理数据的形式转换得到图形数据，结合在此基础上通过ArcGIS软件建立的地理空间数据库，完成道路网络的建立。

ArcGIS下建立的道路网络是在不断更新的道路数据上，利用ArcGIS强大的地理图形处理、地理数据的管理等功能来建立道路网，同时实现道路最短路径的查寻。

关键词：ArcGIS；CAD；道路网络；数据转换
Abstract: This paper will convert geographic data in the form of graphics data, combined with the geo-spatial database based on ArcGIS software to establish complete the establishment of the road network. ArcGIS established road network is constantly updated road data, the use of the the powerful ArcGIS Geographic graphics processing, geographic data management functions to create a road network, and at the same time achieve the search of the shortest path of the road.Keywords: ArcGIS; CAD; road network; data conversion
一：ArcGIS下道路网的数据分析
道路网络系统设计路线遵循对城市道路网络进行最短路径分析，需要把城市道路网络实体抽象化为网络图论理论中的网络图，然后通过图论中的网络分析理论来实现道路网络的最短路径分析。

1) 根据所得到的原始数据，在ArcGIS下建立行政区化地名与道路网络空间数据的拓扑结构。

在本系统中，道路网的表现形式为数字化的矢量地图，而为了能够高效率地进行最短路径分析，必须首先将其按结点和弧的关系抽象为图的结构。

这就需要先对原始道路图进行预处理，构建其相应的网络拓扑关系，然后进行最短路径分析等各种操作。

2) 在ArcGIS下建立道路网的几何网络。

在网络分析中，每一个交叉路口可抽象为一个结点对象，两结点之间的路线为弧段，弧段的长度为该边的权重。

采用这种“结点—弧段”的数据组织方式，按照弧段的起始结点与终止结点所形成的路径，分析网络中的无向边，抽象出网络结构模型，即可运用特定的功能求得道路网络图中任意两结点间的最短路径。

3) 在ArcMap环境下建立道路网络数据的组织结构。

在确定了道路网的空间数据组织形式，点、线数据及其拓扑关系构成了完整几何网络后，由于几何网络的背后还存在一个逻辑网络，通过所包含的一张接合要素表和一张边要素表，
来提供唯一的要素ID。

所以需要对道路网ID进行重新编辑。

4) 附属性值
属性值也可以理解为元数据，是对象的性质。

其类型包括：用浮点型和双精度型表示连续数值，如道路长度、宽度、路程量测等属性值；用短整型和整型表示离散数据，如车道数；用短整型、整型和文本型表示编码值，如①—国道、②—省路、③—乡路、④—主干路等；用文本型表示描述性信息，如路面类型的取值、名称等；用日期型值表示时间值；用日期值形式表示时间值；对象标识符等。

5) 实现最短路径查询
以最短路径为核心算法实现的问题可包括无论是距离最短、时间最快还有费用最低，皆可根据权重问题实现最短路径计算。

其中权的表现形式可分为：时间权、距离权、费用权。

例如，我们可以将从A县到B县的主干路权值赋为6，一条乡路的权值赋为2，那么选择哪种走法最省时、那种走法距离最短，就是根据权重的最短路径算法来解决。

权值也就是权重，本文所引用的数据就是有权道路图。

二：数据处理
1) 本文的主要数据需要在CAD下进行地名图的数字化。

首先，在CAD下倒入.hch格式的地名区化图；然后，通过影像配准，进行地名图数字化。

其中，这部分数据所包括的注记部分，在AutoCAD格式完成后，需要转为Mapinfo格式，通过M00转入ArcGIS。

2) 部分数据是已得到的在Mapinfo格式的地名图的分层文件：包括部分县级路、乡级路、A62公路、村路等交通数据层，部分单线河、时令河、市名、县区名、乡镇名、村名、注记等分层数据。

由于MapInfo的数据格式主要分为TAB 和MIF(MID)两种格式，TAB是MapInfo唯一的数据存储格式，所有基于该软件上的应用系统都要以这种格式为依托，同时MapInfo数据采用双数据库存储模式，属性数据存储在属性数据的表结构文件(.tab)与属性数据文件(.dat)中，空间数据保存在空间数据文件(.map)中，两者通过交叉索引文件(.id)联系。

但是ArcGIS 不能直接被加载MapInfo表格数据，这就对原始数据的使用造成了一定的困难。

三：道路数据文件拓扑关系的建立
经过处理后，MapInfo原始数据可以被ArcGIS加载，但是由于CAD数据和GIS数据存在着以下的区别：
1) CAD中只有体现于图面上的点、线、面、注记等要素，GIS中还有图面上反映不出来的属性要素，以及各要素间相互作用的拓扑关系；
2) CAD的质量主要体现于对图面要素的表达，GIS不仅要求能表达图面信息，更重要的是要能进行空间分析；
3) CAD的点、线、面要素都是平等的关系，而GIS中各要素必须依属性分出层次，同时母线与符号是依附的关系；
4) CAD是用符号语言来表达信息，受比例尺的不同限制；GIS所要求的空间信息与绘图比例尺无关，它是将空间图形抽象为点、线、面、注记4种类型，以此来采集、存储、编辑和管理；
5) GIS的功能有输入、存储、查询、空间分析等功能；CAD主要功能就是制图；
6) GIS处理的对象是空间实体，每个实体都包括空间信息和属性信息，CAD 处理的对象仅是图形及其数据；
因此道路数据文件需要建立拓扑关系就必须进行数据转换，转换为ArcGIS 的矢量数据Coverage，从而来建立道路数据文件的拓扑关系。

四：道路几何网络的建立
根据设计的目的，需要建立一个道路网，但是由于Coverage数据不能建立几何网络，因此需要将Coverage数据转换为GeoDatebase(地理数据库)，再根据GeoDatebase来建立几何网络。

由于GeoDatebase需要一个数据库来存放，因此需要建立一个数据库来存放导出的GeoDatebase。

利用ArcCatlog工具建立Personal Geodatabase。

五：ArcMap下网络要素的编辑
1）网络要素数据集的加载
根据设计的目的进行道路网络的分析前提是网络数据的调用，在ArcMap中调用几何网络，对于基本的网络分析，必须加载至少一种包含网络属性的要素类型，对于全部网络数据的制图输出，就必须加载包含网络属性的整个要素数据库。

2）网络要素的编辑
从上图道路网可以看出，有些道路网之间存在断连的现象，有些道路相交的地方没有接点，这就需要对道路网进行网络要素的编辑，即网络要素(边或接点)添加和删除。

3）路网络接点和边的添加
在ArcMap下，向几何网络添加网络要素与向数据库添加数据要素是类似的，不过，向几何网络添加要素的同时，地理数据库将自动建立网络要素之间的的连通拓扑关系。

由于有些道路相交处没有接点，所以需要手工添加一些接点作为道路的交点，但是此种添加交点的方法不同于上述接点的添加。

因为上述接点的添加仍然没有将该条道路打断，该道路在Identify查询下仍然是一整条边。

所以需要使用其他工具来实现。

六：路属性的建立与编辑
1）属性表中字段的添加
道路网络的建立基本完成后，为了网络的应用，我们要为道路网络输入相应的属性信息便于查询。

那么在首先要为道路网的属性表添加字段。

2）属性表的编辑
在进行完上述所有的操作后，形成了一个完整的道路网，但是ArcGIS下对道路的ID是以数值来识别的，由于实际应用中，我们需要知道这条道路的名称，起始点是什么地方，终点是什么地方，这就需要对道路的属性进行编辑，在本设计中需要添加道路的名称，道路的等级等属性。

七：结论
在ArcGIS环境下建立的道路网络，首先将MapInfo数据进行转换，然后结合CAD数字化道路图，在ArcGIS环境下建立了地理信息数据库，建立完善的道路几何网络，能够实现道路网络空间分析的部分功能，同时对道路的属性进行了实际道路名称的修改，能够满足交通系统中信息服务等方面的需求。

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