CN113313826B - 一种尺度自适应可视域分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种尺度自适应可视域分析方法，利用视线（LOS）上可视区域与不可视区域的连续性与交替性，通过在LOS地形剖面上的连续地形中采用有效的复用策略，利用前点的可视性判断当前点的可视性，得到该地形剖面上各采样点的可视性，减少大量的计算冗余，较好的改进了算法的效率；在可视分析区域内构造多个剖面，当LOS地形剖面间距离超过DEM精度时增加新的剖面地形分析，以提高可视域分析的采样精度。本发明大幅提高了可视域分析计算效率，并且能够在大规模数据情形下进行高效的地形可视域分析。

Description

一种尺度自适应可视域分析方法

技术领域

本发明属于地形空间分析技术领域，具体涉及一种尺度自适应可视域分析方法。

背景技术

可视域分析(Viewshed Analysis)是地形分析的重要组成部分，更是地理信息系统的空间分析中不可或缺的功能，即在以DEM数据为基础的数字地形上，选取某一特定位置模拟人眼，得到某一区域的空间遮挡关系，做出准确的可视判断。可视域分析在民用领域，可用于建筑规划、路径规划、观景点选址、通信或电视基站选址等；在军事领域，可用于选取观察哨点、直升机或无人机近地航迹规划、行军路线规划等。

针对可视域分析，鲁敏等总结了部分常见的地形可视域的计算方法并做了对比(鲁敏等.基于DEM的视域分析与计算[J].计算机仿真,2006(05):171-176.)，简单如下：

(1)无复用逐点计算法：R3算法为典型代表，基本原理是对给定的分析范围内的每一个DEM格网点，都建立从观察点到格网点的地形剖面和可视线，判断该格网点的可视性，理论上R3算法在可视域分析上是最精确的，但其时间复杂度为O(r³),效率低下。

(2)复用向内最近点法，R2算法为典型算法，是对R3算法的一种改进，基本原理是在计算最外围的边界格网点时，也已经得到对应剖面与DEM格网交叉点的可视性，将交叉点附近的格网点的可视性设为此交叉点的可视性，并记录此格网点与交叉点的距离，当有更近的交叉点时，根据更近的交叉点的可视性更新该格网点的可视性，因此，内部的格网点会在计算边缘格网点时更新自身的可视性。显然，R2算法是一种近似算法，其时间复杂度为O(r²),精度有所下降。

(3)复用向外逐点计算法：XDraw算法和参考平面算法为典型代表，基本原理是以观察点为中心，将可视分析范围划分为几个方形环，自里向外，每一点都记录该点上空最低可视高程，外环格网点的可视性由内环相邻的两点的最低可视高程决定。此类算法也是近似算法，时间复杂度为O(r²)，精度有所下降。

上述算法的改进算法以损失精度为代价，一定程度上在效率上有所提升，或者采用并行化来提升计算速度，但是在硬件或者网络限制下，难以发挥作用，用户的操作体验变差。因此，现有方法有待进一步改进，在计算量上加以优化，且准确性也有保证。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种尺度自适应可视域分析方法，利用视线的可视性具有连续性和交替性的特点，减少计算量，提升效率。

为达到上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的：

第一方面，本发明提供了一种尺度自适应可视域分析方法，包括以下步骤：

步骤A：获取待分析地形的规则格网数字高程模型DEM，并在所述待分析地形的规则格网DEM上创建观察点并设置观察点的参数，形成可视分析范围；

步骤B：在可视分析范围内，以观察点为起点等角度的构造视线并通过视线切割地形，形成多个地形剖面；

步骤C：在地形剖面的水平方向等距采样，确定地形剖面上的第一个采样点的可视性，对于其他点，分别根据其前一采样点的可视性，判断当前采样点的可视性，得到地形剖面上各采样点的可视性；

步骤D：判断相邻两地形剖面上的与观察点水平距离相同的两个采样点之间的距离是否大于预设的DEM数据精度，若是，则从两点的中间位置点向可视域分析范围的边界构造地形剖面，对此新增地形剖面重复步骤C，得到此新增地形剖面上各采样点的可视性；

步骤E：重复步骤C-D得到所有地形剖面以及所有地形剖面上可视的采样点，组成待分析地形的可视信息点集。

进一步的，在规则格网DEM上创建观察点和设置各项参数的方法包括：

在规则格网DEM上选定一点作为观察点V，设置视高h_v，即观察点到地表的垂直距离，设置可视分析区域的半径r，构建一个以所述观察点V为中心的圆形区域作为可视分析范围，再设置剖面水平方向等距采样的步长Δl。

进一步的，在可视分析范围内，以观察点为起点等角度的构造视线并通过视线切割地形，形成多个地形剖面的方法包括：

观察点V在XY平面上的投影为点V₀，通过V₀且垂直于XY平面的竖直轴为H轴，通过观察点V且垂直于水平面XY的交叉面为面E，E与地形表面相交的曲线即为曲线L，每次将交叉面E沿H轴旋转α度，扫描地形，形成多个地形剖面。

进一步的，在剖面的水平方向等距采样，且确定该剖面上的第一个采样点的可视性的方法包括：

以设置的步长Δl为间隔，在地形剖面的水平方向等距采样，得到采样点点集{S₁,…,S_i-1,S_i,S_i+1,…,S_i+k,…,S_n}；将所述采样点点集中的第一个采样点S₁设置为可视。

进一步的，根据其前一采样点的可视性，判断当前采样点的可视性的方法包括：

步骤C1：若前点S_i-1可视，比较H(S_i-1)与H(S′_i)的大小，当H(S_i-1)≤H(S′_i)时，当前点是可视的，设置其可视属性为1，迭代到下一采样点，重复步骤C1，否则当前点是不可视的，设置其可视属性为0，然后到步骤C2；

步骤C2：若前点S_i-1不可视，找到对于当前点S_i的已知的最近的可视点S_k(1<k<i-1)及计算其高程值H(S_k)，然后计算当前点S_i在视线VS_k上对应点的高度H(S′_i)，再判断当前点S_i的高程H(S_i)与H(S′_i)的大小关系，计算公式如下：

H(S′_i)＝H(S_k)+m×(i-k) (1)

当H(S′_i)>H(S_i)时，当前点是不可视的，设置其可视属性为0，迭代到下一点，重复步骤C2，否则当前点是可视的，设置其可视属性为1，转到步骤C1。

其中，观察点V的平面坐标为(x，y)，其高度由下式得到：

H(V)＝H(V′)+h_V (3)

其中H(V)为点V的高度，H(V′)为点V对应的地表点高程，由该点相邻四个格网点的高程值通过双线性内插法得到，h_v为设置的观察点视高；

前点为S_i-1，其地面高程为H(S_i-1)，由该点相邻四个格网点的高程值通过双线性内插法得到，平面坐标为(x_i-1,y_i-1)；当前点为S_i，其地面高程为H(S_i)，由该点相邻四个格网点的高程值通过双线性内插法得到，平面坐标为(x_i,y_i),当前点S_i与观察点V形成视线VS_i，VS_i在平面坐标为(x_i-1,y_i-1)的位置对应的点为点S_i′，点S_i′的位置信息可由下式计算得到：

其中，S′_i(x)、S′_i(y)、H(S′_i)分别为点S′_i在三维地形空间中的x坐标、y坐标及高度值，n为S_i在等距采样点的序数；。

进一步的，确定地形剖面上的第一个采样点的可视性的方法包括：由相邻地形剖面对应两点的可视性得到地形剖面上的第一个采样点的可视性，或者从观察点计算得到地形剖面上的第一个采样点的可视性。

进一步的，由相邻地形剖面对应两点的可视性得到地形剖面上的第一个采样点的可视性的方法包括：

若相邻两剖面所对应的两个采样点M点、N点都为可视，则中间位置点C点设为可视；若都为不可视，则中间位置点C点设置为不可视；若其中一点为可视，另一点为不可视，则从观察点V到中间位置点C点建立视线，重新判断中间位置点C点的可视性。

进一步的，若相邻两剖面所对应的两个采样点距离大于DEM数据的分辨率，则从两点的中间位置到区域边界建立剖面并等距采样的方法包括：

相邻两剖面L₁、L₂所对应的两个采样点分别为M点、N点，即点M是剖面L₁上的第n个采样点，点N也是剖面L₂上的第n个采样点，M点的平面坐标为(x_M,y_M)，N点的平面坐标为(x_N,y_N)，两点的中间位置为C点，C点的坐标信息由下式得到：

其中，C(x)为C点的x坐标，C(y)为C点的y坐标；点M与点N之间的距离d由下式得到：

其中，n为该采样点在剖面曲线上采样点的序数，Δl为设置的等距采样的步长，α为等角度构造剖面的旋转角度；当d>s时，s为DEM数据的分辨率，从点C到可视域分析边缘创建剖面，并以Δl为间隔，在该剖面上等距采样。

附图说明

图1为本发明的可视域分析流程图；

图2为DEM地形示意图；

图3为地形可视域分析的三维数学模型；

图4为视线旋转扫描地形示意图；

图5为地形可视的连续性与交替性示意图；

图6为基于可视连续性与交替性的通视线生成算法示意图；

图7为前点可视当前点可视示意图；

图8为前点可视当前点不可视示意图；

图9为已知的最近可视点示意图；

图10为基于可视连续性与交替性的通视分析算法流程图；

图11为尺度自适应的地形可视域分析算法示意图；

图12为尺度自适应的地形可视域分析算法流程图；

图13为算法对比结果图；

图14为算法准确度对比图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

本发明公开了一种尺度自适应可视域分析方法，利用视线(LOS)上可视区域与不可视区域的连续性与交替性，通过在LOS地形剖面上的连续地形中采用有效的复用策略，利用前点的可视性判断当前点的可视性，得到该地形剖面上各采样点的可视性，减少大量的计算冗余，较好的改进了算法的效率；在可视分析区域内构造多个剖面，当LOS地形剖面间距离超过DEM精度时增加新的剖面地形分析，以提高可视域分析的采样精度。本发明大幅提高了可视域分析计算效率，并且能够在大规模数据情形下进行高效的地形可视域分析。

实施例一：

如图1所示为一种尺度自适应可视域分析方法的算法流程图，包括：

步骤A：获取规则格网DEM(数字高程模型，Digital Elevation Model)，并在规则格网DEM上创建观察点和设置各项参数；具体包括：

规则格网DEM可以通过数据导入，也可以通过天地图官网下载，如图2所示，DEM格网地形每个像元或格网都有一个(x,y)坐标和高度值。如图3所示，在DEM格网上选取观察点V模拟人眼，点V到地表的垂直距离即为视高h_v，点V在XY平面上的投影为点V₀，地形边缘位置某点为点T，其在XY平面上的投影为点T₀，在U轴上，点V₀到点T₀的距离即为可视分析半径。此外，还需设置采样步长Δl。

步骤B：从观察点出发构造视线，用视线切割地形形成地形剖面，在可视分析范围内，等角度的构造视线并切割地形，形成多个地形剖面，具体包括：

如图3所示，视线即为线段VT，平面E是通过视点V且垂直XY平面的一个交叉面，E即为地形剖面，垂直于平面通过V₀点的轴为H轴，平面E与平面XY相交的线为U轴。如图4所示，视线VT在DEM上的投影即为V₀T₀，以轴H为旋转中心轴，将平面E旋转α度，得到另一个剖面，视线VT在DEM上的投影变为V₀T₁。如此，每次旋转α度，即可等角度的构造视线切割地形，形成多个地形剖面。

步骤C：在地形剖面的水平方向等距采样，且确定该剖面上的第一个采样点的可视性，再根据前点的可视性，判断当前点的可视性，如此迭代，得到该剖面上各采样点的可视性，具体包括：

视线VT垂直于XY平面切割地形得到地形剖面，该剖面在三维地形的表面部分为连续的剖面曲线L。如图5所示，在曲线L上，绿色部分区域内的地形上的任意一点都没有遮挡住从观察点V发出的视线，是观察点V的可视区域，因此，在这个区域内地形的可视具有连续性。视线到达红色部分区域内地形上的任意点都被地形所遮挡，是观察点V的不可视区域，此不可视区域也具有连续性。此外，还可以发现，可视区域与不可视区域是严格交替出现的，需要判断被观察点T的可视性时，可以利用这种连续性与交替性，减少完整计算LOS的数量。

如图6所示，平面E和地形表面相交的线为曲线L，以步骤1设置的步长Δl为间隔，在地形剖面的水平方向等距采样，得到采样点点集{S₁,…,S_i-1,S_i,S_i+1,…,S_i+k,…,S_n}；通过步骤2得到的地形剖面采样点点集，将第一个采样点S₁设置为可视。

观察点为V，平面坐标为(x，y)，其高度由式(1)得到：

H(V)＝H(V′)+h_V (1)

其中H(V)为点V的高度，H(V′)为点V对应的地表点高程，由该点相邻四个格网点的高程值通过双线性内插法得到，h_V为观察点视高，由步骤A设置视高时得到。

前点为S_i-1，其地面高程为H(S_i-1)，由该点相邻四个格网点的高程值通过双线性内插法得到，平面坐标为(x_i-1,y_i-1)。当前点为S_i，其地面高程为H(S_i)，由该点相邻四个格网点的高程值通过双线性内插法得到，平面坐标为(x_i,y_i),当前点S_i与观察点V形成视线VS_i，VS_i在平面坐标为(x_i-1,y_i-1)的位置对应的点为点S′_i，点S′_i的位置信息可由式(2)计算得到：

其中，S′_i(x)、S′_i(y)、H(S′_i)分别为点S′_i在三维地形空间中的x坐标、y坐标及高度值，n为S_i在等距采样点的序数；

步骤C1：若前点P_i-1可视，比较H(S_i-1)与H(S′_i)的大小，当H(S_i-1)≤H(S′_i)时，如图7所示，当前点是可视的，设置其可视属性为1，迭代到下一采样点，回到步骤C1，否则当前点是不可视的，设置其可视属性为0，如图8所示，然后到步骤C2；

步骤C2：若前点S_i-1不可视，找到对于当前点S_i的已知的最近的可视点S_k(1<k<i-1)及计算其高程值H(S_k)，这里“已知的最近的可视点”是指，当前点为S_i，其前点S_i-1为不可视时，S_i的最近可视点为S_k，且0<k<i-1，如图9所示，当前点S_i已知的最近可视点为点S_i-2，后点S_i+1的最近可视点也为点S_i-2，总之，红色部分的不可视区域采样点的最近可视点都为S_i-2，然后计算当前点S_i在视线VS_k上对应点的高度H(S′_i)，再判断当前点S_i的高程H(S_i)与H(S′_i)的大小关系，计算公式为式(3)、式(4)。

H(S′_i)＝H(S_k)+m×(i-k) (3)

当H(S′_i)>H(S_i)时，当前点是不可视的，设置其可视属性为0，迭代到下一点，回到步骤C2，否则当前点是可视的，设置其可视属性为1，到步骤C1。

如图10为步骤C的流程图，下面是步骤3的伪代码：

步骤D：若相邻两剖面所对应的两个采样点距离大于DEM数据的分辨率，则从两点的中间位置到区域边界建立剖面并等距采样，中间位置点的可视性由对应两点的可视性得出或者从观察点计算得到，重复步骤C，得到该剖面上各采样点的可视性，具体包括：

如图11所示，L₁与L₂是两相邻的剖面，点M与点N是L₁、L₂上所对应的两个采样点，即点M是剖面L₁上的第n个采样点，点N也是剖面L₂上的第n个采样点，两点的中间位置为C点。点M的平面坐标为(x_M,y_M)，点N的平面坐标为(x_N,y_N)，两点的中间位置为C点，C点的坐标信息由式(5)、(6)得到：

其中，C(x)为C点的x坐标，C(y)为C点的y坐标。点M与点N之间的距离d由公式(7)得到：

其中，n为该采样点在剖面采样点上的序数，Δl为步骤A设置的等距采样的步长，α为等角度构造剖面的旋转角度。当d>s时(s为DEM数据的分辨率)，从点C到可视域分析边缘创建剖面，并以Δl为间隔，在该剖面上等距采样。

若相邻两剖面所对应的两个采样点M点、N点都为可视，则C点设置为可视；若都为不可视，则C点设置为不可视；若一点为可视，另一点为不可视，则从观察点V到C点建立视线，重新判断C点的可视性。确定C点的可视性后，以C点为第一点，按照步骤C判断该剖面上各采样点的可视性。如图12所示为步骤D的流程图。

步骤E：计算所有地形剖面，得到该可视分析区域的可视信息点集。

为了更好的实现本发明的效果，进行如下实验：

本发明使用开源三维框架Cesium作为基础框架，编程实现可视域分析。具体的，所述Cesium是一款面向三维地球和地图的，世界级的JavaScript开源产品。它提供了基于JavaScript语言的开发包，方便用户快速搭建一款零插件的虚拟地球Web应用，并在性能，精度，渲染质量以及多平台，易用性上都有高质量的保证。

本实验在相同条件下，将本发明与苏州中科图新公司的商用三维软件LocalSpaceViewer(http://www.tuxingis.com/locaspace.html，下文称“LSV”)中的可视域分析功能进行对比。所述LSV软件为中科图新(苏州)科技有限公司所开发的一个集多在线地图资源查看、影像、地形数据快速下载、倾斜数据极速浏览、模型数据多样展示、便捷的操作分析等优点于一身的轻量级软件，用户能够快速地浏览、测量、分析和标注三维地理信息数据，目前累计用户已超过50万人。

本实验采用JavaScript语言实现了本发明上述的可视域分析方法，并基于Cesium框架将可视域分析结果实时的渲染在实验区域的三维地图上。实验区域为某岛屿，地图影像服务为天地图在线的WMTS服务，地形数据在切片处理后通过Geoserver发布，其DEM分辨率为30m。实验测试计算机的CPU是Intel Core i58th Gen，内存8G，操作系统为64位Windows10。

1.算法有效性的验证

实验时为量化本发明与LSV的误差，Pan将算法和R3算法的可视点的数量之差与R3算法的可视点数量的比值作为衡量误差的标准，比值越小说明，结果准确度越高(Pan Z etal.A Novel Rapid Method for Viewshed Computation on DEM through Max-Poolingand Min-Expected Height[J].ISPRS International Journal ofGeo-Information,2020,9(11):633.)。由于本发明的可视域是从观察点到目标点的视线线段组成，因此，取本发明可视域分析结果与LSV结果的交集面积，再将交集面积与实际可视面积(假设LSV的结果为真值结果)的比值作为结果准确度的衡量标准，则准确度定义为如式(8)所示，其值越大，准确度越高。

其中，S为LSV可视域分析结果中可视面积，S′为本发明可视域分析的面积，采用不同长度线段乘以相应的步长作为面积元，累积后可求得。

实验区域选取的地点分别为山地、平原、海岸，本发明取旋转角度α＝1°,两种算法的视点位置、视高、分析半径都为相同值，实验结果如图13所示，图中红色为不可视区域，绿色为可视区域，LSV是通过LOS扫描，逐点计算通视性的方式进行可视域分析，且采样点比较密集，因此其结果较为准确，LSV的结果图中的条纹射线即是LOS视线，从对比结果图中可以看出，两种算法总体的可视域结果相差不大。

在进行误差量化的实验时设计了三组实验，每种地形各以相同条件进行10次可视域分析，由式(8)计算每次实验的准确度，准确度统计如图14所示，从图中可以计算出，本发明的平均准确度为92.36％，还可以从图中发现，平原地区的准确度相对稍差，平原地形的准确度平均值为89.86％，这是因为平原高程差较小，在判断当前可视性时，当前视线上对应前点的点高程与前点差距很小，容易造成误判。

2.算法的性能对比

本实验性能衡量指标为相同条件下两种算法的执行时间，这里的相同条件是指在同一个DEM分辨率为30m的岛屿实验区域内，选取山地、海岸、平原三种地形，在这三种地形上分别选取三个不同视点进行对比实验，保持每次对比实验的分析半径都为2000m，视高都为10m，在每次对比实验中分别统计两种算法的执行时间，结果如表1所示。

表1算法执行时间对比(单位：秒)

从时间进行统计表可以看出，LSV每次可视域分析时长都在15s以上，而本算法的时长平均在5s左右，运算效率大幅提高，并且在海岸和平原地区的计算时间相比山地的时间更短，这是因为在海岸和平原地区，高程起伏较小，本算法可以充分利用可视的连续性，将前点的可视性传播给当前点，大量减少了计算冗余。

通过上述实验，本发明提出的可视域算法能在保证准确度的情况下，通过减少完整LOS的计算，大幅提升了算法效率，可以满足较大规模的复杂地形高精度可视性分析的基本要求。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

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，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种尺度自适应可视域分析方法，包括以下步骤：

步骤A：获取待分析地形的规则格网数字高程模型DEM，并在所述待分析地形的规则格网DEM上创建观察点并设置观察点的参数，形成可视分析范围；

步骤B：在可视分析范围内，以观察点为起点等角度的构造视线并通过视线切割地形，形成多个地形剖面；

步骤C：在地形剖面的水平方向等距采样，确定地形剖面上的第一个采样点的可视性，对于其他点，分别根据其前一采样点的可视性，判断当前采样点的可视性，得到地形剖面上各采样点的可视性；

步骤D：判断相邻两地形剖面上的与观察点水平距离相同的两个采样点之间的距离是否大于预设的DEM数据精度，若是，则从两点的中间位置点向可视域分析范围的边界构造地形剖面，对此新增地形剖面重复步骤C，得到此新增剖面上各采样点的可视性；

步骤E：重复步骤C-D得到所有地形剖面以及所有地形剖面上可视的采样点，组成待分析地形的可视信息点集；

在规则格网数字高程模型DEM上创建观察点并设置观察点的参数，形成可视分析范围的方法包括：

在规则格网DEM上选定一点作为观察点V，设置视高h_V，即观察点到地表的垂直距离，设置可视分析区域的半径r以及剖面水平方向等距采样的步长Δl，构建一个以所述观察点V为中心的圆形区域作为可视分析范围；

在剖面的水平方向等距采样，确定该剖面上的第一个采样点的可视性的方法包括：

以设置的剖面水平方向等距采样的步长Δl为间隔，在地形剖面的水平方向等距采样，得到采样点点集{S₁,…,S_i-1,S_i,S_i+1,…,S_i+k,…,S_n}；将所述采样点点集中的第一个采样点S₁设置为可视；

根据其前一采样点的可视性，判断当前采样点的可视性的方法包括：

步骤C1：若前点S_i-1可视，比较H(S_i-1)与H(S′_i)的大小，当H(S_i-1)≤H(S′_i)时，当前点是可视的，设置其可视属性为1，迭代到下一采样点，重复步骤C1，否则当前点是不可视的，设置其可视属性为0，然后到步骤C2；

步骤C2：若前点S_i-1不可视，找到对于当前点S_i的已知的最近的可视点S_k及计算其高程值H(S_k)，1<k<i-1，然后计算当前点S_i在视线VS_k上对应点的高度H(S′_i)，再判断当前点S_i的高程H(S_i)与H(S′_i)的大小关系，计算公式如下：

H(S′_i)＝H(S_k)+m×(i-k) (1)

当H(S′_i)>H(S_i)时，当前点是不可视的，设置其可视属性为0，迭代到下一点，重复步骤C2，否则当前点是可视的，设置其可视属性为1，转到步骤C1；

其中，(x，y)为观察点V的平面坐标，其高度由下式得到：

H(V)＝H(V′)+h_V (3)

其中H(V)为点V的高度，H(V′)为点V对应的地表点高程，由该点相邻四个格网点的高程值通过双线性内插法得到，h_V为设置的观察点视高；

前点为S_i-1，其地面高程为H(S_i-1)，由该点相邻四个格网点的高程值通过双线性内插法得到，平面坐标为(x_i-1,y_i-1)；当前点为S_i，其地面高程为H(S_i)，由该点相邻四个格网点的高程值通过双线性内插法得到，平面坐标为(x_i,y_i),当前点S_i与观察点V形成视线VS_i，VS_i在平面坐标为(x_i-1,y_i-1)的位置对应的点为点S′_i，点S′_i的位置信息可由下式计算得到：

其中，S′_i(x)、S′_i(y)、H(S′_i)分别为点S′_i在三维地形空间中的x坐标、y坐标及高度值，n为S_i在等距采样点的序数。

2.根据权利要求1所述的一种尺度自适应可视域分析方法，其特征在于，在可视分析范围内，以观察点为起点等角度的构造视线并通过视线切割地形，形成多个地形剖面的方法包括：

观察点V在XY平面上的投影为点V₀，通过V₀且垂直于XY平面的竖直轴为H轴，通过观察点V且垂直于水平面XY的交叉面为面E，E与地形表面相交的曲线即为曲线L，每次将交叉面E沿H轴旋转α度，扫描地形，形成多个地形剖面。

3.根据权利要求1所述的一种尺度自适应可视域分析方法，其特征在于，确定地形剖面上的第一个采样点的可视性的方法包括：由相邻地形剖面对应两点的可视性得到地形剖面上的第一个采样点的可视性，或者从观察点计算得到地形剖面上的第一个采样点的可视性。

4.根据权利要求3所述的一种尺度自适应可视域分析方法，其特征在于，由相邻地形剖面对应两点的可视性得到地形剖面上的第一个采样点的可视性的方法包括：

若相邻两剖面所对应的两个采样点M点、N点都为可视，则中间位置点C点设为可视；若都为不可视，则中间位置点C点设置为不可视；若其中一点为可视，另一点为不可视，则从观察点V到中间位置点C点建立视线，重新判断中间位置点C点的可视性。

5.根据权利要求1所述的一种尺度自适应可视域分析方法，其特征在于，从两点的中间位置点向可视域分析范围的边界构造地形剖面的方法包括：

相邻两剖面L₁、L₂所对应的两个采样点分别为M点、N点，即点M是剖面L₁上的第n个采样点，点N也是剖面L₂上的第n个采样点，M点的平面坐标为(x_M,y_M)，N点的平面坐标为(x_N,y_N)，两点的中间位置为C点，C点的坐标信息由下式得到：

其中，C(x)为C点的x坐标，C(y)为C点的y坐标；点M与点N之间的距离d由下式得到：

其中，n为该采样点在剖面曲线上采样点的序数，Δl为设置的等距采样的步长，α为等角度构造剖面的旋转角度；当d≥s时，s为DEM数据的分辨率，从点C到可视域分析边缘创建剖面。

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