GIS应用技能训练基于多因素与层次模型的校题目园火灾救援最佳路径分析学院资源与环境工程学院专业地理信息系统班级1102班姓名江瑶指导教师黎华、胡杏花2013 年7 月12 日目录摘要 (1)1 背景以及分析的意义 (1)2 训练要求 (1)3 设计分析 (2)3.1整体思路 (2)3.2最佳路径的道路层次模型 (2)3.2.1建立层次模型 (2)3.2.2确定权系数 (3)3.2.3实际调查 (4)4 软件应用 (5)4.1本次实验的道路数据获取 (5)4.2对校园内外部矢量化并制图 (7)4.3给校园各道路命名并且赋权值 (9)4.4对校园内外道路进行拓扑构网 (9)4.5对拓扑网进行最短和最佳路径分析 (11)5 结果分析及评价 (11)5.1校外最短路径结果及分析 (11)5.2校内最短路径结果及分析 (11)6 心得体会 (12)致谢 (13)参考文献 (13)附录1 权值计算代码 (15)附录2 所有道路权值 (15)基于多因素与层次模型的校园火灾救援最佳路径分析摘要：最佳路径的求取实则是一个多目标综合决策问题。
以往一些研究没有能全面分析问题，只注重与某个因素下的最佳路径，这使得分析结果不尽如人意，不能得到最佳结果。
有些则综合了多种影响因素，然而在确定评价指标的权重时常采用专家评估的方法，这具有很大的随意性和主观性，有时会偏离客观实际，易于造成评价失准，致使结论缺乏真实性。
本文所提模型是综合了多目标决策与层次分析法的基于多因素影响与综合评判的最佳路径分析模型。
模型在全面问题分析基础上先给出了影响最佳路径分析的几个重要影响因子，并利用层次分析法的思想构建了道路层次模型，确定了各影响因素的权系数。
在综合评判时应用多目标决策模型与所提因素评分模型确定了各影响因素对路段的评分矩阵，并综合所求各因素的权系数得到最终路段的综合权值。
最后以路段综合权值为路段属性进行Dijkstra算法求解，得到最佳路径。
文中采用层次分析法来确定权值，将定性与定量分析相结合，利用严密的数学理论，去除随意性与主观性，表达了符合客观实际的因素影响权值，并且依据判断矩阵的一致性来检验权值的合理性，从而使得分析结论更准确、可靠。
此次分析是当武汉理工大学某处发生火灾，分析消防车怎样最快到达火灾处。
在学校外进行消防车到达校门口进行最短路径分析，对校内进行最佳路径分析。
关键词：多因素层次分析最佳路径校园1 背景以及分析的意义在当今大学校园中蕴藏着很多不确定因素有可能引发的灾害会危机师生生命财产安全，而为了防范并尽量减少这些灾害造成的影响，我们小组选定大学校园火灾快速救灾最佳路线决策作为此次超图软件实习主题，随之我们小组经详细讨论和合理分析最终确定使用“基于多因素决策与层次分析法的最佳路径模型”来计算火灾发生地周边各路径权值并利用SuperMap软件最佳路径自动分析来为消防车火灾扑救路线选择及火灾发生区域人员疏散路线选择做最佳路径决策分析。
2 训练要求应用所学的地理信息系统原理与应用、地图学以及数字测图原理与方法中所学到的基本理论知识，本着“重实践、强技能”的原则，培养综合利用所学知识分析和解决实际问题的能力，提高我们的综合应用和实践能力，以及严谨的学习态度，强化技能训练、强化我们的专业能力，为后续的学科基础课程打下良好的技术基础。
通过该训练使我们了解地理信息系统数据的集成、SuperMap GIS软件的基本操作和空间分析的基本原理和方法，实现对空间数据进行分析和挖掘，解决实际工作和生活中的业务需求。
3 设计分析3.1整体思路“基于多因素决策与层次分析法的最佳路径模型”是综合了多目标与层次分析法的基于多因素影响与综合评判的最佳路径分析模型。
模型在全面问题分析基础上先给出了影响最佳路径分析的几个重要因子，并利用层次分析法的思想构建了道路层次模型，确定了各影响因素的权系数。
在综合评判时应用多目标决策模型与所提因素评分模型确定了各影响因素对路段的评分矩阵，并综合所求各因素的权系数得到最终路段的综合权值。
最终在矢量化的武汉交通网拓扑成网后为各路段新建“权值”字段，并依次将按模型确定的各路段综合权值输入该字段，直接使用超图最佳路径分析选择“权值”字段作为比较字段进行分析便实现最终目标！3.2最佳路径的道路层次模型最佳路径是指从起始位置到目标位置的最理想路径。
最理想可以定义为路程较短且耗时少、路宽足够宽、路上行车方便无堵塞、路面路况好方便行车等。
因而最佳路径的选择需要考虑诸多因素，且各因素的重要性一般是不同的。
层次分析法是一种基于问题的多因素考虑，将定性与定量分析相结合的战略决策方法，是一种行之有效的确定权系数的方法。
它把复杂问题中的各个因素通过划分成相互联系的有序层次使之条理化。
根据对一定客观现实的判断就每一层的相对重要性程度给与定量表示，确定每一层次中的元素相对重要性次序的权值，通过排序结果，分析和解决问题，从而为战略决策服务。
3.2.1建立层次模型根据层次分析法的思想，问题的层次结构可以分为3 层。
最上层为目标层，是问题分析的目标; 中间层是准则层，即实际目标的各种指标; 最底层是方案层，是实现目标的可行选择。
在本文问题中，我们所建立的层次模型只有目标层和准则层: 目标层为最佳路径，准则层为路径的2个影响因素和各因素的共5 项指标。
问题的层次结构模型如图1 所示：图 1最佳路径选择的层次分析模型3.2.2确定权系数对校准层的各因素按1-5标度思想分别赋值，1-5标度的含义见表1。
根据主观判断与需求，本问题所构造的比较判断矩阵如下：1 4 6 6 91/4 1 3/2 3/2 31/6 2/3 1 1 21/6 2/3 1 1 21/9 1/3 1/2 1/2 1表1 标度1-5的含义标度含义1表示两个元素相比，具有相同的重要性2表示两个元素相比，前者比后者稍重要3表示两个元素相比，前者比后者明显重要4表示两个元素相比，前者比后者强烈重要5表示两个元素相比，前者比后者极端重要，那么元素j 倒数若元素i与元素j的重要性之比为aij和元素i的重要性之比为1/aij3.2.3实际调查首先我们针对大学校园火灾快速救灾最佳路径影响因素进行综合分析比较，选定“路长”、“路宽”、“路面行人”、“路面车辆”、“路面质量”等五个因素作为影响因素，并采用调查问卷的形式统计分析得到各因素在实际情况下的需求比重，调查结果如下表2：表2 综合评价权值4软件应用4.1本次实验的道路数据获取本次实验，我们使用的是超图公司的supermap 软件，在做实验之前也给了我们一些数据，只有湖南湖北的一些大概的信息，比如说一些比较明显的标志物的点数据，只要道路数据，次要道路数据，等等；而且我们这次使用的数据只是其中的一小部分，所以我们必须在supermap 里对源数据进行截取，获取我们想要的那一小部分数据，也就是武汉理工大学的道路信息，还有武汉理工到最近的消防站的道路数据下图，下图为超图公司提供给我们的原始数据：图2 原始武汉数据由于我们只需要使用道路部分数据，并且只是武汉理工大学内部道路数据，还有外部武汉理工大学到最近消防站的数据，所以我们把所给的数据进行截取，在supermap 里面操作就是首先新建一个数据集，接下来在原来给的湖北数据集里面，只打开道路的图层，用框选选出想要的数据，右击选择复制数据集，把目的数据源选择为我们新建的数据源，操作过程和操作结果如下：图3 数据集的复制图4 截取后的街道数据4.2对校园内外部矢量化并制图对校园进行最佳路径分析，要想得到较好的效果，并且能进行完整的分析，我们就必须获得完整的学校的道路，并且得到道路周围的建筑物的信息，这样能准确的知道火灾的发生地点，并进行最佳路径的分析，对校园内部的数据进行矢量化的时候，必须需要一张武汉理工大学一级周边的的信息的遥感图，我们小组所取的数据是在百度的遥感图中截取的，并且在supermap 中把遥感图进行配准，得到与我们所截取的道路数据的坐标相同，在软件中，将遥感图和道路的数据叠加在一起的效果如下图所示：图5 遥感图的道路叠加在一起把遥感图配准并且叠加后，加下来就是对它进行矢量化的工作了，在supermap软件里面，我们可以很方便的对校园内外行矢量化工作，软件的工具也很多，充分满足了我们作图和矢量化和作图的需要，我们在里面进行矢量化时，对于不同地物，都会建立新的数据文件，比如说道路线文件，房屋面文件，标注文本文件，等等；这样方便了我们以后制作地图时的统一风格的修改，和道路的网络分析，帮助我们创建出更好的地图，对校园内外部矢量化并且修改风格后的整体的效果如下图所示，这幅图中校园的道路和其他外部的道路是分开的，这样做的目的是我们可以把校园的道路拿出来，单独建立网络模型，然后进行最短路径分析，更好地满足我们所要的其他各种操作，不如说改变校园道路风格，等等。
图6 校园的矢量化地图4.3 给校园各道路命名并且赋权值对校园的道路进行最佳路径分析，就不能使用道路长度作为权值了，我们要综合许多因素算出一个权值然后赋给每条道路，为了区分每一条道路，我们还给每条道路认为加上名字，方便到时后告诉使用者，最佳路径应选择那几条道路，这样更加直观，清楚；由于在建立道路图层，创建每条道路会自己默认的创建几个字段，我们必须新建两个字段，一个用来存储道路的名称，另一个用来存储道路所占的权值。
4.4 对校园内外道路进行拓扑构网我们之所以把校外和校内的道路分开，是由于我们无法获取校外的详细道路信息，只能获取校外道路的长度信息，只能以长度为权值，做一个最短路径分析，但是校内却可以获得很多因素的信息，比如说道路的宽度，道路的上的行人数量，道路上的车辆数，路面状况等等，这样我们可以用来做校园内的最短路径分析，校外校内的拓扑构网，如下图所示：图7 校外构网图 8 校内构网4.5 对拓扑网进行最短和最佳路径分析在supermap中对已经建好的拓扑网进行最佳路径和最短路径分析，我们在软件中先在新地图中导入已经建好的拓扑网，每次只能分析一个拓扑网，我们先对校园的拓扑网进行分析，再对校内的拓扑网进行分析，校外我们就选消防站到学校的最短路径，校内我们起点选取校门口，假设起火点为校园的宿舍楼，即终点为宿舍楼，进行校内的最佳路径的分析。
5 .结果分析及评价5.1校外最短路径结果及分析我们在supermap里对校外进行了网络分析的中的最佳路径分析，权值为道路的长度，这时候求出的即是两点之间最短路径，在软件中用自带的功能分析之后结果如下图所示：图9 校外路径分析结果这次分析的结果还算满意，因为基本是用原来的原有数据进行分析，进一步分析得到的结果。
并且从图上看来确实像是最短路径。
5.2 校内最佳路径分析结果图10 校内路径分析结果从校门口到宿舍楼的最短路径，分析出来是先走梅林路，过将军桥，再走广场西路，最后从体育场右侧绕回宿舍，我觉得这样选非常符合实际，因为首先梅林哪条路人很少，比新一前面的人少，所以选择走梅林，之所以不走食堂北路，是因为那里去吃饭的人多，加上食堂门口的车子常年停靠，占了较多的路宽，所以走博学广场右边的路合理，再者，为何不选择走体育场北路到宿舍楼呢，原因也是因为体育场北路那里的马路上停靠的车子更多，不容易过去，过去花的时间远远大于绕行所花的时间，加上绕行的道路人很少，车子很少，很适合消防车过去，故选择绕行较好，这样一条完整的最佳路径分析出来了，分析出来的结果还算合情合理，是我们小组想要的结果。