地理信息系统路径分析与网络应用省公开课金奖全国赛课一等奖微课获奖课件

第8章GIS空间分析1/532/533/534/535/536/53最短路径分析在最短路径选择中，两点之间距离能够定义为实际距离，也可定义为两点间时间、运费、流量等，可定义为使用这条边所需付出代价。所以，能够对不一样专题内容进行最短路径分析Dijkstra算法基本思想：把图顶点分为S,T两类,若起始点u到某顶点x最短通路己求出,则将x归入S,其余归入T,开始时S中只有u,伴随程序运行,T元素逐一转入S,直到目标顶点v转入后结束7/53一个道路网络中城市间链路阻抗六个节点间阻抗矩阵

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(1)(6)(5)(4)(3)(2)(1)8/53节点1到其它点最短路径72p13+p366171p14+p455158p144153p133120p1221最小累计阻抗最短路径终节点始节点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路径分析和网络应用二者都包括运动和线要素路径分析是基于栅格数据网络应用是基于矢量并建立拓扑关系数据共用相同术语和概念，不过数据格式和数据分析环境不一样11/538.3.1路径分析需要一个源栅格、一个费用栅格，花费距离量测、和生成最小累计花费路径算法12/531.1源栅格定义源栅格单元只有源位置有单元值，其它单元格没有数值源位置单元能够是起点也能够作为目标路径分析取得到源栅格单元最小花费路径13/531.2花费栅格定义移动经过每个栅格花费或阻抗两大特征:1每个单元格花费为不一样花费总和2花费能够表示真实或相对花费花费栅格生成从列出花费变量开始然后对每个变量确定栅格单元数据使用局部运算将单独花费栅格加起来局部总和是经过每个栅格单元花费14/531.3直线距离和花费距离直线距离为测量每一个像元到最近源直线距离；多用在经过路线没有障碍或等同花费情况下比如，在救援飞机飞往最近医院实例中，直线距离栅格就能够确定从救援飞机所在地点到周围各医院距离；然而，当救援汽车开往最近医院实例中，因为地表有各种类型障碍物，采取不一样路线花费不尽相同花费距离是依据经过每个像元某个或某几个属性因子加权得到实际抵达源所需花费值比如，翻越一座山直线旅程花费较小，但时间花费比绕行时间花费要多。实际地表覆盖类型多样，经过直线距离来抵达源是不可能，必须要绕道以避开如河流，高山等障碍物花费距离是对直线距离扩展和延伸。15/53成本距离计算原理

accum_cost=a1+((cost_a+cost_b)/2)*Daccum_cost：某一单元b累计通行成本

a1：上一个相邻单元a累计通行成本

cost_a：单元a成本

cost_b：单元b成本16/53横向链接成本距离：(1+2)/2=1.5对角链接成本距离：1.4142x[(1+5)/2]=4.217/531.3花费距离量测18/531.3花费距离量测在生成距离栅格同时，还能够生成服务区栅格和方向栅格。服务区栅格：每一个单元格值表示其被分配到最近地物。方向栅格：每一个单元格值表示其到最近地物方向。19/531.4生成最小累计花费路径很轻易去计算两个单元间累计花费连接两个单元格每条链路成本求和不过要找到最小累计花费路径就有点困难路径要复杂多。许多不一样路径都能够连接不相邻两个单元找到最小累计花费路径是一个迭代过程20/53Thecostdistanceforeachlink(c)andtheleastaccumulativecostdistancefromeachcell(d)arederivedusingthesourcecells(a)andthecostraster(b).SeeBox18.2forthederivation.21/5322/5323/531.5花费距离量测改进现有量测假定为一个同向性表面(属性单一、直线距离），实际上花费表面不一致，因为地表在坡度、高程、坡向都有改变现实分析还需考虑由高程栅格计算表面距离（测量真实地面距离）垂直和水平因子在计算距离栅格时，除了直接计算直线距离外，还能够考虑花费权重，比如坡度、土地利用类型等，计算花费距离栅格。24/531.6路径分析应用规划道路、管线、沟渠、传输线路提取线性要素25/538.3.2网络应用网络分析是运筹学模型中一个基本模型，它根本目标是研究、策划一项网络工程怎样安排，并使其运行效果最好如一定资源最正确分配，从一地到另一地运输费用最低等。其基本思想则在于人类活动总是趋于按一定目标选择到达最正确效果空间位置。GIS网络分析主要目标：对地理网络（如交通网络）、城市基础设施网络（如各种网线、电力线、电话线、供排水管线等）进行地理分析和模型化。26/53网络分析（NetworkAnalysis）矢量数据特有空间分析方法。网络是由一组相互关联弧段、结点和它们属性所组成模型，用于表示现实世界中道路、管线等事物。除此之外还要定义一些要素以模拟现实中供给、需求、中心点等事物。网络分析基础：线—点拓扑关系。依据网络拓扑关系，依据网络空间数据、属性数据，对网络特征、性能进行分析。27/532.1网络组成网络中基本组成部分和属性：链（Link）：网络中流动管线，如街道、河流、水管等，其状态属性包含阻力和需求。结点（Node）：网络中链结点，如港口、车站、电站等，其状态属性包含阻力和需求等。结点中又有下面几个特殊类型。障碍（Barrier），禁止网络中链上流动点。拐点（Turn），出现在网络链中分割结点上，状态属性有阻力，如拐弯时间和限制(如不允许左拐)。中心（Center），是接收或分配资源位置，如水库、商业中心、电站等。其状态属性包含资源容量，如总资源量；阻力限额，如中心与链之间最大距离或时间限制。站点（Stop），在路径选择中资源增减结点，如库房、汽车站等，其状态属性有要被运输资源需求，如产品数。28/532.2网络要素表示1）链弧2)转弯：M条弧相连共有转弯个数N：425535链弧号起结点终止点长度(km)正方向阻强(km/h)反方向阻强(km/h)资源需求量2024145.33555（-1:表示不通，单行道）…结点号从弧段至弧段角度时间阻强(s)34L2L1906034L1L11803034L2L3-90-1(不允许拐弯）34L1L300(无阻强)34L1L2L3停靠点29/533）停靠点、中心属性停靠点：直接在对应结点上附上需求量属性，负为下卸，正值为装载，中心：资源最大容量、服务范围和服务延迟数（在其它中心到达某个数量时才提供服务）。结点号需求量453546-20结点号资源最大容量服务范围服务延迟数2410002000…………30/532.3网络分析应用网络分析主要用途是：1选择最正确路径，包含路径查找和通达度测定；2选择最正确布局中心位置，包含配置问题和城市交通规划模型。网络分析基本方法：路径分析最近设施服务区分析资源分配选址分析31/532.3.1最正确路径分析1、在网络中从起点经一系列特定结点至终点资源运移最正确路线，即阻力最小路径。在网络节点中寻找累计阻抗最小路径。由两个节点连成，也可在两点间有一些特定站点能够帮助运输人员建立多个站点时间表紧急响应-最短时间抵达事故现场2、所谓最正确路经，是求解网络中两点之间阻抗最小路经，必须按照结点选择次序访问网络中结点。32/53最短路径分析在最短路径选择中，两点之间距离能够定义为实际距离，也可定义为两点间时间、运费、流量等，可定义为使用这条边所需付出代价。所以，能够对不一样专题内容进行最短路径分析Dijkstra算法基本思想：把图顶点分为S,T两类,若起始点u到某顶点x最短通路己求出,则将x归入S,其余归入T,开始时S中只有u,伴随程序运行,T元素逐一转入S,直到目标顶点v转入后结束33/53旅行推销员问题在最短路径分析中添加两个约束推销员必须仅访问选择各站点一次推销员能够从任一站点出发，但必须回到出发点旅行商分析是无序路径分析。旅行商能够自己决定访问结点次序，目标是旅行路线阻抗总和最小（或靠近最小）。34/531-3-2-4-5-…-101-3-10-9-5-6-8-7-4-2-112345678109132456781091324567810935/532.3.2最近设施分析指在网络上给定一个事件点和一组设施点，为事件点查找以最小花费能抵达一个或几个设施点。还能够设置查找阈值，即搜索范围，超出该范围将不再进行查找。首先计算选定地点到全部候选设施最短路径然后从候选设施中选择最近设施能够应用于基于定位服务，如自动柜员机36/53方形标志显示为从所选地址到最近消防站点最短路径37/532.3.3服务区分析服务站点即服务中心点，就是提供某种特定服务位置，如某一派出所、邮局、小区医院、小区公园等。服务区：是以指定点为中心，在一定阻力范围内，包含全部可通达边一个区域。如某一小区派出所按行政区划所管辖小区。服务区分析就是指在满足某种条件前提下，查找网络上指定服务站点能够提供服务区域范围。也能够了解为不考虑中心资源供给量和需求量，而只考虑供给方与需求方之间网络弧段阻力资源分配。可用于评定分析在某一位置邮局、医院、超市等公共设施普通服务范围，从而为选择公共设施最正确位置提供参考。38/5339/5340/532.3.4（配置）资源分配经过网络来研究资源空间分布比如学校、银行、消防站选址而资源分布决定服务范围响应时间资源分配网络模型由中心点（分配中心或搜集中心）及其属性和网络组成。分配有两种形式，一个是由分配中心向四面分配，另一个是由四面向搜集中心分配。资源分配应用包含消防站点分布和求援区划分、学校选址、垃圾搜集站点分布，停水停电对区域社会、经济影响预计等41/532分钟响应时间内两所消防站点服务区域42/535分钟响应时间内两所消防站点服务区域43/532.3.5定位-配置（选址分析）供给、需求和距离匹配问题供给由设施或点为中心组成需求由点、线或多边形组成供给和需求之间距离大小常以距离矩阵或距离列表表示定位与分配模型是依据需求点空间分布，在一些候选点中选择给定数量供给点以使预定目标方程到达最正确结果。---最正确分配中心，最优配置。定位问题是指已知需求源分布，确定在哪里布设供给点最适当问题；分配问题是确定这些需求源分别受哪个供给点服务问题。44/532.3.5定位-配置（选址分析）选址分区分析是为了确定一个或多个待建设施最正确或最优位置，使得设施能够用一个最经济有效方式为需求方提供服务或者商品。如餐馆、邮局选址，工厂选址、图书馆、学校、医院、消防站、工厂、飞机场、仓库等最正确位置确实定。45/53算法在运