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继续跟进。

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。

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，经过分析发现：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。

线打断用的工具是—“线相交”，输入、相交图层选当前道路图层：

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。

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。

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

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）。

以上这些安装完成后，可以进行数据导入了，

　　1、创新新的数据库，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：

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。

用例：

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）

根据上面的具体使用：

-- 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：