空间可视分析

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1、空间可视分析定义点对点可视，点对区域可视与可视性分析相关的应用问题实例空间可视分析的定义空间可视分析就是用眼去看世界、看到什么样的世界，表现在对可视世界的广度和粒度。也就是说在宏观上，可视表现在范围上，即可视域，通视域上;在微观上，表现在可视的详细度和精度上，这和地图学中的视觉变量和制图综合是分不开的。一定程度上，长距离的可视分析反映了空间的广度;短距离的可视分析反映了空间的粒度。人眼的原理与视觉变量的可变性:人眼注意力集中的地方，粒度小，其它范围大。粒度随距离变化表现出一定的等级性，非线性。可视性分析亦称为视线图分析,由于它描述通视情况,也称为

2、通视分析。可视性分析实质上属于对地形进行最优化处理的范畴,比如设置雷达站、电视台的发射站、道路选择、航海导航等,在军事上如布设阵地(如炮兵阵地、电子对抗阵地)、设置观察哨所、铺设通信线路等。有时还可能对不可见区域进行分析,如低空侦察飞机在飞行时,要尽可能避免敌方雷达的捕捉,飞机显然选择雷达盲区飞行。因此,可视性分析对军事活动、微波通讯网和旅游娱乐点的规划开发都有重要应用价值。可视性分析的基本因子有两个:一个是两点之间的可视性;另一个是可视域,即对于给定的观察点所覆盖的区域比较常见的一种算法基本思路如下：确定过观察点和目标点所在的线段与XY平面垂

3、直的平面S；　　求出地形模型中与平面S相交的所有边；　　判断相交的边是否位于观察点和目标点所在的线段之上，如果有一条边在其上，则察点和目标点不可视。　另一种算法是“射线追踪法”。这种算法的基本思想是对于给定的观察点V和某个观察方向，从观察点V开始沿着观察方向计算地形模型中与射线相交的第一个面元，如果这个面元存在．则不再计算。显然这种力法既可用于判断两点相互间是否可视，又可以用于限定区域的水平可视计算。两点之间的可视性基于格网DEM的通视问题,为简化问题,可以将格网点作为计算单位。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

4、题。两点之间的可视性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

5、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。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,…

6、,K-1,与Z轴的夹角βk;3、求得α=min[βk],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。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。考虑

7、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;tw地面高程。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

8、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