实验十三 寻找最佳路径

最佳路径寻找及其方法--曲率法2一．路径规划方法的选择我拟考虑使用一条曲线进行路径规划。

我选择曲率法而不选择其他方法有如下考虑：1，从难易程度上面考虑，曲率法不是最简单的方法，但是它有其它方法不能达到的好处，我们通过计算车子每一点的曲率，首先可以反映跑道每一点的弯曲程度，而且，曲率还能反映我们车子经过该点的最大速度和最大向心加速度。

所以即便是我们采用其他方法进行控制，最后还是要回归到求跑道的曲率上面来。

二．最佳路径的寻找最佳路径的寻找不是随便找一条曲线作为运行路径，而是特定的那一条曲线，在任何赛道情况下，只能找到一条这样的路径，下面我就通过各种赛道的图像来寻找最佳路径：情况一：弯道红色曲线是规划出来的最佳路径，θ为重建出来的跑道所转过的角度，θ>0表示向左转，θ<0表示向右转。

红色曲线与车子起始方向相切，且在满足不压两边跑道的情况下半径最短。

设规划出来的路径半径为r ，车子需要跑过θ角度，车子起点为（CarX,CarY ）,车子目前的速度为v ，以半径r 为规划路径行进时的最大速度为m ax V ，车子的向心加速度Rva 20 （这个是在车子硬件，机械确定以后提前测出来的，为固定值保存在程序中，意思就是通过半径为R 的跑道时，允许的最大速度为0v ）。

所以车子在规划路径上跑时，也就是在上图中红色路径上跑的时候，允许的最大速度为：Rr v ra V **0max == 在此段路程中花费的总时间为：r R v Rr v r vs t ****00θθ===所以得出r 越小，总时间花的就越短。

故车子应该尽量切内道跑。

又因为我们规划出来的路径不能压线，由图分析可得，我们只要保证我们规划出来的最远处的那个点不压线切靠近内侧跑道则基本可以保证我们规划出来的跑道不压线。

由图中标注：CarX r a +=θcos * CarY r b +=θsin *a ，b 应满足：]19[]19[RX a LX << ]19[]19[RY b LY <<在计算出上面的参数过后，就给舵机和电机赋值，舵机赋值为1/r ，r 可以反映出舵机偏转角的大小，r 越大，路径越平缓，舵机偏转就应该越小，r 越小，路径弯度越大，舵机偏转就应该越大。

遗传算法最佳路径
遗传算法是一种优化算法，可以用来求解复杂的优化问题，如寻找最佳路径。

遗传算法的基本思想是通过模拟自然界的遗传进化过程来寻找最优解。

在寻找最佳路径的问题中，遗传算法的基本步骤如下：
1. 定义问题：将寻找最佳路径的问题定义为一个优化问题，并确定目标函数和约束条件。

2. 编码：将问题中的解编码为染色体，通常使用二进制编码或实数编码。

3. 初始化种群：随机生成一组个体作为种群，每个个体代表一种可能的路径。

4. 适应度评估：根据问题的目标函数和约束条件，计算每个个体的适应度值。

5. 选择操作：根据适应度值选择一些个体作为下一代的父母，通常使用轮盘赌选择、锦标赛选择等方法。

6. 交叉操作：对选出的父母进行交叉操作，生成新的个体。

7. 变异操作：对新的个体进行变异操作，增加种群的多样性。

8. 重复步骤4-7，直到找到满足约束条件的最佳路径。

遗传算法的优点是可以在大规模的搜索空间中找到全局最优解，并且可以处理复杂的约束条件。

但是，遗传算法也有一些缺点，例如需要进行大量的计算和参数调整，可能会陷入局部最优解。

总之，遗传算法可以用来求解寻找最佳路径的问题，它是一种有效的优化算法，可以在许多实际应用中发挥作用。

一、实验背景河内塔实验，又称为汉诺塔问题，起源于印度的一个古老传说。

该问题由三根柱子和一系列大小不同的圆盘组成，要求将所有圆盘从柱子1移动到柱子3，且在移动过程中，每次只能移动最上面的一个圆盘，且在移动过程中，大圆盘必须位于小圆盘的下方。

河内塔实验是一个经典的心理学实验，用于研究问题解决策略、决策能力和认知过程。

二、实验目的1. 了解河内塔问题的解决策略；2. 分析被试在解决问题过程中的思维过程；3. 探讨问题解决策略对解决问题时间的影响；4. 研究被试在不同难度级别下的问题解决能力。

三、实验方法1. 实验对象：选取20名年龄在18-25岁之间的被试，均为在校大学生。

2. 实验材料：三根柱子、8个大小不同的圆盘、计时器。

3. 实验步骤：（1）将被试分为两组，每组10人；（2）向被试介绍河内塔问题的规则，并演示一次；（3）让被试进行河内塔问题的解决实验，记录每组被试的解决问题时间、移动次数和所使用的策略；（4）将被试分为高难度组、中难度组和低难度组，分别进行河内塔问题的解决实验，记录被试的解决问题时间、移动次数和所使用的策略。

四、实验结果与分析1. 解决问题时间：高难度组被试的解决问题时间最长，低难度组被试的解决问题时间最短。

这表明问题难度对解决问题时间有显著影响。

2. 移动次数：高难度组被试的移动次数最多，低难度组被试的移动次数最少。

这表明问题难度对移动次数有显著影响。

3. 解决策略：被试在解决问题过程中主要采用了两种策略：模式策略和经验策略。

模式策略是指通过观察、归纳和总结规律来解决问题；经验策略是指通过积累经验，寻找解决问题的最佳路径。

实验结果显示，采用模式策略的被试在解决问题时间上明显优于采用经验策略的被试。

4. 问题解决能力：在高难度组、中难度组和低难度组中，被试的问题解决能力呈递增趋势。

这表明问题难度对被试的问题解决能力有显著影响。

五、实验结论1. 河内塔问题的解决策略主要包括模式策略和经验策略；2. 问题难度对解决问题时间、移动次数和问题解决能力有显著影响；3. 采用模式策略的被试在解决问题时间上表现更优。

《地理信息系统原理》期末实习报告专业：资源环境与城乡规划专业班级： 1201班姓名： xxxxxx学号： xxxxxxxxxx指导教师： xxxxxxxxxxxxxxxx二零一五年一月目录1.重要概念 (1)2.实验目的 (2)3.数据来源 (2)4.要求 (2)5.实验内容 (2)6.附图 (3)实验一：数据处理——白水县 (3)实验二：寻找最佳路径 (10)实验三：土壤稳定性评估 (20)实验四：土壤侵蚀性分析建模 (32)实验五：水文分析 (44)实验六：找出某种珍贵药材的生长区域 (46)实验七：地形鞍部的提取 (48)实验八：沟谷网络的提取 (49)实验九：TIN及DEM的生成与应用 (50)实验十：缓冲区分析的应用 (57)7.实习心得 (61)1.重要概念缓冲区：缓冲区是地理空间目标的一种影响范围或服务范围，具体指在点、线、面实体周围一定范围。

空间叠置分析：指用来提取空间隐含信息的方法之一。

它是将代表不同主题的各个数据层面进行叠置产生一个新的数据层面，叠置结果综合了原来两个或多个层面要素所具有的属性。

通用土壤侵蚀方程：是结合了美国20世纪30年代起的8000多个土壤侵蚀试验观测点资料统计总结提出的一种用于计算土壤侵蚀强度的公式。

水文分析：是DEM数字地形分析的一个重要方面，使用水文分析工具，基于DEM对地形进行分析。

地图：指依据一定的数学法则，使用制图语言，通过制图综合在一定载体上，表达地球或其他天体上各种事物的空间分布、联系及时间中的发展变化状态而绘制的图形。

栅格数据空间分析方法：是指针对于栅格数据的空间分析方法，具有自动分析处理较简单，分析处理模式化很强的特征。

TIN：是一种复合矢量模型，它采用一组互不叠置的三角形来近似表示地形。

DEM：是一种数字模型，等间距高程数据以栅格格式排列。

空间分析：是基于地理对象的空间布局的地理数据分析技术。

土地信息系统：土地信息系统是综合应用地理信息系统和管理信息系统，对人类在土地利用过程中产生的土地数据进行采集、存储、检索、分析和管理的信息系统。

实验一、使用ArcMap浏览地理数据1.学习本实验预备知识相关材料，结合GIS原理总结ArcGIS Desktop 主要特点。

ArcGIS Desktop有三个功能模块，ArcGatalog、ArcMap、ArcToolbox。

ArcGatalog管理GIS中的空间数据和属性数据，可作为GIS的空间数据库。

ArcMap是显示地图的工具，用于显示地图上的要素和要素之间的关系视图，将底层的地理信息用地图的方式表达，并可以查询，分析，编辑地图信息。

ArcToolbox是空间分析工具，可对地图进行一系列空间分析，从已有地图信息中提取需要的信息。

2.GIS 中两种基本查询的原理是什么？ArcGIS中提供两种查询方法：一是根据位置查询要素属性或通过属性查询要素，地图上的地理要素与属性信息是相互关联的，属性信息存放在空间数据库中，点击地图上某一要素就可根据要素的位置，调用数据库，得到此要素的属性信息，并可以通过点击属性表上的要素，在地图上高亮显示要素；二是查询符合给定条件的要素的位置，用户可限定某些限制条件，然后查询符合该条件的要素的位置。

3.回答如下问题：a)在ArcMap中, 打开Redlands.mxd。

街道名称为“NEW YORK”的是什么类型的道路？Local street（本地街道）Minor street（次要街道）Interstate（州际道路）Major street （主要街道）由上图可知“NEW YORK”为Local Street类型的街道b)在ArcMap中, 打开Redlands.mxd。

在Railroads图层中有多少条铁路线？由Railroads属性表可知，Railroads图层”NAME”字段中显示，铁路有SP RAILROAD和AT AND SF RAILROAD以及一条未命名的铁路，共3条铁路。

实验二、空间数据库管理及属性编辑1.阐述基本原理和概念要素类：要素类是具有相同集合类型和属性的要素的集合，即同类空间要素的集合。

实验与调试：确定λ最佳策略的步骤通过实验和调试来确定罚参数（即λ）的最佳策略是完全可行的，并且在实际应用中是非常常见的做法。

由于不同的优化问题、目标函数和约束条件可能对λ的敏感性不同，因此没有一种通用的策略可以适用于所有情况。

通过实验和调试，可以根据具体问题的特性来找到最适合的λ调整策略。

以下是通过实验和调试来确定λ最佳策略的一般步骤：1.初始设置：2.选择一个初始的λ值。

这个值可以是基于经验、问题特性或求解器建议的。

3.设定其他优化算法参数，如迭代次数、收敛条件等。

4.运行算法：5.使用选定的λ值运行优化算法。

6.观察并记录算法的性能，包括目标函数值、约束违反程度、迭代次数等。

7.评估结果：8.分析算法的输出结果，评估当前λ值下算法的收敛性、求解效率和解的质量。

9.检查约束是否得到充分满足，以及目标函数值是否足够低。

10.调整λ：11.根据评估结果调整λ的值。

如果约束违反严重，可能需要增加λ；如果目标函数值过高，可能需要减小λ。

12.也可以尝试不同的λ调整策略，如逐步增加、自适应调整等。

13.重复实验：14.使用调整后的λ值重新运行算法。

15.重复上述评估和调整步骤，直到找到满意的λ值。

16.验证结果：17.在找到满意的λ值后，使用不同的初始条件或数据集来验证算法的稳定性和可靠性。

18.确保算法在更广泛的条件下仍能保持良好的性能。

19.文档记录：20.记录实验过程中的关键发现、λ的调整策略和最终结果。

21.这有助于未来的参考和进一步的优化。

需要注意的是，通过实验和调试来确定λ的最佳策略可能需要大量的时间和计算资源。

此外，由于问题的复杂性和求解器的特性，可能需要多次尝试和迭代才能找到最优的λ值。

然而，这种方法通常能够提供针对特定问题的定制化解决方案，并在实际应用中取得良好的效果。

GIS实验指导书张明媚地质测绘工程系2017年5月目录实验一、使用ARCMAP浏览地理数据 (1)一、实验目的 (1)二、实验准备 (1)三、实验步骤及方法 (3)第1步启动ArcMap (3)第2步检查要素图层 (5)第3步显示其它图层 (6)第4步查询地理要素 (7)第5步检查其它属性信息 (9)第6步设置并显示地图提示信息 (11)第7步根据要素属性设置图层渲染样式 (14)第8步根据属性选择要素 (18)第9步使用空间关系选择地理要素 (20)第10步退出ArcMap (22)四、实验报告要求 (23)实验二、空间数据库管理及属性编辑 (24)一、实验目的 (24)二、实验准备 (24)三、实验内容及步骤 (25)第1步启动ArcCatalog打开一个地理数据库 (25)第2步预览地理数据库中的要素类 (26)第3步创建缩图，并查看元数据 (28)第4步创建个人地理数据库(Personal Geodatabase-PGD) (29)第5步拖放数据到ArcMap中 (37)第6步编辑属性数据及进行1：M的空间查询 (38)第7步导入GPS数据，生成图层 (40)四、实验报告要求 (44)实验三、影像配准及矢量化 (46)一、实验目的 (46)二、实验准备 (46)三、实验内容及步骤 (46)第1步地形图的配准－加载数据和影像配准工具 (46)第2步输入控制点 (47)第3步设定数据框的属性 (49)第4步矫正并重采样栅格生成新的栅格文件 (52)第5 步分层矢量化－在ArcCatalog中创建一个线要素图层 (53)第6步从已配准的地图上提取等高线并保存到上面创建的要素类中 (58)第7步根据GPS观测点数据配准影像并矢量化的步骤 (59)四、实验报告及要求 (65)实验四、空间数据处理 (66)一、实验目的 (66)二、实验准备 (66)三、实验内容及步骤 (68)空间数据处理 (68)第1步裁剪要素 (68)第3步要素融合 (71)第4步图层合并 (72)第5步图层相交 (74)定义地图投影 (75)第6步定义投影 (75)第7步投影变换――地理坐标系－>北京1954坐标系转换－>西安80坐标系 (76)四、实验报告要求 (77)实验五、空间分析基本操作 (79)一、实验目的 (79)二、实验准备 (79)三、实验内容及步骤 (80)空间分析模块 (80)1. 了解栅格数据 (81)2. 用任意多边形剪切栅格数据(矢量数据转换为栅格数据) (83)3. 栅格重分类(Raster Reclassify) (86)4. 栅格计算－查询符合条件的栅格(Raster Calculator) (87)5. 面积制表（Tabulate Area） (88)6. 分区统计(Zonal Statistic) (90)7. 缓冲区分析(Buffer) (92)8. 空间关系查询 (95)9. 采样数据的空间内插(Interpolate) (96)10. 栅格单元统计（Cell Statistic） (100)11. 邻域统计（Neighborhood） (102)四、实验报告要求 (104)实验六、缓冲区分析应用(综合实验) (105)一、实验目的 (105)二、实验准备 (105)三、实验内容及步骤 (105)1. 距离制图－创建缓冲区 (105)1.1 点要素图层的缓冲区分析 (105)1.2 线要素图层的缓冲区分析 (107)1.3 多边形图层的缓冲区分析 (109)2．综合应用实验 (110)2.1 水源污染防治 (110)2.2 受污染地区的分等定级 (112)2.3 城市化的影响范围 (115)四、实验报告要求 (118)实验七、地形分析-----TIN及DEM的生成及应用(综合实验) (119)一、实验目的 (119)二、实验准备 (119)三、实验内容及步骤 (119)1. TIN 及DEM 生成 (119)1.1由高程点、等高线矢量数据生成TIN转为DEM (119)1.2 TIN的显示及应用 (122)2. DEM的应用 (133)2.1坡度：Slope (133)2.2 坡向：Aspect (136)2.3提取等高线 (138)2.4计算地形表面的阴影图 (139)2.5可视性分析 (142)2.6地形剖面 (144)四、实验报告要求 (145)实验八、MODEL BUILDER 土壤侵蚀危险性建模分析(综合实验) (146)一、实验目的 (146)二、实验准备 (146)三、实验内容及步骤 (146)1. 认识ModelBuilder操作界面 (146)2. 确定目标，加载数据 (147)3. 创建模型 (147)4. 编辑模型 (150)5. 执行模型，查看结果 (164)四、实验报告要求 (165)实验九、水文分析-DEM应用 (169)一、实验目的 (169)二、实验准备 (169)三、实验内容及步骤 (172)1. 数据基础：无洼地的DEM (172)2. 关键步骤：流向分析 (173)3. 计算流水累积量 (174)4. 提取河流网络 (175)5．流域分析 (178)6. 其它应用--降水分析(选做) (180)四、实验报告要求 (181)实验十、网络分析 (182)一、实验目的 (182)二、实验准备 (182)三、实验内容及步骤 (183)1．寻找最佳路径 (183)2. 确定最近设施 (187)3. 创建服务区域 (189)四、实验报告要求 (192)实验十一、3D 可视分析 (193)一、实验目的 (193)二、实验准备 (193)三、实验内容及步骤 (193)1．GIS数据三维显示 (193)2. 三维飞行动画制作 (199)四、实验报告要求 (201)实验十二、ARCMAP制图－地图版面设计 (202)一、实验目的 (202)二、实验准备 (202)三、实验内容及步骤 (202)第1步渲染图层要素－唯一值符号 (202)第2步标注图层要素 (207)第3步渲染图层要素—分类渲染 (209)第4步渲染图层要素—点密度渲染 (213)第5步渲染图层要素—图表渲染 (215)第6步创建地图版面 (216)第7步添加各种元素到地图版面中 (221)第8步打印输出地图 (227)四、实验报告要求 (230)实验十三、基于GIS的城镇土地分等定级(综合实验) (231)一、实验目的 (231)二、实验准备 (231)三、实验内容及步骤 (231)四、实验报告要求 (232)参考文献： (233)实验一、使用ArcMap浏览地理数据一、实验目的1.了解地理数据是如何进行组织及基于“图层”进行显示的。

实验二网络分析实习报告一、实验目的网络分析是GIS空间分析的重要功能分。

有两类网络，一为道路（交通）网络，一为实体网络（比如，河流、排水管道、电力网络）。

此实验主要涉及道路网络分析，主要内容包括：●最佳路径分析，如：找出两地通达的最佳路径。

●最近服务设施分析，如：引导最近的救护车到事故地点。

●服务区域分析，如：确定公共设施（医院）的服务区域。

通过对本实习的学习，应达到以下几个目的：(1)加深对网络分析基本原理、方法的认识；(2)熟练掌握ARCGIS下进行道路网络分析的技术方法。

(3)结合实际、掌握利用网络分析方法解决地学空间分析问题的能力。

二、实验准备软件准备：ArcMap，要求有网络分析扩展模块的许可授权数据准备：Shape文件创建网络数据集（高速公路：Highways, 主要街道：Major Streets, 公园：Parks，湖泊：Lakes，街道：Streets）Geodatabase网络数据集：NetworkAnalysis.mdb：包含：街道图层：Streets仓库图层：Warehouses商店图层：Stores在ArcMap中加载启用NetWorkAnylyst网络分析模块：执行菜单命令［工具Tools］>>[Extensions], 在［Extensions］对话框中点击[NetworkAnalyst] 启用网络分析模块，即装入Network Analyst空间分析扩展模块。

道路网络分析步骤1. 创建分析图层2. 添加网络位置3. 设置分析选项4. 执行分析过程显示分析结果三、实验内容及步骤(一) 最佳路径分析根据给定的停靠点，查找最佳路径（最省时的线路）1.1 数据准备1.2 创建路径分析图层1.3 添加停靠点1.4 设置分析选项1.5 运行最佳路径分析得到分析结果1.6 设置路障(barrier)(二) 最近服务设施分析（查找最近的消防队）在这个实验中，当某个位置发生火灾时将找到距事故最近的四个消防队，并且可以进一步找到能够最快到达事故地点的路线.2.1 数据准备2.2 创建“最近服务设施分析图层”2.3 添加“服务设施”图层2.4 设定火灾事故发生地点2.5 设置分析选项四．实验感悟实验可以提高我的实践能力，我觉得我应该加强实验。