路径分析—QGIS+PostgreSQL+PostGIS+pgRouting(一)

前言

因业务需求,需要做最短路径分析。最近几天查询资料,并自己动手,实现了简单的路径分析。

下面就介绍具体的实现过程。

本篇文章最终结果是在 PostgreSQL 数据库中实现的,后续的可视化展示会跟进。

一、道路数据处理

如果你已经有了道路数据,那就直接使用。

由于当前并没有较好的道路数据,这里我自己用 QGIS 造了些数据以供使用。

为了效果较好,在创建道路数据时是叠加了影像图的。并且要开启“捕捉工具”,这样在后续的拓扑分析中更好。

路径分析—QGIS+PostgreSQL+PostGIS+pgRouting(一)插图

在完成道路数据的创建后,我直接进行了后续的工作,但是最终发现有问题,分析时发现:道路的数据在每个相交的点处要进行打断,否则无法进行路径分析。

于是在这里对道路数据做了处理。使用“线相交”工具,输入、相交图层选当前道路图层:

路径分析—QGIS+PostgreSQL+PostGIS+pgRouting(一)插图1

如下图:

这三段本是一条道路,但是为了拓扑分析,需要进行在和别的道路相交点进行打断。

路径分析—QGIS+PostgreSQL+PostGIS+pgRouting(一)插图2

 

此处部分要注意:

  1、编辑时开启“捕捉工具”

  2、完成道路后进行线的打断

 

二、数据入库

数据库这一块,因为 PostgreSQL  有强大的空间数据处理扩展插件(PostGIS),并且也有路径分析的插件(pgRouting),所以选用该数据库。

1)、PostgreSQL 数据安装

  1、windows 下,直接在官网下载安装包即可,安装完成数据库后,会有 stackbuilder 安装向导,可以安装对应的一些插件等,比较方便;

  2、Ubuntu下(我用的服务器),在 18.04 及以上,可以使用 PostgreSQL Apt Repository ,这样可以安装需要的版本;

    2.1、PostgreSQL Apt Repository 使用

  3、安装及配置参考

2)、PostGIS

  这部分有两块,一个是 PostgreSQL 的扩展,一个是 PostGIS的GUI(需要单独安装,主要用于导入空间数据)。

3)、数据导入

  1、创建数据库,创建完成后需要进行对数据库添加空间扩展

-- 提供如下空间信息服务功能:空间对象、空间索引、空间操作函数和空间操作符
CREATE EXTENSION postgis;
-- 用于网络分析的扩展模块
CREATE EXTENSION pgrouting;
-- gis 拓扑
CREATE EXTENSION postgis_topology;
-- 提供了几个函数来确定字符串之间的相似性和距离
CREATE EXTENSION fuzzystrmatch;
CREATE EXTENSION postgis_tiger_geocoder;
CREATE EXTENSION address_standardizer;

  2、使用工具导入空间数据,最新版本在Windows下名字比较长,如下图:

路径分析—QGIS+PostgreSQL+PostGIS+pgRouting(一)插图3

 

 

 路径分析—QGIS+PostgreSQL+PostGIS+pgRouting(一)插图4

 

到这里就完成了空间数据的导入,在这个过程中会遇到一些问题,可以参考:PostgreSQL 与 PostGIS 安装使用注意坑

三、构建拓扑

这一块主要是在数据库中使用 SQL 完成,创建对应的 source、target、length、reverse_cost 字段并赋值。

创建拓扑函数的使用

-- 添加起点id
ALTER TABLE public.roads ADD COLUMN source integer;

-- 添加终点id
ALTER TABLE public.roads ADD COLUMN target integer;

-- 添加道路权重值
ALTER TABLE public.roads ADD COLUMN length double precision;

-- 创建拓扑结构                  
-- 为roads表创建拓扑布局,即为source和target字段赋值
SELECT pgr_createTopology('roads',0.00001, 'geom','id');

-- 创建索引
-- 为source和target字段创建索引
CREATE INDEX source_idx ON roads ("source");
CREATE INDEX target_idx ON roads ("target");

-- 为length赋值,这里在计算的时候用 ST_Transform 进行了转换
UPDATE roads SET length =st_length(ST_Transform(geom,3857));

-- 为 roads 表添加 reverse_cost 字段并用length的值赋值
ALTER TABLE roads ADD COLUMN reverse_cost double precision;
UPDATE roads SET reverse_cost =length;

四、路径分析

pgRouting 提供的最佳路径算法比较多,具体可以参考:pgRouting 最短路径算法查询

这里用 Shortest Path Dijkstra(狄克斯特拉)算法进行计算。

最新的 pgr_dijkstra 算法,支持多种方式,一对一、一对多、多对一、多对多等。

1)、用例分析

pgr_dijkstra(Edges SQL, start vid, end vid , [directed])
pgr_dijkstra(Edges SQL, start vid, end vids , [directed])
pgr_dijkstra(Edges SQL, start vids, end vid , [directed])
pgr_dijkstra(Edges SQL, start vids, end vids , [directed])
pgr_dijkstra(Edges SQL, Combinations SQL , [directed])
RETURNS SET OF (seq, path_seq, [start_vid], [end_vid], node, edge, cost, agg_cost)
OR EMPTY SET

传入的参数:

  1、Edges SQL

    a、id,创建拓扑的标识,名称不同用 as

    b、source,边起点标识符,拓扑后添加的字段

    c、target,边终点标识符,拓扑后添加的字段

    d、cost,边权重(长度)

    e、reverse_cost,回程权重

  2、start vid:路径起始点标识

  3、end vid:路径终点标识

  4、directed:ture 时,图被认为是有向的

返回参数:

  1、seq:查询结果排序值

  2、path_seq:一个路径下的排序值,新的路径重新从1开始

  3、start_vid:多对一、多对,有这个字段,路径的起始点标识

  4、end_vid:一对多、多对多,有这个字段,路径的终点标识

  5、node:路径中个个边连接点的标识(上一个边的 end,下一个边的 start)

  6、edge:路径中边的标识

  7、cost:当前边的成本(长度)

  8、reverse_cost:总成本(总长度)

2)、具体使用

-- 最短路径分析
-- 直接使用,返回的是算法默认数据
SELECT * from  public.pgr_dijkstra(
    'SELECT
    id,
    source::integer,
    target::integer,
    length::double precision AS cost,
    reverse_cost
    FROM roads', 
    1, 
    20, 
    false
);

-- edge 是创建拓扑时的 id 标识字段,所以可以通过这个在 roads 中筛选,并通过数据库自带的可视化查看结果
SELECT * from roads where "id" in
(
    SELECT edge from  public.pgr_dijkstra(
        'SELECT
        id,
        source::integer,
        target::integer,
        length::double precision AS cost,
        reverse_cost
        FROM roads', 
        1, 
        20, 
        false
    )
);

第二个SQL效果如下:

路径分析—QGIS+PostgreSQL+PostGIS+pgRouting(一)插图5

 

文章来源于互联网:路径分析—QGIS+PostgreSQL+PostGIS+pgRouting(一)

THE END
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