地理学专题研究

网络分析在GIS领域的应用研究进展

摘要：随着GIS技术的发展和与其他相关学科领域的不断结合，地理网络分析在GIS中得到了快速的发展，网络分析作为GIS空间分析的一项核心内容，已经成为GIS发展的一个热点。如今网络分析作为GIS最主要的功能之一，在交通旅游、城市规划以及电力、通讯等各种管网、管线的布局设计中发挥了重要的作用。关键字：网络分析；GIS；研究进展

地理网络是人类社会赖以生存的基础，它以多种形式存在，或自然的，或人工的；或具体的，或抽象的。人们生活于各种各样的地理网络中，不停地创建新网络，改造旧网络，利用现有网络。电网的规划建设、电力线路的巡视、旅行路线的选择、市场位置的确定、消防中心服务范围的划分，以及交通运输方案的制定、物资的紧急调运、管网线路的合理布设等，都离不开对地理网络的模拟和分析[1]。

1 网络分析概述

用数学定义，网络是一种图，一般认为它专指加权图。用物理定义，网络是从某种相同类型的实际问题中抽象出来的模型。总之，网络是从同类问题中抽象出来的用数学中的图论来表达并研究的一种模型。

本文主要讨论的网络指地理网络，即现实世界中存在的各式各样的网络实体和网络现象，它普遍存在于自然界和人类社会中，如：水系网络、道路网络、通讯网络、地下管网等。它由一组边和结点按照一定的拓扑关系彼此连接而成的，边是具有一定长度和物流的网络要素，结点是两条或两条以上边的交汇处，它可以实现两条边之间物流的转换，边和结点是网络的两类基本组成要素[2]。在此基础上的网络分析就是通过对抽象处理的地理网络的研究、分析来对现实的网络实体和网络现象进行研究和分析。网络分析一方面是研究对现实世界中的网络实体和网络现象如何进行抽象、描述、记录、再现，以及抽象出来的地理网络与实际网络之间的关系；另一方面还研究构成地理网络的各种网络元素之间存在的相互关联关系和作用，以及它们对整个网络功能的影响和如何对它们进行控制与改造[3]。

2 网络分析与GIS的结合

地理信息系统(Geographic Information System，GIS) 是一种在计算机硬

件和软件支持下，用于收集、存储、管理、分析、显示和更新地理实体的空间和非空间属性数据的技术系统。

随着GIS技术的发展和与其他相关学科领域的不断结合，GIS的应用已发生根本性的变化。一方面其应用领域由最初的几个专业领域发展到社会的各个行业领域，成为一个基本的空间信息处理应用工具;另一方面GIS的应用需求由最初的空间信息获取、管理和查询发展到对空间信息的融合、分析、处理和应用。其中以对空间位置关系和空间相关关系的分析需求最为突出。而网络分析是空间位置关系和空间相关关系研究的主要内容和主要的研究方法手段。在实际应用中以对网络分析的需求最为广泛也最为迫切[1]。如今网络分析作为GIS空间分析的一项核心内容，已经成为GIS发展的一个热点，并逐渐成为衡量GIS软件的一个标准。

3 GIS网络分析的应用研究

网络分析问题广泛存在于社会经济生活的各个方面，我们做出的决定和决策都或多或少的运用了空间网络分析，比如公共交通运营线路的选择和紧急求援行动线路的选择等，这与网络最佳路径选择有关。估计排水系统在暴雨期间是否溢出，需要机械流量分析或负荷分析相关。总体来说，网络分析主要应用在城市的规划建设、交通运输、物资输送、网络管理、资源配置、环境保护、军事建设、作战指挥等方面。

3.1 交通运输

交通拥挤和交通事故越来越严重地困扰着世界各国的大城市，解决这一问题的重大社会经济意义已为人们所共识。网络分析中最基本和最关键的问题是最短路径问题，它作为许多领域中选择最优问题的基础，在交通网络分析系统中占有重要地位。与此同时，交通涉及的各种各样的信息除了具有信息量大、动态、不确定、复杂、非线性、时变等特征外，还具有明显的地理特征，这就决定了研究交通问题离不开地理图，同时不仅需要文字和图形描述的信息，还要对信息的文字和图形进行描述。把地理信息系统应用于交通，即把道路信息、交通信息以及交通事故等与地图结合在一起，可以直观地为决策人员提供有关信息和分析结果。因此，使用GIS网络分析来缓解交通压力或者应对紧急事件成为城市道路交通应用中的热点[4]。

杨兆升，刘红红在GIS平台下，采用弗洛伊德算法(Floyd)，对空间信息和非空间信息进行分析和处理，较好的解决了交通运输规划与管理中存在的问题，

为处理具有地理特征的交通信息提供了新的技术手段[4]。雷震应用网络分析方法，针对如何找出一条最佳路径使得警察尽快到达报警点，如何合理设立巡逻定点守候岗保证该定点岗能在规定时间内到达高发案地区，以及给出一个巡逻路径使得巡警遍历管辖区域内的所有街道而遍历的路径最短等三个方面的问题提出了研究。他对网络分析的基础最短路径算法进行了讨论，采用4叉堆排序和划分子图法，以南宁市区实际地理情况为示例，证明了所提出改进算法的有效性[5]。韩俊卿针对城市道路网的特点，运用GIS网络分析功能，建立了基于路段连接的道路网络模型，并选择可达性作为道路权重对道路网进行了最短路径分析。同时对经典的Dijkstra算法加以改进，提出了求解道路网任意两点间最短路径的算法[6]。

3.2 选址问题

空间选址是指在一定地理区域内为一个或多个选址对象选定位置，使某一指标或综合指标达到最优的过程。1909年，Weber研究了在平面上确定一个仓库的位置，使得仓库与多个顾客之间的总距离最小的问题(称为Weber问题)，正式开始了空间选址问题的研究。空间选址问题在生产生活、经济发展、以及军事中都有着非常广泛的应用，如超市、银行、工厂、仓库、急救中心、消防站、垃圾处理中心、物流中心、导弹仓库的空间选址等[7]。

吕海峰等利用GIS网络分析方法的和P中心选址模型，建立了配送中心选址优化模型。同时把GIS分析方法应用于配送中心选址的研究，也配送中心选址方法的一个创新[8]。费龙等利用GIS网络分析中的定位—配置分析科学合理的完成小商品集散地选址[9]。任绯将网络分析和GIS技术结合起来，设计开发了厂址选择信息管理系统，为厂址选择工作的信息化、定量化、可视化为管理部门辅助决策提供了有力支持[10]。刘晓静，付金超利用地理学和区位论的知识作为理论基础，分析了战略条件、周边政治环境、港口条件、开发成本等选址影响因素。依托G1S强大的空间分析功能建立选址模型，从而使驻泊地选址更科学、更合理[11]。

3.3 管线布设

在布设供水管网、输油管网、供电线网、通讯线网等管线网络时，利用地理网络分析协助设计管线的布局，一方面有利于降低布设和维护的费用，另一方面使布局趋于最合理。

陈勇民将网络分析应用在地下管网之中，运用直接优化法和递归算法能有效地提出管网的优化设计方案和解决管段流量计算问题。大大提高城市排水管网的

管理和规划的工作效率[12]。马季在地理网络研究的基础上，以配电网络为对象，进行了分析研究，建立了数据模型，实现了地理网络分析与配电网GIS的结合[1]。张志华，侯恩科，赵洲等地理网络分析的基础上，将矿山巷道网络作为一种地理网络实体进行研究，分析了构成巷道网络的基本元素，简述了网络分析的基本算法—Dijkstra与Floyd算法，并对这几种算法进行了比较[13]。

3.4 水资源管理

黄诗峰等通过对某蓄洪区的实例分析表明，网络分析是模拟灾民撤退的有效方法，地理信息系统技术是辅助制定灾民撤退方案的崭新途径[14]。， ZHOU等曾利用GIS的网络分析功能改进农田排水模拟[15]。彭盛华等在分析河流水环境系统特征的基础上，探讨了GIS网络分析技术在河流水污染追踪中的应用方法，并基于ArcView建立了汉江流域河系网络模型[16]。

3.5 旅游管理

隋玉正，李淑娟，陈戈利用青岛市交通图作为数据源，选取市内主要旅游景点作为网络分析的节点，运用地理信息系统(GIS)技术对景点的通达度和相对联通性进行分析，讨论了青岛市旅游交通网络存在的一些问题，提出了优化青岛旅游交通网络的对策[17]。

4 结语

尽管地理网络分析的在许久以前就被提出并投入实际运用，但受限于学科理论和技术手段，地理网络分析的研究一直依托于别的学科和领域。随着地理信息系统及其他学科的快速发展，特别是随着地理信息系统的应用领域不断扩大和深入，地理网络分析在GIS中得到了快速的发展。如今网络分析作为GIS最主要的功能之一，在交通旅游、城市规划以及电力、通讯等各种管网、管线的布局设计中发挥了重要的作用。基于GIS技术的地理网络研究方法及其在交通、通讯、水资源管理、城市管网等相关领域的应用，已经成为人们关注的焦点。但是GIS 网络分析技术还不成熟，还在不断的发展中，我们应对地理网络分析的进行进一步的完善。

参考文献

[1] 马季. 地理网络分析及在配电网GIS中的应用[D]. 西安电子科技大学 , 2005

[2]吴秀芹，张洪岩，李瑞改等.地理信息系统应用与实践.北京：清华大学出版社,2007:598

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[4] 杨兆升, 刘红红. 地理信息系统在交通运输规划与管理中的应用研究[J]. 公路交通科技 , 2000,(02)

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[9]费龙,涂长永,杨淼玲等,基于GIS网络分析的小商品集散地选址[J].长春师范学院学报(自然科学版),2006,25:90-93

[10] 任绯. 基于GIS技术的厂址选择方法研究[J]. 甘肃科技纵横 , 2009,(01)

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[12] 陈勇民, 陈治安. 基于GIS的城市排水管网规划及管理系统的开发研究[J]. 湖南大学学报(自然科学版) , 2002,(S1)

[13]张志华，侯恩科，赵洲等.GIS网络分析在矿山中的应用[J]. 数字矿山理论、技术与示范,2008:39-43

[14]黄诗峰，魏一鸣，杨存建，等.灾民撤退网络流模型及其GIS模拟技术[J].自然灾害学报，1998，6(3):65-70.

[15]ZHOU Q，YANG X.Development of a GIS network model for agricultural water management in a flood plain environment[A].In:Proceedings of international conference on modeling geographical and environmental systems with geographical information systems.Published by department of geography，The Chinese University of HongKong，1998:

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[16]彭盛华，赵俊琳，翁立达.GIS网络分析技术在河流水污染追踪中的应用[J].水科学进展，2002，13(4):461-466.

[17]隋玉正,李淑娟,陈戈.基于GIS的青岛旅游交通网络空间分析[J]. 青岛理工大学学报,2006,27:103-106