空间可视分析精.ppt

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1、空间可视分析第1页，本讲稿共16页定义定义点对点可视，点对区域可视点对点可视，点对区域可视与可视性分析相关的应用问题与可视性分析相关的应用问题实例实例第2页，本讲稿共16页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

2、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。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可视性分析亦称为视线图分析,由于它描述通视情况由于它描述通视情况,也称为通视分析。可视性分析实质上属也称为通视分析。可视性分析实质上属于对地形进行最优化处理的范畴于对地形进

3、行最优化处理的范畴,比如设置雷达站、比如设置雷达站、电视台的发射站、电视台的发射站、道路选择、道路选择、航海导航等航海导航等,在军事上如布设阵地在军事上如布设阵地(如炮兵阵地、如炮兵阵地、电子对抗阵地电子对抗阵地)、设置观察哨所、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如低空侦察飞机在飞行时时,要尽可能避免敌方雷达的捕捉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。因此飞机显然选择雷达盲区飞行。因此,可视性分析对军可视性分析对军事活动、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。微波通

4、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可视性分析的基本因子有两个:一个是两点之间的可视性一个是两点之间的可视性;另一个是可视域另一个是可视域,即对于给定的即对于给定的观察点所覆盖的区域观察点所覆盖的区域第3页，本讲稿共16页比较常见的一种算法基本思路如下：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确定过观察点和目标点所在的线段与XY平面垂直的平面平面垂直的平面S；求出地形模型中与平面求出地形模型中与平面S相交的所有边；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，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

5、边在其上，则察点和目标点不可视。如果有一条边在其上，则察点和目标点不可视。另一种算法是另一种算法是“射线追踪法射线追踪法”。这种算法的基本思想是。这种算法的基本思想是对于给定的观察点对于给定的观察点V和某个观察方向，从观察点和某个观察方向，从观察点V开始沿着观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。互间是否可视，又可以用于限定区域的水平可视计算。两点之间的可视性第4页，本讲

6、稿共16页基于格网基于格网 DEM 的通视问题的通视问题,为简化问题为简化问题,可以将格网点作为计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题。地形剖面线的相交问题。两点之间的可视性第5页，本讲稿共16页两点之间的可视性已知视点已知视点 V 的坐标为的坐标为(x0,y0,z0),以及以及 P 点的坐标点的坐标(x1,y1,z1)。DEM 为二维数组为二维数组Zm n,则则 V 为为(m0,n0,z m0,n0 ),P 为为(m1,n1,z m1,n1 )。计算过程如下。计算过程如下:1、使用、使用

7、 Bresenham 直线算法直线算法,生成生成 V 到到 P 的投影直线点集的投影直线点集 x,y,K=x,y,并得到直线点集并得到直线点集 x,y对应的高程数据对应的高程数据 z k ,(k=1,2,K-1),这样形成这样形成 V 到到 P 的的DEM 剖面曲线。剖面曲线。2、以、以 V 到到 P 的投影直线为的投影直线为 X 轴轴,V 的投影点为原点的投影点为原点,求出视线在求出视线在 X-Z 坐标坐标系的直线方程系的直线方程:(0 k H k ,则则 V 与与 P 不可见不可见;否则可见。否则可见。第6页，本讲稿共16页点对线的可视性点对线的通视点对线的通视,实际上就是求点的视域。应该

8、注意的是实际上就是求点的视域。应该注意的是,对于视域之外的任对于视域之外的任何一个地形表面上的点都是不可见的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但在视域线内的点可能可见,也可能也可能不可见。基于格网不可见。基于格网 DEM 点对线的通视算法如下点对线的通视算法如下:1、设、设 P 点为一沿着点为一沿着 DEM 数据边缘顺时针移动的点数据边缘顺时针移动的点,与计算点对点的通视与计算点对点的通视相仿相仿,求出视点到求出视点到 P 点投影直线上点集点投影直线上点集 x,y,并求出相应的地形剖面并求出相应的地形剖面 x,y,z(x,y);2、计算视点至每个、计算视点至每个 Pk

9、x,y,z(x,y),k=1,2,K-1,与与 Z 轴的夹轴的夹角角 k;3、求得、求得=min k ,对应的点就为视点视域线的一个点对应的点就为视点视域线的一个点;4、移动、移动 P 点点,重复以上过程重复以上过程,直至直至 P 点回到初始位置点回到初始位置,算法结束。算法结束。第7页，本讲稿共16页点对区域通视 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 点沿数据边缘点沿数据边缘顺时针移动。逐点检查视点至顺时针移动。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点的直线上的点是否通视。一个改进的

10、算法思路是,视点到视点到 P 点的视线遮挡点点的视线遮挡点,最有可能是地形剖面线上高程最大的点最有可能是地形剖面线上高程最大的点,因此因此,可以将剖面线上的点可以将剖面线上的点按高程值进行排序按高程值进行排序,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。只是增加了排序过程。第8页，本讲稿共16页考虑地物高度的可视性计算模型 在实际应用中在实际应用中,有些分析需要将地物的高度加入有些分析需要将地物

11、的高度加入 DEM 中中,这时这时,可视性的计算就不仅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。如图所示而应该采用新的计算方法。如图所示,计算图计算图中所示建筑物中所示建筑物 A 的顶层能看到的地面范围。设不可视的部分长度为的顶层能看到的地面范围。设不可视的部分长度为 S,则有则有:式中式中:S为不可视部分的长度为不可视部分的长度;V为可视部分的长度为可视部分的长度;H 为建筑物高度为建筑物高度;T 为建筑物所在位置的地面高程为建筑物所在位置的地面高程;h和和t为中间障碍物的高度和地面高程为中间障碍物的高度和地面高程;t w 地

12、面高程。地面高程。第9页，本讲稿共16页与可视性分析相关的应用问题 1、观察点问题、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使得地形环境中的每一个点个点,至少有一个观察点与之可视至少有一个观察点与之可视,如配置哨位问题、如配置哨位问题、设置炮兵观察哨、设置炮兵观察哨、配置雷达站等问题。作为这类问题配置雷达站等问题。作为这类问题的延伸的一种常见问题的延伸的一种常见问题,就是对于给定的观察点数据就是对于给定的观察点数据(甚至给定观察点高程甚至给定观察点高程),确定地形环境中可视的最大范确定地形环境

13、中可视的最大范围。实际上可能出现两种情况围。实际上可能出现两种情况:第一第一,观察者从某一地点可以看到的范围观察者从某一地点可以看到的范围;第二第二,观察者不仅想知道从观察者不仅想知道从某点看到的范围某点看到的范围,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。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,或或者给定高程者给定高程,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

14、位、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、电视塔的定位、旅旅游塔的定位等。游塔的定位等。第10页，本讲稿共16页与可视性分析相关的应用问题 2、视线通视问题、视线通视问题 视线通信问题就是对于给定的两个或多个点视线通信问题就是对于给定的两个或多个点,找到一个可视网络找到一个可视网络,使得可视网络中任意两个相使得可视网络中任意两个相邻的点之间可视。这类问题一般应用在如微波站、邻的点之间可视。这类问题一般应用在如微波站、广播电台、广播电台、数字数据传输站点等网络数字数据传输站点等网络的设计方面。另一种形式是对于给定的两个点的设计方面。另一种形式是对于给定的两

15、个点,确定能够使得两个点之间任意相邻点可视的最小确定能够使得两个点之间任意相邻点可视的最小数目数目,如通信线路的铺设问题等如通信线路的铺设问题等,这种形式一般称之为这种形式一般称之为“通视图通视图”问题。问题。3、表面路径问题、表面路径问题 路径问题是指地形环境中与通视相关的路径设置问题。如对于给定两点和预设的观察点路径问题是指地形环境中与通视相关的路径设置问题。如对于给定两点和预设的观察点,求出给定求出给定两点之间的路径中两点之间的路径中,从预设观察点观察从预设观察点观察,没有一个点可通视的最短路径。相反的一种情况即为找到每一个没有一个点可通视的最短路径。相反的一种情况即为找到每一个点都通视

16、的最短路径。前者的应用例子如隐蔽者设计的隐蔽路线点都通视的最短路径。前者的应用例子如隐蔽者设计的隐蔽路线;后者的应用例子后者的应用例子,如旅游风景点中旅游如旅游风景点中旅游路线的设置。路线的设置。第11页，本讲稿共16页实例：森林防火可视域分析模型 步骤操作命令 找出所有森林地区分类合并森林分类图属性相同的相邻多边形的边界 归组生成有林地区等高线图层 拓扑叠加分析生成数字高程模型（格网 DEM）空间插值进行表面分析生成阴影图 表面分析生成 DEM 通视图 可视域分析第12页，本讲稿共16页实例：可视分析所需的DEM及观察点 第13页，本讲稿共16页实例：可视分析操作过程 第14页，本讲稿共16页实例：可视分析结果 第15页，本讲稿共16页 谢 谢！第16页，本讲稿共16页