文档介绍：空间可视分析
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定义
点对点可视，点对区域可视
与可视性分析相关的应用问题
实例
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。这样点对点的通视问题简化为离散空间直线与某一地形剖面线的相交问题。
两点之间的可视性
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两点之间的可视性
已知视点 V 的坐标为( x0 , y0 , z0 ) ,以及 P 点的坐标 ( x1 , y1 , z1 )。DEM 为二维数组Zm × n ,则 V 为( m0 , n0 , z [ m0 , n0 ] ) , P 为( m1 , n1 , z[ m1 ,n1 ] )。计算过程如下:
1、使用 Bresenham 直线算法,生成 V 到 P 的投影直线点集{ x , y} , K = ‖{ x , y}‖,并得到直线点集{ x , y}对应的高程数据{ z [ k ] , ( k = 1, 2,…, K - 1 )} , 这样形成 V 到 P 的DEM 剖面曲线。
2、以 V 到 P 的投影直线为 X 轴, V 的投影点为原点,求出视线在 X-Z 坐标系的直线方程:
(0 < k < K)
K 为 V 到 P 投影直线上离散点数量。
3、比较数组H[k]与数组z[k]中对应元素的值如果 " k, k∈[ 1, K - 1] ,且存在 z[ k ] > H[ k ] ,则 V 与 P 不可见;否则可见。
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点对线的可视性
点对线的通视,实际上就是求点的视域。应该注意的是,对于视域之外的任何一个地形表面上的点都是不可见的,但在视域线内的点可能可见,也可能不可见。基于格网 DEM 点对线的通视算法如下:
1、设 P 点为一沿着 DEM 数据边缘顺时针移动的点,与计算点对点的通视相仿,求出视点到 P 点投影直线上点集{ x , y} ,并求出相应的地形剖面{ x , y, z ( x , y ) } ;
2、计算视点至每个 Pk∈{ x , y , z ( x , y )} , k = 1 ,2 ,…, K - 1,与 Z 轴的夹角β k ;
3、求得 α= min[β k ] ,α对应的点就为视点视域线的一个点;
4 、移动 P 点,重复以上过程,直至 P 点回到初始位置,算法结束。
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点对区域通视
点对区域的通视算法是点对点算法的扩展。与点到线通视问题相同, P 点沿数据边缘顺时针移动。逐点检查视点至 P 点的直线上的点是否通视。一个改进的算法思路是,视点到 P 点的视线遮挡点,最有可能是地形剖面线上高程最大的点,因此,可以将剖面线上的点按高程值进行排序,按降序依次检查排序后每个点是否通视,只要有一个点不满足通视条件,其余点不再检查。点对区域的通视实质仍是点对点的通视,只是增加了排序过程。
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考虑地物高度的可视性计算模型
在实际应用中,有些分析需要将地物的高度加入 DEM 中, 这时,可视性的计算就不仅
仅是上述所采用的仅关心地形的计算,而应该采用新的计算方法。如图所示,计算图
中所示建筑物 A 的顶层能看到的地面范围。设不可视的部分长度为 S,则有:
式中: S为不可视部分的长度;V为可视部分的长度; H 为建筑物高度; T 为建筑物所在位置的地面高程; h和t为中间障碍物的高度和地面高程; t w 地面高程。
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与可视性分析相关的应用问题
1、观察点问题
比较典型的观察点问题是在地形环境中选择数量最少的观察点,使得地形环境中的每一个点,至少有一个观察点与之可视,如配置哨位问题、 设置炮兵观察哨、 配置雷达站等问题。作为这类问题的延伸的一种常见问题,就是对于给定的观察点数据(甚至给定观察点高程) ,确定地形环境中可视的最大范围。实际上可能出现两种情况:第一,观察者从某一地点可以看到的范围;第二,观察者不仅想知道从某点看到的范围,而且也要确定从另一个观察者的视点能看到多少,或者相互看到多少。
另一类问题就是与单个观察点相关的问题,如确定能够通视整个地形环境的高程值最小的观察点问题,或者给定高程,查找能够通视整个地形环境的观察点。这方面的例子如森林火塔的定位、 电视塔的定位、 旅游