一种城乡山水环境中登临揽胜点发掘方法技术

本发明专利技术公开了一种城乡山水环境中的登临揽胜点发掘方法，包括以下步骤：在聚落遥感图像中提取出聚落边界和水系边界，在聚落边界中计算聚落几何中心；将聚落几何中心映射至DEM数据上，计算以聚落中心为起点至DEM各格网的步行时间矩阵，并根据设定的步行时长阈值t0获得可达域；在可达域范围内计算各格网点的可视域，并通过对各格网可视域的排序和叠加处理，最终获得登临揽胜点。该方法借助遥感图像、DEM数据，以地形分析的手段智能化发掘城乡山水环境中存在的景观揽胜点位，运行时参数设置简单、使用方便，对不同类型的聚落景观选址具有良好的普适性。良好的普适性。良好的普适性。

【技术实现步骤摘要】
一种城乡山水环境中登临揽胜点发掘方法


[0001]本专利技术属于数字地形分析及城乡环境智能规划领域，涉及一种城乡山水环境中登临揽胜点发掘方法。

技术介绍

[0002]在自然环境风格多变的中国大地上，不同地域之间的山水空间秩序和格局，造就了它们独特的、不可复制的地域标识；以地理信息为基础，借助地形和视域分析技术实现数字化、智能化的景观视域测算，发掘山水环境中的优质视域格局、重要地形点位，对聚落选址、景观建设、旅游规划等有着十分重要的意义。
[0003]当前，城乡规划专业人士的山水环境下视域分析、重要地形点位筛选研究，大多是人工预选若干观测点，借助具有可视域计算功能的ArcGIS Engine、Global Mapper等第三方通用软件开展分析；分析前需根据经验人工设置参数，模拟生成出某个观测点的可视域范围，以此说明该点相对于其它点的可视情况。这种方式仅提供简单的视域计算功能，缺乏视域格局的智能发掘、比对手段。为了更加细致的量化城乡规划视角下的山水环境视域格局，王树声等人在2018年的《城市规划》刊物上发表了《不惮登临：一种对自然山水的竭心体察与寻胜精神》一文，文中描述了“不惮登临”这种山水体察与寻胜的精神对中国古代城市规划的影响，提炼出了古人对山水资源及潜在秩序的发掘与融合。阐明了登临揽胜点为人在自然山水环境中某一步行可达范围内、登高揽胜的优良点位，它将是观景建筑的重要选址位置。根据上述思想，创立了自然山水环境中可达域、登临揽胜点的智能发掘和量化分析方法及系统，有助于形成视野开阔、通视性良好的景观建筑潜在选址规律，对城乡建设规划具有重要的指导意义。
[0004]ArcGIS Engine、Global Mapper等第三方软件不具备可达域、揽胜点的分析功能，利用它们进行视域计算，用户需要在计算结果上进行视域大小排序、再筛选、再加工，同时复杂的参数设置要求用户具备较强的专业知识；另外，这些软件的计算、分析将在完整的地形数据上进行可视域的计算，耗时较长，不适合实际应用。因此，以地理信息为基础，借助地形分析和视域计算技术建立山水环境下的景观格局分析、揽胜点位发掘方法，可在无复杂参数设置、低用户配合的条件下，实现数字化、智能化的山水环境揽胜点发掘。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种城乡山水环境中登临揽胜点发掘方法，该方法能够进行城乡山水环境中登临揽胜点的发掘。
[0006]为达到上述目的，本专利技术所述的城乡山水环境中登临揽胜点发掘方法包括以下步骤：
[0007]1)获取目标聚落及其周边N公里范围内、坐标系对齐的遥感图像Y及数字高程模型G；
[0008]2)对遥感图像Y进行聚落边界及水系边界的提取，得聚落的掩膜图像F及水系的掩
膜图像H；
[0009]3)计算聚落的掩膜图像F内各掩膜像元相对坐标的均值并以此作为聚落的几何中心
[0010]4)对目标聚落的数字高程模型G进行坡度因子计算，得到坡度矩阵S；
[0011]5)将聚落的几何中心映射到目标聚落的数字高程模型G中，作为聚落的地域考察起点，计算聚落的几何中心到目标聚落数字高程模型G中各格网点间的路径长度，再以此构建距离矩阵D；
[0012]6)根据坡度矩阵S计算在目标聚落的数字高程模型G中各格网上的步行速度，得到行进速度矩阵V；
[0013]7)将步骤5)得到的距离矩阵D除以步骤6)得到的行进速度矩阵V，得聚落几何中心到达目标聚落数字高程模型G中各格网的步行时长矩阵T，其中，设置行进时长阈值t0，当步行时长矩阵T中的元素值T(i,j)≤t0时，则表示该格网属于从聚落中心出发、步行t0小时的可达域，构建可达域标记矩阵A；
[0014]8)计算可达域标记矩阵A中各点A(i,j)的可视域标记矩阵W
ij
，得到可视域矩阵集合W{W
11
,W
12
,
…
,W
mn
}，其中，当可视域W
ij
的元素值为1时，代表该格网被A(i,j)可视，当可视域W
ij
的元素值为0时，代表该格网点对A(i,j)不可视；
[0015]9)统计步骤8)中每个W
ij
矩阵中元素为1的个数，并以此作为点A(i,j)的可视域范围值，对可达域标记矩阵A中所有A(i,j)＝1元素的可视范围值由大到小排序，筛选排名前β的元素，并以此构建可达域标记矩阵A中的登临揽胜点集B。
[0016]步骤1)中的遥感图像Y及数字高程模型G分别为：
[0017][0018][0019]其中，Y的像元数为l
×
k，G的格网数为m
×
n。
[0020]步骤2)中的聚落掩膜图像F为：
[0021][0022]水系的掩膜图像H为：
[0023][0024]步骤3)中的聚落几何中心中，
[0025]步骤4)中的坡度矩阵S为：
[0026][0027][0028]其中，G(i,j)为数字高程模型G中相对坐标为i、j的格网，e为数字高程模型G的格网精度。
[0029]步骤5)中的距离矩阵D为：
[0030][0031]其中，D(i,j)＝d1+d2+
…
+d
u
ꢀꢀꢀꢀ
(8)
[0032][0033]式中，e为数字高程模型G的格网精度，h为G(i1,j1)与G(i2,j2)之间的高程差，u为P中从c0出发至G(i,j)需遍历的格网数，d1为c0步行至G(1,0)的路径长度，d2为G(1,0)步行至G(1,1)的路径长度。
[0034]步骤6)中的行进速度矩阵V为：
[0035][0036]其中，V(i,j)为从出发到G(i,j)格网点的平均行进速度。
[0037]步骤7)中的步行时长矩阵T及可达域标记矩阵A分别为：
[0038][0039][0040]本专利技术具有以下有益效果：
[0041]本专利技术所述的城乡山水环境中登临揽胜点发掘方法在具体操作时，先从聚落遥感图像中提取出聚落边界和水系边界，在聚落边界中计算聚落几何中心，将聚落几何中心映射至数字高程模型中，计算以聚落中心为起点至数字高程模型中各格网的步行时间矩阵，并根据设定的步行时长阈值t0获得可达域；在可达域范围内计算各格网点的可视域，并通过对各格网可视域的排序及叠加处理，最终获得登临揽胜点。本专利技术借助遥感图像、DEM数据，以地形分析的手段智能化发掘城乡山水环境中存在的景观揽胜点位，运行时参数设置简单、使用方便，对不同类型的聚落景观选址具有良好的普适性。
附图说明
[0042]图1为以聚落中心c0为起点到达格网点G(i,j)的街区行进路径点集P的示意图；
[0043]图2为本专利技术的分析计算流程图；
[0044]图3为距离矩阵的计算流程图；
[0045]图4为可达域计算过程中的速度矩阵计算流程图；
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种城乡山水环境中登临揽胜点发掘方法，其特征在于，包括以下步骤：1)获取目标聚落及其周边N公里范围内、坐标系对齐的遥感图像Y及数字高程模型G；2)对遥感图像Y进行聚落边界及水系边界的提取，得聚落的掩膜图像F及水系的掩膜图像H；3)计算聚落的掩膜图像F内各掩膜像元相对坐标的均值并以此作为聚落的几何中心4)对目标聚落的数字高程模型G进行坡度因子计算，得到坡度矩阵S；5)构建距离矩阵D；6)根据坡度矩阵S计算在目标聚落的数字高程模型G中各格网上的步行速度，得到行进速度矩阵V；7)构建可达域标记矩阵A；8)计算可达域标记矩阵A中各点A(i,j)的可视域标记矩阵W
ij
，得到可视域矩阵集合W{W
11
,W
12
,
…
,W
mn
}，其中，当可视域W
ij
的元素值为1时，代表该格网被A(i,j)可视，当可视域W
ij
的元素值为0时，代表该格网点对A(i,j)不可视；9)统计步骤8)中每个W
ij
矩阵中元素为1的个数，并以此作为点A(i,j)的可视域范围值，对可达域标记矩阵A中所有A(i,j)＝1元素的可视范围值由大到小排序，筛选排名前β的元素，并以此构建可达域标记矩阵A中的登临揽胜点集B。2.根据权利要求1所述的城乡山水环境中登临揽胜点发掘方法，其特征在于，步骤5)的具体操作为：将聚落的几何中心映射到目标聚落的数字高程模型G中，作为聚落的地域考察起点，计算聚落几何中心到目标聚落的数字高程模型G中各格网点间的路径长度，再以此构建距离矩阵D。3.根据权利要求2所述的城乡山水环境中登临揽胜点发掘方法，其特征在于，步骤6)的具体操作为：将步骤5)得到的距离矩阵D除以步骤6)得到...

【专利技术属性】
技术研发人员：王树声，孔月萍，钟邦奇，李小龙，张瑶，徐玉倩，解天骄，朱旭东，
申请(专利权)人：西安建筑科技大学，
类型：发明
国别省市：