1.一种生态园林绿化设计优化方法,其特征在于:包括以下步骤:S1、采集园林绿化的三维地形数据和现有植被分布数据,组成地形特征向量T和植被特征矩阵P,采集园林绿化的观测点k,组成视点数据集V,计算初始视线通畅度指数Ω0,整合地形特征向量T、植被特征矩阵P、视点数据集V和初始视线通畅度指数Ω0,获取初始视野特征向量FΩ;
S1包括S11和S12;
S11、通过激光雷达测绘、GIS系统和遥感影像实时采集园林绿化区域的三维地形数据和现有植被分布数据,组成地形特征向量T和植被特征矩阵P;
其中,地形特征向量T包括T={t1,t2,……,ti,tn},ti表示地形点i的特征向量,n表示地形特征点总数;
地形点i的特征向量ti具体包括地形点i处的高程h(ti)、坡度s(ti)和地表反射率λ(ti);
植被特征矩阵P包括P={hp(j),dp(j),λp(j)|j∈Mp},其中,Mp表示植被总数量,hp(j)表示植被j的高度,dp(j)表示植被j的树冠直径,λp(j)表示植被j的叶片密度;
S12、采集园林绿化的观测点k,观测点k包括道路旁、天桥、步行道、观景台、湖泊旁和休憩区,并提取观测点k的层次高度,包括地面视角、高架视角和远距离景观点,再提取观测点k在30°至120°之间的视角范围,组成视点数据集V;
其中,观测点采集包括使用激光测距仪、GIS系统和全景相机进行采集观测点的层次高度、坐标、视角范围和视距信息;
视点数据集V包括V={(xu(k),yu(k),hu(k),Ou(k),du(k))|k∈Mu},其中,(xu(k),yu(k))表示视点k的地理坐标,hu(k)表示视点k的高度,Ou(k)表示视点k的视角方向,du(k)表示视点k的最大可视距离;Mu表示观测点总数;
S2、基于初始视野特征向量FΩ进行计算视点数据集V中每个观测点k的最佳可视高度,形成最佳植被高度调整向量Hopt;
S3、基于获取的最佳植被高度调整向量Hopt,再与地形特征向量T和植被特征矩阵P进行拟合处理,计算获取每个观测点k的观景障碍指数U(k),并进行整合处理后,获取观景点的视野障碍矩阵Um;
S4、通过对获取的视野障碍矩阵Um和最佳植被高度调整向量Hopt进行结合,优化园林绿化的植被种植密度,获取植被优化密度向量Pp;
S5、结合植被优化密度向量Pp、视野障碍矩阵Um和最佳植被高度调整向量Hopt进行计算综合视野优化指数Q,并与预设的优化阈值Qth进行对比,判断进入迭代优化和决策执行。
2.根据权利要求1所述的一种生态园林绿化设计优化方法,其特征在于:所述S1还包括S13和S14;
S13、基于获取的视点数据集V进行计算观测点k的最大可视面积Atotal(k)和初始遮挡面积Ablock(k),通过计算最大可视面积Atotal(k)和初始遮挡面积Ablock(k),获取初始视线通畅度指数Ω0,反映园林绿化整体的初始视线通畅度;
最大可视面积Atotal(k)通过以下计算公式获取:
;
式中,π表示圆周率常数,取值3.14;
初始遮挡面积Ablock(k)通过以下计算公式获取:
;
式中,f表示综合函数,具体用于估算植被j对观测点k的遮挡贡献;
初始视线通畅度指数ΩO通过以下计算公式获取:
;
式中,w(k)表示观测点k的权重系数,具体根据观察点k处的人流量和功能等级预设;
S14、基于获取的地形特征向量T、植被特征矩阵P、视点数据集V和初始视线通畅度指数Ω0进行整合,得到初始视野特征向量FΩ。
3.根据权利要求2所述的一种生态园林绿化设计优化方法,其特征在于:S2包括S21;
S21、基于所述初始视野特征向量FΩ,提取出视点数据集V和植被特征矩阵P,并基于视点数据集V和植被特征矩阵P的空间关系,通过对观测点k前方特定角度范围内植被的高度、叶片密度和空间方向角度进行加权平均估算,获取观测点k无遮挡所需的最佳可视高度,并构建出最佳植被高度调整向量Hopt;
最佳植被高度调整向量Hopt具体为Hopt={(Hopt(1),Hopt(2),…,Hopt(k))|k∈Mu};
最佳植被高度调整向量Hopt通过以下计算公式获取:
;
式中,Hopt(k)表示观测点k处最佳植被高度调整向量,P(k)表示植被特征矩阵P中与观测点k存在遮挡关系的植被特征矩阵的子集,p(j)∈P(k)表示植被j的植被特征矩阵P属于观测点k处植被特征矩阵P中的子集,cos表示余弦函数, 表示植被j和观测点k之间的方向夹角,当 =0时,表示植被j在观测点k正前方,当偏离实现主方向时,植被j和观测点k之间的方向夹角 自适应变化,同步自适应调整植被j的影响。
4.根据权利要求3所述的一种生态园林绿化设计优化方法,其特征在于:S3包括S31和S32;
S31、基于获取的最佳植被高度调整向量Hopt,通过提取出观测点k处的最佳植被高度调整向量Hopt(k),基于观测点k区域的地形特征向量T和植被特征矩阵P进行拟合处理,计算获取观测点k处的观景障碍指数U(k);
观测点k处的观景障碍指数U(k)通过以下计算公式获取:
;
式中,U(k,j)表示植被j在观测点k处的观景障碍指数, 表示地形遮挡因子,具体表示地形坡度和高差对观测点k处的植被j的额外影响,u1、u2和u3表示权重因子,具体u1用于平衡高度超限的权重因子,u2用于平衡植被j密度的权重因子,u3用于平衡地形遮挡的权重因子,且u1+u2+u3=1,具体数值由用户设定。
5.根据权利要求4所述的一种生态园林绿化设计优化方法,其特征在于:S32、基于获取的观测点k处的观景障碍指数U(k),进行汇总所有观测点,并以矩阵形式表示观测点k与植被j之间的具体遮挡贡献关系,获取观景点的视野障碍矩阵Um,视野障碍矩阵Um大小为Mu*Mp,记录所有观测点与植被之间的遮挡强度关系;
视野障碍矩阵Um具体矩阵形式如下:
。
6.根据权利要求5所述的一种生态园林绿化设计优化方法,其特征在于:S4包括S41;
S41、通过对获取的视野障碍矩阵Um进行提取植被j对观测点k的遮挡贡献,再结合最佳植被高度调整向量Hopt,进行计算植被j相对遮挡强度需要进行的密度调整,优化园林绿化的植被种植密度,获取植被优化密度向量Pp;
植被优化密度向量Pp具体为Pp={Pp(1),Pp(2),……,Pp(j)|j∈Mp};
植被优化密度向量Pp通过以下计算公式获取:
;
式中,Pp(j)表示植被j优化后的种植密度,Orig(j)表示植被j的原始种植密度,具体通过园林绿化初始规划设定,U(k,j)表示植被j在观测点k处的观景障碍指数,hp(j)表示植被j的高度,Hopt(k)表示观测点k处最佳植被高度调整向量。
7.根据权利要求6所述的一种生态园林绿化设计优化方法,其特征在于:S5包括S51和S52;
S51、结合植被优化密度向量Pp、视野障碍矩阵Um和最佳植被高度调整向量Hopt进行计算综合视野优化指数Q,进行反映园林绿化改善后的视野通畅情况;
综合视野优化指数Q通过以下计算公式获取:
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式中,Mp表示植被总数量,Mu表示观测点总数,U(k,j)表示植被j在观测点k处的观景障碍指数, 表示植被障碍遮挡均值, 表示植被高度偏离度, 表示密度消减程度项,q1、q2和q3分别表示植被障碍遮挡均值、植被高度偏离度和密度消减程度项的权重系数,且q1+q2+q3=1,具体数值由用户设定。
8.根据权利要求7所述的一种生态园林绿化设计优化方法,其特征在于:S52、基于获取的综合视野优化指数Q与预设的优化阈值Qth进行对比,获取对比结果,并根据对比结果判断进入迭代优化和决策执行;
对比结果通过以下对比方式获取:
当综合视野优化指数Q≤优化阈值Qth时,表示对比结果为通过,不进入迭代优化环节,进入决策执行环节,包括基于最佳植被高度调整向量Hopt生成植被高度调整建议,基于植被优化密度向量Pp生成植被密度调整建议,基于视野障碍矩阵Um生成遮挡观测点干预建议;
当综合视野优化指数Q>优化阈值Qth时,表示对比结果为不通过,不进入决策执行环境,进入迭代优化环节,包括执行S2至S4进行迭代调整。