CN114818310A - 一种森林景观模拟方法、装置、电子设备和存储介质 - Google Patents

一种森林景观模拟方法、装置、电子设备和存储介质 Download PDF

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CN114818310A CN202210425285.8A CN202210425285A CN114818310A CN 114818310 A CN114818310 A CN 114818310A CN 202210425285 A CN202210425285 A CN 202210425285A CN 114818310 A CN114818310 A CN 114818310A
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Abstract

本公开涉及一种森林景观模拟方法、装置、电子设备和存储介质，其中，方法包括：获取目标区域的地理信息数据、林业调查数据、土地利用数据和水文地质数据进行计算，得到多个道路指标和多个观景台指标，基于道路指标的每个类别对应的等级和权重进行加权求和计算，得到每个栅格的道路评价值，基于观景台指标的每个类别对应的等级和权重进行加权求和计算，得到每个栅格的观景台评价值，基于每个栅格的道路评价值和每个栅格的观景台评价值分别从目标区域中确定道路适宜区域和景观台适宜区域并构建道路模型和观景台模型的虚拟现实场景。由此，本发明能够客观准确对道路和景观台进行评价，以及构建数据可视化场景，进一步满足用户需求。

Description

一种森林景观模拟方法、装置、电子设备和存储介质
技术领域
本公开涉及规划设计技术领域，尤其涉及一种森林景观模拟方法、装置、电子设备和存储介质。
背景技术
山林地区地貌特征独特，生态地位重要，对该区域的空间决策的研究意义重大。随着将山区归为亟需保护的生态系统，并将山地列为重点研究课题之一，对山区的经济发展、气候变化以及地质灾害问题予以了相应的重视。
道路系统是一种线性的开敞空间，也是能够平衡自然保护与经济发展的可持续空间战略，其最主要的特性是体现连续性和系统性。设计一个科学系统的道路网络，最大程度发挥道路的生态环境，游览休闲，森林调查和经济价值，是山区道路规划中的首要问题。
山区观景台，是完善道路系统的重要节点。是人们驻足休憩、观赏风景的重要设施。是游人游客的重要引力源。是生态经济循环的动力源。
相关技术中，对于空间决策的适宜性评价的方式不够全面、不够具体形象，容易造成沟通过程中信息衰减。
发明内容
为了解决上述技术问题或者至少部分地解决上述技术问题，本公开提供了一种森林景观模拟方法、装置、电子设备和存储介质。
本公开提供了一种森林景观模拟方法，包括：
获取目标区域的地理信息数据、林业调查数据、土地利用数据和水文地质数据；
基于目标平台对所述地理信息数据、所述林业调查数据、所述土地利用数据和所述水文地质数据进行计算，得到多个道路指标和多个观景台指标；
确定每个所述道路指标的权重，并将所述多个道路指标作为道路选线因子，确定每个所述道路选线因子对应的各个类别以及每个类别对应的等级，基于所述道路选线因子的每个类别对应的等级和权重进行加权求和计算，得到所述目标区域中每个栅格的道路评价值；
确定每个所述观景台指标的权重，并将所述多个观景台指标作为观景台选址因子，确定每个所述观景台选址因子对应的各个类别以及每个类别对应的等级，基于所述观景台选址因子的每个类别对应的等级和权重进行加权求和计算，得到所述目标区域中每个栅格的观景台评价值；
基于所述每个栅格的道路评价值和所述每个栅格的观景台评价值分别从所述目标区域中确定道路适宜区域和景观台适宜区域，并分别基于目标模型软件构建所述道路适宜区域的道路模型和所述景观台适宜区域的观景台模型，以及将所述道路模型和所述观景台模型输入目标场景平台构建虚拟现实场景。
可选地，所述地理信息数据包括：正射遥感影像和数字高程模型，所述基于目标平台对所述地理信息数据、所述林业调查数据、所述土地利用数据和所述水文地质数据进行计算，得到每个栅格的多个道路指标和多个观景台指标，包括：
基于所述土地利用数据进行计算，得到每个栅格的用地类型；
基于所述林业调查数据进行计算，得到每个栅格的植被覆盖度；
基于所述数字高程模型进行计算，得到每个栅格的坡位、坡度和视域范围；
基于所述数字高程模型和所述用地类型进行计算，得到每个栅格的区域距离和高程；
将所述用地类型、所述植被覆盖度、所述坡位和坡度作为所述每个栅格的多个道路指标、以及将所述坡度、所述区域距离、所述视域范围和所述高程作为所述每个栅格的多个观景台指标。
可选地，所述确定每个所述道路指标的权重，包括：
将所述多个道路指标中任意两个道路指标进行对比，得到所述任意两个道路指标之间的相对重要性；
基于所述任意两个道路指标之间的相对重要性确定每个所述道路指标的权重。
可选地，将所述多个道路指标作为道路选线因子，确定每个所述道路选线因子对应的各个类别以及每个类别对应的等级，基于所述道路选线因子的每个类别对应的等级和权重进行加权求和计算，得到所述目标区域中每个栅格的道路评价值，包括：
确定所述用地类型对应的多个用地类别，并赋予每个所述用地类别不同的数值以表示每个所述用地类别的用地等级；
基于所述植被覆盖度和多个百分比区间进行匹配，基于匹配结果赋予所述植被覆盖度对应的数值以表示所述植被覆盖度的覆盖等级；
基于所述坡度和多个度数区间进行匹配，基于匹配结果赋予所述坡度对应的数值以表示所述坡度的坡度等级；
确定所述坡位对应的多个位置区域，并赋予每个所述位置区域不同的数值以表示每个所述位置区域的坡位等级；
基于所述用地类型的权重、每个所述用地类别的用地等级、所述植被覆盖度的权重、所述植被覆盖度的覆盖等级、所述坡度的权重、所述坡度的坡度等级、所述坡位的权重和每个所述位置区域的坡位等级进行加权求和计算，得到所述目标区域中每个栅格的道路评价值。
可选地，所述确定每个所述观景台指标的权重，包括：
将所述多个观景台指标中任意两个观景台指标进行对比，得到所述任意两个观景台指标之间的相对重要性；
基于所述任意两个观景台指标之间的相对重要性确定每个所述观景台指标的权重。
可选地，所述将所述多个观景台指标作为观景台选址因子，确定每个所述观景台选址因子对应的各个类别以及每个类别对应的等级，基于所述观景台选址因子的每个类别对应的等级和权重进行加权求和计算，得到所述目标区域中每个栅格的观景台评价值，包括：
基于所述视域范围和多个百分比区间进行匹配，基于匹配结果赋予所述视域范围对应的数值以表示所述视域范围的视域等级；
基于所述高程和多个数值区间进行匹配，基于匹配结果赋予所述高程对应的数值以表示所述高程的高程等级；
基于所述坡度和多个度数区间进行匹配，基于匹配结果赋予所述坡度对应的数值以表示所述坡度的坡度等级；
确定所述区域距离和多个距离区间进行匹配，基于匹配结果赋予所述区域距离对应的数值以表示所述区域距离的距离等级；
基于所述视域范围的权重、所述视域范围的视域等级、所述高程的权重、所述高程的高程等级、所述坡度的权重、所述坡度的坡度等级、所述区域距离的权重和所述区域距离的距离等级进行加权求和计算，得到所述目标区域中每个栅格的观景台评价值。
可选地，所述基于所述每个栅格的道路评价值和所述每个栅格的观景台评价值分别从所述目标区域中确定道路适宜区域和景观台适宜区域，包括：
基于道路特性和所述每个栅格的道路评价值从所述目标区域中确定山林路网作为所述道路适宜区域；
基于观景台分布密度和所述每个栅格的观景台评价值从所述目标区域中确定观景台节点作为所述景观台适宜区域。
本公开提供了一种森林景观模拟装置，包括：
获取数据模块，用于获取目标区域的地理信息数据、林业调查数据、土地利用数据和水文地质数据；
计算指标模块，用于基于目标平台对所述地理信息数据、所述林业调查数据、所述土地利用数据和所述水文地质数据进行计算，得到每个栅格的多个道路指标和多个观景台指标；
第一确定权重模块，用于确定每个所述道路指标的权重；
第一计算评价值模块，用于将所述多个道路指标作为道路选线因子，确定每个所述道路选线因子对应的各个类别以及每个类别对应的等级，基于所述道路选线因子的每个类别对应的等级和权重进行加权求和计算，得到所述目标区域中每个栅格的道路评价值；
第二确定权重模块，用于确定每个所述观景台指标的权重；
第二计算评价值模块，用于将所述多个观景台指标作为观景台选址因子，确定每个所述观景台选址因子对应的各个类别以及每个类别对应的等级，基于所述观景台选址因子的每个类别对应的等级和权重进行加权求和计算，得到所述目标区域中每个栅格的观景台评价值；
确定区域模块，用于基于所述每个栅格的道路评价值和所述每个栅格的观景台评价值分别从所述目标区域中确定道路适宜区域和景观台适宜区域；
模拟模块，用于分别基于目标模型软件构建所述道路适宜区域的道路模型和所述景观台适宜区域的观景台模型，以及将所述道路模型和所述观景台模型输入目标场景平台构建虚拟现实场景。
本公开提供了一种电子设备，包括：处理器；用于存储所述处理器可执行指令的存储器；所述处理器，用于从所述存储器中读取所述可执行指令，并执行所述指令以实现上述实施例所述的森林景观模拟方法。
本公开提供了一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序用于执行上述实施例所述的森林景观模拟方法。
本公开实施例提供的技术方案与现有技术相比具有如下优点：
通过获取目标区域的地理信息数据、林业调查数据、土地利用数据和水文地质数据，基于目标平台对地理信息数据、林业调查数据、土地利用数据和水文地质数据进行计算，得到多个道路指标和多个观景台指标，确定每个道路指标的权重，并将多个道路指标作为道路选线因子，确定每个道路选线因子对应的各个类别以及每个类别对应的等级，基于道路选线因子的每个类别对应的等级和权重进行加权求和计算，得到目标区域中每个栅格的道路评价值，确定每个观景台指标的权重，并将多个观景台指标作为观景台选址因子，确定每个观景台选址因子对应的各个类别以及每个类别对应的等级，基于观景台选址因子的每个类别对应的等级和权重进行加权求和计算，得到目标区域中每个栅格的观景台评价值，基于每个栅格的道路评价值和每个栅格的观景台评价值分别从目标区域中确定道路适宜区域和景观台适宜区域，并分别基于目标模型软件构建道路适宜区域的道路模型和景观台适宜区域的观景台模型，以及将道路模型和观景台模型输入目标场景平台构建虚拟现实场景。由此，本发明能够让客户实现准确对道路和景观台进行评价，以及构建数据可视化场景，进一步满足用户需求。
附图说明
此处的图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。
为了更清楚地说明本公开实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些图获得其他的图。
图1为本公开实施例提供的一种森林景观模拟方法的流程示意图；
图2为本公开实施例提供的研究区域位置示意图；
图3为本公开实施例提供的另一种森林景观模拟方法的流程示意图；
图4为本公开实施例提供的研究区道路选线适宜性单因子评价结果；
图5为本公开实施例提供的研究区观景台选址适宜性单因子评价结果；
图6为本公开实施例提供的研究区道路选线适宜性评价结果；
图7为本公开实施例提供的研究区观景台选址适宜性评价结果；
图8为本公开实施例提供的道路网络系统演化示意图；
图9为本公开实施例提供的研究区平面布局示意图；
图10为本公开实施例提供的研究区三维模型示意图；
图11为本公开实施例提供的研究区场景渲染图；
图12为本公开实施例提供的一种森林景观模拟装置的结构示意图。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本公开的上述目的、特征和优点，下面将对本公开的方案进行进一步描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本公开，但本公开还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施；显然，说明书中的实施例只是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。
在实际应用中，道路系统最主要的特性是体现连续性和系统性。设计一个科学系统的道路网络，最大程度发挥道路的生态环境，游览休闲，森林调查和经济价值，山区观景台是游人游客的重要引力源。是生态经济循环的动力源。其空间决策原则为最大化的利用现状环境而不破坏环境、视野开阔、交通可达、安全、可操作性强。
针对相关技术中道路和观景台评价不够全面、以及不进行具体形象化的表达，容易造成沟通过程中信息衰减的问题，本公开提出一种森林景观模拟方法，通过在利用多源软件平台和数据，为山林区空间决策，提供一种定量的、客观的评价方法，并构建数据可视化场景，以数据说服用户，以场景打动用户。
具体地，图1为本公开实施例提供的一种森林景观模拟方法的流程示意图，包括：
步骤101，获取目标区域的地理信息数据、林业调查数据、土地利用数据和水文地质数据。
其中，目标区域可以根据应用场景需要设置，比如可以为某省、某市等区域，也可以获取更大区域范围也可以获取更小区域范围，也可以获取更大区域范围后在具体分析时从中获取需要研究区域的数据，本公开实施例对于目标区域不作具体限制。
在本公开实施例中，基于地理信息平台获取地理信息数据，包括正射遥感影像(Digital Orthophoto Map，DOM)，数字高程模型(Digital Elevation Model，DEM)等数据格式的遥感数据。
在本公开实施例中，从相关认证平台获取林业调查数据(比如林业地类、优势树种、伴生树种、林龄组、平均树高、平均胸径、郁闭度、亩株数、植被盖度等)、土地利用数据，也可通过遥感影像解译获取土地利用数据(比如耕地、水体、建设用地等)、以及查阅文献、相关网站等方式获取水文地质数据(比如降水、暴雨等水文条件，地质灾害、地层岩性等地质情况)。
步骤102，基于目标平台对地理信息数据、林业调查数据、土地利用数据和水文地质数据进行计算，得到多个道路指标和多个观景台指标。
其中，目标平台可以根据应用场景选择设置，本公开实施例优选GIS(GeographicInformation System，地理信息系统)平台。
在本公开实施例中，地理信息数据包括：正射遥感影像和数字高程模型，基于目标平台对地理信息数据、林业调查数据、土地利用数据和水文地质数据进行计算，得到每个栅格的多个道路指标和多个观景台指标，包括：基于土地利用数据进行计算，得到每个栅格的用地类型，基于林业调查数据进行计算，得到每个栅格的植被覆盖度，基于数字高程模型(DEM)进行计算，得到每个栅格的坡位、坡度和视域范围，基于数字高程模型和用地类型进行计算，得到每个栅格的区域距离和高程，将用地类型、植被覆盖度、坡位和坡度作为每个栅格的多个道路指标、以及将坡度、区域距离、视域范围和高程作为每个栅格的多个观景台指标。
具体地，目标区域可以划分为多个栅格，本公开实施例针对每个栅格进行指标获取和计算。
具体地，在山林区道路体系空间决策中，计算的指标为用地类型、植被覆盖度、坡位和坡度。在山林区观景台空间决策中，计算的指标为坡度，区域距离(指的是与居民区的距离)、视域范围和高程。更具体地，用地类型由土地利用数据获取，植被覆盖度由林业调查数据获取，坡位、坡度、视域范围由DEM计算获得，与居民区的距离和高程由DOM及用地类型数据计算获取。
步骤103，确定每个道路指标的权重，并将多个道路指标作为道路选线因子，确定每个道路选线因子对应的各个类别以及每个类别对应的等级，基于道路选线因子的每个类别对应的等级和权重进行加权求和计算，得到目标区域中每个栅格的道路评价值。
在本公开实施例中，将多个道路指标中任意两个道路指标进行对比，得到任意两个道路指标之间的相对重要性，基于任意两个道路指标之间的相对重要性确定每个道路指标的权重。
在本公开实施例中，将多个道路指标作为道路选线因子，确定每个道路选线因子对应的各个类别以及每个类别对应的等级，基于道路选线因子的每个类别对应的等级和权重进行加权求和计算，得到目标区域中每个栅格的道路评价值，包括：确定用地类型对应的多个用地类别，并赋予每个用地类别不同的数值以表示每个用地类别的用地等级，基于植被覆盖度和多个百分比区间进行匹配，基于匹配结果赋予植被覆盖度对应的数值以表示植被覆盖度的覆盖等级，基于坡度和多个度数区间进行匹配，基于匹配结果赋予述坡度对应的数值以表示坡度的坡度等级，确定坡位对应的多个位置区域，并赋予每个位置区域不同的数值以表示每个位置区域的坡位等级，基于用地类型的权重、每个用地类别的用地等级、植被覆盖度的权重、植被覆盖度的覆盖等级、坡度的权重、坡度的坡度等级、坡位的权重和每个位置区域的坡位等级进行加权求和计算，得到目标区域中每个栅格的道路评价值。
具体地，运用层次分析法，将多个道路指标作为道路选线因子，对道路选线因子的重要性进行定量化表示，即确定各道路选线因子的权重值。对每个道路选线的分类进行分级，分级越高说明该类别越适宜建设。
具体地，道路空间决策中以最小化破坏现状植被及建筑为原则，尽量少的占用建设用地、耕地及林地。在植被覆盖度方面植被盖度越小，评级越高。在地形方面，坡度越小的区域施工难度小、安全性高，则该类区域评级越高。从观景体验的角度考虑，山脊处的视野较为开阔，为首选区域。
具体地，首先对各道路指标的重要性进行两两比较，给出两者的相对重要性的定性表示，然后计算出每个道路指标相对重要性的权重。本公开实施例中各道路指标之间的重要性比较采用：同样重要，稍微重要/稍微不重要，比较重要/比较不重要来表示。
进一步地，根据以上重要性比较，通过层次分析算法的计算，确定各道路指标的权重：比如用地类型为0.2，植被盖度为0.3，坡度为0.2，坡位为0.3。
举例而言，道路选线因子分类中，用地类型对应的多个用地类别包括：疏林地、灌木林地、乔木林地、耕地、建设用地和其他，分别赋予疏林地、灌木林地、乔木林地、耕地、建设用地和其他等级为6、5、4、3、2和1；植被覆盖度和多个百分比区间进行匹配，比如多个百分比区间包括≤60％，(60％，70％]，＞70％，从而基于匹配结果确定植被覆盖度的等级，比如植被覆盖度≤60％等级为3，植被覆盖度为(60％，70％]等级为2，和植被覆盖度＞70％等级为1；坡度和多个度数区间进行匹配，比如多个度数区间包括0-7度，7-15度，15-30度，30-40度，40度以上，从而基于匹配结果确定坡度的等级，比如坡度为0-7度等级为5，坡度为7-15度等级为4，坡度为15-30度等级为3，坡度为30-40度等级为2，坡度为40度以上等级为1；坡位对应的多个位置区域包括山脊区域、山谷区域和其他，分别赋予山脊区域、山谷区域和其他等级为3、2和1。
通常，分级越高说明该类别越适宜建设。需要说明的是，分级的划分可依据实施例不同，而有所区别。
进一步地，根据“千层饼模式”，用地图叠加技术生成综合的用地适宜性评价的定量化结果。利用目标平台空间叠加分析的加权总和功能计算最终的评价结果。其中，评价结果格式为带有评价值的栅格数据，根据现有数据精度，最终栅格数据的空间分辨率通常为7.5米。评价计算公式(1)为：
Figure BDA0003608247760000111
其中，S为每个栅格的道路评价值；S分级为道路选线因子对应分类的等级；S权重为道路选线因子对应的权重。
步骤104，确定每个观景台指标的权重，并将多个观景台指标作为观景台选址因子，确定每个观景台选址因子对应的各个类别以及每个类别对应的等级，基于观景台选址因子的每个类别对应的等级和权重进行加权求和计算，得到目标区域中每个栅格的观景台评价值。
在本公开实施例中，确定每个观景台指标的权重，包括：将多个观景台指标中任意两个观景台指标进行对比，得到任意两个观景台指标之间的相对重要性，基于任意两个观景台指标之间的相对重要性确定每个观景台指标的权重。
在本公开实施例中，将多个观景台指标作为观景台选址因子，确定每个观景台选址因子对应的各个类别以及每个类别对应的等级，基于观景台选址因子的每个类别对应的等级和权重进行加权求和计算，得到目标区域中每个栅格的观景台评价值，包括：基于视域范围和多个百分比阈值进行比较，基于比较结果赋予视域范围对应的数值以表示所述视域范围的视域等级，基于高程和多个数值区间进行匹配，基于匹配结果赋予高程对应的数值以表示高程的高程等级，基于坡度和多个度数区间进行匹配，基于匹配结果赋予坡度对应的数值以表示坡度的坡度等级，确定区域距离和多个距离区间进行匹配，基于匹配结果赋予区域距离对应的数值以表示区域距离的距离等级，基于视域范围的权重、视域范围的视域等级、高程的权重、高程的高程等级、坡度的权重、坡度的坡度等级、区域距离的权重和区域距离的距离等级进行加权求和计算，得到目标区域中每个栅格的观景台评价值。
具体地，在观景台空间决策中，从视域的角度考虑，可视范围越大，视野越好，评级越高。从游客停留意愿考虑，高程越高游客停留的意愿越强烈，其评级越高。从游览安全性考虑，坡度越小，评级越高。从游览服务的角度考虑，距离现状村庄道路越近，分级越高。
具体地，首先对各观景台指标的重要性进行两两比较，给出两者的相对重要性的定性表示，然后计算出每个观景台指标相对重要性的权重。本公开实施例中各观景台指标之间的重要性比较采用：同样重要，稍微重要/稍微不重要，比较重要/比较不重要来表示。
进一步地，根据以上重要性比较，通过层次分析算法的计算，确定各观景台指标的权重：比如视域范围为0.4，坡度0.2，高程0.2和区域距离为0.2。
举例而言，视域范围和多个百分比区间进行匹配，多个百分比区间包括可见范围≥70％，可见范围(40％，70％]，可见范围≤40％，从而基于匹配结果确定视域范围的等级，比如视域范围≥70％等级为3，视域范围为(40％，70％]等级为2，视域范围≤40％等级为1；根据实施例高程范围确定划分阈值，一般三等分高差即可；区域距离包括距离村镇0-250米等级为4，距离村镇250-500米等级为3，距离村镇500-1000米等级为2，距离村镇大于1000米等级为1。
进一步地，根据“千层饼模式”，用地图叠加技术生成综合的用地适宜性评价的定量化结果。利用目标平台空间叠加分析的加权总和功能计算最终的评价结果。其中，评价结果格式为带有评价值的栅格数据，根据现有数据精度，最终栅格数据的空间分辨率通常为7.5米。评价计算公式(1)为：
Figure BDA0003608247760000131
其中，S为每个栅格的观景台评价值；S分级为观景台选址因子对应分类的等级；S权重为观景台选址因子对应的权重。
步骤105，基于每个栅格的道路评价值和每个栅格的观景台评价值分别从目标区域中确定道路适宜区域和景观台适宜区域，并分别基于目标模型软件构建道路适宜区域的道路模型和景观台适宜区域的观景台模型，以及将道路模型和观景台模型输入目标场景平台构建虚拟现实场景。
在本公开实施例中，基于多因素的加权评价法得出每个栅格的道路评价值和每个栅格的观景台评价值，并根据评价结果(分值越高适宜性越强)分别从目标区域中确定道路适宜区域和景观台适宜区域，包括：基于道路特性和每个栅格的道路评价值从目标区域中确定山林路网作为道路适宜区域，基于观景台分布密度和每个栅格的观景台评价值从目标区域中确定观景台节点作为景观台适宜区域。
在本公开实施例中，适宜性评价中，道路的评价结果为适宜区、比较适宜区，条件限值区，不适宜区，特别不适宜区。观景台评价结果为适宜区、比较适宜区，不适宜区，特别不适宜区。
在本公开实施例中，结合运算结果，根据道路系统的完整性(重要节点都有道路穿行)、连续性原则(无断头路)，确定山林道路。根据观景台分布密度。在路网中确定观景台节点。其中，线状的路和点状的观景台、点状及线状要素一起构成山林路网。其中，依照道路网络始终保持一个环形连续状态的原则，人工绘制道路路网。
在本公开实施例中，将数字高程模型(DEM)转化为Autodesk 3ds Max(以下称3Dmax)可读取的DXF文件，根据带有地理信息的林业调查数据(林业地类、优势树种、伴生树种、林龄组、平均树高、郁闭度、亩株数、植被盖度等信息)，在3Dmax中模拟实施例植被现状。根据游步道横断面(面层、垫层、排水沟、坡度、尺寸等)，材质(材料、质感等)构建道路系统模型。设计并制作观景台模型。
在本公开实施例中，VR(Virtual Reality，虚拟现实)场景构建：将上述模型导入Mars平台，通过光影，天气，四季渲染，构建VR场景，为方案决策提供更加直观、可视的信息，在创作阶段就能够体验到项目建成后的真实效果。
综上所述，本公开实施例的森林景观模拟方法，通过获取目标区域的地理信息数据、林业调查数据、土地利用数据和水文地质数据，基于目标平台对地理信息数据、林业调查数据、土地利用数据和水文地质数据进行计算，得到多个道路指标和多个观景台指标，确定每个道路指标的权重，并将多个道路指标作为道路选线因子，确定每个道路选线因子对应的各个类别以及每个类别对应的等级，基于道路选线因子的每个类别对应的等级和权重进行加权求和计算，得到目标区域中每个栅格的道路评价值；确定每个观景台指标的权重，并将多个观景台指标作为观景台选址因子，确定每个观景台选址因子对应的各个类别以及每个类别对应的等级，基于观景台选址因子的每个类别对应的等级和权重进行加权求和计算，得到目标区域中每个栅格的观景台评价值；基于每个栅格的道路评价值和每个栅格的观景台评价值分别从目标区域中确定道路适宜区域和景观台适宜区域，并分别基于目标模型软件构建道路适宜区域的道路模型和景观台适宜区域的观景台模型，以及将道路模型和观景台模型输入目标场景平台构建虚拟现实场景。由此，能够客观准确对道路和景观台进行评价，以及构建数据可视化场景，进一步满足用户需求。
作为一种场景举例，以河北省井陉县西部的仙台山森林公园如图2所示为例，该目标区域的面积为1859公顷。
具体地，以多源软件集成解决森林综合景观模拟，实现森林防火、游览、调查的最优空间决策方法，如图3所示，包括：
具体地，下载空间分辨率为0.5米的DOM数据，空间分辨率为7.5米的DEM数据。H省提供的林业调查数据、土地利用数据、以及相关的水文地质数据。
具体地，在山林区道路体系空间决策中，计算的指标为用地类型、植被覆盖度、坡位、坡度。在山林区观景台空间决策中，计算的指标为坡度，与居民区的距离、视域范围、高程。
比如该区域年平均降水量为620毫米。最大1h暴雨量为30～85毫米，最大24h暴雨量为150～290毫米。实施例海拔相对较高，排水通畅，植被茂盛、地质条件较好。不会造成大面积淹没，因此在具体指标确定时暂不考虑洪水淹没。
进一步地，运用层次分析法，对上述指标的重要性进行定量化表示，即确定各因子的权重值，对每个因子的分类进行分级，分级越高说明该类别越适宜建设。
具体地，运用层次分析法，通过层次分析软件，确定指标权重。其原理是首先对各指标的重要性进行两两比较，给出两者的相对重要性的定性表示，然后计算出每个指标相对重要性的权重。
本公开实施例中各指标之间的重要性比较采用：同样重要，稍微重要/稍微不重要，比较重要/比较不重要来表示。道路及观景台重要性定性表示如下表1和表2所示：
表1道路指标重要性比较
用地类型 植被盖度 坡度 坡位
用地类型 同样重要 / / /
植被盖度 稍微重要 同样重要 / /
坡度 同样重要 稍微不重要 同样重要 /
坡位 同样重要 稍微不重要 稍微不重要 同样重要
注：以上重要性比较为纵列要素VS横列要素的重要性
表2观景台指标重要性比较
视域范围 高程 坡度 人居环境
视域范围 同样重要 / / /
高程 比较不重要 同样重要 / /
坡度 比较不重要 同样重要 同样重要 /
人居环境 比较不重要 同样重要 同样重要 同样重要
注：以上重要性比较为纵列要素VS横列要素的重要性
根据以上重要性比较，通过层次分析软件的计算，确定道路指标评价权重：比如用地类型适宜性为0.2，植被盖度适宜性为0.3，坡度为0.2，坡位为0.3。观景台指标评价权重：比如视域范围为0.4，坡度0.2，高程0.2，人居环境为0.2。
道路选线因子：选取用地类型、植被盖度、坡度、坡位为道路选线因子。根据评价结果设计多种道路形式，包括车行路、步道、栈道等。既满足工程建设的可行性，又为登山游览、森林调查提供多种路径选择。
观景台选址因子：选取视域范围、高程、坡度、人居环境为观景台选址因子。根据现状以及规划路网，在满足以上选址因子的基础上，让观景台分布于路网之中，提高游客的观赏体验。评价因子分类分级如下表3所示：
表3道路用地评价因子分类分级表
Figure BDA0003608247760000171
表4观景台用地评价因子分类分级表
Figure BDA0003608247760000172
进一步地，利用地理信息系统平台的，重分类、多环缓冲、脚本赋值、面转栅格等功能模块，计算单个指标的评价结果，如图4所示、图5所示。
进一步地，根据“千层饼模式”，用地图叠加技术生成综合的用地适宜性评价的定量化结果。利用ArcGIS平台空间叠加分析的加权总和功能。计算最终的评价结果。结果格式为带有评价值的栅格数据，根据现有数据精度，最终栅格数据的空间分辨率为7.5米。
为提高图件的可读性，将道路的评价结果分为适宜区、比较适宜区，条件限值区，不适宜区，特别不适宜区；分别对应的评价值为3.3-3.8；2.9-3.3；2.6-2.9；2.1-2.9；1.6-2.1；如图6所示。观景台评价结果为适宜区、比较适宜区，不适宜区，特别不适宜区；分别对应的评价值为3-4；2.6-3；2.2-2.6；1.4-2.2；如图7所示。
结合运算结果，根据道路系统的完整性、连续性原则，确定山林路网。根据观景台分布密度。在路网中确定观景台节点。
道路网络的平面确定应形成完整的、连续的环道。道路网络在一个不断完善的过程中，并且应始终保持一个环形连续状态，只要建设条件成熟即可继续“生长”。如图8所示。同时，使得道路路网尽可能多的沿适宜区、比较适宜区。使得观景点在适宜区、比较适宜区的基础上，还要成为路网中的节点。最终确定平面布局如图9所示。
将数字高程模型DEM转化为Autodesk 3ds Max(以下称3Dmax)可读取的DXF文件，所使用的平台为Global Mapper。根据带有地理信息的林业调查数据，在3Dmax中模拟实施例植被现状。根据游步道横断面，材质构建道路系统模型和设计并制作观景台模型。
具体的：利用Global Mapper的Export Elevation Grid Format工具将DEM转化DXF 3D Face File。基于林业调查数据坐标系可以和DEM及DOM吻合。信息包括林业地类、优势树种、伴生树种、林龄组、平均树高、平均胸径、郁闭度、亩株数、植被盖度等信息。为现状植被模拟提供了详细的数据基础。道路横断面的设计依据Autodesk Civil 3D平台，设计道路面层、垫层、排水沟、与山体的连接关系等。本发明给出一个道路横断面设计示例(如图10)。林区观景台的建设以简洁的做法、环保的材质为原则，应尽量减小对自然环境的干扰和破坏。本发明给出一个观景台设计示例(如图10)。本公开中的道路断面及观景台示例并不代表唯一方案。
进一步将上述模型导入Mars平台，通过光影，天气，四季渲染，构建VR场景，为方案决策提供更加直观、可视的信息，在创作阶段就能够体验到项目建成的真实效果。
具体的：将上述模型导入Mars平台，对模型场景进行高级环境光系统渲染。对模型进行实时光线追踪、对植物四季形态一键追踪、快速模型编辑、真实场景漫游汇报，借助VR设备进行3D交互沉浸式体验，还原真实空间感受，如图11所示。
图12为本公开实施例提供的一种森林景观模拟装置的结构示意图，该装置可由软件和/或硬件实现，一般可集成在电子设备中。
如图12所示，该装置包括：
获取数据模块201，用于获取目标区域的地理信息数据、林业调查数据、土地利用数据和水文地质数据；
计算指标模块202，用于基于目标平台对所述地理信息数据、所述林业调查数据、所述土地利用数据和所述水文地质数据进行计算，得到每个栅格的多个道路指标和多个观景台指标；
第一确定权重模块203，用于确定每个所述道路指标的权重；
第一计算评价值模块204，用于将所述多个道路指标作为道路选线因子，确定每个所述道路选线因子对应的各个类别以及每个类别对应的等级，基于所述道路选线因子的每个类别对应的等级和权重进行加权求和计算，得到所述目标区域中每个栅格的道路评价值；
第二确定权重模块205，用于确定每个所述观景台指标的权重；
第二计算评价值模块206，用于将所述多个观景台指标作为观景台选址因子，确定每个所述观景台选址因子对应的各个类别以及每个类别对应的等级，基于所述观景台选址因子的每个类别对应的等级和权重进行加权求和计算，得到所述目标区域中每个栅格的观景台评价值；
确定区域模块207，用于基于所述每个栅格的道路评价值和所述每个栅格的观景台评价值分别从所述目标区域中确定道路适宜区域和景观台适宜区域；
模拟模块208，用于分别基于目标模型软件构建所述道路适宜区域的道路模型和所述景观台适宜区域的观景台模型，以及将所述道路模型和所述观景台模型输入目标场景平台构建虚拟现实场景。
可选地，所述地理信息数据包括：正射遥感影像和数字高程模型，所述计算指标模块，具体用于：
基于所述土地利用数据进行计算，得到每个栅格的用地类型；
基于所述林业调查数据进行计算，得到每个栅格的植被覆盖度；
基于所述数字高程模型(DEM)进行计算，得到每个栅格的坡位、坡度和视域范围；
基于所述数字高程模型和所述用地类型进行计算，得到每个栅格的区域距离和高程；
将所述用地类型、所述植被覆盖度、所述坡位和坡度作为所述每个栅格的多个道路指标、以及将所述坡度、所述区域距离、所述视域范围和所述高程作为所述每个栅格的多个观景台指标。
可选地，所述第一确定权重模块，具体用于：
将所述多个道路指标中任意两个道路指标进行对比，得到所述任意两个道路指标之间的相对重要性；
基于所述任意两个道路指标之间的相对重要性确定每个所述道路指标的权重。
可选地，所述第一计算评价值模块，具体用于确定所述用地类型对应的多个用地类别，并赋予每个所述用地类别不同的数值以表示每个所述用地类别的用地等级；
基于所述植被覆盖度和多个百分比区间进行匹配，基于匹配结果赋予所述植被覆盖度对应的数值以表示所述植被覆盖度的覆盖等级；
基于所述坡度和多个度数区间进行匹配，基于匹配结果赋予所述坡度对应的数值以表示所述坡度的坡度等级；
确定所述坡位对应的多个位置区域，并赋予每个所述位置区域不同的数值以表示每个所述位置区域的坡位等级；
基于所述用地类型的权重、每个所述用地类别的用地等级、所述植被覆盖度的权重、所述植被覆盖度的覆盖等级、所述坡度的权重、所述坡度的坡度等级、所述坡位的权重和每个所述位置区域的坡位等级进行加权求和计算，得到所述目标区域中每个栅格的道路评价值。
可选地，第二确定权重模块，具体用于：
将所述多个观景台指标中任意两个观景台指标进行对比，得到所述任意两个观景台指标之间的相对重要性；
基于所述任意两个观景台指标之间的相对重要性确定每个所述观景台指标的权重。
可选地，所述第二计算评价值模块，具体用于：
基于所述视域范围和多个百分比区间进行匹配，基于匹配结果赋予所述视域范围对应的数值以表示所述视域范围的视域等级；
基于所述高程和多个数值区间进行匹配，基于匹配结果赋予所述高程对应的数值以表示所述高程的高程等级；
基于所述坡度和多个度数区间进行匹配，基于匹配结果赋予所述坡度对应的数值以表示所述坡度的坡度等级；
确定所述区域距离和多个距离区间进行匹配，基于匹配结果赋予所述区域距离对应的数值以表示所述区域距离的距离等级；
基于所述视域范围的权重、所述视域范围的视域等级、所述高程的权重、所述高程的高程等级、所述坡度的权重、所述坡度的坡度等级、所述区域距离的权重和所述区域距离的距离等级进行加权求和计算，得到所述目标区域中每个栅格的观景台评价值。
可选地，确定区域模块，具体用于：
基于道路特性和所述每个栅格的道路评价值从所述目标区域中确定山林路网作为所述道路适宜区域；
基于观景台分布密度和所述每个栅格的观景台评价值从所述目标区域中确定观景台节点作为所述景观台适宜区域。
本公开实施例所提供的森林景观模拟装置可执行本公开任意实施例所提供的森林景观模拟方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。
根据本公开的一个或多个实施例，本公开提供了一种电子设备，包括：处理器；用于存储所述处理器可执行指令的存储器；所述处理器，用于从所述存储器中读取所述可执行指令，并执行所述指令以实现如本公开提供的任一所述的森林景观模拟方法。
根据本公开的一个或多个实施例，本公开提供了一种计算机可读存储介质，所述存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序用于执行如本公开提供的任一所述的森林景观模拟方法。
需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅是本公开的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本公开。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本公开的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本公开将不会被限制于本文所述的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种森林景观模拟方法，其特征在于，包括：
获取目标区域的地理信息数据、林业调查数据、土地利用数据和水文地质数据；
基于目标平台对所述地理信息数据、所述林业调查数据、所述土地利用数据和所述水文地质数据进行计算，得到多个道路指标和多个观景台指标；
确定每个所述道路指标的权重，并将所述多个道路指标作为道路选线因子，确定每个所述道路选线因子对应的各个类别以及每个类别对应的等级，基于所述道路选线因子的每个类别对应的等级和权重进行加权求和计算，得到所述目标区域中每个栅格的道路评价值；
确定每个所述观景台指标的权重，并将所述多个观景台指标作为观景台选址因子，确定每个所述观景台选址因子对应的各个类别以及每个类别对应的等级，基于所述观景台选址因子的每个类别对应的等级和权重进行加权求和计算，得到所述目标区域中每个栅格的观景台评价值；
基于所述每个栅格的道路评价值和所述每个栅格的观景台评价值分别从所述目标区域中确定道路适宜区域和景观台适宜区域，并分别基于目标模型软件构建所述道路适宜区域的道路模型和所述景观台适宜区域的观景台模型，以及将所述道路模型和所述观景台模型输入目标场景平台构建虚拟现实场景。
2.根据权利要求1所述的森林景观模拟方法，其特征在于，所述地理信息数据包括：正射遥感影像和数字高程模型，所述基于目标平台对所述地理信息数据、所述林业调查数据、所述土地利用数据和所述水文地质数据进行计算，得到每个栅格的多个道路指标和多个观景台指标，包括：
基于所述土地利用数据进行计算，得到每个栅格的用地类型；
基于所述林业调查数据进行计算，得到每个栅格的植被覆盖度；
基于所述数字高程模型进行计算，得到每个栅格的坡位、坡度和视域范围；
基于所述数字高程模型和所述用地类型进行计算，得到每个栅格的区域距离和高程；
将所述用地类型、所述植被覆盖度、所述坡位和坡度作为所述每个栅格的多个道路指标、以及将所述坡度、所述区域距离、所述视域范围和所述高程作为所述每个栅格的多个观景台指标。
3.根据权利要求1所述的森林景观模拟方法，其特征在于，所述确定每个所述道路指标的权重，包括：
将所述多个道路指标中任意两个道路指标进行对比，得到所述任意两个道路指标之间的相对重要性；
基于所述任意两个道路指标之间的相对重要性确定每个所述道路指标的权重。
4.根据权利要求2所述的森林景观模拟方法，其特征在于，所述将所述多个道路指标作为道路选线因子，确定每个所述道路选线因子对应的各个类别以及每个类别对应的等级，基于所述道路选线因子的每个类别对应的等级和权重进行加权求和计算，得到所述目标区域中每个栅格的道路评价值，包括：
确定所述用地类型对应的多个用地类别，并赋予每个所述用地类别不同的数值以表示每个所述用地类别的用地等级；
基于所述植被覆盖度和多个百分比区间进行匹配，基于匹配结果赋予所述植被覆盖度对应的数值以表示所述植被覆盖度的覆盖等级；
基于所述坡度和多个度数区间进行匹配，基于匹配结果赋予所述坡度对应的数值以表示所述坡度的坡度等级；
确定所述坡位对应的多个位置区域，并赋予每个所述位置区域不同的数值以表示每个所述位置区域的坡位等级；
基于所述用地类型的权重、每个所述用地类别的用地等级、所述植被覆盖度的权重、所述植被覆盖度的覆盖等级、所述坡度的权重、所述坡度的坡度等级、所述坡位的权重和每个所述位置区域的坡位等级进行加权求和计算，得到所述目标区域中每个栅格的道路评价值。
5.根据权利要求1所述的森林景观模拟方法，其特征在于，所述确定每个所述观景台指标的权重，包括：
将所述多个观景台指标中任意两个观景台指标进行对比，得到所述任意两个观景台指标之间的相对重要性；
基于所述任意两个观景台指标之间的相对重要性确定每个所述观景台指标的权重。
6.根据权利要求2所述的森林景观模拟方法，其特征在于，所述将所述多个观景台指标作为观景台选址因子，确定每个所述观景台选址因子对应的各个类别以及每个类别对应的等级，基于所述观景台选址因子的每个类别对应的等级和权重进行加权求和计算，得到所述目标区域中每个栅格的观景台评价值，包括：
基于所述视域范围和多个百分比区间进行匹配，基于匹配结果赋予所述视域范围对应的数值以表示所述视域范围的视域等级；
基于所述高程和多个数值区间进行匹配，基于匹配结果赋予所述高程对应的数值以表示所述高程的高程等级；
基于所述坡度和多个度数区间进行匹配，基于匹配结果赋予所述坡度对应的数值以表示所述坡度的坡度等级；
确定所述区域距离和多个距离区间进行匹配，基于匹配结果赋予所述区域距离对应的数值以表示所述区域距离的距离等级；
基于所述视域范围的权重、所述视域范围的视域等级、所述高程的权重、所述高程的高程等级、所述坡度的权重、所述坡度的坡度等级、所述区域距离的权重和所述区域距离的距离等级进行加权求和计算，得到所述目标区域中每个栅格的观景台评价值。
7.根据权利要求1所述的森林景观模拟方法，其特征在于，所述基于所述每个栅格的道路评价值和所述每个栅格的观景台评价值分别从所述目标区域中确定道路适宜区域和景观台适宜区域，包括：
基于道路特性和所述每个栅格的道路评价值从所述目标区域中确定山林路网作为所述道路适宜区域；
基于观景台分布密度和所述每个栅格的观景台评价值从所述目标区域中确定观景台节点作为所述景观台适宜区域。
8.一种森林景观模拟装置，其特征在于，包括：
获取数据模块，用于获取目标区域的地理信息数据、林业调查数据、土地利用数据和水文地质数据；
计算指标模块，用于基于目标平台对所述地理信息数据、所述林业调查数据、所述土地利用数据和所述水文地质数据进行计算，得到每个栅格的多个道路指标和多个观景台指标；
第一确定权重模块，用于确定每个所述道路指标的权重；
第一计算评价值模块，用于将所述多个道路指标作为道路选线因子，确定每个所述道路选线因子对应的各个类别以及每个类别对应的等级，基于所述道路选线因子的每个类别对应的等级和权重进行加权求和计算，得到所述目标区域中每个栅格的道路评价值；
第二确定权重模块，用于确定每个所述观景台指标的权重；
第二计算评价值模块，用于将所述多个观景台指标作为观景台选址因子，确定每个所述观景台选址因子对应的各个类别以及每个类别对应的等级，基于所述观景台选址因子的每个类别对应的等级和权重进行加权求和计算，得到所述目标区域中每个栅格的观景台评价值；
确定区域模块，用于基于所述每个栅格的道路评价值和所述每个栅格的观景台评价值分别从所述目标区域中确定道路适宜区域和景观台适宜区域；
模拟模块，用于分别基于目标模型软件构建所述道路适宜区域的道路模型和所述景观台适宜区域的观景台模型，以及将所述道路模型和所述观景台模型输入目标场景平台构建虚拟现实场景。
9.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括：
处理器；
用于存储所述处理器可执行指令的存储器；
所述处理器，用于从所述存储器中读取所述可执行指令，并执行所述指令以实现权利要求1-7中任一所述的森林景观模拟方法。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序用于执行权利要求1-7中任一所述的森林景观模拟方法。
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