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专利号: 2022100869806
申请人: 南京师范大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-08-18
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

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Pi,j,1≤i≤m,2≤j≤n;

(203)依照所有交点Pi,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Pi,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Pi,j为中心点按照步骤(212)进行当前视线OPi,j方向上的可视区域划分;

(214)若点Pi,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Pi,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Pi,'j,以Pi,'j为当前视域中新的视线点,OPi,'j为当前视线方向;

(223)以点Pi,'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Pi,j、Pi,j+1、Pi+1,j+1、Pi+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OPi,'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Pn+1,此时只取Pi,j、Pi+1,j、Pn+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Pi,'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OPi,j、障碍点判断间隔Δs和最大可视距离Rmax;

(303)从视线O出发,沿着OPi,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(XB,YB,ZB),根据坐标获取到UDEM上当前栅格的高程值ZUDEM;

(304)比较ZUDEM与ZB:若ZUDEM≥ZB,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ZUDEM<ZB,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Rmax;

构建可视微分体元的步骤为:

(311)获取当前视线上的障碍点Bi;

(312)以O为球心,OBi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OBiP1P2P3P4,该可视微分体元由OBiP1P2、OBiP2P3、OBiP3P4、OBiP4P1四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OBiP1P2的体积V1;

(324)参照步骤(322)和(323)求取OBiP2P3的体积V2;

(325)该可视微分体元的体积Vi,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。

2.根据权利要求1所述的一种城市三维可视空间比指标的优化方法,其特征在于,所述步骤(1)中构建可视球体的步骤为:(101)获取三维视点O的平面坐标和高程,记为(X,Y,Z);

(102)获取最大可视距离Rmax,以视点O为球心,最大可视距离Rmax为半径构建可视球体。

3.根据权利要求1所述的一种城市三维可视空间比指标的优化方法,其特征在于,所述步骤(4)中计算可视空间比的步骤为:(401)按照步骤(3)计算所有视线方向上可视微分体元的体积Vi,j;

(402)计算视点O点为球心,最大可视距离Rmax为半径的可视球体的体积V0;

(403)可视空间比SOI计算公式如下: