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

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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

    )

);