北京交通大学 交通运输学院地理信息系统实验报告统.docx

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北京交通大学交通运输学院地理信息系统实验报告统

北京交通大学

《地理信息系统》实验报告

指导教师：

梁艳萍

姓名：

刘加发

学号：

12251243

班级:

交通工程1202

《地理信息系统》实验报告

1.问题设定

校园是学习的地方，宿舍是同学们休息的场所，而图书馆则是学习的重要场所，为了分析北京交通大学内同学们去图书馆的方便性做了此次试验；校园道路是连接宿舍和图书馆的纽带，所以此次试验需要分析下面三个问题，前面两个问题是基础，第三个问题是分析的重点。

（1）分析北京交通大学内道路状况；

（2）分析北京交通大学内宿舍分布状况；

（3）分析北京交通大学图书馆对同学的服务状况（重点）。

2.所需数据

（1）校园内所有道路交叉口的信息，需要知道每个交叉口东、西、南、北四个方向各是哪条道路；

（2）校园内所有道路信息，包括名称、宽度、长度、是否能通行机动车等信息；

（3）学生宿舍的相关信息，主要有占地面积、总面积、层数、总人数、居住的是男生还是女生等基本信息。

（4）图书馆的相关信息，包括馆舍面积、藏书量、层数、自习室数量、自习座位数量、工作人员数量、开放时间等基本信息。

3.分析思路和方法

3.1基本分析思路

首先利用MapInfo软件对所要研究对象进行矢量化，给每一类对象建立图层，然后通过查阅相关资料和实地调查获取所需属性数据并输入，然后利用缓冲区分析、SQL查询、统计计算、制作专题图等方法分析问题。

一共建立了如图1所示的十个图层。

图1.建立的图层

3.2具体实验步骤

3.2.1原始图片坐标配准

启动MapInfo打开北京交通大学卫星影像图，进入坐标配准，选择WSG84经纬度坐标系，在图片四个角上添加控制点，并分别输入经纬度，完成坐标配准。

3.2.2圈出所研究区域

原始图片还包括了北京交通大学以外的很多区域，为了研究方便首先将北京交通大学以外的无关区域覆盖，图层命名为无关区域1，对象编号为501-504，如下面图2所示。

图2.无关区域图层

3.2.3绘出所有道路交叉口

建立交叉口1图层，属性是名称、编号、东、西、南、北，分别表示各个交叉口的名称、编号和交叉口东、西、南、北四个方向连接的道路；依据底图在各条道路的交叉处打点，绘制了编号由001-056的共56个交叉口，其中名称是编号中除去首位数字0的部分，如下面图3所示。

图3.交叉口分布图

3.2.4绘制路网

建立校园道路图层，以编号、名称、走向、宽度、长度、是否通行机动车为属性，依据底图，以交叉口为起始端点，共绘制了87条线段，形成了校园路网（由于操作失误绘制过程中产生了一条各种属性均为空的线段，系统统计路段数为88条）；路段编号为101-187；命名时路段有名称的按照其名称，没有名称但在校园内部的按照支路1到支路17分别命名，在家属区的按照家属区1到家属区12分别命名；通过测量工具得到路段长度，路段宽度统一标定成5m，填写各个路段的所有属性信息。

各个路段的编号、名称及长度信息如表1所示，校园路网如下面图4所示。

表1.路段编号及命名

图4.校园路网及其属性示意

3.2.5绘制宿舍平面图

新建图层在底图上描绘出各栋宿舍楼的平面图，属性有编号、名称、占地面积、总面积、层数、人数、性别特征、直线距离、最短距离、非直线系数、交通方式；编号是201到222共22栋宿舍楼，名称与实际名称一致，占地面积是对象平面的面积，总面积是占地面积与层数的乘积，人数是调查得到的实际入住人数，性别特征一栏说的是该楼中住的是男生、女生还是男女都有，直线距离是宿舍质心点到图书馆的直线距离，最短距离是通过计算得到的由宿舍出发到达图书馆的最短距离，交通方式是按照实际的生活经验推荐的由宿舍到图书馆最合适的交通方式；其中后面的四个属性要到第四步结果分析时才能填写。

宿舍平面图如下面图5所示。

图5.宿舍平面图

3.2.6添加宿舍质心点

本来宿舍和图书馆平面应该用点来代替，这样才便于分析距离关系，但是由于研究的范围仅限于交大，范围较小直接用点描述过于粗糙，所以采用先画平面图再添加质心点的方式，质心点是从宿舍出发计算距离的起点。

由于在宿舍平面图层已经填写了宿舍的相关属性，所以在质心点一层就不再重复，只添加了名称一个属性以方便标注。

宿舍名称及质心点如下面图6所示。

图6.宿舍名称及质心点

3.2.7连接宿舍质心点和邻近交叉口

新建一图层，将宿舍质心点与相邻最近的一个交叉口相连，实现宿舍和路网的连接，每个宿舍添加一条连接线作为从宿舍出发到其他地方的必经之路。

这一层有四个属性，分别是编号、长度、端点1和端点2；其中编号是401到422，后两位和与其相连的宿舍编号后两位一致，长度是测量工具测得的路段长度，端点1是与其相连的宿舍，端点2是与其相连的交叉口。

各连接线与路网的连接如下面图7所示。

图7.宿舍和交叉口连接线图层

3.2.8矢量化图书馆

用和宿舍矢量化同样的方法，图书馆的矢量化也用了三个图层，首先是绘制图书馆平面图，然后添加质心点，最后让图书馆和路网相连。

三个图层叠加如下面图8所示，图书馆的属性信息如图9所示。

图8.图书馆

图8.图书馆属性信息

4.数据分析及结果

通过统计、制作专题图、缓冲区分析等方式，分析了校园内道路状况、学生宿舍分布状况，然后用Dijkstra最短路径算法计算出每一栋宿舍到图书馆的最短距离，综合各种因素对同学们从宿舍出发去图书馆的方便性做了一个评定。

4.1道路状况

通过统计校园内道路总长度是7691米，以平均道路宽度5米计算，道路面积是38455平方米，软件计算得到校园总面积是670700平方米；计算得到校园内道路网密度是7.691/0.6707=11.467千米/平方公里，道路面积率是38455/670700=0.0573，即5.73%；用这些数据与国内其他一些城市的数据做一个对比，可以看出交大内道路网密度较高，但是道路面积率偏低，这说明校园内道路可达性较好，但是道路宽度较窄，上下课高峰期间可能会存在一些拥挤。

图9.道路长度统计值

然后对路网中能通行机动车的道路进行标注，如下面图10所示，绿颜色为能通行机动车的路段，灰颜色为不能通行机动车的路段；从中看出教学区只有部分道路允许机动车通行，家属区所有道路均允许机动车通行，符合教学用地的实际需要。

图10.允许机动车通行的路段

4.2宿舍分布状况

宿舍平面矢量化之后可以看出宿舍楼的分布状况，然后对占地面积、总面积、人数等属性数据做一些统计，可以获得学生住宿情况、宿舍容纳量情况等的空间分布。

4.2.1宿舍总体分布

总体来看，交大内学生宿舍主要分布在校园的西南角和东北角，只有少量的宿舍在校园中央，宿舍分布较为集中。

如下面图11所示。

图11.宿舍分布图

4.2.2学生住宿情况分布

如下面图12所示，颜色由深变浅入住人数逐渐减少，可以看出有三栋宿舍人数非常多超过了1710人，人数在850到1710人的宿舍较多，其余宿舍人数在850人以下，留学生公寓人数都比较少。

图12.学生住宿情况分布

4.2.3宿舍容纳量分布情况

由于宿舍容纳学生的数量与宿舍总面积成正比，所以以总面积为基本依据对宿舍的容纳量情况作分析。

如下面图13所示，总面积超过12400平方米的宿舍楼分布在嘉园和学苑公寓，说明这些宿舍楼能容纳的学生数量较多；留学生公寓总面积较小，这与留学生人数本来就少趋于一致。

图13.宿舍容纳量分布情况

4.3图书馆服务情况分析

先用缓冲区分析对图书馆和宿舍楼的相对位置做一个基本分析，然后用Dijkstra最短路径算法找出每栋宿舍到图书馆的最短路径，填写完毕宿舍平面图层中的剩余属性数据（直线距离、最短距离、非直线系数、交通方式），再做一些统计分析。

4.3.1缓冲区分析

以图书馆质心点为圆心分别作半径为300米和500米的圆形缓冲区，分别如下面图14、15所示。

以300米为半径时，只有少数宿舍在缓冲区内，说明距离图书馆直线距离在300米内的宿舍较少，分别是16、18和三栋留学生公寓，但是从4.2中的分析可以看出，这些宿舍居住的学生不是很多，所以可以说从宿舍出发直线行走300米能达到图书馆的学生数量较少。

500米缓冲区内包含了大多数宿舍，只有学苑公寓内少数几栋宿舍楼不在范围内，大多数同学寝室距离图书馆直线距离在500米之内。

从直线距离来看，图书馆距离宿舍都不是很远，同学从宿舍到图书馆很方便。

图14.图书馆300米缓冲区

图15.图书馆500米缓冲区

4.3.2计算宿舍到图书馆的最短路径

以嘉园B座为例，用Dijkstra算法求出宿舍质心点到图书馆质心点的最短距离。

首先将路网简化，找出从宿舍质心点到图书馆质心点可能的所有最短路径，比如说实际上图书馆在嘉园B座的东北方向，那么往西走和往南走的路径是最短路的可能性就小，只需要列出最近的一条其他路一定比这一条要长；以两点之间的实际距离为弧的权标在弧的中间，箭头所指方向为前进方向，点旁边的数字是交叉口的名称，简化的路网如下面图16所示。

图16.简化的路网

以起点为VS终点为Vt用Dijkstra算法中的标号法计算，计算结果如下面图17所示。

每个点最后会获得一个方括号，里面的第一个数表示的是它到第一个点VS的最短距离，后面一个数字表示的是这条最短路径上这个点前面的一个点。

比如终点Vt获得的是[444，30]，表示终点到起点的最短距离是444米，且这条路上倒数第二个点是名称为30的点，然后再来看名称为30的点，它前面一个点是名称为29的点，这样一直找直到找到起点为止，就得到了最短路径。

嘉园B座到图书馆的最短路径是：

嘉园B座—交叉口15—交叉口11—交叉口18—交叉口12—交叉口24—交叉口29—交叉口30—图书馆，表示在地图上如下面图18中绿色实线所示。

图17.标号法计算结果

图18.嘉园B座到图书馆的最短路径

依据同样的方法，逐一算出每一栋宿舍到图书馆的最短路径及距离，根据生活经验推荐出此距离之下最合适的交通方式，填写完整宿舍平面图层中剩余的属性数据。

最后完整的属性数据应如下面图19所示。

图19.嘉园B座完整属性数据

4.3.3综合分析

通过统计算出所有宿舍到图书馆直线距离、最短距离和非直线系数的平均值，综合分析从宿舍出发到图书馆的方便性。

从下面图20中的统计值可以算出平均值，直线距离的平均值为8507/22=386.7米，最短距离平均值为12412/22=564.2米，非直线系数平均值为33.224/22=1.51；宿舍到图书馆的平均最短距离较短，但是平均非直线系数偏高。

图20.统计值

5.实验结论及不足之处

试验结论：

校园内道路网密度较高，但是道路面积率偏低，道路宽度较窄，上下课高峰时段可能会存在拥挤；机动车在校园内部受到的限制比家属区多，符合教学区的要求。

学生宿舍主要分布在校园的西南角和东北角，宿舍较为集中；居住人数比较多的宿舍主要是19公寓、嘉园B座以及学苑4公寓，但是总校舍面积较大的宿舍楼主要分布在嘉园和学苑公寓。

同学从宿舍到图书馆的方便性较好，大多数宿舍楼都在图书馆以500米为半径的缓冲区内；宿舍楼到图书馆的平均最短距离为564.2米，距离比较近，但是平均非直线系数偏高为1.51，说明宿舍楼到图书馆的道路总体来说距离不长但比较曲折。

总体来说校园内同学从宿舍出发到图书馆比较方便。

本次实验主要存在以下几点不足之处：

矢量化路网时为了计算方便将路网的宽度统一成5米，与实际存在一定出入；由于调查不够充分，没有实际得到20公寓和学苑公寓女生宿舍的人员信息，导致实验结果准确性下降；研究的范围较小仅局限于交大内部，可能会导致试验的相对误差增大。

致谢

首先感谢老师的耐心指导；本实验中主校区女生宿舍的相关信息由本班的高琨和吴丹婷两位同学提供，男生宿舍的相关信息由宿管阿姨提供，在此感谢她们对本次实验的帮助和支持。