地理信息系統(tǒng)路徑分析與網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用省公開課金獎全國賽課一等獎微課獲獎?wù)n件

第8章GIS空間分析1/532/533/534/535/536/53最短路徑分析在最短路徑選擇中，兩點之間距離能夠定義為實際距離，也可定義為兩點間時間、運費、流量等，可定義為使用這條邊所需付出代價。所以，能夠?qū)Σ灰粯訉ｎ}內(nèi)容進行最短路徑分析Dijkstra算法基本思想：把圖頂點分為S,T兩類,若起始點u到某頂點x最短通路己求出,則將x歸入S,其余歸入T,開始時S中只有u,伴隨程序運行,T元素逐一轉(zhuǎn)入S,直到目標頂點v轉(zhuǎn)入后結(jié)束7/53一個道路網(wǎng)絡(luò)中城市間鏈路阻抗六個節(jié)點間阻抗矩陣

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(6)13

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(1)(6)(5)(4)(3)(2)(1)8/53節(jié)點1到其它點最短路徑72p13+p366171p14+p455158p144153p133120p1221最小累計阻抗最短路徑終節(jié)點始節(jié)點9/530-51000-4300-2100-51000-4300-2-310+50=600-51000-4-530+60=900-4-330+20=500-2-310+50=600-51000-4-530+60=900-4-3-530+20+10=6005432110/538.3路徑分析和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用二者都包括運動和線要素路徑分析是基于柵格數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用是基于矢量并建立拓撲關(guān)系數(shù)據(jù)共用相同術(shù)語和概念，不過數(shù)據(jù)格式和數(shù)據(jù)分析環(huán)境不一樣11/538.3.1路徑分析需要一個源柵格、一個費用柵格，花費距離量測、和生成最小累計花費路徑算法12/531.1源柵格定義源柵格單元只有源位置有單元值，其它單元格沒有數(shù)值源位置單元能夠是起點也能夠作為目標路徑分析取得到源柵格單元最小花費路徑13/531.2花費柵格定義移動經(jīng)過每個柵格花費或阻抗兩大特征:1每個單元格花費為不一樣花費總和2花費能夠表示真實或相對花費花費柵格生成從列出花費變量開始然后對每個變量確定柵格單元數(shù)據(jù)使用局部運算將單獨花費柵格加起來局部總和是經(jīng)過每個柵格單元花費14/531.3直線距離和花費距離直線距離為測量每一個像元到最近源直線距離；多用在經(jīng)過路線沒有障礙或等同花費情況下比如，在救援飛機飛往最近醫(yī)院實例中，直線距離柵格就能夠確定從救援飛機所在地點到周圍各醫(yī)院距離；然而，當救援汽車開往最近醫(yī)院實例中，因為地表有各種類型障礙物，采取不一樣路線花費不盡相同花費距離是依據(jù)經(jīng)過每個像元某個或某幾個屬性因子加權(quán)得到實際抵達源所需花費值比如，翻越一座山直線旅程花費較小，但時間花費比繞行時間花費要多。實際地表覆蓋類型多樣，經(jīng)過直線距離來抵達源是不可能，必須要繞道以避開如河流，高山等障礙物花費距離是對直線距離擴展和延伸。15/53成本距離計算原理

accum_cost=a1+((cost_a+cost_b)/2)*Daccum_cost：某一單元b累計通行成本

a1：上一個相鄰單元a累計通行成本

cost_a：單元a成本

cost_b：單元b成本16/53橫向鏈接成本距離：(1+2)/2=1.5對角鏈接成本距離：1.4142x[(1+5)/2]=4.217/531.3花費距離量測18/531.3花費距離量測在生成距離柵格同時，還能夠生成服務(wù)區(qū)柵格和方向柵格。服務(wù)區(qū)柵格：每一個單元格值表示其被分配到最近地物。方向柵格：每一個單元格值表示其到最近地物方向。19/531.4生成最小累計花費路徑很輕易去計算兩個單元間累計花費連接兩個單元格每條鏈路成本求和不過要找到最小累計花費路徑就有點困難路徑要復(fù)雜多。許多不一樣路徑都能夠連接不相鄰兩個單元找到最小累計花費路徑是一個迭代過程20/53Thecostdistanceforeachlink(c)andtheleastaccumulativecostdistancefromeachcell(d)arederivedusingthesourcecells(a)andthecostraster(b).SeeBox18.2forthederivation.21/5322/5323/531.5花費距離量測改進現(xiàn)有量測假定為一個同向性表面(屬性單一、直線距離），實際上花費表面不一致，因為地表在坡度、高程、坡向都有改變現(xiàn)實分析還需考慮由高程柵格計算表面距離（測量真實地面距離）垂直和水平因子在計算距離柵格時，除了直接計算直線距離外，還能夠考慮花費權(quán)重，比如坡度、土地利用類型等，計算花費距離柵格。24/531.6路徑分析應(yīng)用規(guī)劃道路、管線、溝渠、傳輸線路提取線性要素25/538.3.2網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)分析是運籌學模型中一個基本模型，它根本目標是研究、策劃一項網(wǎng)絡(luò)工程怎樣安排，并使其運行效果最好如一定資源最正確分配，從一地到另一地運輸費用最低等。其基本思想則在于人類活動總是趨于按一定目標選擇到達最正確效果空間位置。GIS網(wǎng)絡(luò)分析主要目標：對地理網(wǎng)絡(luò)（如交通網(wǎng)絡(luò)）、城市基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)（如各種網(wǎng)線、電力線、電話線、供排水管線等）進行地理分析和模型化。26/53網(wǎng)絡(luò)分析（NetworkAnalysis）矢量數(shù)據(jù)特有空間分析方法。網(wǎng)絡(luò)是由一組相互關(guān)聯(lián)弧段、結(jié)點和它們屬性所組成模型，用于表示現(xiàn)實世界中道路、管線等事物。除此之外還要定義一些要素以模擬現(xiàn)實中供給、需求、中心點等事物。網(wǎng)絡(luò)分析基礎(chǔ)：線—點拓撲關(guān)系。依據(jù)網(wǎng)絡(luò)拓撲關(guān)系，依據(jù)網(wǎng)絡(luò)空間數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)，對網(wǎng)絡(luò)特征、性能進行分析。27/532.1網(wǎng)絡(luò)組成網(wǎng)絡(luò)中基本組成部分和屬性：鏈（Link）：網(wǎng)絡(luò)中流動管線，如街道、河流、水管等，其狀態(tài)屬性包含阻力和需求。結(jié)點（Node）：網(wǎng)絡(luò)中鏈結(jié)點，如港口、車站、電站等，其狀態(tài)屬性包含阻力和需求等。結(jié)點中又有下面幾個特殊類型。障礙（Barrier），禁止網(wǎng)絡(luò)中鏈上流動點。拐點（Turn），出現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)鏈中分割結(jié)點上，狀態(tài)屬性有阻力，如拐彎時間和限制(如不允許左拐)。中心（Center），是接收或分配資源位置，如水庫、商業(yè)中心、電站等。其狀態(tài)屬性包含資源容量，如總資源量；阻力限額，如中心與鏈之間最大距離或時間限制。站點（Stop），在路徑選擇中資源增減結(jié)點，如庫房、汽車站等，其狀態(tài)屬性有要被運輸資源需求，如產(chǎn)品數(shù)。28/532.2網(wǎng)絡(luò)要素表示1）鏈弧2)轉(zhuǎn)彎：M條弧相連共有轉(zhuǎn)彎個數(shù)N：425535鏈弧號起結(jié)點終止點長度(km)正方向阻強(km/h)反方向阻強(km/h)資源需求量2024145.33555（-1:表示不通，單行道）…結(jié)點號從弧段至弧段角度時間阻強(s)34L2L1906034L1L11803034L2L3-90-1(不允許拐彎）34L1L300(無阻強)34L1L2L3?？奎c29/533）停靠點、中心屬性?？奎c：直接在對應(yīng)結(jié)點上附上需求量屬性，負為下卸，正值為裝載，中心：資源最大容量、服務(wù)范圍和服務(wù)延遲數(shù)（在其它中心到達某個數(shù)量時才提供服務(wù)）。結(jié)點號需求量453546-20結(jié)點號資源最大容量服務(wù)范圍服務(wù)延遲數(shù)2410002000…………30/532.3網(wǎng)絡(luò)分析應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)分析主要用途是：1選擇最正確路徑，包含路徑查找和通達度測定；2選擇最正確布局中心位置，包含配置問題和城市交通規(guī)劃模型。網(wǎng)絡(luò)分析基本方法：路徑分析最近設(shè)施服務(wù)區(qū)分析資源分配選址分析31/532.3.1最正確路徑分析1、在網(wǎng)絡(luò)中從起點經(jīng)一系列特定結(jié)點至終點資源運移最正確路線，即阻力最小路徑。在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點中尋找累計阻抗最小路徑。由兩個節(jié)點連成，也可在兩點間有一些特定站點能夠幫助運輸人員建立多個站點時間表緊急響應(yīng)-最短時間抵達事故現(xiàn)場2、所謂最正確路經(jīng)，是求解網(wǎng)絡(luò)中兩點之間阻抗最小路經(jīng)，必須按照結(jié)點選擇次序訪問網(wǎng)絡(luò)中結(jié)點。32/53最短路徑分析在最短路徑選擇中，兩點之間距離能夠定義為實際距離，也可定義為兩點間時間、運費、流量等，可定義為使用這條邊所需付出代價。所以，能夠?qū)Σ灰粯訉ｎ}內(nèi)容進行最短路徑分析Dijkstra算法基本思想：把圖頂點分為S,T兩類,若起始點u到某頂點x最短通路己求出,則將x歸入S,其余歸入T,開始時S中只有u,伴隨程序運行,T元素逐一轉(zhuǎn)入S,直到目標頂點v轉(zhuǎn)入后結(jié)束33/53旅行推銷員問題在最短路徑分析中添加兩個約束推銷員必須僅訪問選擇各站點一次推銷員能夠從任一站點出發(fā)，但必須回到出發(fā)點旅行商分析是無序路徑分析。旅行商能夠自己決定訪問結(jié)點次序，目標是旅行路線阻抗總和最?。ɑ蚩拷钚。?。34/531-3-2-4-5-…-101-3-10-9-5-6-8-7-4-2-112345678109132456781091324567810935/532.3.2最近設(shè)施分析指在網(wǎng)絡(luò)上給定一個事件點和一組設(shè)施點，為事件點查找以最小花費能抵達一個或幾個設(shè)施點。還能夠設(shè)置查找閾值，即搜索范圍，超出該范圍將不再進行查找。首先計算選定地點到全部候選設(shè)施最短路徑然后從候選設(shè)施中選擇最近設(shè)施能夠應(yīng)用于基于定位服務(wù)，如自動柜員機36/53方形標志顯示為從所選地址到最近消防站點最短路徑37/532.3.3服務(wù)區(qū)分析服務(wù)站點即服務(wù)中心點，就是提供某種特定服務(wù)位置，如某一派出所、郵局、小區(qū)醫(yī)院、小區(qū)公園等。服務(wù)區(qū)：是以指定點為中心，在一定阻力范圍內(nèi)，包含全部可通達邊一個區(qū)域。如某一小區(qū)派出所按行政區(qū)劃所管轄小區(qū)。服務(wù)區(qū)分析就是指在滿足某種條件前提下，查找網(wǎng)絡(luò)上指定服務(wù)站點能夠提供服務(wù)區(qū)域范圍。也能夠了解為不考慮中心資源供給量和需求量，而只考慮供給方與需求方之間網(wǎng)絡(luò)弧段阻力資源分配?？捎糜谠u定分析在某一位置郵局、醫(yī)院、超市等公共設(shè)施普通服務(wù)范圍，從而為選擇公共設(shè)施最正確位置提供參考。38/5339/5340/532.3.4（配置）資源分配經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)來研究資源空間分布比如學校、銀行、消防站選址而資源分布決定服務(wù)范圍響應(yīng)時間資源分配網(wǎng)絡(luò)模型由中心點（分配中心或搜集中心）及其屬性和網(wǎng)絡(luò)組成。分配有兩種形式，一個是由分配中心向四面分配，另一個是由四面向搜集中心分配。資源分配應(yīng)用包含消防站點分布和求援區(qū)劃分、學校選址、垃圾搜集站點分布，停水停電對區(qū)域社會、經(jīng)濟影響預(yù)計等41/532分鐘響應(yīng)時間內(nèi)兩所消防站點服務(wù)區(qū)域42/535分鐘響應(yīng)時間內(nèi)兩所消防站點服務(wù)區(qū)域43/532.3.5定位-配置（選址分析）供給、需求和距離匹配問題供給由設(shè)施或點為中心組成需求由點、線或多邊形組成供給和需求之間距離大小常以距離矩陣或距離列表表示定位與分配模型是依據(jù)需求點空間分布，在一些候選點中選擇給定數(shù)量供給點以使預(yù)定目標方程到達最正確結(jié)果。---最正確分配中心，最優(yōu)配置。定位問題是指已知需求源分布，確定在哪里布設(shè)供給點最適當問題；分配問題是確定這些需求源分別受哪個供給點服務(wù)問題。44/532.3.5定位-配置（選址分析）選址分區(qū)分析是為了確定一個或多個待建設(shè)施最正確或最優(yōu)位置，使得設(shè)施能夠用一個最經(jīng)濟有效方式為需求方提供服務(wù)或者商品。如餐館、郵局選址，工廠選址、圖書館、學校、醫(yī)院、消防站、工廠、飛機場、倉庫等最正確位置確實定。45/53算法在運