实验七

实验七矢量数据的最短路径分析、栅格数据的最佳路径分析一、实验目的：1、理解网络分析原理，学会利用ArcGIS9.2进行各种类型的最短路径分析。

2、熟悉ArcGIS栅格数据距离制图、表面分析、成本权重距离、数据充分类、最短路径等空间分析功能，熟练掌握利用ArcGIS上述空间分析功能，分析和处理类似寻找最佳路径的实际应用问题。

二、实验内容：1、网络分析对地理网络（如交通网络），城市基础设施网络（如各种网线，电缆线，电力线，电话线，供水线等）进行地理分析和模型化的过程，通过研究网络的状态，以及模拟和分析资源在网络上的流动和分配情况，实现对网络结构和资源等的优化问题。

ArcGIS网络分析，又称为设施网络分析（Utility Network Analyst）。

其涉及的网络是由一系列不同类别要素组成的，该网络又称为几何网络。

网络分析预处理：包括网络数据的加载、网络数据的符号化、网络数据的修改和完善。

网络分析基本功能：路径分析、地址匹配、资源分配等。

实例：最短路径的问题分析与应用背景：在现实中，最短路径的求取问题是可以拓展为许多方面的最高效率问题，最短路径不仅指一般意义上的距离最短，还可以是时间最短、费用最少、线路利用率最高等标准。

数据：GeoDatabase地理数据库：City.mdb。

数据库中包含一个数据集：City，其中含有城市交通网net、商业中心及家庭住址place、网络节点city_Net_Junctions等要素。

实验要求：根据不同的要求，获得到达指定目的地的最佳路径，并给出路径的长度；找出距景点最近的某设施的路径。

1、在网络中指定一个商业中心，分别求出在不同距离、时间的限制下从家到商业中心的最佳路径。

2、给定访问顺序，按要求找出从家出发，逐个经过访问点，最终到达目的地的最佳路径。

3、研究阻强的设置对最佳路径选择的影响。

操作步骤：启动ArcMap，添加city.mdb，双击city数据集，加载数据。

对点状要素place符号化：以HOME字段，1值为家，0值为商业中心。

添加设施网络分析（Utility Network Analyst）工具条。

（1）无权重最佳路径的生成1）在网络分析工具条上选择旗标工具，将旗标放在“家”和想要去的“商业中心”点上。

（旗标有2种，点旗标和边旗标）2）选择Analysis | Options命令，打开Analysis Options对话框，确认Weights和Weight Filter标签项全部是None，这种情况下进行的最短路径分析是完全按照这个网络自身的长短来确定。

3）在Track Task文本框中选择Find path。

单击solve按钮。

显示出最短路径，这条路径的总成本显示在状态栏中。

注：图中椭圆内“16”指的是从起点到目的地总共经过了15个网络节点，如果把两个网络节点当作一个街区的话，也就是指中间经过了16个街区。

（2）加权最佳路径生成1）在网络分析工具条上选择旗标工具，将旗标放在“家”和想要去的“商业中心”点上。

2）选择Analysis | Options命令，打开Analysis Options对话框，进入Weighs标签页，在边的权重（Edge weights）上，全部选择长度（length）权重属性。

3）在Track Task文本框中选择Find path，单击solve按钮，则以长度为比重的最短路径将显示出来，这条路径的总成本显示在状态栏中。

以上是通过距离远近的选择而得到的最佳路径。

实际中不同类型的道路由于道路车流量的问题，有时候要选择通行时间最短的路径，同样可以利用网络分析来获得最佳路径。

那么“时间”成了主要的权重值。

“时间”属性是在建网前，通过各个道路的类型（主干道，次要道等）得到速度属性，通过距离和速度的商值确定的。

不过例子没有考虑红灯问题等其他要素，属于比较理想化的情况，可以通过导入其它要素来完善。

（3）按顺序逐个通过访问点的路径生成1）在设施网络分析工具条上，点选旗标工具，讲旗标按照访问的顺序依次放在各个目标点上。

2）选择Analysis | Options命令，打开Analysis Options对话框，进入Weighs标签页，在边的权重（Edge weights）上，全部选择长度（length）权重属性。

3）在Track Task文本框中选择Find path，单击solve按钮，则以长度为比重的最短路径将显示出来，这条路径的总成本显示在状态栏中。

4) 同样是经过了11个地点，如果权重是时间，由于道路车流量的不同，经过的时间也不同，因此，路径发生的变化很大。

（4）阻强问题这里的阻强是指网络中的点状要素或线状要素因为某些突发事件（如交通事故）而不可运行时，原来获得的最短路径就进行修正，具体操作如下：1）修路时，某个路段不可运行。

修改方法有2种：一种是永久性的，可直接讲网络边要素的属性修改成不可运行，即选择此边要素，将其Enabled字段中的属性改成False即可；另一种是暂时性的，可设置便要素障碍。

利用要素障碍添加工具进行设置。

（设置好的阻强要素在图中以“X”表示）。

这个例子能说简单说明网络分析中的最短路径问题在实际之中的应用。

并且例子也表明网络中要素状态的变化对最佳路径的影响。

随着考虑到的实际因子的增加，一定会使网络分析的模型更趋于实际，在指导现实生活方面发挥着越来越大的作用。

2、栅格数据的空间分析ArcGIS空间分析工具（Spatial Analyst）提供了一个范围广阔且功能强大的空间分析和建模工具集，它允许用户从GIS数据中快速的获取所需信息，并以多种方式进行分析操作，包括距离制图、密度制图、表面生成、表面分析、统计分析、重分类、栅格计算等。

实例：寻找最佳路径背景：随着社会经济发展需求，公路的重要性日益提高。

在一些交通欠发达地区，公路建设迫在眉睫。

如何根据实际地形情况设计出比较合理的公路规划，这是一个很值得研究的问题。

数据：（1）dem（高程数据）、（2）startPot（路径源点数据）、（3）endPot（路径终点数据）、（4）river（小流域数据）。

要求：（1）新建路径成本较少。

（2）新建路径为较短路径。

（3）新建路径的选择应该避开主干河流，以减少成本。

（4）新建路径的成本数据计算时，考虑到河流成本（reclass_river）是路径成本中的关键因素，先将坡度数据（reclass_slope）和起伏度数据（reclass_QFD）按照0.6和0.4权重合并，然后与河流成本作等权重加和合并，公式描述如下：Cost=河流成本+(坡度*0.6+起伏度*0.4)实现过程：（1）利用高程数据派生出坡度数据以及起伏度数据。

（2）重分类流域数据、坡度、起伏度数据集到相同的等级范围。

（3）按照上述数据集在路径选择中的影响率赋权重值。

（4）合并这些数据得到成本数据集。

（5）基于成本数据集计算栅格数据中各单元到源点的成本距离与方向数据集。

（6）用最短路径函数提取最佳路径。

操作过程：1）运行ArcMap，加载Spatial Analyst模块，如果Spatial Analyst模块未能激活，单击Tools菜单下的Extensions，选择Spatial Analyst，单击Close 按钮。

2）单击File菜单下的Open命令，打开加载地图文档对话框，选择road.mxd。

3）设置空间分析环境。

单击Spatial Analyst模块的下拉箭头，打开Options 对话框，设置相关参数：打开Options对话框中的General选项卡，设置默认工具路径。

打开Options对话框中的Extent选项卡，在Analysis Extent下拉框中选择“Same as Layer river”。

打开Options对话框中的Cell Size选项卡，在Analysis Extent下拉框中选择“Same as Layer river”。

4）创建成本数据集考虑到山地坡度、起伏度对修建公路的成本影响比较大，其中，尤其山地坡度更是人们首先关注的对象，则在创建成本数据集中，可考虑分配其权重比0.6：0.4。

但是在有流域分布的情况下，河流对成本影响不可低估。

因此，成本数据集为合并山地坡度和起伏度之后的成本，加上河流对成本的影响。

A、建立坡度成本数据集选择DEM数据层，单击Spatial Analyst下拉列表框，选择Surface Analysis （表面分析）并单击slope，生成坡度数据集，记为Slope。

选择Slope数据层，单击Spatial Analyst下拉箭头，选择Reclassify命令实施重分类。

重分类的基本原则是：采用等间距分为10级，坡度最小一级赋值为1，最大一级赋值为10，得到坡度成本数据（reclass_slope）。

B、建立起伏度成本数据集选择DEM数据层，单击Spatial Analyst下拉列表框，选择Neighborhood Statistics，设置参数如图所示，单击OK按钮，生成起伏度数据层，记为QFD。

起伏度参数设置选择QFD数据层，单击Spatial Analyst下拉箭头，选择Reclassify命令，按10级等间距实施重分类，地形越起伏，级数赋值越高，最小一级赋值为1，最大一级赋值为10，得到地形起伏度成本数据（reclass_QFD）。

C、建立河流成本数据集选择River数据层，单击Spatial Analyst下拉箭头，选择Reclassify命令，按照河流等级如下进行分类：5级为10；一次为10、8、5、2、1，生成河流成本(reclass_river)。

5）加权合并单因素成本数据，生成最终成本数据集单击Spatial Analyst下拉箭头，选择Raster Calculator（栅格计算）命令合并数据集，计算公式如下：Cost=河流成本+(坡度*0.6+起伏度*0.4)，得到最终成本数据集（cost），其中数值高的部分表示成本高的地方。

6）计算成本权重距离函数单击Spatial Analyst模块下拉箭头，选择Distance中的Cost Weighted，设置参数如下图，单击OK按钮。

生成成本距离图和成本方向图。

计算成本权重数据对话框7）求取最短路径。

单击Spatial Analyst下拉框，选择Distance中的Shortest Path，设置参数如下图所示，单击OK按钮，生成最终的最短路径图。

最短路径对话框三、思考题：掌握网络分析中的最短路径求取、以及栅格数据空间分析的各种方法。