GIS网络分析

1GIS网络分析第三组地信2班卫亚雷张经纬刘凯迪王海涛魏北主讲：魏北21、网络分析概述2、网络分析实现31.网络分析(NetWork)网络是用于实现资源运输和信息交流的一系列相互联接的线性特征组合。1.1什么是网络分析?在GIS中，网络分析是指依据网络拓扑关系（结点与弧段拓扑、弧段的连通性），通过考察网络元素的空间及属性数据，以数学理论模型为基础，对网络的性能特征进行多方面研究的一种分析计算。4网络分析的流程5•由一系列相互连通的点和线组成，用来描述地理要素（资源）的流动情况。61.2网络分析主要内容网络数据模型网络分析功能网络跟踪(Trace)路径分析(PathFinding)资源分配(Allocation)其他网络分析1.网络分析(NetWork)7地理网络的类型•定向网络•流向由源（source）至汇（sink）•网络中流动的资源自身不能决定流向(如：水流、电流)•非定向网络•流向不完全由系统控制•网络中流动的资源可以决定流向•(如：交通系统)8网络数据模型•网络模型是对现实世界网络的抽象。在模型中，网络由链(Link)、结点(Node)、站点(Stop)、中心(Center)和转向点(Turn)组成。建立一个好的网络模型的关键是清楚地认识现实网络的各种特性与以网络模型的要素(Link,Node,Stop,Center,Turn)表示的特性之间的关系。9网络组成要素结点(Node)：网络中任意两条线段的交点，属性如资源数量等链(Link)：连接两个结点的弧段。供物体运营的通道，链间的连接关系由弧段-结点拓扑数据结构来表达。属性如资源流动的时间、速度等中心(Center)：网络中位于结点处，具有沿着链收集和发放资源能力的设施，如邮局、电站、水库等站点(Stop)：资源沿着网络路径流动时被分配或收集的位置，如邮件投放点、公共汽车站，属性如资源需求量转向点(拐点，Turn)：链路相交处，资源流向发生改变的点10网络组成要素11网络分析功能网络跟踪路径分析资源分配定位配置分析地址地理编码12网络跟踪(Trace)概念：网络中用于研究网络中资源和信息的流向就是网络跟踪的过程。在点污染研究中，可以跟踪污染物从污染源开始，沿河流向下游扩散的过程。在电网应用中，可以根据不同开关的开、关状态，确定电力的流向。数据结构的拓扑基础：网络跟踪中涉及的一个重要概念是“连通性”(Connectivity)，这定义了网络中弧段与弧段的连接方式，也决定了资源与信息在网络中流动时的走向。13路径分析在网络分析过程中，路径系统起着相当重要的作用。事实上很多网络分析的结果都是以路径系统的形式体现出来的。内容：路径分析是用于模拟两个或两个以上地点之间资源流动的路径寻找过程。当选择了起点、终点和路径必须通过的若干中间点后，就可以通过路径分析功能按照指定的条件寻找最优路径14路径选择(PathFinding)应用：在远距离送货、物资派发、急救服务和邮递等服务中，经常需要在一次行程中同时访问多个站点(收货方、邮件主人、物资储备站等)，如何寻找到一个最短和最经济的路径，保证访问到所有站点，同时最快最省地完成一次行程，这是很多机构经常遇到的问题。这类分析中，道路网络的不同弧段(网络模型中的Link)有不同的影响物流通过的因素，路径选择分析必须充分考虑到这些因素，在保证遍历需要访问的站点的同时，为用户寻找出一条最佳(距离、时间或费用等)的运行路径。15路径选择(PathFinding)两种方式(Path和Tour)。ArcInfo有两个路径选择分析命令：Path和Tour。共同点：都是在网络中寻找遍历所有站点最经济的路径。区别：在遍历网络的所有站点过程中，处理站点的顺序有所不同。PATH：必须按照指定的顺序访问网站中的所有站点。例如，救护车必须从急救中心(STOP1)出发，然后前往事故地点(STOP2)，然后负责将伤员送往最近的医院(STOP3),最后返回急救中心(STOP4).16TOUR：进行路径选择分析时，在保证在一次行程中访问所有站点的前提下，访问站点的次序是由TOUR自己决定的。因此TOUR分析的结果既包括所选择的路径，也包括它所确定的最优的访问次序。例如：卡车司机要在一天时间内向若干个站点送货，只要保证在当天内将货物送到每一个站点就可以了，先送哪个站点，后送哪个站点，完全由司机本人决定。TOUR就负责完成确定访问次序，并寻找最经济路径的任务。路径选择(PathFinding)17资源分配(Allocation)反映现实世界网络中资源的供需关系模型。可以解决资源的有效利用和合理分配；确定最近中心，实现最佳服务“供(Supply)”代表一定数量的资源或货物，它们位于被称之为“CENTER”的设施中。“需(Demand)”指对资源的利用。Allocate分析就是在空间中的一个或多个点之间分配资源的过程。为了实现供需关系，在网络中必然存在资源的运输和流动。资源要么由供方送到需方，要么由需需方到供方索取。18关于Allocate的两个例子Supply-To-Demand的例子：负荷设计、时间与距离损耗估算电能从电站产生，并通过电网传送到客户那里去。在这里，电站就是网络模型中的“Center”,因为它可以提供电力供应。电能的客户沿电网的线路(网络模型中的Link)分布，他们产生了“Demand”。在这种情况下，资源是通过网络由供方传输到需方来实现资源分配。可用来分析输电系统是否超载；停电的社会、经济影响估计等。19关于Allocate的两个例子Demand-To-Supply的例子：学校选址学校与学生的关系也构成一种在网络中供需分配关系。学校是资源提供方，它负责提供名额供适龄儿童入学。适龄儿童是资源的需求方，他们要求入学。作为需求方的适龄儿童沿街道网络分布，他们产生了对作为供给方的学校的资源--学生名额的需求。这种情况下，“资源”的流向是由适龄儿童前往学校20Location-Allocation(选址和分区)分析Location-allocation分析是决定一个或多个服务设施的最优位置的过程，它的定位力求保证服务设施可以以最经济有效的方式为它所服务的人群提供服务。在此分析中，即有定位过程，也有资源分配过程。定位配置分析(选址和分区)21定位配置分析的实质是线性规划问题。主要的算法包括：p-中心问题：在m个候选点中，选择p个供应点，为n个需求点服务，并使得从服务中心到需求点之间的距离（或时间、费用）最小。中心服务范围的确定：中心服务范围是指一个服务设施在给定的时间或距离内，能够到达的区域。中心资源的分配范围：资源分配就是将空间网络的边或者结点，按照中心的供应量及网络边和结点的需求量，分配给一个中心的过程，用来模拟空间网络上资源的供需关系(Allocation）。定位配置分析(选址和分区)22地址编码与匹配(GeoCoding)利用人们习惯的地址(街道门牌号)信息确定它在地图上的确切位置的技术.地址编码与匹配就是在含地址的表格数据与相关图层之间建立联系，并为表格数据创建一个相应的点要素层。当对表格数据进行编码后，就可以对表格数据进行空间定位查询和分析地址编码与匹配(GeoCoding)23网络分析实现软件：ArcMAP24ArcGIS支持的网络类型•几何网络（Geometricnetworks）•用于定向网络分析（如：水流、电流等）•线&点－Geometricnetwork•ArcMap中使用UtilityNetworkAnalyst工具条•网络数据集（Networkdatasets）•用于非定向网络分析（如：交通问题）•线,点&转弯（turns）-Networkdataset•使用ArcGISNetworkAnalyst扩展模块*要素类不能同时参与构成GeometricNetwork和NetworkDataset25网络分析需要解决的问题•路径分析：•点对点最优路径多目标点访问，如物流配送障碍分析•服务区域判定：•服务范围生成•查找最邻近设施•导航：•导航图生成交通，医疗，公共安全，教育，公共事业，地方政府，商业等等26网络数据集•ArcGIS网络分析所使用的网络存储在网络数据集中•它由一系列元素参与网络的要素构成•是一种高级的连通性模型•可以模拟复杂的场景，如多模的交通网络•也可以对复杂的网络属性进行处理，例如各种限制，网络等级等。27网络数据集由两部分组成：•物理网络：•用于构建网络并生成网络元素：边线（edges）、交汇点（junctions）和转弯（turns）。•逻辑网络：•由一系列属性表组成，用来模拟网络的连通性，定义网络元素的关系。28构造网络数据集的数据边线数据：线数据。参与网络数据集的边线被定义为双向的。交汇点数据：点数据。交汇点可以连接任意多条边线。转弯数据：转弯数据。该类型数据专门用于网络数据集，可由线数据或描述边界转向关系的turn表生成。•最近服务设施分析•基于道路网络•沿道路网络服务设施与事故点的路径•“最近”服务设施实际表示“开销最少”的设施•开销可以是：时间、金钱、距离•最近服务设施分析：创建分析图层、添加网络位置道路网络服务设施事故点•最近服务设施分析：分析选项最近服务设施分析:结果•找到距事故地点最近一个个消防队。4.6.5服务区分析•基于道路网络•服务设施分布•在道路网络条件下，基于时间或距离计算每个服务设施的服务范围服务区分析:创建分析图层、添加网络位置•道路网络•服务设施•服务区分析:分析选项服务区分析:结果•500m服务区•1000m服务区•优化服务设施布局网络分析的结果与缓冲区分析的比较500M可达与1000M可达1000M缓冲区•计算起始－目的地(OD)成本矩阵谢谢！