GIS網(wǎng)絡(luò)分析PPT課件

1,GIS網(wǎng)絡(luò)分析,第三組地信2班衛(wèi)亞雷張經(jīng)緯劉凱迪王海濤魏北,主講：魏北,-,2,1、網(wǎng)絡(luò)分析概述2、網(wǎng)絡(luò)分析實(shí)現(xiàn),-,3,1.網(wǎng)絡(luò)分析(NetWork),網(wǎng)絡(luò)是用于實(shí)現(xiàn)資源運(yùn)輸和信息交流的一系列相互聯(lián)接的線性特征組合。1.1什么是網(wǎng)絡(luò)分析?在GIS中，網(wǎng)絡(luò)分析是指依據(jù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)潢P(guān)系（結(jié)點(diǎn)與弧段拓?fù)洹⒒《蔚倪B通性），通過考察網(wǎng)絡(luò)元素的空間及屬性數(shù)據(jù)，以數(shù)學(xué)理論模型為基礎(chǔ)，對(duì)網(wǎng)絡(luò)的性能特征進(jìn)行多方面研究的一種分析計(jì)算。,-,4,網(wǎng)絡(luò)分析的流程,-,5,由一系列相互連通的點(diǎn)和線組成，用來描述地理要素（資源）的流動(dòng)情況。,-,6,1.2網(wǎng)絡(luò)分析主要內(nèi)容,網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)模型網(wǎng)絡(luò)分析功能網(wǎng)絡(luò)跟蹤(Trace)路徑分析(PathFinding)資源分配(Allocation)其他網(wǎng)絡(luò)分析,1.網(wǎng)絡(luò)分析(NetWork),-,7,地理網(wǎng)絡(luò)的類型,定向網(wǎng)絡(luò)流向由源（source）至匯（sink）網(wǎng)絡(luò)中流動(dòng)的資源自身不能決定流向(如：水流、電流)非定向網(wǎng)絡(luò)流向不完全由系統(tǒng)控制網(wǎng)絡(luò)中流動(dòng)的資源可以決定流向(如：交通系統(tǒng)),-,8,網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)模型,網(wǎng)絡(luò)模型是對(duì)現(xiàn)實(shí)世界網(wǎng)絡(luò)的抽象。在模型中，網(wǎng)絡(luò)由鏈(Link)、結(jié)點(diǎn)(Node)、站點(diǎn)(Stop)、中心(Center)和轉(zhuǎn)向點(diǎn)(Turn)組成。建立一個(gè)好的網(wǎng)絡(luò)模型的關(guān)鍵是清楚地認(rèn)識(shí)現(xiàn)實(shí)網(wǎng)絡(luò)的各種特性與以網(wǎng)絡(luò)模型的要素(Link,Node,Stop,Center,Turn)表示的特性之間的關(guān)系。,-,9,網(wǎng)絡(luò)組成要素,結(jié)點(diǎn)(Node)：網(wǎng)絡(luò)中任意兩條線段的交點(diǎn)，屬性如資源數(shù)量等鏈(Link)：連接兩個(gè)結(jié)點(diǎn)的弧段。供物體運(yùn)營的通道，鏈間的連接關(guān)系由弧段-結(jié)點(diǎn)拓?fù)鋽?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來表達(dá)。屬性如資源流動(dòng)的時(shí)間、速度等中心(Center)：網(wǎng)絡(luò)中位于結(jié)點(diǎn)處，具有沿著鏈?zhǔn)占桶l(fā)放資源能力的設(shè)施，如郵局、電站、水庫等站點(diǎn)(Stop)：資源沿著網(wǎng)絡(luò)路徑流動(dòng)時(shí)被分配或收集的位置，如郵件投放點(diǎn)、公共汽車站，屬性如資源需求量轉(zhuǎn)向點(diǎn)(拐點(diǎn)，Turn)：鏈路相交處，資源流向發(fā)生改變的點(diǎn),-,10,網(wǎng)絡(luò)組成要素,-,11,網(wǎng)絡(luò)分析功能,網(wǎng)絡(luò)跟蹤路徑分析資源分配定位配置分析地址地理編碼,-,12,網(wǎng)絡(luò)跟蹤(Trace),概念：網(wǎng)絡(luò)中用于研究網(wǎng)絡(luò)中資源和信息的流向就是網(wǎng)絡(luò)跟蹤的過程。在點(diǎn)污染研究中，可以跟蹤污染物從污染源開始，沿河流向下游擴(kuò)散的過程。在電網(wǎng)應(yīng)用中，可以根據(jù)不同開關(guān)的開、關(guān)狀態(tài)，確定電力的流向。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的拓?fù)浠A(chǔ)：網(wǎng)絡(luò)跟蹤中涉及的一個(gè)重要概念是“連通性”(Connectivity)，這定義了網(wǎng)絡(luò)中弧段與弧段的連接方式，也決定了資源與信息在網(wǎng)絡(luò)中流動(dòng)時(shí)的走向。,-,13,路徑分析,在網(wǎng)絡(luò)分析過程中，路徑系統(tǒng)起著相當(dāng)重要的作用。事實(shí)上很多網(wǎng)絡(luò)分析的結(jié)果都是以路徑系統(tǒng)的形式體現(xiàn)出來的。內(nèi)容：路徑分析是用于模擬兩個(gè)或兩個(gè)以上地點(diǎn)之間資源流動(dòng)的路徑尋找過程。當(dāng)選擇了起點(diǎn)、終點(diǎn)和路徑必須通過的若干中間點(diǎn)后，就可以通過路徑分析功能按照指定的條件尋找最優(yōu)路徑,-,14,路徑選擇(PathFinding),應(yīng)用：在遠(yuǎn)距離送貨、物資派發(fā)、急救服務(wù)和郵遞等服務(wù)中，經(jīng)常需要在一次行程中同時(shí)訪問多個(gè)站點(diǎn)(收貨方、郵件主人、物資儲(chǔ)備站等)，如何尋找到一個(gè)最短和最經(jīng)濟(jì)的路徑，保證訪問到所有站點(diǎn)，同時(shí)最快最省地完成一次行程，這是很多機(jī)構(gòu)經(jīng)常遇到的問題。這類分析中，道路網(wǎng)絡(luò)的不同弧段(網(wǎng)絡(luò)模型中的Link)有不同的影響物流通過的因素，路徑選擇分析必須充分考慮到這些因素，在保證遍歷需要訪問的站點(diǎn)的同時(shí)，為用戶尋找出一條最佳(距離、時(shí)間或費(fèi)用等)的運(yùn)行路徑。,-,15,路徑選擇(PathFinding),兩種方式(Path和Tour)。ArcInfo有兩個(gè)路徑選擇分析命令：Path和Tour。共同點(diǎn)：都是在網(wǎng)絡(luò)中尋找遍歷所有站點(diǎn)最經(jīng)濟(jì)的路徑。區(qū)別：在遍歷網(wǎng)絡(luò)的所有站點(diǎn)過程中，處理站點(diǎn)的順序有所不同。PATH：必須按照指定的順序訪問網(wǎng)站中的所有站點(diǎn)。例如，救護(hù)車必須從急救中心(STOP1)出發(fā)，然后前往事故地點(diǎn)(STOP2)，然后負(fù)責(zé)將傷員送往最近的醫(yī)院(STOP3),最后返回急救中心(STOP4).,-,16,TOUR：進(jìn)行路徑選擇分析時(shí)，在保證在一次行程中訪問所有站點(diǎn)的前提下，訪問站點(diǎn)的次序是由TOUR自己決定的。因此TOUR分析的結(jié)果既包括所選擇的路徑，也包括它所確定的最優(yōu)的訪問次序。例如：卡車司機(jī)要在一天時(shí)間內(nèi)向若干個(gè)站點(diǎn)送貨，只要保證在當(dāng)天內(nèi)將貨物送到每一個(gè)站點(diǎn)就可以了，先送哪個(gè)站點(diǎn)，后送哪個(gè)站點(diǎn)，完全由司機(jī)本人決定。TOUR就負(fù)責(zé)完成確定訪問次序，并尋找最經(jīng)濟(jì)路徑的任務(wù)。,路徑選擇(PathFinding),-,17,資源分配(Allocation),反映現(xiàn)實(shí)世界網(wǎng)絡(luò)中資源的供需關(guān)系模型?？梢越鉀Q資源的有效利用和合理分配；確定最近中心，實(shí)現(xiàn)最佳服務(wù)“供(Supply)”代表一定數(shù)量的資源或貨物，它們位于被稱之為“CENTER”的設(shè)施中。“需(Demand)”指對(duì)資源的利用。Allocate分析就是在空間中的一個(gè)或多個(gè)點(diǎn)之間分配資源的過程。為了實(shí)現(xiàn)供需關(guān)系，在網(wǎng)絡(luò)中必然存在資源的運(yùn)輸和流動(dòng)。資源要么由供方送到需方，要么由需需方到供方索取。,-,18,關(guān)于Allocate的兩個(gè)例子,Supply-To-Demand的例子：負(fù)荷設(shè)計(jì)、時(shí)間與距離損耗估算電能從電站產(chǎn)生，并通過電網(wǎng)傳送到客戶那里去。在這里，電站就是網(wǎng)絡(luò)模型中的“Center”,因?yàn)樗梢蕴峁╇娏?yīng)。電能的客戶沿電網(wǎng)的線路(網(wǎng)絡(luò)模型中的Link)分布，他們產(chǎn)生了“Demand”。在這種情況下，資源是通過網(wǎng)絡(luò)由供方傳輸?shù)叫璺絹韺?shí)現(xiàn)資源分配。可用來分析輸電系統(tǒng)是否超載；停電的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)影響估計(jì)等。,-,19,關(guān)于Allocate的兩個(gè)例子,Demand-To-Supply的例子：學(xué)校選址學(xué)校與學(xué)生的關(guān)系也構(gòu)成一種在網(wǎng)絡(luò)中供需分配關(guān)系。學(xué)校是資源提供方，它負(fù)責(zé)提供名額供適齡兒童入學(xué)。適齡兒童是資源的需求方，他們要求入學(xué)。作為需求方的適齡兒童沿街道網(wǎng)絡(luò)分布，他們產(chǎn)生了對(duì)作為供給方的學(xué)校的資源-學(xué)生名額的需求。這種情況下，“資源”的流向是由適齡兒童前往學(xué)校,-,20,Location-Allocation(選址和分區(qū))分析Location-allocation分析是決定一個(gè)或多個(gè)服務(wù)設(shè)施的最優(yōu)位置的過程，它的定位力求保證服務(wù)設(shè)施可以以最經(jīng)濟(jì)有效的方式為它所服務(wù)的人群提供服務(wù)。在此分析中，即有定位過程，也有資源分配過程。,定位配置分析(選址和分區(qū)),-,21,定位配置分析的實(shí)質(zhì)是線性規(guī)劃問題。主要的算法包括：p-中心問題：在m個(gè)候選點(diǎn)中，選擇p個(gè)供應(yīng)點(diǎn)，為n個(gè)需求點(diǎn)服務(wù)，并使得從服務(wù)中心到需求點(diǎn)之間的距離（或時(shí)間、費(fèi)用）最小。中心服務(wù)范圍的確定：中心服務(wù)范圍是指一個(gè)服務(wù)設(shè)施在給定的時(shí)間或距離內(nèi)，能夠到達(dá)的區(qū)域。中心資源的分配范圍：資源分配就是將空間網(wǎng)絡(luò)的邊或者結(jié)點(diǎn)，按照中心的供應(yīng)量及網(wǎng)絡(luò)邊和結(jié)點(diǎn)的需求量，分配給一個(gè)中心的過程，用來模擬空間網(wǎng)絡(luò)上資源的供需關(guān)系(Allocation）。,定位配置分析(選址和分區(qū)),-,22,地址編碼與匹配(GeoCoding)利用人們習(xí)慣的地址(街道門牌號(hào))信息確定它在地圖上的確切位置的技術(shù).地址編碼與匹配就是在含地址的表格數(shù)據(jù)與相關(guān)圖層之間建立聯(lián)系，并為表格數(shù)據(jù)創(chuàng)建一個(gè)相應(yīng)的點(diǎn)要素層。當(dāng)對(duì)表格數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼后，就可以對(duì)表格數(shù)據(jù)進(jìn)行空間定位查詢和分析,地址編碼與匹配(GeoCoding),-,23,網(wǎng)絡(luò)分析實(shí)現(xiàn)軟件：ArcMAP,-,24,ArcGIS支持的網(wǎng)絡(luò)類型,幾何網(wǎng)絡(luò)（Geometricnetworks）用于定向網(wǎng)絡(luò)分析（如：水流、電流等）線&點(diǎn)GeometricnetworkArcMap中使用UtilityNetworkAnalyst工具條網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)集（Networkdatasets）用于非定向網(wǎng)絡(luò)分析（如：交通問題）線,點(diǎn)&轉(zhuǎn)彎（turns）-Networkdataset使用ArcGISNetworkAnalyst擴(kuò)展模塊*要素類不能同時(shí)參與構(gòu)成GeometricNetwork和NetworkDataset,-,25,網(wǎng)絡(luò)分析需要解決的問題,路徑分析：點(diǎn)對(duì)點(diǎn)最優(yōu)路徑多目標(biāo)點(diǎn)訪問，如物流配送障礙分析服務(wù)區(qū)域判定：服務(wù)范圍生成查找最鄰近設(shè)施導(dǎo)航：導(dǎo)航圖生成,交通，醫(yī)療，公共安全，教育，公共事業(yè)，地方政府，商業(yè)等等,-,26,網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)集,ArcGIS網(wǎng)絡(luò)分析所使用的網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)在網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)集中它由一系列元素參與網(wǎng)絡(luò)的要素構(gòu)成是一種高級(jí)的連通性模型可以模擬復(fù)雜的場景，如多模的交通網(wǎng)絡(luò)也可以對(duì)復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)屬性進(jìn)行處理，例如各種限制，網(wǎng)絡(luò)等級(jí)等。,-,27,網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)集由兩部分組成：物理網(wǎng)絡(luò)：用于構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)并生成網(wǎng)絡(luò)元素：邊線（edges）、交匯點(diǎn)（junctions）和轉(zhuǎn)彎（turns）。邏輯網(wǎng)絡(luò)：由一系列屬性表組成，用來模擬網(wǎng)絡(luò)的連通性，定義網(wǎng)絡(luò)元素的關(guān)系。,-,28,構(gòu)造網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)集的數(shù)據(jù),邊線數(shù)據(jù)：線數(shù)據(jù)。參與網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)集的邊線被定義為雙向的。交匯點(diǎn)數(shù)據(jù)：點(diǎn)數(shù)據(jù)。交匯點(diǎn)可以連接任意多條邊線。轉(zhuǎn)彎數(shù)據(jù)：轉(zhuǎn)彎數(shù)據(jù)。該類型數(shù)據(jù)專門用于網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)集，可由線數(shù)據(jù)或描述邊界轉(zhuǎn)向關(guān)系的turn表生成。,-,最近服務(wù)設(shè)施分析,基于道路網(wǎng)絡(luò)沿道路網(wǎng)絡(luò)服務(wù)設(shè)施與事故點(diǎn)的路徑“最近”服務(wù)設(shè)施實(shí)際表示“開銷最少”的設(shè)施開銷可以是：時(shí)間、金錢、距離,29,-,30,-,最近服務(wù)設(shè)施分析：創(chuàng)建分析圖層、添加網(wǎng)絡(luò)位置,道路網(wǎng)絡(luò)服務(wù)設(shè)施事故點(diǎn),31,-,最近服務(wù)設(shè)施分析：分析選項(xiàng),32,-,最近服務(wù)設(shè)施分析:結(jié)果,找到距事故地點(diǎn)最近一個(gè)個(gè)消防隊(duì)。,33,-,4.6.5服務(wù)區(qū)分析,基于道路網(wǎng)絡(luò)服務(wù)