############################################################################### Topologische Modellierung und Routing ############################################################################### ******************************************************************************* Hintergrundinformationen zur Übung ******************************************************************************* Bei folgendem Tourguide handelt es sich um einen Wegweiser für die Version ArcGIS Pro 2.9 und neuer. Es ist möglich, dass frühere Versionen bestimmte Funktionen nicht besitzen oder auf eine andere Art bedient werden müssen. ================================================================================ Topologisches Netzwerk ================================================================================ Ein topologisches Netzwerk ist ein System verbundener Elemente, z.B. Kanten (Linien) und Knoten (Punkte). Hierbei stehen die Objekte in einer topologischen Beziehung zueinander. Die topologische Beziehung drückt lediglich die Verbindung der Elemente, nicht jedoch die Lage dieser aus. .. figure:: media/image5_1.png :width: 450 px :height: 175 px :align: center :scale: 100 % :name: 04_fig_any_vertex Setzung von Knoten bei "Any Vertex" In ArcGIS Pro gibt es zwei Möglichkeiten wie Kreuzungen in Netzwerken berücksichtigt werden: - **Any Vertex** In unserem Straßennetzwerk werden die Kreuzungen mithilfe der Funktion **Any Vertex** erstellt. In obiger Graphik ist dargestellt, wie die Knoten mit dieser Funktion gesetzt werden. Aufeinandertreffende (lagegleiche) Kanten werden durch einen Knoten miteinander verbunden; dadurch sind die erforderlichen Abbiegebeziehungen möglich. - **End Point** Bei Nutzung der Funktion **End Point** würden die Knoten nur jeweils am Straßenende gesetzt werden. Somit wäre die Abbiegebeziehung nicht gewährleistet. Kreuzen sich zwei nicht lagegleiche Kanten (wie in folgender Graphik dargestellt), wird auch bei der Funktion **Any Vertex** kein Knoten gesetzt. Dies ist wichtig, um nicht fälschlicherweise eine Abbiegebeziehung zu erstellen, wenn diese nicht existiert (z.B. durch Brücken, Unterführungen, etc.). .. figure:: media/image5_2.png :width: 450 px :height: 175 px :align: center :scale: 100 % :name: 04_fig_keine_lagegleiche_kanten Beispiel mit nicht lagegleichen Kanten ================================================================================ Service Area und Routing ================================================================================ Mit dem ArcGIS Pro **Network Analysis** Werkzeug können Einzugsgebiete (**Service Areas**) um jeden Standort in einem Netzwerk ermittelt werden. Mit dem ArcGIS Pro **Network Analysis** Werkzeug können außerdem **Routen** berechnet werden. Sowohl die Funktionalität **Service Area** als auch das **Routing** wird im Hintergrund mithilfe des Ihnen aus der Vorlesung bereits bekannten **Djikstra-Algorithmus** berechnet. ================================================================================ Flächentopologie ================================================================================ Neben der Linien- und Punkttopologie für die Netzwerkerstellung, lernen Sie im Laufe der Übung auch die **Flächentopologie** kennen. Hierbei handelt es sich um mehrere Flächenlayer, die ebenfalls in einer **topologischen Beziehung** zueinander stehen. Wie in folgenden Grafiken dargestellt, wird wiederum nur die Beziehung der Elemente **zueinander** und nicht deren Lage im Raum beschrieben. .. figure:: media/image5_17.png :width: 625 px :height: 167 px :align: center :scale: 100 % :name: 04_fig_topologische_beziehungen Topologische Beziehungen In der Übung sollen Sie die topologische Regel **"must be covered by"** anwenden. In Bezug auf die behandelten Elemente besagt diese Regel, dass alle Gebäude innerhalb genau einer baulich geprägten Fläche liegen müssen. Ist dies nicht der Fall, erfüllen diese Elemente die eingestellte **Topologiebedingung** nicht und werden entsprechen herausgefiltert. .. figure:: media/image5_18.png :width: 625 px :height: 202 px :align: center :scale: 100 % :name: 04_fig_topologische_regel Regel - must be covered by ******************************************************************************* Übungsvorbereitung ******************************************************************************* - Erstellen Sie auf dem Desktop einen Abgabeordner mit passendem Namen (z.B. GIS_UE_5) - Laden Sie den Zip-Ordner für die Übung 5 von Moodle herunter und kopieren und entpacken Sie diesen in Ihren gerade erstellten Abgabeordner. - Öffnen Sie **ArcGIS Pro**. Erstellen Sie ein neues Projekt (geben Sie den Speicherpfad zu Ihrem Abgabeordner an) und wählen Sie dabei **Map** - Verbinden Sie in ArcGIS Pro die Geodatenbank mit **Add Folder Connection** nach einem Rechtsklick auf *Folders* im *Catalog*. Klicken Sie anschließend mit einem Rechtsklick auf die Geodatenbank und wählen Sie **Add To Project**. Unter *Databases* können Sie nun die Geodatenbank mit einem Rechtsklick und **Make Default** zur Standarddatenbank machen. (Dies ist wichtig, da so alle Ergebnisse in dieser Datenbank gespeichert werden). - Stellen Sie immer, wenn Sie mit einer **Geodatenbank** arbeiten, diese als **Default Geodatabase** ein (Rechtsklick auf die jeweilige Geodatenbank im Ordner Databases --> *Make default Geodatabase*): in diesem Fall die ``Übung5.gbd`` - Speichern Sie ihr Projekt im Abgabeordner ******************************************************************************* Umsetzung - Topologisches Netzwerk ******************************************************************************* ================================================================================ Untersuchungsgebiet ================================================================================ Das Untersuchungsgebiet beschreibt das Gebiet, in dem das Netzwerk erstellt werden soll. Für die heutige Übung soll es sich auf die administrative Einheit der *Stadt München* beziehen. Dafür müssen Sie das Gebiet zunächst aus dem Layer **Landkreise Deutschland** extrahieren. Achten Sie bitte darauf, sich ausschließlich auf das Stadtgebiet zu beschränken und nicht den Landkreis München miteinzubeziehen. - Laden Sie den Layer **Landkreise Deutschland** in ihr neues ArcGIS-Projekt - Führen Sie eine Abfrage durch (*Select By Attributes*). Dafür sollten Sie sich zunächst mit der Attributtabelle des Layers vertraut machen, um herauszufinden, wie Ihre Abfrage genau lauten muss, um nur die Stadt selbst zu selektieren und nicht zusätzlich den Landkreis. *Tipp*: Felder "GEN" (München) **und** "DES" (Kreisfreie Stadt) sind von Bedeutung! - Exportieren Sie die Abfrage und erstellen Sie einen neuen Layer (Rechtsklick auf Layer --> *Data* --> *Export Features*). Diesen nennen Sie **Stadt_Muenchen** und fügen ihn dem Projekt hinzu. Ihr Layer sollte nun ähnlich wie in folgender Graphik aussehen - Entfernen Sie den Layer **Landkreise Deutschland** aus dem *Contents*. Dieser wird für die weiteren Übungsschritte nicht mehr benötigt. .. figure:: media/image5_3.png :width: 625 px :height: 350 px :align: center :scale: 100 % :name: 04_fig_stadt_muenchen Layer: Stadt München ================================================================================ Straßenklassifikation ================================================================================ Um ein routingfähiges Netzwerk zu erstellen muss im Voraus eine konzeptionelle Straßenklassifizierung stattfinden. Diese können Sie nachfolgender Tabelle entnehmen. Die Klassifizierung bildet die Grundlage für das Straßennetzwerk. Dabei werden die Straßen nach sogenannten **Subtypes** unterschieden. .. table:: Straßenklassifikationen :widths: auto :align: center :name: 04_tab_road_classification ============== ======================== ======== **OSM** **Description** **Code** ============== ======================== ======== Motorway Autobahn 10 Motorway_link Autobahnauffahrt 11 Trunk Kraftfahrstraße 20 Trunk_link Kraftfahrstraßenauffahrt 21 Primary Bundesstraße 30 Primary_link Bundesstraßenauffahrt 31 Secondary Landesstraße 40 Secondary_link Landesstraßenauffahrt 41 Tertiary Kreisstraße 50 Tertiary_link Kreisstraßenauffahrt 51 Unclassified Gemeindestraße 60 Residential Wohnstraße 70 Living_street Verkehrsberuhigte Straße 80 ============== ======================== ======== - Laden Sie als nächstes das Dataset ``Basisdaten_Oberbayern`` zu Ihrem Projekt hinzu. - Markieren Sie die Feature Class und navigieren Sie zu **Subtypes** |image0| in der **Data**-Menüleiste. - Drücken Sie auf *Create/ Manage*, um die Beschreibungen einzugeben. - Als Subtype-Field sollte bereits **"klasse"** ausgewählt sein (wie in folgender Abbldung zu sehen). .. figure:: media/image5_5.png :width: 625 px :height: 350 px :align: center :scale: 100 % :name: 04_fig_subtypes_erstellung Erstellung von Subtypes - Geben Sie nun analog der obigen Tabelle den Code sowie die Beschreibung für alle 13 Straßenklassen an und bestätigen und speichern Sie die Eingaben. - Entfernen Sie nun den Layer **Straßen_Oberbayern** und laden Sie ihn nochmals vom Catalog in Ihr Projekt. - Nun sollte die Klassifizierung analog der Subtypes im *Contents* angezeigt werden. .. figure:: media/image5_6.png :width: 625 px :height: 350 px :align: center :scale: 100 % :name: 04_fig_layer_mit_subtypes Klassen mit neuen Beschriftungen ================================================================================ Extraktion der Straßen von München ================================================================================ Momentan haben Sie die kompletten Straßendaten für Oberbayern zur Verfügung. Da Sie aber nur diejenigen der Stadt München benötigen, sollen diese in den nächsten Schritten auf das zuvor extrahierte Stadtgebiet zugeschnitten werden. - Erstellen Sie ein **neues Dataset**: Rechtsklick auf die Geodatenbank --> *New* --> *Feature Dataset*. - Nennen Sie dieses **Basisdaten_Muenchen**. - Als Koordinatensystem stellen sie **Germany Zone 4** ein (*Projected Coordinate Systems* --> *National Grids* --> *Germany*). - Beenden die Erstellung des neuen Datasets. - Zum Zuschneiden benötigen Sie das Tool **Clip** (*Analysis* --> *Clip*). - Input Features: **Straßen_Oberbayern** - Clip Feature: **Stadt_Muenchen** - Output Feature: Speichern Sie die neue Feature Class unter dem Namen **Straßen_Muenchen** in das zuvor erstellte Dataset **Basisdaten_Muenchen** wie in folgender Graphik. .. figure:: media/image5_7.png :width: 418 px :height: 450 px :align: center :scale: 100 % :name: 04_fig_clip_tool Clip-Tool - Abschließend entfernen Sie den Layer **Straßen_Oberbayern**. Nun sollten Sie nur noch die Straßen innerhalb des Stadtgebiets sehen. ================================================================================ Erstellung des Netzwerks ================================================================================ Nachdem Sie nun sämtliche Vorarbeiten erledigt haben, können Sie nun mit der Erstellung des Netzwerks beginnen. - Das neue **Network Dataset** erstellen Sie über das Kontextmenü Ihres Feature Datasets **Basisdaten_Muenchen** (Rechtsklick --> *New* --> *Network Dataset*). - Name: **Netzwerk_Muenchen** - Wählen Sie **Elevation Fields** als *Elevation Model* und die Straßen von München als *Quelldaten*. - Übernehmen Sie die Einstellungen. - Nachdem das Netzwerk erzeugt wird müssen Sie die *Konnektivitätseinstellungen* ändern. - Rechtsklick auf 'Netzwerk_Muenchen' (im Catalog, nicht im Table of Contents), dann Properties, Source Settings, Group Connectivity. Stellen Sie für die *Connectivity Policy* **Any vertex** ein (siehe folgende Graphik), um Abbiegebeziehungen an allen Knoten zu ermöglichen. .. figure:: media/image5_8.png :width: 567 px :height: 155 px :align: center :scale: 100 % :name: 04_fig_konnektivitaetseinstellungen Konnektivitätseinstellungen - Übernehmen Sie die Einstellungen in den restlichen Schritten und bauen Sie Ihr Netzwerk (Rechtsklick auf das Netzwerk im Catalog --> *Build*). Fügen Sie dieses vollständig Ihrem Projekt hinzu. Nun haben Sie ein Netzwerk in Form eines gerichteten Graphen erstellt (**Routingfähigkeit**). ******************************************************************************* Umsetzung - Service Area und Routing ******************************************************************************* ================================================================================ Service Area ================================================================================ Sie suchen eine Wohnung, von der aus man bequem in **15 Minuten zu Fuß** die Uni erreichen kann. - Navigieren Sie zum **Network Analysis**-Toolbar in der *Analysis*-Menüleiste. - Erstellen Sie eine neue **Service Area** (analog zu folgender Graphik) - Fügen Sie den Layer **TUM** Ihrem Projekt hinzu .. figure:: media/image5_9.png :width: 567 px :height: 203 px :align: center :scale: 100 % :name: 04_fig_analysis_service_area Network Analysis: Service Area - Um einen Fußweg von höchstens 15 Minuten in der Service Area einzustellen, drücken Sie auf den Layer der neu erstellten Service Area und öffnen Sie das "Service Area" Menüleiste. Von diesem Menü lassen sich neue Standorte durch die Option **Import Facilities** |image1| hinfügen. - Input Network Analysis Layer: **Service Area** - Sub Layer: **Facilities** - Wählen Sie die **TUM** als Input-Standort - Fügen Sie den Standort hinzu, indem Sie die restlichen Einstellungen übernehmen (Apply und Ok). - Stellen bei der Option "Cutoffs" die Länge auf **1.000m** - Lassen Sie sich die Service Area mittels **Run** |image2| (Reiter Analysis) anzeigen. - Ihr Ergebnis sollte ähnlich wie dieses auf folgender Graphik aussehen. Machen Sie einen Screenshot und fügen Sie diesen dem Abgabeordner hinzu. .. figure:: media/image5_12.png :width: 550 px :height: 462 px :align: center :scale: 100 % :name: 04_fig_beispiel_service_area Beispielhafte Service Area ================================================================================ Routing ================================================================================ Nach langer Suche haben Sie einen Besichtigungstermin für eine Wohnung in der Schellingstraße ergattert (Layer **NeueWohnung**). Sie wollen sich die kürzeste Route von der Uni zu Ihrer neuen Wohnung anzeigen lassen. Dies geschiet in ArcGIS Pro mithilfe des *Network Analysis*, in welchem der Ihnen bereits bekannte **Djikstra-Algorithmus** für das Routing hinterlegt ist. - Fügen Sie den Layer **NeueWohnung** zu Ihrem Projekt hinzu - Wählen Sie nun in der *Network Analysis*-Toolbar die Funktion **Route**, um eine neue Route-Layer zu erstellen - Zur Erstellung der Route setzen Sie mit **Import Stops** |image1| zuerst den **Startpunkt** auf eine der vier Straßen rund um die TUM. - Wählen Sie zunächst die **NeueWohnung** als Input-Location. Setzen Sie ein Häkchen auf "Snap to Network" und erzeugen Sie den Punkt. Dann wählen Sie Apply. Wiederholen Sie dies mit der **TUM** als Input-Location, Apply, Ok. - Lassen Sie sich die Route mittels **Run** |image2| anzeigen. Die Route könnte wie in folgender Graphik aussehen - Machen Sie einen Screenshot und fügen Sie auch diesen dem Abgabeordner hinzu - Anschließend speichern Sie Ihr Projekt ab. .. figure:: media/image5_13.png :width: 550 px :height: 462 px :align: center :scale: 100 % :name: 04_fig_beispiel_route Beispielhafte Route ******************************************************************************* Umsetzung - Flächentopologie ******************************************************************************* Abschließend werden Sie noch eine Flächentopologie erstellen. - Laden Sie die Layer **Gebaeude** und **Baulich_gepraegte_Flaechen** aus Ihrem Dataset ``Topology`` in der Geodatenbank ``Übung5.gbd``. (Die Daten befinden sich im Norden von München. (Ggf. Rechtsklick auf Datenlayer dann 'Zoom to Layer') - Erstellen Sie eine Topologie mit der Regel, dass alle Gebäude in genau einer baulich geprägten Fläche liegen müssen: - Rechtsklick auf das Dataset **Topology** --> *New* --> *Topology* - Benennen Sie die zu erstellende Topologie mit **Flaechentopologie** - Setzen Sie für die beiden Features, die Teile der Topologie sein sollen, jeweils ein Häkchen - Bestätigen Sie den ersten Schritt mit *Next* - Nun müssen Sie die Regel festlegen: **Add Rule** anwählen; Implementieren Sie, dass die Gebäude vom Layer **Baulich_gepraegte_Flaechen** umschlossen sein müssen (siehe folgende Abbildung) - Übernehmen Sie im folgenden Schritt die Einstellungen. .. figure:: media/image5_14.png :width: 550 px :height: 364 px :align: center :scale: 100 % :name: 04_fig_topologie_wizard Create Topology Wizard - Stellen Sie die Topologie fertig und validieren Sie diese anschließend - Öffnen Sie die *Geoprocessing-Tools* |image3| und suchen Sie nach **Validate Topology (Data Management Tools)** - Wählen Sie die erzeugte Topologie als Input und validieren Sie diese - Durch Hinzufügen der **Flaechentopologie** in Ihr Projekt werden Ihnen alle Gebäude markiert, welche die eingestellte Regel nicht erfüllen und somit entweder auf mehreren oder keiner baulich geprägten Fläche liegen. - Machen Sie einen Screenshot und fügen Sie auch diesen dem Abgabeordner hinzu. - Auf Moodel abzugeben ist Ihre Projektdatei sowie die geforderten Screenshots in einem gezippted Ordner. .. figure:: media/image5_16.png :width: 550 px :height: 381 px :align: center :scale: 100 % :name: 04_fig_topologie_ergebnis Ergebnis der Flächentopologie ******************************************************************************* Fazit der Übung ******************************************************************************* - Bildung von **Subtypes** - Zuschneiden von Daten mittels des **Clip-Tools** - Erstellung eines **Netzwerks** - Verwendung des **Network Analysis**: *Service Area* und *Routing* - Erstellung einer **Topologie** ******************************************************************************* Referenzen ******************************************************************************* - `Offizielle Dokumentation `_ - `Erstellen und Verwalten von Subtypes `_ - `Clip-Tool `_ - `Einzugsgebiete und Routenanalyse `_ - `Topologie `_ .. |image0| image:: media/image5_4.png :width: 0.35861in :height: 0.35529in .. |image1| image:: media/image5_10.png :width: 0.35861in :height: 0.35529in .. |image2| image:: media/image5_11.png :width: 0.35861in :height: 0.35529in .. |image3| image:: media/image5_15.png :width: 0.35861in :height: 0.35529in