交通网络分析概述

概述

交通网络分析为商业、公共服务业以及日常生活带来便利,分析结果可提供有效的执行方案帮助用户做出更合理的决策。交通网络分析可以帮助解决以下实际问题:

  • 从 A 点到 B 点的最短路线是什么?
  • 去一个景点旅游,如何选择一条路线,一次走完尽可能多的景点?
  • 一家新开张超市的顾客覆盖区域是多大,进货量应该如何确定?
  • 发生火灾后,如何调度最近的消防车进行抢救?
  • 东城区的一个配送员,如何在最短时间内完成所有的快递任务?

在地理信息世界中,公共基础设施(电力设施、电信与有线电视网络、道路交通、水网等)被抽象为“网络系统”。网络系统是指有许多相互连接的线段构成的网状系统,网络模型是对现实世界中网络系统的抽象表达。例如在城市交通网中,道路等线状地物被抽象为线段,在网络中称为网络弧段;而十字路口、公交站点等点状地物被抽象为点,在网络中称为网络结点。在网络模型中,资源和信息能够沿着弧段,从一个结点到达另外一个结点。可以这么理解,网络就是边(线)和交汇点(结点)等元素共同组成的,表示了从一个位置到另外一个位置的可能路径。

基本概念

网络 是由一组相互关联弧段、结点和它们的属性所组成的模型。网络用于表达现实世界中的道路、管线等。

NetElement

如上图所示,网络不仅具有一般网络的弧段与结点间的抽象拓扑关系,还具有 GIS 空间数据的几何定位特征和地理属性特征(拓扑关系时地理对象在空间位置上的相互关系,如结点与线、线与面之间的连接关系)。

下面主要介绍网络模型中涉及的基本概念:

  • 结点

结点是网络中弧段相连接的地方,如上图所示。结点可以表示现实中的道路交叉口、河流交汇点等点要素。结点和弧段各自对应一个属性表,它们的邻接关系通过属性表的字段来关联。

  • 弧段

弧段就是网络中的一条边,弧段通过结点和其它的弧段相连接。弧段可用于表示现实世界运输网络中的高速路、铁路、电网中的传输线和水文网络中的河流等。弧段之间的相互联系是具有拓扑结构的。

  • 网络阻力

现实生活中,从起点出发,经过一系列的道路和路口抵达目的地,必然会产生一定的花费。这个花费可以用距离、时间、货币等度量。在网络模型中,把通过结点或弧段的花费抽象成网络阻力,并将该信息存储在属性字段中,称为阻力字段。

  • 中心点

中心点是网络中具有接受或提供资源能力,且位于结点处的离散设备。设施是指地理信息系统所需的物质、资源、信息、管理和文化环境等。例如学校里有教育资源,学生必须到校学习;零售仓储点,储存了零售点所需要的货物,每天需要向各个零售点配送发货。中心点实质上也是网络上的结点。

  • 障碍边和障碍点

城市中的交通堵塞问题随处可见,交通拥堵是没有规律可循、随机且动态变化的过程。为了实时地反映交通网络的现状,需要让交通堵塞的弧段具有暂时禁止通行的特性,同时在交通恢复正常后,弧段属性也能实时恢复正常。障碍边、障碍点概念的提出可以很好地解决上述问题。障碍边、障碍点引入的好处是障碍设置与否与现有的网络环境参数无关,具有相对独立的特性。

  • 转向表

转向是从一个弧段经过中间结点抵达邻接弧段的过程。转弯耗费是完成转弯所需要的花费。转向表用来存储转弯耗费值。转向表必须列出每个十字路口所有可能的转弯,一般有起始弧段字段(FromEdgeID)、终止弧段字段(ToEdgeID)、结点标识字段(NodeID)和转弯耗费字段(TurnCost)四个字段,这些字段与弧段、结点中的字段相关联,表中的每条记录表示一种通过路口的方式所需要的弧段耗费。转弯耗费通常是有方向性的,转弯的负耗费值一般为禁止转弯。

例如,在对道路进行网络分析的时候,我们经常会遇到十字路口、三岔口等情况,如图示,左面为一个十字路口的示意图,右面的表格即为该十字路口所对应的转向表,转向表中记录了该十字口处车辆的转向和转弯所需的耗费等信息。

TurnTable