CN109597872B - 一种基于数字地形模型的文显度计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于数字地形模型的文显度计算方法，包括以下步骤：在GIS中导入文化用地的POI数据以及文化用地所在城市的城市数字高程模型信息，生成数字地形模型图片后分为a*b个格网；将观测点格网与待观测点做连线，将连线穿过的所有格网记为V；将观测点和待观测点中较高者记为M，对V求与M连线的斜率；若V的斜率全部大于待观测点与观测点之间的斜率，则对观测点格网标记为q；文显度＝s/S，s为标记为q的格网的总面积，S为a*b个格网的总面积。本发明能够客观定量的评估一个城市文化用地的情况，可为解决城市文化用地评估、规划和监测提供支持和指导。

Description

一种基于数字地形模型的文显度计算方法

技术领域

本发明属于城乡规划技术领域，特别涉及一种基于数字地形模型的文显度计算方法。

背景技术

地理信息系统(Geographic Information System,GIS)是一种采集、存储、管理、分析、显示与应用地理信息的计算机技术系统，是分析和处理海量地理数据的通用技术；其主要包括数据输入与编辑、数据管理、数据操作以及数据显示和输出等。地理信息系统作为获取、处理、管理和分析地理空间数据的重要工具、技术和学科，目前得到了广泛关注。

数字地形模型(Digital Terrain Model，DTM)是利用一个任意坐标系中大量选择的已知x、y、z的坐标点对连续地面的一种模拟表示；或者说，DTM就是地形表面形态属性信息的数字表达，是带有空间位置特征和地形属性特征的数字描述，数字高程模型(DigitalElevation Model，DEM)数据加上建筑高程信息可生成DTM。

在快速城镇化的背景下，城市文化逐渐衰落。城市文地是承载城市精神与文化的城市用地，兼具公共文化服务及文化传承创新发展等众多功能。城市文地系统规划旨在解决现代城市规划建设中的文化传承与发展难题。文显度为某一文化用地的显示程度，即能够观测到该文化用地的建设用地面积占城市总建设用地面积之比。文显度是文地系统规划的重要指标，是评估、规划和监测城市精神和文化的重要物质空间可视程度的方法，现亟需一种基于数字地形模型的文显度计算方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于数字地形模型的文显度计算方法，以解决上述存在的技术问题。本发明提出了计算文显度的方法，能够客观定量的评估一个城市文化用地的情况，可为解决城市文化用地评估、规划和监测提供支持和指导。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于数字地形模型的文显度计算方法，包括以下步骤：

步骤1，在GIS中导入待计算文显度的文化用地的POI数据；POI数据包括坐标及高度信息；将待计算文显度的文化用地记为P；

步骤2，在GIS中导入带有矢量等高线数据的待计算文显度的文化用地所在城市的城市数字高程模型信息，叠加POI数据中的高度信息得到数字地形模型信息,并生成数字地形模型图片；

步骤3，将生成的数字地形模型图片分为a*b个格网，其中a和b分别为行数和列数；每个格网具有相同高度及相同用地类型；

步骤4，将P定为待观测点；将格网1*1定为观测点格网，将格网1*1高度上升至预设高度作为观测者高度并与P的顶点做连线，将连线穿过的所有格网记为V＝{V₁，V₂，V₃…V_n}，n为连线穿过的格网的总数量；判断比较待观测点与观测点的高度，若待观测点高则将待观测点记为M，观测点记为m，若待观测点低，则待观测点记为m，观测点记为M，按距观测点由近及远的方向依次对V求与M连线的斜率；若V的斜率全部大于待观测点与观测点之间的斜率，则对观测点格网标记为q，否则，则抛弃此观测点格网；

步骤5，重复步骤4，将观测点从格网1*1遍历至格网a*b，最终将Q个格网标记为q；

步骤6，文显度的计算公式为：文显度＝s/S；s为Q个标记为q的格网的总面积，S为a*b个格网的总面积。

进一步地，POI数据包括：类别、名称、坐标和高度信息。

进一步地，文化用地包括：

文化精神标识用地，能够促进社会群体提高统一性与文化认同的空间用地；

文化纪念用地，能够供居民日常开展文化纪念仪式活动的空间用地；

宗教文化用地，包括各类宗教信仰所依托的空间用地；

文化遗产用地，具有历史、艺术、科学价值的遗产、遗迹用地；

文化服务设施用地，用于满足居民日常公共文化生活需求的各类空间用地。

进一步地，步骤2具体包括：在locaspace viewer软件的操作选项中选择绘制范围下载，绘制好之后选定下载级数及导出路径信息完成下载；

将下载好的地形文件加载到Arcgis中，继续在操作模块中选择等高线预览，将下载的地形文件导入到locaspace viewer中，调整取点密度和等高线间距至预设数值，在操作模块中选择提取高程进行等高线提取操作，导出grd格式文件；将grd等高线数据生成为shp格式的可读矢量数据；将矢量等高线数据加载到Arcgis中与数字高程模型数据叠加在一起。

进一步地，斜率计算方法为：两点之间的高度差H_M-H_V及两点之间的绝对距离d的比值，表达式为：K＝H_M-H_V/d。

进一步地，若格网内用地类型为建筑用地，则不考虑作为观测点。

进一步地，酒店和美食城不作为观测点。

进一步地，步骤4中，观测者高度预设值为1.6m。

进一步地，步骤2中，调整取点密度和等高线间距为100m。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明创新性的提出了基于数字地形模型的文显度计算方法，可在GIS中根据文化用地POI数据计算出文显度，计算便捷；本发明的基本计算为格网面积的相加运算以及格网累加面积的相除运算，不需借助复杂方程，简单易操作，实现简单。以前没有办法计算文地的文显度，现在通过本发明的方法可对文地的文显度进行快捷有效计算。本发明能够客观定量的评估一个城市文化用地的情况，可为解决城市文化用地评估、规划和监测提供支持和指导。

附图说明

图1是本发明的一种基于数字地形模型的文显度计算方法的流程示意框图；

图2是本发明的实施例中格网划分示意图；

图3是本发明实施例中斜率计算示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

请参阅图1，本发明的一种基于数字地形模型的文显度计算方法，具体包括以下步骤：

步骤1，在GIS中导入一个待观测的文化用地POI数据，记为P，如中国陕西省西安市大雁塔。

POI数据包括：类别、名称、坐标及楼高信息。文化用地POI数据可以从网络下载。文化用地包括：1)文化精神标识用地，即可促进地区乃至更大范围社会群体提高统一性与文化认同的空间用地；2)文化纪念用地，即可供居民日常开展文化纪念仪式活动，以寄托怀故之思，并抒发情感的空间用地；3)宗教文化用地，即各类宗教信仰所依托的空间用地；4)文化遗产用地，即具有历史、艺术、科学价值的遗产、遗迹用地；5)文化服务设施用地，即满足居民日常公共文化生活需求的各类空间用地。

步骤2，在GIS中导入已下载好的带有矢量等高线数据的城市数字高程模型信息(以下简称DEM)，叠加POI的楼高信息得到数字地形模型信息(以下简称DTM),并将DTM生成一张图片。

在locaspace viewer软件的操作选项中选择绘制范围下载，绘制好之后选定下载级数及导出路径等信息即可完成下载。将下载好的谷歌地形文件加载到Arcgis中，继续在操作模块中选择等高线预览，将下载的谷歌地形文件导入到locaspace viewer中，便可直接选择与之前下载文件范围一致的区域进行预览，调整取点密度和等高线间距为100米，在操作模块中选择提取高程进行等高线提取操作，导出grd格式文件。将grd等高线数据生成为shp格式的可读矢量数据。将矢量等高线数据加载到Arcgis中与DEM数据叠加在一起。

步骤3，将生成的DTM图片分为a*b个格网，其中a和b分别为行数和列数，每个格网具有相同高度及相同用地类型。

请参阅图2，将图片划分为6*8的格网，每个格网具有相同高度及相关属性。

步骤4，选择待观测点P，从第1个格网出发，视为观测点。若格网内用地类型为建筑用地，则不考虑作为观测点；否则将格网高度上升1.6米，与P顶点做连线，依次将连线穿过的所有格网记为V。其中，酒店、美食城等建设用地不考虑作为观测点。

例如，将P定为待观测点；将格网1*1定为观测点，将格网1*1高度上升至预设高度作为观测者高度并与P的顶点做连线，将连线穿过的所有格网记为V＝{V₁，V₂，V₃…V_n}，n为连线穿过的格网的总数量；将记为V的格网与P的顶点连线；将观测点m与待观测点P之间的斜率Km与穿过的格网{V₁，V₂，V₃…V_n}与待观测点P之间的斜率{K₁，K₂,K₃…K_n}进行比较；若{K₁，K₂,K₃…K_n}中的值均大于Km，则将格网1*1标记为q。

还可以，区分观测点与待观测点高度，总是将高的记为M。具体的，判断比较待观测点与观测点的高度；若待观测点高则将待观测点记为M，观测点记为m，若待观测点低，则待观测点记为m，观测点记为M。按距观测点由近及远的方向依次对V求与M连线的斜率，记为K，若V的斜率全部大于待观测点与观测点之间的斜率，则对观测点格网进行标记。连线上只要有一个格网的斜率小于待观测点与观测点之间的斜率，则抛弃此观测点，继续第将二个格网作为观测点重复上述操作。斜率计算方法为：V点与M点之间的高度差H_M-H_V及两点之间的绝对距离d比值，即：K＝H_M-H_V/d。

步骤5，判断比较待观测点与观测点的高度；若待观测点高则将待观测点记为M，观测点记为m，若待观测点低，则待观测点记为m，观测点记为M。按距观测点由近及远的方向依次对V求与M连线的斜率，记为K，若V的斜率全部大于待观测点与观测点之间的斜率，则对观测点格网进行标记。连线上只要有一个格网的斜率小于待观测点与观测点之间的斜率，则抛弃此观测点，继续第将二个格网作为观测点重复上述操作。斜率计算方法为：V点与M点之间的高度差H_M-H_V及两点之间的绝对距离d比值，即：K＝H_M-H_V/d。

请参阅图3，将大雁塔作为M，人在距大雁塔70米处进行观测，记为m点，中间距大雁塔50处有一中间点V，大雁塔高度为64.517米，中间点为10米，人高度为1.6米，则人与大雁塔之间的斜率为0.89，中间点与大雁塔之间的斜率为1.09。因为中间点与大雁塔之间的斜率大于人与大雁塔之间的斜率，所以抛弃m点，继续考察下一个格网。

步骤6，重复步骤4将所有可作为观测点的格网进行遍历。

步骤7，计算标记的格网面积和s_i，及除去建设用地格网的总面积和S，进行相除运算，得到文显度，即文显度＝s_i/S。

综上，本发明提供了一种基于数字地形模型(DTM)的文显度计算方法，可为解决城市文化用地评估、规划和监测提供方法支持；本发明能够客观定量的评估一个城市文化用地的情况，同时对城市文化用地规划起到一定的参考作用。

Claims (7)

1.一种基于数字地形模型的文显度计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，在GIS中导入待计算文显度的文化用地的POI数据；POI数据包括坐标及高度信息；将待计算文显度的文化用地记为P；

步骤2，在GIS中导入带有矢量等高线数据的待计算文显度的文化用地所在城市的城市数字高程模型信息，叠加POI数据中的高度信息得到数字地形模型信息,并生成数字地形模型图片；

步骤3，将生成的数字地形模型图片分为a*b个格网，其中a和b分别为行数和列数；每个格网具有相同高度及相同用地类型；

步骤4，将P定为待观测点；将格网1*1定为观测点格网，将格网1*1高度上升至预设高度作为观测者高度并与P的顶点做连线，将连线穿过的所有格网记为V＝{V₁，V₂，V₃…V_n}，n为连线穿过的格网的总数量；判断比较待观测点与观测点的高度，若待观测点高则将待观测点记为M，观测点记为m，若待观测点低，则待观测点记为m，观测点记为M，按距观测点由近及远的方向依次对V求与M连线的斜率；若V的斜率全部大于待观测点与观测点之间的斜率，则对观测点格网标记为q，否则，则抛弃此观测点格网；

步骤5，重复步骤4，将观测点从格网1*1遍历至格网a*b，最终将Q个格网标记为q；

步骤6，文显度的计算公式为：文显度＝s/S；s为Q个标记为q的格网的总面积，S为a*b个格网的总面积。

2.根据权利要求1所述的一种基于数字地形模型的文显度计算方法，其特征在于，POI数据包括：类别、名称、坐标和高度信息。

3.根据权利要求1所述的一种基于数字地形模型的文显度计算方法，其特征在于，文化用地包括：

文化精神标识用地，能够促进社会群体提高统一性与文化认同的空间用地；

文化纪念用地，能够供居民日常开展文化纪念仪式活动的空间用地；

宗教文化用地，包括各类宗教信仰所依托的空间用地；

文化遗产用地，具有历史、艺术、科学价值的遗产、遗迹用地；

文化服务设施用地，用于满足居民日常公共文化生活需求的各类空间用地。

4.根据权利要求1所述的一种基于数字地形模型的文显度计算方法，其特征在于，斜率计算方法为：两点之间的高度差H_M-H_V及两点之间的绝对距离d的比值，表达式为：

K＝(H_M-H_V)/d。

5.根据权利要求1所述的一种基于数字地形模型的文显度计算方法，其特征在于，若格网内用地类型为建筑用地，则不考虑作为观测点。

6.根据权利要求1所述的一种基于数字地形模型的文显度计算方法，其特征在于，酒店和美食城不作为观测点。

7.根据权利要求1所述的一种基于数字地形模型的文显度计算方法，其特征在于，步骤4中，观测者高度预设值为1.6m。

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