CN105571572A - 一种天空可视域的标准测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种天空可视域的标准测量方法，包括步骤：在待测区域中选取测量点并获取测量点坐标信息；在测量点进行拍摄并获取照片拍摄时的坐标；将拍摄到的照片先进行圆形几何标准化处理再生成黑白影像图，其中黑色表示遮挡区域，白色表示可视区域；计算每张黑白影像图的可视区域面积，并进一步得到每个待测点的天空可视域数值。本发明采用测量位置定点、测量方式定高定向、图像处理定形定值的测量方法，和传统测量相比具有客观性、稳定性和准确性的特点，可以准确测量天空可视域的定量数值，为多点数据的比较建立一个标准平台，为天空可视域运用于城市设计以及城市开放空间规划提供更为理性的科学依据。

Description

一种天空可视域的标准测量方法

技术领域

本发明涉及城市规划技术领域，尤其是一种天空可视域的标准测量方法。

背景技术

天空可视域，又称天空可视域范围、天空可视度、天空开阔度、天空可视因子、天穹可见度、地形开阔度等，是指在建筑围合的城市开放空间中，人们视线所及可看到的天空的范围比例，它直接取决于城市建设的发展布局，并直观关系到城市公共活动舒适程度和视觉心理预期等多重因素，因此，天空可视域是城市规划中反映开放空间品质的重要内容。

获得现状天空可视域的标准图像及准确数值是城市规划建设部门进行天空可视域调控的首要和重要技术环节。现有的天空可视域的测度技术包括计算机模拟测量技术及人工现场实测技术。

对于计算机模拟测量技术，以获得完整、准确的城市高精度(1：500)矢量地形图资料，通过GIS数据库建立城市三维模型，根据建筑模型分析开放空间的天空可视域。该方法的局限性在于：①模型对真实的城市建成环境进行了抽象，所以测量结果是忽略建筑细节的理想状态，当对计算结果的精确度要求较高时是不合适的②计算机模拟的具体过程是通过既有的建筑模型，对城市建设环境进行三维模拟，通过GIS运算得到天空可视程度的分布关系图，很难推到出具有普适性的数学公式。

对于人工现场实测技术，目前采用带有鱼眼镜头的数码相机拍摄模式，采取人工现场拍照开放空间鱼眼数码照片的方式，将拍摄的照片处理成黑白图像，黑色代表遮蔽天空的物体，白色代表无遮蔽的天空。通过计算黑白部分的比例关系，得到天空可视域。目前的实测方法同本发明的一种天空可视域的标准测量方法相比有如下几方面的缺陷：

①从测量位置来说，具有主观性，对于同一城市道路交叉口的开敞空间，观测者根据现场判断选择合适的点位，位于一定范围内的测量位置观测者的现场感知差别不会太大，然而拍摄照片进过图像标准化处理及公式运算后会造成很大的差异。

②从测量方式来说，具有不稳定性，在之前的技术中，采取人工现场拍摄开放空间鱼眼数码照片的方式，受到拍摄者身高和习惯影响，不能保证始终位于同一水平高度，且人工拍摄很难确保相机镜头处于标准的水平向上状态。

③从图像处理来说，具有随季节变化性，由于不同的季节树木的枝叶生长变化，直接将拍摄照片处理成黑白图像后计算黑白投影比例，会具有很强的随季节变化性。

发明内容

发明目的：为解决上述技术问题，本发明提出一种天空可视域的标准测量方法。

技术方案：本发明提供的技术方案为：一种天空可视域的标准测量方法，该方法包括：

步骤1：确定测量区域，选取测量区域内N个道路交叉口中心点作为测量点，并获取N个测量点的坐标信息；

步骤2：利用内置坐标获取模块的相机在每个测量点上连续拍摄一组天空图像照片形成对应测量点的天空图像集信息；天空图像集信息包括对应测量点的一组天空图像照片和每张照片拍摄时的拍摄点坐标；拍摄时，相机镜头垂直于天空视平面且相机镜头与地平面的距离为H米；

步骤3：从每个测量点的天空图像集中选取一张拍摄点坐标与对应测量点坐标最接近的图片作为对应测量点的标准天空图像，将所有测量点的标准天空图像按照拍摄时间顺序排列形成测量点标准天空图像集；

步骤4：对标准天空图像集中的每一幅标准天空图像进行圆形几何标准化处理，将标准天空图像调整成为半径为1的标准圆形图像；根据标准圆形图像生成反应各测量点天空可视范围的黑白影像图，其中黑色表示遮挡区域，白色表示可视区域；

步骤5：设黑白影像图中天空可视面积为S_i，i＝[1,2,...,N]，黑白影像图的总面积为S,计算各测量点天空可视域数值V_i，V_i的表达式为：

$V_i=\frac{(S-S_i)}{S}\×100\%.$

进一步的，所述步骤1中选取测量区域内N个道路交叉口中心点作为测量点的步骤包括：

2-1从城市地图中获取待测区域的平面地形图；

2-2利用带有GPS功能的绘图软件构建GPS坐标系，以平面地形图为参考坐标系校核GPS坐标系，使得GPS坐标系与平面地形图重叠；

2-3在GPS坐标系中选取交叉路口并绘制交叉路口的各条城市道路的中心线，将各交叉路口的道路中心线交点作为测量点；所述交叉路口包括：十字路口、丁字路口和三岔路口。

具体的，所述城市地图的比例尺为1:500以上。

进一步的，所述步骤2中连续拍摄的速度为5张/秒～15张/秒。

有益效果：本发明采用测量位置定点、测量方式定高定向、图像处理定形定值的测量方法，和传统测量相比具有客观性、稳定性和准确性的特点，可以准确测量天空可视域的定量数值，为多点数据的比较建立一个标准平台，为天空可视域运用于城市设计以及城市开放空间规划提供更为理性的科学依据。

附图说明

图1为本发明的流程图；

图2为传统天空可视域测量方法的误差对比图；

图3为本发明实施例中确定识别交叉口中心点的XY经纬度坐标并转入GPS系统过程示意图；

图4为本发明实施例中利用交通移动设备到达指定测量地点并识别位置坐标矩阵图；

图5为本发明实施例中现场连续拍摄天空可视域照片；

图6为本发明实施例中通过计算机图像识别模块界定遮蔽天空的建筑轮廓过程示意图；

图7为本发明实施例中输出影像及天空可视域数值示意图；

图8为本发明实施例中案例城市1:500地形图与GPS坐标系重叠示意图；

图9为本发明实施例中案例城市道路中心点及拍摄路线安排示意图；

图10为本发明实施例中案例城市测量照片遴选及编号示意图；

图11为本发明实施例中案例城市天空可视域实测照片输出影像示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

如图1所示为本发明的流程图，本发明提出一种天空可视域的标准测量方法，该方法包括：

步骤1：确定测量区域，选取测量区域内N个道路交叉口中心点作为测量点，并获取N个测量点的坐标信息；

步骤2：利用内置坐标获取模块的相机在每个测量点上连续拍摄一组天空图像照片形成对应测量点的天空图像集信息；天空图像集信息包括对应测量点的一组天空图像照片和每张照片拍摄时的拍摄点坐标；拍摄时，相机镜头垂直于天空视平面且相机镜头与地平面的距离为H米；

步骤3：从每个测量点的天空图像集中选取一张拍摄点坐标与对应测量点坐标最接近的图片作为对应测量点的标准天空图像，将所有测量点的标准天空图像按照拍摄时间顺序排列形成测量点标准天空图像集；

步骤4：对标准天空图像集中的每一幅标准天空图像进行圆形几何标准化处理，将标准天空图像调整成为半径为1的标准圆形图像；根据标准圆形图像生成反应各测量点天空可视范围的黑白影像图，其中黑色表示遮挡区域，白色表示可视区域；

步骤5：设黑白影像图中天空可视面积为S_i，i＝[1,2,...,N]，黑白影像图的总面积为S,计算各测量点天空可视域数值V_i，V_i的表达式为：

$V_i=\frac{(S-S_i)}{S}\×100\%.$

作为本发明的优选实施方式，所述步骤1中选取测量区域内N个道路交叉口中心点作为测量点的步骤包括：

2-1从城市地图中获取待测区域的平面地形图；

2-2利用带有GPS功能的绘图软件构建GPS坐标系，以平面地形图为参考坐标系校核GPS坐标系，使得GPS坐标系与平面地形图重叠；

2-3在GPS坐标系中选取交叉路口并绘制交叉路口的各条城市道路的中心线，将各交叉路口的道路中心线交点作为测量点；所述交叉路口包括：十字路口、丁字路口和三岔路口。

具体的，所述城市地图的比例尺为1:500以上。

作为本发明的优选实施方式，所述步骤2中连续拍摄的速度为5张/秒～15张/秒。

下面结合具体实施例对本发明提供的天空可视域的标准测量方法做进一步说明。

实施例：以南京新街口地区的天空可视域测量为例，拍摄设备优选为夹带式广角微距鱼眼手机镜头、尼康AF16mmF2.8D鱼眼镜头，拍摄时镜头可用云台式脚架的固定设备予以固定，并利用天窗式或敞篷式交通移动设备运送拍摄工具，图像的处理可利用具有图像传输共享功能的计算机分析设备以及计算机外接专用绘图设备。

本实施例的测量步骤如下：

1、选择南京新街口地区作为天空可视域的现场实测区域，该地区面积约560公顷，提取其中城市道路的交叉口中心点作为测量地点，约400个，获取测量点的坐标。

2、在1:3000的南京新街口地区地形图中选择工作区域，利用带有GPS功能的绘图软件构建GPS坐标系，将GPS坐标体系与新街口地区地图的坐标系校核并重叠(如图7所示)；

3、利用CAD软件绘制各条城市道路的中心线，选取工作区域内各道路交叉口的中心线焦点作为交叉口中心点(根据城市道路组织的不同，如若是十字路口和丁字路口，则选取两条道路中心线的交点；如若是L型道路交叉口，则选取交叉口圆弧形状的中分点)，即为测量点；

4、在CAD工作栏“Modification”下拉菜单下选择“Properties”命令，点击道路交叉口中心点识别其经纬度坐标；

5、设定拍摄路线，确保拍摄路线将所有测量点都串联起来(如图8所示)。

6、调节测量设备高度并移动至测量区域，组装测量设备，并将其测定高度调节至标准高度，利用交通移动设备运至测量区域。本实施例中采用拍摄专用的镜头尼康AF16mmF2.8D鱼眼镜头，拍摄时，相机镜头垂直于天空视平面且相机镜头与地平面的距离为H米，H的取值优选为1.5m；在正式拍摄前，经过3-5次的方向调试，使得拍摄所得图像能准确反映该点天空可视域的标准成像；

7、将拍摄专用镜头调节成连续拍摄模式，具体为1秒内连续拍摄10次(拍摄结果如图9所示)；当到达指定拍摄点时立即按下拍摄按钮，并以此重复，在所需测量天空可视域数值的各指定测量点重复此步骤。

8、将各测量点对应的天空图像照片集导入计算机，每一个天空图像照片集代表对应测量点记录的图像信息；对于每一个天空图像照片集中的图像，将每张照片的拍摄坐标点与对应的测量点坐标进行比较，取拍摄坐标点与对应测量点坐标最接近的图像作为标准天空图像，并对每个标准天空图像进行编号；将标准天空图像输入计算机分析系统，通过计算机分析系统中的图像处理模块进行圆形几何标准化处理，将标准天空图像调整成为半径为1的标准圆形图像；通过图像识别技术界定建筑轮廓，生成反应各测量点天空可视范围的黑白影像图，其中黑色表示遮挡区域，白色表示可视区域。

9、设黑白影像图中天空可视面积为S_i，i＝[1,2,...,N]，S_i的计算具体利用计算机分析设备的计算模块，将黑白影像图进行栅格化，计算每个栅格内白色部分的面积，并进行累加得到，黑白影像图的总面积为S,计算各测量点天空可视域数值V_i，V_i的表达式为：

$V_i=\frac{(S-S_i)}{S}\×100\%$

10、将每个测量点进行编号，并将每个测量点对应的天空可视域数值与其对应的编号输入EXCEL表格，得到标准测量面板数据。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种天空可视域的标准测量方法，其特征在于包括：

步骤1：确定测量区域，选取测量区域内N个道路交叉口中心点作为测量点，并获取N个测量点的坐标信息；

步骤2：利用内置坐标获取模块的相机在每个测量点上连续拍摄一组天空图像照片形成对应测量点的天空图像集信息；天空图像集信息包括对应测量点的一组天空图像照片和每张照片拍摄时的拍摄点坐标；拍摄时，相机镜头垂直于天空视平面且相机镜头与地平面的距离为H米；

步骤3：从每个测量点的天空图像集中选取一张拍摄点坐标与对应测量点坐标最接近的图片作为对应测量点的标准天空图像，将所有测量点的标准天空图像按照拍摄时间顺序排列形成测量点标准天空图像集；

步骤4：对标准天空图像集中的每一幅标准天空图像进行圆形几何标准化处理，将标准天空图像调整成为半径为1的标准圆形图像；根据标准圆形图像生成反映各测量点天空可视范围的黑白影像图，其中黑色表示遮挡区域，白色表示可视区域；

步骤5：设黑白影像图中天空可视面积为S_i，i＝[1,2,...,N]，黑白影像图的总面积为S,计算各测量点天空可视域数值V_i，V_i的表达式为：

$V_i=\frac{(S-S_i)}{S}\×100\%.$

2.根据权利要求1所述的一种天空可视域的标准测量方法，其特征在于，所述步骤1中选取测量区域内N个道路交叉口中心点作为测量点的步骤包括：

2-1从城市地图中获取待测区域的平面地形图；

2-2利用带有GPS功能的绘图软件构建GPS坐标系，以平面地形图为参考坐标系校核GPS坐标系，使得GPS坐标系与平面地形图重叠；

2-3在GPS坐标系中选取交叉路口并绘制交叉路口的各条城市道路的中心线，将各交叉路口的道路中心线交点作为测量点；所述交叉路口包括：十字路口、丁字路口和三岔路口。

3.根据权利要求2所述的一种天空可视域的标准测量方法，其特征在于，所述城市地图的比例尺为1:500以上。

4.根据权利要求1所述的一种天空可视域的标准测量方法，其特征在于，所述步骤2中连续拍摄的速度为5张/秒～15张/秒。