[发明专利]一种尺度自适应可视域分析方法

说明书

本发明公开了一种尺度自适应可视域分析方法，利用视线（LOS）上可视区域与不可视区域的连续性与交替性，通过在LOS地形剖面上的连续地形中采用有效的复用策略，利用前点的可视性判断当前点的可视性，得到该地形剖面上各采样点的可视性，减少大量的计算冗余，较好的改进了算法的效率；在可视分析区域内构造多个剖面，当LOS地形剖面间距离超过DEM精度时增加新的剖面地形分析，以提高可视域分析的采样精度。本发明大幅提高了可视域分析计算效率，并且能够在大规模数据情形下进行高效的地形可视域分析。

技术领域

本发明属于地形空间分析技术领域，具体涉及一种尺度自适应可视域分析方法。

背景技术

可视域分析(Viewshed Analysis)是地形分析的重要组成部分，更是地理信息系统的空间分析中不可或缺的功能，即在以DEM数据为基础的数字地形上，选取某一特定位置模拟人眼，得到某一区域的空间遮挡关系，做出准确的可视判断。可视域分析在民用领域，可用于建筑规划、路径规划、观景点选址、通信或电视基站选址等；在军事领域，可用于选取观察哨点、直升机或无人机近地航迹规划、行军路线规划等。

针对可视域分析，鲁敏等总结了部分常见的地形可视域的计算方法并做了对比(鲁敏等.基于DEM的视域分析与计算[J].计算机仿真,2006(05):171-176.)，简单如下：

(1)无复用逐点计算法：R3算法为典型代表，基本原理是对给定的分析范围内的每一个DEM格网点，都建立从观察点到格网点的地形剖面和可视线，判断该格网点的可视性，理论上R3算法在可视域分析上是最精确的，但其时间复杂度为O(r³),效率低下。

(2)复用向内最近点法，R2算法为典型算法，是对R3算法的一种改进，基本原理是在计算最外围的边界格网点时，也已经得到对应剖面与DEM格网交叉点的可视性，将交叉点附近的格网点的可视性设为此交叉点的可视性，并记录此格网点与交叉点的距离，当有更近的交叉点时，根据更近的交叉点的可视性更新该格网点的可视性，因此，内部的格网点会在计算边缘格网点时更新自身的可视性。显然，R2算法是一种近似算法，其时间复杂度为O(r²),精度有所下降。

(3)复用向外逐点计算法：XDraw算法和参考平面算法为典型代表，基本原理是以观察点为中心，将可视分析范围划分为几个方形环，自里向外，每一点都记录该点上空最低可视高程，外环格网点的可视性由内环相邻的两点的最低可视高程决定。此类算法也是近似算法，时间复杂度为O(r²)，精度有所下降。

上述算法的改进算法以损失精度为代价，一定程度上在效率上有所提升，或者采用并行化来提升计算速度，但是在硬件或者网络限制下，难以发挥作用，用户的操作体验变差。因此，现有方法有待进一步改进，在计算量上加以优化，且准确性也有保证。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种尺度自适应可视域分析方法，利用视线的可视性具有连续性和交替性的特点，减少计算量，提升效率。

为达到上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的：

第一方面，本发明提供了一种尺度自适应可视域分析方法，包括以下步骤：

步骤A：获取待分析地形的规则格网数字高程模型DEM，并在所述待分析地形的规则格网DEM上创建观察点并设置观察点的参数，形成可视分析范围；

步骤B：在可视分析范围内，以观察点为起点等角度的构造视线并通过视线切割地形，形成多个地形剖面；

步骤C：在地形剖面的水平方向等距采样，确定地形剖面上的第一个采样点的可视性，对于其他点，分别根据其前一采样点的可视性，判断当前采样点的可视性，得到地形剖面上各采样点的可视性；