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基于MAPGIS网络分析实现 　　[摘 要]空间网络分析是GIS的一个重要功能,通过它能为网络数据使用者进行比较复杂的分析,其分析结果可帮使用者进行辅助决策。本文试图在网络分析的原理方面进行简单的分析说明,并针对目前国内使用广泛的GIS平台MAPGIS的空间网络管理分析模块进行了实现说明和评价。 　　[关键词]网络 路径分析 资源分配MAPGIS 　　[中图分类号]G[文献标识码]A[文章编号]1007-9416(2010)02-0005-02 　　 　　1 网络简介 　　网络(network),是指某些线状要素之间相互连接所构成的一种复杂的模式,在现实世界中,许多网络系统,比如道路交通网、电力网、水系网、煤水管网等都可以用它来进行抽象表示,在现实中,网络起到了把资源从一个地方转移到另一个地方的作用,比如:车流的转移、煤气的分配、水系的汇集等;但在资源的运送过程中会伴随着资源消耗、堵塞、减缓的现象,这表明,当我们利用网络进行类似活动时,必须要有一个合理的机制,使资源能够合理高效地进行流动。 　　网络功能用于模拟那些动态的,难以直接量测的行为,在一个网络模型中,现实的网络要素可以通过一套规则及数学函数予以表达。但这个并不是目的,而是手段,在实际应用中,把网络规则和函数化,我们就可以用系统工具对一些关键问题进行基于网络的分析和辅助决策,达到有效利用资源的目的,这个系统工具一般就是GIS,抽象的网络数据一般就是GIS的一种基础数据。 　　2 网络的数据模型 　　面向网络的数据通常利用数学中“图”(graph)的形式来模拟,因而可以用图论的一些理论成果来解决网络分析中的许多问题,但GIS中的网络又不同于图论中的“网络”,包括: 　　(1)其网线和结点具有空间位置的意义; 　　(2)网线和结点都可以有权值,且可以是多重的,比如,网线的正向及逆向阻碍强度、需求、容量等; 　　(3)结点可能有转角数据; 　　(4)GIS中的网络并不总是有向图,比如,自来水管网可作为有向图表示,但道路网却可以被看作无向图。 　　网络中的基本组成部分和属性有: 　　(1),结点(vi)/结点集V(G), 其中,V(G)=[v1 v2 …vn]T 　　网络中的结点,比如:车站、道路交叉口、港口等,其状态属性包括阻力和需求等,并包括几种特殊类型: 　　A,??点,在路径选择中资源增减的结点,如库房,车站等,其属性为资源需求 　　B,中心点,即接受和分配资源的位置,如商业中心,水库等,其属性有资源总量、阻力额度等; 　　 C,障碍点,网络中资源不能通过的结点 　　 D,转角点,网络中分割结点处,资源可能转向,比如公路上不允许左拐,则构成转角点 　　(2),边(e)/边集E(G)=[e1 e2…en]T 　　网络中的边,如街道、河流、水管等,其状态属性有需求和阻力; 　　(3),图,图是一个非空的有限结点和有限边的集合,可表示为G(V,E) 　　(4),网络,表示为D=(V,E,W),其中W为网络的权函数,为其网线和结点的权值表示 　　(5),流,网络中任意弧的资源流量,可记为f(aij)-fij 　　3 空间网络分析方法 　　网络分析是在线状模式的基础上进行的,线状要素间的连接形式非常重要,所以在多数情况下以矢量数据格式进行实现,在GIS的空间网络分析中,其主要目的在于:选择最佳路径、选择最佳资源布局中心等。所谓最佳路径是指从起始点到终点的最短距离或花费最少或途经覆盖最大等的路径;最佳布局中心位置是指各中心所覆盖范围内任一点到中心的距离最近或花费最少。 　　3.1 路径分析(path analysis) 　　在空间网络分析中,路径问题占有重要地位。人们常想在地理空间网络中指定的2结点间是否存在路径,如果有则希望找出其中最符合要求的路线,如最短、景观最多等,这种路径问题对于交通、消防、观光,信息传输等有重要意义。从网络模型的角度看,最佳路径求解是在指定网络2结点间寻找一条阻碍强度最小的路径,其产生基于网线和结点转角的阻碍强度。最佳路径分析的实现算法有多种,其中常用的有基于单源点的Dijkstra算法和多结点对间使用的Floyd算法;另外,也用Prim算法和Kruskal进行路径的连通性分析; 　　3.2 定位-配置分析(location-allocation analysis) 　　定位-配置分析是根据中心地理论框架,通过对供给系统和需求系统2者空间行为相互作用的分析,来实现网络设置布局的最优化。 资源分配是模拟资源如何在中心极其周围的网线、结点间流动的。根据中心容量以及网线和结点的需求将网络和结点分配给中心,分配是沿着最佳路径进行的。当网络元素被分配给某个中心时,该中心拥有的资源量就依据网络元素的需求进