[发明专利]一种城市三维可视空间比指标的优化方法

权利要求书

1.一种城市三维可视空间比指标的优化方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)获取计算区域的UDEM数据和视点数据，并以每个视点为中心、最大可视距离为半径构建可视球体；

(2)将每个可视球体按照经纬网的方式对可视空间进行划分，以每条视线为中心规划当前方向上的最大可视区域；

其中，可视球体划分的步骤为：

(201)获取水平增量角Δα和竖直增量角Δβ，增量角的取值选取能被90整除的数，且满足Δα＝Δβ；

(202)依据增量角以经纬网的方式对可视球体表面进行划分：先根据水平增量角Δα将球体在水平面上分成m份；再将每一份按照竖直增量角Δβ在竖直面上分成n份，上下半球极点不参与划分；保留划分线，记录下水平划分线和竖直划分线的交点P；每个交点P记录下其所在水平划分编号i和竖直划分编号j，根据其编号每个交点记为P_i,j，1≤i≤m,2≤j≤n；

(203)依照所有交点P_i,j，根据需求选择菱形划分方式或梯形划分方式，对球面进行划分；

其中，菱形划分方式的步骤为：

(211)获取到所有交点P_i,j；

(212)以点为起始点，获取其上、下、左、右四个方向上的最近相邻点，即四点，将这四点相连构成一个菱形底面，以该菱形底面为参考平面，射线方向为当前视线方向，完成可视区域划分；

(213)若点满足(i-i₀)+(j-j₀)＝2k，其中k∈Z，即以P_i,j为中心点按照步骤(212)进行当前视线OP_i,j方向上的可视区域划分；

(214)若点P_i,j不满足步骤(213)中的构建条件，则不作任何操作；

(215)对点重复步骤(213)和步骤(214)直至可视球体划分完毕；

梯形划分方式的步骤为：

(221)获取到所有交点P_i,j、水平增量角Δα和竖直增量角Δβ；

(222)对点将其向右上偏移的角度，得到新点P_i,'_j，以P_i,'_j为当前视域中新的视线点，OP_i,'_j为当前视线方向；

(223)以点P_i,'_j为中心，分别取其左下、左上、右上、右下的最近邻交点，即交点P_i,j、P_i,j+1、P_i+1,j+1、P_i+1,j四点，将这四点相连构成一个梯形底面，以当前平面为参考平面，射线OP_i,'_j方向为当前视线方向，完成可视区域划分；当j＝n时，左上和右上点为极点P_n+1，此时只取P_i,j、P_i+1,j、P_n+1三点形成极点区域，该极点区域为三角形底面；

(224)对点重复步骤(222)和步骤(223)实行对称划分：将点P_i,'_j向右下偏移；

(3)根据UDEM计算每个方向的视线上最近的障碍点，并依据障碍点所在平面、视线和增量角，选取划分的底面构建当前方向上的可视微分体元，并计算每个方向上可视微分体元的体积；

其中，计算最近的障碍点的步骤为：

(301)获取计算区域UDEM；

(302)获取一条视线OP_i,j、障碍点判断间隔Δs和最大可视距离R_max；

(303)从视线O出发，沿着OP_i,j方向每隔Δs距离设置一个临时判断点B’，计算临时判断点的坐标(X_B,Y_B,Z_B)，根据坐标获取到UDEM上当前栅格的高程值Z_UDEM；

(304)比较Z_UDEM与Z_B：若Z_UDEM≥Z_B，则形成遮挡，当前判断点作为障碍点，并记录下该障碍点与视点O的距离d，作为当前方向上的实际可视距离；反之，若Z_UDEM＜Z_B，则未形成遮挡，继续循环执行步骤(303)，直到找到障碍点或达到最大可视距离R_max；

构建可视微分体元的步骤为：

(311)获取当前视线上的障碍点B_i；

(312)以O为球心，OB_i为半径构建一个球体；记录下该球体与步骤(2)中得到的当前方向上的可视区域四条边界线的交点P₁、P₂、P₃、P₄；

(313)连接OP₁、OP₂、OP₃、OP₄，与扇面OP₁P₂P₃P₄组合，即可得到当前视线方向上的可视微分体元；

可视微分体元体积计算的步骤为：

(321)获取可视微分体元OB_iP₁P₂P₃P₄，该可视微分体元由OB_iP₁P₂、OB_iP₂P₃、OB_iP₃P₄、OB_iP₄P₁四个球面三棱锥拼接而成；

(322)根据方位角求取面OBP₁与面OBP₂、面OBP₁与面OP₁P₂、面OBP₂与OP₁P₂之间的二面角；

(323)根据三个面两两之间的二面角，基于球面三角余弦定理求取球面三棱锥OB_iP₁P₂的体积V₁；

(324)参照步骤(322)和(323)求取OB_iP₂P₃的体积V₂；

(325)该可视微分体元的体积V_i,j＝2(V₁+V₂)；

(4)将所有可视微分体元的体积相加得到实际可视空间大小，再将实际可视空间大小与可视球体的体积作比值即可得到该视点的可视空间比。