5g网络4g手机能用吗 基于MAPGIS的网络分析实现

　　[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,站点,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行缩减,当中心的资源耗尽,分配就停止。
　　资源分配网络模型有中心点极其状态属性和网络组成,分配有2种方式,一种是由分配中心向四周输出,另一种是由四周向中心集中。
　　在算法实现上,包括P-中心问题、中心服务范围、中心资源分配范围等,但在实际应用中,由于这些算法计算量过大,经常用一些启发式算法来逼近或求的最佳效果,比如:Teitz-Bart算法。
　　4 MAPGIS的网络管理
　　MAPGIS网络管理分析子系统为管理各类网络提供了方便的手段,我们可以通过它迅速直观地构建各种网络并可以实现强大的网络查询和分析功能,能够进行在实际应用中具有普遍意义和实用价值的关阀搜索、最佳路径、资源分配等功能,从而可以有效支持紧急情况处理和辅助决策。
　　MAPGIS网络分析子系统由2大模块组成:网络编辑模块:用来建立网络和录入数据;网络分析模块:用于数据查询、输出以及空间网络分析和辅助决策,在这一模块中不能改动关键数据。
　　4.1 网络数据编辑
　　在网络编辑模块,可以通过3种方法输入网络数据:手工输入,通过MAPGIS线文件转换以及通过外业探测数据库建库,不管用哪一种方法,在该系统中都可以对生成的网络数据进行复杂的编辑,比如:对网线的编辑,包括网线的添加,删减,移动,转向,加、减点,线的参数设置以及网线属性结构和属性的编辑;对结点的编辑,包括结点的加减,移动,属性结构、属性内容的编辑以及结点参数的设置等;对网络整体的平差,转换等。
　　该模块在使用中比较直观,操作方式与输入子系统基本保持一样,但个别窗口操作方式不太好用,甚至无法实现,如鼠标中键功能。
　　4.2 网络分析
　　网络分析模块是MAPGIS进行网络数据空间分析的功能模块,在网络编辑模块的基础上,通过它可以实现网络查询检索及分析功能,总体情况下,该模块可实现连通性分析、路径分析、资源分配、追踪等功能。简单使用步骤如下:
　　*装入底图文件
　　*装入待分析的网络文件
　　*进行附属数据的设置,比如站点、中心、障碍等
　　*进行网络分析
　　*分析结果的保存或统计、出图
　　(1)连通分析
　　连通分析是为了检验某结点与其他结点间的连通性,比如,查看某个地方与全国公路网是否通车。使用时,鼠标捕捉并锁定待检验结点,系统就可以直接进行整个网络的连通检查,实现简单,但结果也较直观简单。
　　(2)阀门分析
　　阀门处理在供水、供电等方面应用广泛,如电力网发生断路,在查寻过程中必须关闭相应的电压开关,分析过程包括:
　　阀门指定:通过一个条件表达式,将符合条件的结点指定为阀门;
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　　(3)路径分析
　　路径分析功能包括三个方面:求最短路径、求最佳路径、求游历方案。分析条件可通过一个对话框来设置,如图1。
　　最短路径其实是最佳路径的一种特殊形式,它不考虑其他属性,只单纯计算两结点之间的最短距离,当要考虑网线权值,考虑转角权值,障碍等时,就是最佳路径了,而当选择的结点多于2个时,可为游历方案。当系统按指定的结点及分析条件得出分析结果后,为便于直观显示,分析结果可以闪烁的方式显示,并可把路径输出为线文件或进行经历结点和网线的统计,如图2。
　　(4)资源分配
　　如前所述,资源分配就是为网络中的网线寻找最近的中心,资源根据中心容量及网线的需求将网线分配给中心,分配是沿着最佳路径进行的,在MAPGIS中,进行资源分配的大致过程如下:
　　*设置中心数据,指定中心点及其容量、限度、延迟
　　*设置网线需求以及网线权值
　　*设置转角及其权值
　　*实施资源分配,进行系统处理
　　对于处理完成的分析数据,为了直观表现,系统同样可以进行分析结果参数的设置以及输出网线结点集的单独显示。
　　(5)其他常用分析功能
　　除了上述分析功能外,MAPGIS还具备其他几种常用分析功能,主要包括:追踪分析、查询统计、网络的完整性检查以及动态分段分析等,其分析过程也都比较直观,在实际应用中都经常用到。
　　5 结语
　　MAPGIS的网络管理子系统在功能实现上算比较完整,其操作过程也比较简单明了,所以比较容易上手,并也容易理解,在了解网络分析基本原理的基础上进行空间管理分析更是能得心应手。在众多网络管理领域,MAPGIS的使用都可以实现。但是,在其分析过程中,有些功能的实现过于简单,对于更加复杂的一些情况则难以应付。总体而言,其使用层次只能在空间网络分析中的表层阶段,对于非常复杂的一些网络分析需求,就需要求助其他一些功能更为强大的工具了。
　　
　　[参考文献]
　　[1] 张宏,温永宁.地理信息系统算法基础.科学出版社.
　　[2] 黄杏元,马劲松.地理信息系统概论.高等教育出版社.
　　[3] 吴信才.MAPGIS地理信息系统.电子工业出版社.
　　[作者简介]
　　肖永东(1981―)男,大学本科,助教,研究方向为测绘与地理信息系统。
　　朱劲松(1977―)男,大学本科,助理工程师,研究方向为工程测量。
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