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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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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、 旅游塔的定位等。
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与可视性分析相关的应用问题
2、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,找到一个可视网络,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、 广播电台、 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,确定能够使得两个点之间任意相