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GIS网络分析GIS网络分析是一个致力于寻找旅行路线、车辆派遣、电力输送、水资源供给、环境保护、邮件运送等问题解决方案的领域。
它主要利用专业的地理信息系统软件，对地理现象进行空间分析并给出优化解决方案。
本文将从以下几个方面进行阐述：GIS网络分析的基本概念、GIS网络分析的数据模型、GIS 网络分析的算法以及GIS网络分析的应用。
一、GIS网络分析的基本概念GIS网络分析是一个利用网络基础设施和位置技术进行地理问题解决的技术，包括旅行路线优化、车辆派遣、电力输送、水资源供给、环境保护、邮件运送等问题的解决方案。
它是一种地理信息系统应用，利用空间数据在网络环境下进行分析、评估和解决问题。
在GIS网络分析的实现过程中，需要三个概念——节点、边和信息。
节点（node）是网络分析的基本元素，可以看作是网络中一个重要的位置标志，节点根据其位置信息进行标记，用来描述网络的一些特有的地理属性。
在路网中，节点可以代表道路的交叉点或者终点等待地点。
边（edge）是节点间可以通行的道路、路径或通道，可以看作网络中的通道或者通路，描述的是网络中的交通状态。
在路网中，边可以是路段、街道或者公路等。
信息（attribute）用来描述节点和边之间的关系和距离，在网络分析中，可以看作是网络中各个元素之间的连通状态，也是节点和边的属性信息，例如：路口旁边的建筑物的地址信息和道路名称等。
二、GIS网络分析的数据模型网络数据模型是GIS网络分析实现的基础。
GIS网络分析数据模型一般是基于图形数据模型构建的，这里图形数据模型是一个描述空间物体间位置关系的模型，GIS网络分析数据模型由节点、边、信息等要素构成，可以利用点、线、面三种基本地物要素来表示。
1. 点要素GIS网络分析中，通常使用节点来表示地图上的点要素，节点是数据模型中的基本要素，用来表示网络中的点、路口或者终点等。
节点的属性包括节点的名称，以及在路网中的位置等信息。
2. 线要素GIS网络分析中，通常使用边来表示地图上的线要素，边是数据模型中的基本要素，用来表示网络中的道路、路径等，边可以分为有向边和无向边。
GIS空间分析一、矢量数据的缓冲区分析缓冲区分析属于矢量数据的空间分析的一种，除此之外，在ArcGIS中，矢量数据的空间分析方法还包括数据提取、统计分析和叠加分析。
缓冲区(buffer analysis)是围绕地理要素一定宽度的区域，这个宽度成为缓冲距离。
地理要素通常抽象为点、线、面，因此，缓冲区分析主要基于点、线、面进行。
缓冲区的建立有两种方法：一是利用缓冲区向导建立；二是利用缓冲区工具建立，点/线/面的缓冲区建立过程基本一致。
缓冲区分析应用非常广泛，常用于分析某种矢量实体的某种属性对周围的影响。
例如，城市中工厂排放的废水废气所影响的空间范围，交通噪音污染影响的空间范围，湖泊对周围耕地的影响等（牟乃夏等，2012）。
实例：缓冲区和叠加分析的综合应用(ArcGIS 10.2.2中文版)以大型商场选址为例介绍缓冲区和叠加分析的综合应用。
1、背景：开发商为获取最大经济效益，需要多方面考虑商场选址，大型商场一般选择在一个交通便利、停车方便、人员密集的商业地段。
2、数据实例数据来源于随书(牟乃夏等，2012)光盘（chap10/Ex1）：（1）城市地区主要交通道路图（mainstreet）（2）城市主要居民区（residential）（3）城市停车场分布图（stops）（4）城市主要商场分布图（othermarkets）3、要求待寻找的区位条件为：（1）离城市交通50m以内，以保证商场交通的通达性。
（2）保证在居民区100m范围内，便于居民步行到达商场。
（3）距停车场100m以内，便于顾客停车。
（4）距已经存在的商场500m范围之外，减少竞争压力。
4、操作步骤（1）打开city.mxd文档（2）建立城市主要交通线路影响范围:ArcToolbox→分析工具→邻域分析→缓冲区→输入要素→mainstreet.shp→距离[值或字段]：线性单位，50米→侧类型：LEFT→末端类型→ROUND→融合类型：ALL→确定，完成缓冲区（图1）。
ArcGIS的网络分析Network的类型（1）交通网络：是无向网络。
表示网络的边缘具备方向，用户可以自由定义在网络中前进的方向，速度以及终点。
例如一个卡车司机可以决定在哪条道路上开始行进，在什么地方停止，采用什么方向。
并且还可以给网络设置限定性规则，例如是单行线还是禁行。
在ArcGIS中，交通网络是通过网络数据集创建的。
2）公用网络：是定向网络类型，意味着网络中流动的物质必须按照在网络中定义好的规则前进，运行路径都是事先定义好的，可以被修改，但是不能被物质本身修改，而是被网络的工程师来修改网络的规则，使通过设置结点的开启状态来改变网络的流动方向。
在ArcGIS中，实用的网络是通过几何网络模拟的。
交通网络介绍ArcGIS网络分析分析模块使用的网络是存储在网络数据集中网络数据集的特征。
由要素创建而来，能够用来表现复杂场景，包括多式联运交通网络，同样也可以包含多个网络属性以模拟网络限制条件和层次结构。
网络数据集包含以下三种类型：（1）网络dtaset：创建网络的数据源存储于个人或者企业数据库中，因为其中可以存储很多数据源，因此可以构建多式联运网络（2）基于网络数据集的Shapefile：是基于折线Shapefile文件创建的，也可以添加Shapefile将特征类，这种网络数据集不能够支持多种边缘类型，也不能用于创建多式联运网络（3）ArcGIS网络分析也可以读取SDC网络数据集，可以实现网络分析功能，而不能创建网络数据集网络元素包括三类：边缘，路口，转弯。
连通性组要想定义ArcGIS网络分析的连接，首先要定义连接组。
每一个边源只能够被赋予一个连接组，而结源可以被赋予多种连接组。
只有将结设为两种或者多种连接组，才可以去连接不同连接组的edge.connectivity组用于创建多式联运网络。
以下为网络数据集所支持的三种连接模型：（1）连接组内的连接边缘可以设置“端点连接”，也可以设置”任何顶点连通度”。
2网络GIS的特点2.1基于Internet/Intranet标准网络GlS支持Interne、网络通信和TCP／IP和HTTP(超文术传输协议)，采用标准的html浏览器作为应用外壳。
支持通信标准对网络GIS来说是至关重要的。
支持TCP／IP和HTTP，就意味着网络GlS能与任何地方的数据相连。
无沦是单位内部或外部。
实现这一层次的网络协议标准化是实现其他所有功能需求的基础和前提．也是网络GIS结构优越性的前提。
2.2分布式服务体系结构分布式服务体系结构使客户端和服务器端都能提供活跃的、可执行进程的体系结构。
它能有效地平衡两者之间的处理负载。
诸如动态提取数据子集并进行分析的进程任务．一般应当在服务器端执行．而不是在客户端。
空间信息查询的选定和按比侧缩放地图则适合在客户端执行。
这种在客户端与服务器之间的进程分布式处理，最大限度地发挥了现有计算机硬件资源的利H用率。
把数据量集中的任务放在服务器上。
使得应用程序能支持其他的网络请求，分布式处理显著地降低了带宽要求并提高了系统的性能。
它允许用户嵌入自已定制的GIS服务，使用的数据既可以是本地的也可以是分布的数据集，从而使传统GIS向分布式GIS 转变。
2.3发布速度快，范围广，维护方便由于运用了Internet技术，网络GIS的信息更新之及时、发布速度之快、发布范围之广是其它传统地理信息系统难以做到的。
网络GlS的体系结构包括许多应用服务，如制图、查询、地理编码等。
传统的地理信息系统，当用户规模有所扩大。
数据有所变更之后，都需对原有系统做大量的改动。
而在网络GIS中。
则只需维护服务器端的一套数据，客户端就能及时看到更新的数据。
2.4支持地理分布存储的多源数据网络GIS能充分利用已有的G1S数据资源和属性数据库数据．将常用的多种GIS数据转换成自己的空间数据格式和相应的关系数据库，保护用户的先期投资。
服务器端的GIS数据（包括图形和属性数据）不需要全都集中在一台机器上，可以分散安装在不同的多台机器上，这些机器可分布在空间距离很远的地方，只要通过Internet／Intranet相联就可以。
地理信息系统网络化模式初探摘要：当前在互联网无所不及的环境下，地理信息系统网络成为其发展的必然趋势，同时地理信息系统的网络化也增强地理信息系统的可用性和便捷性。
本文通过分析移动设备、定位系统、无线网络环境与地理信息服务各种技术，初步探讨无线网络地理信息系统设计。
关键字：网络地理信息；面向服务构建；移动；模式地理信息系统作为一种对空间信息收集、存储、分析和表达的信息管理系统近年来在计算机技术的推动下得到了前所未有的发展。
当前在互联网无所不及的环境下，地理信息系统网络成为其发展的必然趋势，同时地理信息系统的网络化也增强地理信息系统的可用性和便捷性[1-2]。
本文通过分析移动设备、定位系统、无线网络环境与地理信息服务各种技术，初步探讨无线网络地理信息系统设计[3]。
一、网络地理信息信息系统的组成网络地理信息系统结合移动设备、定位系统、无线网络环境与地理信息服务四种技术。
移动设备是空间服务框架中的终端设备，提供使用者设定约制条件与观察查询结果，整个系统框架在设计上对移动设备有一定的局限性，在评估移动设备是否符合系统时，需考虑其运算能力、作业平台、输出输入接口、电源、供应以及接驳其它硬件装置(如定位系统、无线网络)的能力。
定位系统是系统框架中形成空间约制条件的基础，而空间条件的设定是触发空间服务的必要条件，在评估一项定位系统是否通用时，必须特别考虑其涵盖范园、通用环境、定位精度、定位坐标基准与投影方式与更新频率。
无线网络环境负责移动用户与网络地理信息服务器间的相互沟通，在评估一个无线网络环境是否通用时，必须特别考虑到无线网络传输速率、覆盖范围与使用成本，传输速率影响了系统的运作效率，覆盖范围限制了可以使用服务的范园，而使用成本则影响用户的使用意愿。
二、网络地理信息服务标准开放式地理信息服务平台(open location service)计划是ogc 为了整合即将快速发展的地理信息服务并增强互操作性而制定的一套规范，其认为地理信息服务可透过核心服务与附加服务交相应用所组成，其中核心服务包括了索引服务、间道服务、地理编码服务的、展示服务、路径规划服务，而附加服务ogc目前仅提出导航服务。
ArcGIS的网络分析Network的类型（1）交通网络：是无向网络。
表示网络的边缘具备方向，用户可以自由定义在网络中前进的方向，速度以及终点。
例如一个卡车司机可以决定在哪条道路上开始行进，在什么地方停止，采用什么方向。
并且还可以给网络设置限定性规则，例如是单行线还是禁行。
在ArcGIS 中，交通网络是通过网络数据集创建的。
2）公用网络：是定向网络类型，意味着网络中流动的物质必须按照在网络中定义好的规则前进，运行路径都是事先定义好的，可以被修改，但是不能被物质本身修改，而是被网络的工程师来修改网络的规则，使通过设置结点的开启状态来改变网络的流动方向。
在ArcGIS 中，实用的网络是通过几何网络模拟的。
交通网络介绍ArcGIS网络分析分析模块使用的网络是存储在网络数据集中网络数据集的特征。
由要素创建而来，能够用来表现复杂场景，包括多式联运交通网络，同样也可以包含多个网络属性以模拟网络限制条件和层次结构。
网络数据集包含以下三种类型：（1）网络dtaset：创建网络的数据源存储于个人或者企业数据库中，因为其中可以存储很多数据源，因此可以构建多式联运网络（2）基于网络数据集的Shapefile：是基于折线Shapefile文件创建的，也可以添加Shapefile将特征类，这种网络数据集不能够支持多种边缘类型，也不能用于创建多式联运网络（3）ArcGIS网络分析也可以读取SDC网络数据集，可以实现网络分析功能，而不能创建网络数据集网络元素包括三类：边缘，路口，转弯。
连通性组要想定义ArcGIS网络分析的连接，首先要定义连接组。
每一个边源只能够被赋予一个连接组，而结源可以被赋予多种连接组。
只有将结设为两种或者多种连接组，才可以去连接不同连接组的edge.connectivity组用于创建多式联运网络。
以下为网络数据集所支持的三种连接模型：（1）连接组内的连接边缘可以设置“端点连接”，也可以设置”任何顶点连通度”。
GIS网络的四种模式[日期：2005-01-31] 来源：GIS帝国论坛作者：[字体：大中小] GIS(地理信息系统)建设首先是网络建设，网络在整个GIS项目中处于至关重要的地位。
GIS应用与常规事务处理有很大不同，突出表现在巨大的数据量、复杂的处理方式、空间的分布性，以及对安全容错机制的要求上，网络设计必须满足：(1)网络性能高，传输速率快GIS处理对象以图形图像为主，数据量大，非常规类型。
当用户较多时，网络传输繁重，容易造成网络阻塞，因而要求有足够带宽和灵活的传送技术。
(2)Client/Server、Intranet结构，分布式数据处理GIS系统是一个有机组合的群体，通过网络将地理上分散、具有自治功能的多个计算机系统互联，实现信息交换、资源共享和协同工作。
支持空间分布性、联机事务处理、多用户并发操作，是GIS网络基本特征。
(3)多媒体数据同步传输GIS处理越来越多地涉及声音、动画、影视等多媒体数据，因此需要实现时间敏感数据的同步传输。
(4)空间操作的复杂性，长型事务处理GIS基于空间数据的操作，例如图形修改、拓扑关系建立，都要求独占主机和网络资源，网络必须对此提供足够的支持，而且一旦操作失败，应具备容错和恢复等安全机制。
(5)GIS网络构成复杂，涉及诸多硬件平台、操作系统、网络类型的综合集成GIS硬件平台从传统小型机到各种UNIX服务器直至流行的个人工作站，几乎包括了计算产品的各种类型，还有扫描仪、绘图仪、数字化仪、硬盘阵列等专用设备；GIS系统必须同时支持UNI X、NT、Windows95等操作系统及Web/Browser应用，其客户端、服务器、中间件、开发工具等产品种类繁多、性能各异；网络设备选择涉及集线器、交换机、路由器、远程访问服务器等各个方面；如何从实际出发，对计算资源进行合理选型与配置以发挥最佳效益，是G IS网络设计的关键所在。
根据GIS上述特征，应采取结构化网络设计方式，进行细致的工作群组划分和网络分段，按照应用特点选择不同的网络技术，充分发挥各自优势；使用高性能服务器、交换机以提升网络主干性能。
由于应用规模和实际需求不同，GIS网络设计存在较大差别，本文通过GIS小型快速共享局域网、中型交换式局域网、大型ATM企业园区网、大型千兆以太企业广域网四个实例，较为全面地介绍GIS网络建设的不同模式。
一、GIS小型快速局域网系统主机为INTERGRAPH的Wintel三维图形工作站TD系列12台和1台 UNIX服务器。
网络设备采用3Com SuperStack II Hub100快速以太网集线器，具有24个端口共享100Mb /s带宽，通过UTP连接为星型拓扑结构。
11台TD-2工作站安装NT WS作为客户端，1台TD- 4安装NT Server作为服务器，接入交换机100Mb/s端口，配置NETBEUI、TCP/IP网络协议，进行域名服务、网络资源管理，通过PC NFS实现与UNIX服务器的数据传输。
系统运行INTERGRAPH Client/Server结构GIS软件MGE，应用服务以MS SQL Server 数据库作为后台支持。
通过NT Server定义各个节点的网络地址、用户、共享应用程序、磁盘空间和各种外设(包括数字化仪、扫描仪、绘图仪、制版机等)，将GIS进程优化到网络上，实现数据输入、预处理、分色分版、修改和胶片制作等功能，完成大型地图产品输入、编辑、输出的一体化过程。
●网络特点简单实用，易于建立，是低成本的GIS网络解决方案。
但网络传输速率低，缺乏有效的管理和容错机制，适用于上网设备较少，对实时性、安全性要求不高的部门级应用。
二、GIS中型交换局域网系统硬件包括20台UNIX工作站/服务器，30台PC工作站/服务器，以及扫描仪、绘图仪、网络打印机、数字化仪等各种外部设备，运行ARCINFO、EDARS、SYBASE分布式应用软件，进行国家级重大灾害的实时监测和快速反应。
网络设计实施过程中，将网络资源按照其性能、用途划分为4个子网，网络中心采用B ay Accelar120 0路由交换机，连接3台3Com LinkSwitch3C16900桌面交换机，构成网络主干，将Sun Serv er450、SGI Origin2000、HP LH PRO300服务器和20台Sun、SGI、DE C工作站直接接入Accelar1200100M交换以太模块，40台PC及网络打印机、绘图仪、扫描仪等分别通过3Com L inkSwitch3C16900集线器构成独立的10M交换子网，再连到中心交换机上。
Accelar1200具有8个插槽，可扩展至96个100M以太网端口，并支持千兆以太网。
A ccelar 1200将第三层交换与IP路由相结合，9Gb/s交换能力可满足大型GIS应用传输要求。
为确保网络中枢安全性，提供冗余电源、后备模块甚至CPU处理单元，所有模块均可带电更换。
通过Bay Optivity网管软件，Accel ar1200支持创建最多127个端口或协议的虚拟网划分，从而有效地提高网络灵活性。
●网络特点采用业界先进的千兆以太网技术，大幅度提高网络主干速度；实现VLAN划分、智能管理、安全容错机制；网络资源多样，包括UNIX工作站/服务器，NT工作站/服务器，以及各种外部设备的互连，是较为典型的GIS局域网应用系统。
三、GIS大型ATM企业园区网系统设计目标是建立一个企业骨干网络，将土地局分布在1平方公里范围内的三座办公楼局域网连接起来，组成分布式信息处理系统，为工程技术/管理人员构造高速率、高可靠性的计算环境，提供办公自动化服务和辅助决策支持。
方案设计采用先进的ATM组网技术，通过局域网仿真达到较高性能，网络设计主要遵循以下原则： (1)大规模数据的高速传输，包括图形、图像及语音、视频等多媒体信息；(2)高度可靠性，提供安全的应用环境；(3 )良好的网络管理和可维护性，具有广泛的网络服务和管理功能；(4)实用性和先进性，方案所涉及的技术产品应具有先进成熟、稳定可靠、经济实用的特点，遵循开放原则，符合国际标准，具备灵活方便的网络连接及升级能力，有利于技术更新，动态保持最佳的性能价格比。
网络中心采用Bay中心交换机System5000。
System5000是高档骨干插槽式交换机，提供AT M连接、LAN仿真服务及智能网络管理，插入不同模板可以连接不同网络，如FD DI、快速以太、令牌环、千兆以太网。
通过System5000 ATM网口，连接多台EtherCell10 328-F ETHE/ATM交换机到各个子网，实现ATM到桌面的过渡方案-局域网仿真。
主服务器Sun Server2000插入ATM网卡，以155Mb/ s速率连接到System5000的ATM端口上，提高网络总体吞吐量和服务性能，网络中心配置网管工作站，运行Ba y Optivity软件，管理整个网络并实现VLAN的划分。
●主干网设计网络采用ATM技术与LAN Emulation相结合的方案。
网络中心安装业界领先的Bay System5000交换机，三个Bay Ethercell ETHE/ATM交换机，以155M速率连接到Sys tem5000 ATM交换模块上，构成整个企业网的主干。
各办公楼局域网分别连接到Ether cell ETHE/ ATM Switch，充分保护现有投资，提高设备利用率。
Bay System5000具有9G/ s的高速背板，插入Control Module、Switch Fabric Module、Link Module，以支持ATM 、LAN Emulation应用，System5000具备高可靠性，支持Hot Swap、冗余时钟、风扇设计、冗余电源等。
二级交换机采用Bay Ethercell Switch10328-F，配合SystemM5000实现L AN Emulati on，支持ATM Forum标准，提供以太网与ATM之间直接通信。
10328-F具有12个 100Ba se-T端口与一个多模光纤口。
光纤端口以155M连接到System5000，12个100Base-T 分别连接到各子网节点，实现Ethercell到ATM之间的交换。
●网络特点网络产品的选择遵循高效率与可靠性原则，采用多膜光纤作为通信介质，保障高质量传输效果；通过Ba y Optivity网管软件以图形化方式管理监控整个网络状态；连接性和扩充性强，确保联入本网的任何结点之间的数据交流通畅，共享文件、数据、硬件外设等资源；System5000的模块化设计，可根据用户要求进行自由配置，升级简便易行，只要插入新的模块即可，由于采用星型布线、交换路由技术，扩大业务时，布线系统不作改动，充分保护已有投资，适应未来不断增长的需求。
四、GIS大型千兆企业广域网国土规划信息系统是连接市规划局信息中心、市局各业务处室及五个下属分局的广域网系统，主要特点是物理位置分散、信息量大、网络安全要求高。
为保证网络系统的高效运行，网络设计应该满足以下要求： (1)符合国际规范和标准，具有开放性；(2)网络容量满足规划局业务不断发展的需要，网络中避免出现通道瓶颈；(3 )具有良好的可靠性、安全性、互操作性和可扩充性。
系统硬件平台采用UNIX、PC工作站/服务器，采用普通以太网作为末端类型，通过交换/路由设备与千兆主干网相连接。
使用ARCINFO地理信息系统、Oracle数据库软件，支持分布式数据处理，在UNIX、NT系统下，实现数据访问、资源共享与应用分割，提供文件和打印服务，满足规划局办公自动化需求。
具体网络设计实施中，应该把握规划局各级机构的物理分布、业务特点和数据流程，采取由上至下、由主至从的分层设计方法，针对不同层次特点使用不同的网络技术和产品，以获得最佳网络效益。
根据各分局、市局业务管理、物理分布及网络设计经济实用原则等，将信息系统分解成七个局域子网，即市局子网、信息中心子网和五个分局子网，各子网拥有独立的应用服务器，市局和信息中心共享总服务器，各服务器之间通过网络系统与应用程序实时地保持数据一致性。
系统组成如下：(1)千兆以太主干网络：连接市局服务器、市局各业务处室网各信息中心网的高速通道；(2)快速以太局域子网：市局各业务处室网、局信息中心网及五个分局子网；(3)DDN、PSTN广域子网：通过专用、公用通信线路实现市局、分局连接并提供对外服务。
1.千兆以太光纤主干网国土规划信息系统主干网络在市局办公大楼中实施，连接两台S un Ultra SPA RC Server4000服务器，包括市局各业务处室局域网和局信息中心局域网，是整个系统的中枢，其安全性能对于整个信息系统的高效运行至关重要，系统采用千兆以太网组建全局主干网络。
