最佳路径分析

学号：0121108670232GIS应用技能训练题目基于多因素与层次模型的校园火灾救援最佳路径分析学院资源与环境工程学院专业地理信息系统班级1102班姓名江瑶指导教师黎华、胡杏花2013年7月12日目录摘要.........................................................11背景以及分析的意义.........................................12训练要求...................................................13设计分析...................................................23.1整体思路.................................................23.2最佳路径的道路层次模型...................................23.2.1建立层次模型..........................................23.2.2确定权系数............................................33.2.3实际调查..............................................44软件应用...................................................54.1本次实验的道路数据获取...................................54.2对校园内外部矢量化并制图.................................74.3给校园各道路命名并且赋权值...............................94.4对校园内外道路进行拓扑构网...............................94.5对拓扑网进行最短和最佳路径分析..........................115结果分析及评价............................................115.1校外最短路径结果及分析..................................115.2校内最短路径结果及分析..................................116心得体会..................................................12致谢........................................................13参考文献....................................................13附录1权值计算代码..........................................15附录2所有道路权值..........................................15武汉理工大学《GIS应用技能训练》说明书1基于多因素与层次模型的校园火灾救援最佳路径分析摘要：最佳路径的求取实则是一个多目标综合决策问题。以往一些研究没有能全面分析问题，只注重与某个因素下的最佳路径，这使得分析结果不尽如人意，不能得到最佳结果。有些则综合了多种影响因素，然而在确定评价指标的权重时常采用专家评估的方法，这具有很大的随意性和主观性，有时会偏离客观实际，易于造成评价失准，致使结论缺乏真实性。本文所提模型是综合了多目标决策与层次分析法的基于多因素影响与综合评判的最佳路径分析模型。模型在全面问题分析基础上先给出了影响最佳路径分析的几个重要影响因子，并利用层次分析法的思想构建了道路层次模型，确定了各影响因素的权系数。在综合评判时应用多目标决策模型与所提因素评分模型确定了各影响因素对路段的评分矩阵，并综合所求各因素的权系数得到最终路段的综合权值。最后以路段综合权值为路段属性进行Dijkstra算法求解，得到最佳路径。文中采用层次分析法来确定权值，将定性与定量分析相结合，利用严密的数学理论，去除随意性与主观性，表达了符合客观实际的因素影响权值，并且依据判断矩阵的一致性来检验权值的合理性，从而使得分析结论更准确、可靠。此次分析是当武汉理工大学某处发生火灾，分析消防车怎样最快到达火灾处。在学校外进行消防车到达校门口进行最短路径分析，对校内进行最佳路径分析。关键词：多因素层次分析最佳路径校园1背景以及分析的意义在当今大学校园中蕴藏着很多不确定因素有可能引发的灾害会危机师生生命财产安全，而为了防范并尽量减少这些灾害造成的影响，我们小组选定大学校园火灾快速救灾最佳路线决策作为此次超图软件实习主题，随之我们小组经详细讨论和合理分析最终确定使用“基于多因素决策与层次分析法的最佳路径模型”来计算火灾发生地周边各路径权值并利用SuperMap软件最佳路径自动分析来为消防车火灾扑救路线选择及火灾发生区域人员疏散路线选择做最佳路径决策分析。2训练要求应用所学的地理信息系统原理与应用、地图学以及数字测图原理与方法中所学到的基武汉理工大学《GIS应用技能训练》说明书2本理论知识，本着“重实践、强技能”的原则，培养综合利用所学知识分析和解决实际问题的能力，提高我们的综合应用和实践能力，以及严谨的学习态度，强化技能训练、强化我们的专业能力，为后续的学科基础课程打下良好的技术基础。通过该训练使我们了解地理信息系统数据的集成、SuperMapGIS软件的基本操作和空间分析的基本原理和方法，实现对空间数据进行分析和挖掘，解决实际工作和生活中的业务需求。3设计分析3.1整体思路“基于多因素决策与层次分析法的最佳路径模型”是综合了多目标与层次分析法的基于多因素影响与综合评判的最佳路径分析模型。模型在全面问题分析基础上先给出了影响最佳路径分析的几个重要因子，并利用层次分析法的思想构建了道路层次模型，确定了各影响因素的权系数。在综合评判时应用多目标决策模型与所提因素评分模型确定了各影响因素对路段的评分矩阵，并综合所求各因素的权系数得到最终路段的综合权值。最终在矢量化的武汉交通网拓扑成网后为各路段新建“权值”字段，并依次将按模型确定的各路段综合权值输入该字段，直接使用超图最佳路径分析选择“权值”字段作为比较字段进行分析便实现最终目标！3.2最佳路径的道路层次模型最佳路径是指从起始位置到目标位置的最理想路径。最理想可以定义为路程较短且耗时少、路宽足够宽、路上行车方便无堵塞、路面路况好方便行车等。因而最佳路径的选择需要考虑诸多因素，且各因素的重要性一般是不同的。层次分析法是一种基于问题的多因素考虑，将定性与定量分析相结合的战略决策方法，是一种行之有效的确定权系数的方法。它把复杂问题中的各个因素通过划分成相互联系的有序层次使之条理化。根据对一定客观现实的判断就每一层的相对重要性程度给与定量表示，确定每一层次中的元素相对重要性次序的权值，通过排序结果，分析和解决问题，从而为战略决策服务。3.2.1建立层次模型根据层次分析法的思想，问题的层次结构可以分为3层。最上层为目标层，是问题分析的目标;中间层是准则层，即实际目标的各种指标;最底层是方案层，是实现目标的可行选择。在本文问题中，我们所建立的层次模型只有目标武汉理工大学《GIS应用技能训练》说明书3层和准则层:目标层为最佳路径，准则层为路径的2个影响因素和各因素的共5项指标。问题的层次结构模型如图1所示：图1最佳路径选择的层次分析模型3.2.2确定权系数对校准层的各因素按1-5标度思想分别赋值，1-5标度的含义见表1。根据主观判断与需求，本问题所构造的比较判断矩阵如下：146691/413/23/231/62/31121/62/31121/91/31/21/21最佳路径最段简捷性路段通行力路面质量车道宽度路上行人路上车辆武汉理工大学《GIS应用技能训练》说明书4表1标度1-5的含义标度含义1表示两个元素相比，具有相同的重要性2表示两个元素相比，前者比后者稍重要3表示两个元素相比，前者比后者明显重要4表示两个元素相比，前者比后者强烈重要5表示两个元素相比，前者比后者极端重要倒数若元素i与元素j的重要性之比为aij，那么元素j和元素i的重要性之比为1/aij3.2.3实际调查首先我们针对大学校园火灾快速救灾最佳路径影响因素进行综合分析比较，选定“路长”、“路宽”、“路面行人”、“路面车辆”、“路面质量”等五个因素作为影响因素，并采用调查问卷的形式统计分析得到各因素在实际情况下的需求比重，调查结果如下表2：武汉理工大学《GIS应用技能训练》说明书5表2综合评价权值因素【因素比】（权系数）路长A路宽B路上行人C路上车辆D路面质量E路长A【4.19】（0.571）14669路宽B【1.275】（0.174）1/413/23/23路上行人C【0.740】（0.101）1/62/3112路上车辆D【0.740】（0.101）1/62/3112路面质量E【0.392】（0.053）1/91/31/21/214软件应用4.1本次实验的道路数据获取本次实验，我们使用的是超图公司的supermapdeskpro.net软件，在做实验之前也给了我们一些数据，只有湖南湖北的一些大概的信息，比如说一些比较明显的标志物的点数据，只要道路数据，次要道路数据，等等；而且我们这次使用的数据只是其中的一小部分，所以我们必须在supermapdeskpro.net里对源数据进行截取，获取我们想要的那一小部分数据，也就是武汉理工大学的道路信息，还有武汉理工到最近的消防站的道路数据下图，下图为超图公司提供给我们的原始数据：武汉理工大学《GIS应用技能训练》说明书6图2原始武汉数据由于我们只需要使用道路部分数据，并且只是武汉理工大学内部道路数据，还有外部武汉理工大学到最近消防站的数据，所以我们把所给的数据进行截取，在supermapdeskpro.net里面操作就是首先新建一个数据集，接下来在原来给的湖北数据集里面，只打开道路的图层，用框选选出想要的数据，右击选择复制数据集，把目的数据源选择为我们新建的数据源，操作过程和操作结果如下：图3数据集的复制武汉理工大学《GIS应用技能训练》说明书7图4截取后的街道数据4.2对校园内外部矢量化并制图对校园进行最佳路径分析，要想得到较好的效果，并且能进行完整的分析，我们就必须获得完整的学校的道路，并且得到道路周围的建筑物的信息，这样能准确的知道火灾的发生地点，并进行最佳路径的分析，对校园内部的数据进行矢量化的时候，必须需要一张武汉理工大学一级周边的的信息的遥感图，我们小组所取的数据是在百度的遥感图中截取的，并且在supermapdeskpro.net中把遥感图进行配准，得到与我们所截取的道路数据的坐标相同，在软件中，将遥感图和道路的数据叠加在一起的效果如下图所示：武汉理工大学《GIS应用技能训练》说明书8图5遥感图的道路叠加在一起把遥感图配准并且叠加后，加下来就是对它进行矢量化的工作了，在supermap软件里面，我们可以很方便的对校园内外行矢量化工作，软件的工具也很多，充分满足了我们作图和矢量化和作图的需要，我们在里面进行矢量化时，对于不同地物，都会建立新的数据文件，比如说道路线文件，房屋面文件，标注文本文件，等等；这样方便了我们以后制作地图时的统一风格的修改，和道路的网络分析，帮助我们创建出更好的地图，对校园内外部矢量化并且修改风格后的整体的效果如下图所示，这幅图中校园的道路和其他外部的道路是分开的，这样做的目的是我们可以把校园的道路拿出来，单独建立网络模型，然后进行最短路径分析，更好地满足我们所要的其他各种操作，不如说改变校园道路风格，等等。武汉理工大学《GIS应用技能训练》说明书9图6校园的矢量化地图4.3给校园各道路命名并且赋权值对校园的道路进行最佳路径分析，就不能使用道路长度作为权值了，我们要