空間可視分析精品課件

1、空間可視分析第1頁，共16頁，2022年，5月20日，12點(diǎn)25分，星期五定義點(diǎn)對點(diǎn)可視，點(diǎn)對區(qū)域可視與可視性分析相關(guān)的應(yīng)用問題實(shí)例第2頁，共16頁，2022年，5月20日，12點(diǎn)25分，星期五空間可視分析的定義空間可視分析就是用眼去看世界、看到什么樣的世界，表現(xiàn)在對可視世界的廣度和粒度。也就是說在宏觀上，可視表現(xiàn)在范圍上，即可視域，通視域上;在微觀上，表現(xiàn)在可視的詳細(xì)度和精度上，這和地圖學(xué)中的視覺變量和制圖綜合是分不開的。一定程度上，長距離的可視分析反映了空間的廣度;短距離的可視分析反映了空間的粒度。人眼的原理與視覺變量的可變性:人眼注意力集中的地方，粒度小，其它范圍大。粒度隨距離變化表現(xiàn)出

2、一定的等級(jí)性，非線性?？梢曅苑治鲆喾Q為視線圖分析,由于它描述通視情況,也稱為通視分析。可視性分析實(shí)質(zhì)上屬于對地形進(jìn)行最優(yōu)化處理的范疇,比如設(shè)置雷達(dá)站、 電視臺(tái)的發(fā)射站、 道路選擇、 航海導(dǎo)航等,在軍事上如布設(shè)陣地(如炮兵陣地、 電子對抗陣地)、 設(shè)置觀察哨所、 鋪設(shè)通信線路等。有時(shí)還可能對不可見區(qū)域進(jìn)行分析,如低空偵察飛機(jī)在飛行時(shí),要盡可能避免敵方雷達(dá)的捕捉,飛機(jī)顯然選擇雷達(dá)盲區(qū)飛行。因此,可視性分析對軍事活動(dòng)、 微波通訊網(wǎng)和旅游娛樂點(diǎn)的規(guī)劃開發(fā)都有重要應(yīng)用價(jià)值?？梢曅苑治龅幕疽蜃佑袃蓚€(gè):一個(gè)是兩點(diǎn)之間的可視性;另一個(gè)是可視域,即對于給定的觀察點(diǎn)所覆蓋的區(qū)域第3頁，共16頁，2022年，5月

3、20日，12點(diǎn)25分，星期五比較常見的一種算法基本思路如下： 確定過觀察點(diǎn)和目標(biāo)點(diǎn)所在的線段與XY平面垂直的平面S；求出地形模型中與平面S相交的所有邊；判斷相交的邊是否位于觀察點(diǎn)和目標(biāo)點(diǎn)所在的線段之上，如果有一條邊在其上，則察點(diǎn)和目標(biāo)點(diǎn)不可視。 另一種算法是“射線追蹤法”。這種算法的基本思想是對于給定的觀察點(diǎn)V和某個(gè)觀察方向，從觀察點(diǎn)V開始沿著觀察方向計(jì)算地形模型中與射線相交的第一個(gè)面 元，如果這個(gè)面元存在則不再計(jì)算。顯然這種力法既可用于判斷兩點(diǎn)相互間是否可視，又可以用于限定區(qū)域的水平可視計(jì)算。兩點(diǎn)之間的可視性第4頁，共16頁，2022年，5月20日，12點(diǎn)25分，星期五基于格網(wǎng) DEM 的通

4、視問題,為簡化問題,可以將格網(wǎng)點(diǎn)作為計(jì)算單位。這樣點(diǎn)對點(diǎn)的通視問題簡化為離散空間直線與某一地形剖面線的相交問題。兩點(diǎn)之間的可視性第5頁，共16頁，2022年，5月20日，12點(diǎn)25分，星期五兩點(diǎn)之間的可視性已知視點(diǎn) V 的坐標(biāo)為( x0 , y0 , z0 ) ,以及 P 點(diǎn)的坐標(biāo) ( x1 , y1 , z1 )。DEM 為二維數(shù)組Zm n ,則 V 為( m0 , n0 , z m0 , n0 ) , P 為( m1 , n1 , z m1 ,n1 )。計(jì)算過程如下: 1、使用 Bresenham 直線算法,生成 V 到 P 的投影直線點(diǎn)集 x , y , K = x , y,并得到直線點(diǎn)

5、集 x , y對應(yīng)的高程數(shù)據(jù) z k , ( k = 1, 2, K - 1 ) , 這樣形成 V 到 P 的DEM 剖面曲線。 2、以 V 到 P 的投影直線為 X 軸, V 的投影點(diǎn)為原點(diǎn),求出視線在 X-Z 坐標(biāo)系的直線方程:(0 k H k ,則 V 與 P 不可見;否則可見。第6頁，共16頁，2022年，5月20日，12點(diǎn)25分，星期五點(diǎn)對線的可視性點(diǎn)對線的通視,實(shí)際上就是求點(diǎn)的視域。應(yīng)該注意的是,對于視域之外的任何一個(gè)地形表面上的點(diǎn)都是不可見的,但在視域線內(nèi)的點(diǎn)可能可見,也可能不可見?；诟窬W(wǎng) DEM 點(diǎn)對線的通視算法如下: 1、設(shè) P 點(diǎn)為一沿著 DEM 數(shù)據(jù)邊緣順時(shí)針移動(dòng)的點(diǎn),

6、與計(jì)算點(diǎn)對點(diǎn)的通視相仿,求出視點(diǎn)到 P 點(diǎn)投影直線上點(diǎn)集 x , y ,并求出相應(yīng)的地形剖面 x , y, z ( x , y ) ; 2、計(jì)算視點(diǎn)至每個(gè) Pk x , y , z ( x , y ) , k = 1 ,2 , K - 1,與 Z 軸的夾角 k ; 3、求得 = min k ,對應(yīng)的點(diǎn)就為視點(diǎn)視域線的一個(gè)點(diǎn); 4 、移動(dòng) P 點(diǎn),重復(fù)以上過程,直至 P 點(diǎn)回到初始位置,算法結(jié)束。第7頁，共16頁，2022年，5月20日，12點(diǎn)25分，星期五點(diǎn)對區(qū)域通視 點(diǎn)對區(qū)域的通視算法是點(diǎn)對點(diǎn)算法的擴(kuò)展。與點(diǎn)到線通視問題相同, P 點(diǎn)沿?cái)?shù)據(jù)邊緣順時(shí)針移動(dòng)。逐點(diǎn)檢查視點(diǎn)至 P 點(diǎn)的直線上的點(diǎn)是

7、否通視。一個(gè)改進(jìn)的算法思路是,視點(diǎn)到 P 點(diǎn)的視線遮擋點(diǎn),最有可能是地形剖面線上高程最大的點(diǎn),因此,可以將剖面線上的點(diǎn)按高程值進(jìn)行排序,按降序依次檢查排序后每個(gè)點(diǎn)是否通視,只要有一個(gè)點(diǎn)不滿足通視條件,其余點(diǎn)不再檢查。點(diǎn)對區(qū)域的通視實(shí)質(zhì)仍是點(diǎn)對點(diǎn)的通視,只是增加了排序過程。第8頁，共16頁，2022年，5月20日，12點(diǎn)25分，星期五考慮地物高度的可視性計(jì)算模型 在實(shí)際應(yīng)用中,有些分析需要將地物的高度加入 DEM 中, 這時(shí),可視性的計(jì)算就不僅僅是上述所采用的僅關(guān)心地形的計(jì)算,而應(yīng)該采用新的計(jì)算方法。如圖所示,計(jì)算圖中所示建筑物 A 的頂層能看到的地面范圍。設(shè)不可視的部分長度為 S,則有:式中:

8、 S為不可視部分的長度;V為可視部分的長度; H 為建筑物高度; T 為建筑物所在位置的地面高程; h和t為中間障礙物的高度和地面高程; t w 地面高程。第9頁，共16頁，2022年，5月20日，12點(diǎn)25分，星期五與可視性分析相關(guān)的應(yīng)用問題 1、觀察點(diǎn)問題 比較典型的觀察點(diǎn)問題是在地形環(huán)境中選擇數(shù)量最少的觀察點(diǎn),使得地形環(huán)境中的每一個(gè)點(diǎn),至少有一個(gè)觀察點(diǎn)與之可視,如配置哨位問題、 設(shè)置炮兵觀察哨、 配置雷達(dá)站等問題。作為這類問題的延伸的一種常見問題,就是對于給定的觀察點(diǎn)數(shù)據(jù)(甚至給定觀察點(diǎn)高程) ,確定地形環(huán)境中可視的最大范圍。實(shí)際上可能出現(xiàn)兩種情況:第一,觀察者從某一地點(diǎn)可以看到的范圍;

9、第二,觀察者不僅想知道從某點(diǎn)看到的范圍,而且也要確定從另一個(gè)觀察者的視點(diǎn)能看到多少,或者相互看到多少。 另一類問題就是與單個(gè)觀察點(diǎn)相關(guān)的問題,如確定能夠通視整個(gè)地形環(huán)境的高程值最小的觀察點(diǎn)問題,或者給定高程,查找能夠通視整個(gè)地形環(huán)境的觀察點(diǎn)。這方面的例子如森林火塔的定位、 電視塔的定位、 旅游塔的定位等。第10頁，共16頁，2022年，5月20日，12點(diǎn)25分，星期五與可視性分析相關(guān)的應(yīng)用問題 2、視線通視問題 視線通信問題就是對于給定的兩個(gè)或多個(gè)點(diǎn),找到一個(gè)可視網(wǎng)絡(luò),使得可視網(wǎng)絡(luò)中任意兩個(gè)相鄰的點(diǎn)之間可視。這類問題一般應(yīng)用在如微波站、 廣播電臺(tái)、 數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸站點(diǎn)等網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)方面。另一種形式

10、是對于給定的兩個(gè)點(diǎn),確定能夠使得兩個(gè)點(diǎn)之間任意相鄰點(diǎn)可視的最小數(shù)目,如通信線路的鋪設(shè)問題等,這種形式一般稱之為 “通視圖” 問題。3、表面路徑問題 路徑問題是指地形環(huán)境中與通視相關(guān)的路徑設(shè)置問題。如對于給定兩點(diǎn)和預(yù)設(shè)的觀察點(diǎn),求出給定兩點(diǎn)之間的路徑中,從預(yù)設(shè)觀察點(diǎn)觀察,沒有一個(gè)點(diǎn)可通視的最短路徑。相反的一種情況即為找到每一個(gè)點(diǎn)都通視的最短路徑。前者的應(yīng)用例子如隱蔽者設(shè)計(jì)的隱蔽路線;后者的應(yīng)用例子,如旅游風(fēng)景點(diǎn)中旅游路線的設(shè)置。第11頁，共16頁，2022年，5月20日，12點(diǎn)25分，星期五實(shí)例：森林防火可視域分析模型 步驟操作命令 找出所有森林地區(qū)分類合并森林分類圖屬性相同的相鄰多邊形的邊界 歸組生成有林地區(qū)等高線圖層 拓?fù)浏B加分析生成數(shù)字高程模型（格網(wǎng) DEM ） 空間插值進(jìn)行表面分析生成陰影圖 表面分析生成 DEM 通視圖 可視域分析第12頁，共16頁，2022年，5月20日，12點(diǎn)25分，星期五實(shí)例：可視分析所需的