arcgis10-通视分析

通视分析
Demo1 输入视线分析通视性
打开地图文档\gis_ex10\ex21\ex21.mxd，激活data frame1，该视图有点状图层“观察点”，线状图层“道路”，TIN 图层“地形”（见图1）。

鼠标双击data frame1，在Data Frame Properties 话框的General 标签中将Map Units 和Display Units 均改为Meters。

在3D Analyst 工具条中，点击产生视线按钮（Create Line of Sight），出现Line Of Sight 对话框：Define height offsets
Observer offset：1 观察点的相对高程，键盘输入
Target offset：1 目标点的相对高程，键盘输入
一旦确定了观察点和目标点的相对高程，就可以连续进行视线分析。

此时，屏幕上出现十字光标，可以在三维表面上指定观察点和目标点。

先用鼠标将十字光标移到观察点处，按下左键不放，再把鼠标十字光标移到目标点处，松开鼠标的左键，系统根据用户观察点和目标点的位置，绘制出一条连接线段。

这条线往往是红绿相间的，绿色表示连线上的可视部分，红色表示连线上的不可视部分（见图2）。

图 1 data frame1 的显示
图 2 两点间的视线输入
需注意，不能仅仅根据连线的颜色判断两点之间是否可视，因为连线的上的不同颜色，仅仅是反映当目标点在连线上的某一点时，是否可视，并不是直接反映观察点（起点）和目标点（终点）之间是否可视。

要判断观察点（起点）和目标点（终点）之间是否可视，要看ArcMap 窗口最下方的状态栏中的文字显示，如显示Target is visible 表明两点间可视；如显示Target is not visible 表明两点间不可视。

利用基本工具条中的Select Element 按钮，可以调整起点、终点的位置，按键盘中的Delete 键，可以删除，再次选用按钮，可以再添加。

Demo2 基于视点的视域分析
2.1 将TIN转换为栅格
本练习将分析观察点的可视地表范围、沿道路的可视地表范围。

主菜单中选用“地理处理-环境…”，进一步设置：
工作空间-当前工作空间：\ex21\temp
工作空间-临时工作空间：\ex21\temp
输出坐标系：与输入相同
处理范围：与图层地形相同
按确定返回，启用ArcToolbox中选用菜单3D Analyst Tools /转换/由TIN转出/TIN转栅格，
输入TIN：地形
输出栅格：\ex21\temp \surf1
输出栅格类型：float
方法：linear
采样距离：cellsize 10
Z因子：1
按确定返回，不规则三角网“地形”转换为栅格数据集surf1。

2.2 产生单个观察点的视域栅格
选择菜单ArcToolbox中选用菜单3D Analyst Tools /可见性/视域，设置对话框：
Input surface：surf1 选择三维表面图层名
Observer points：观察点选择观察点图层名（此处为“观察点”）
Output raster：visible1 输入产生栅格数据的名称，路径按初始设定
Z factor：1 纵向比例不夸张
按OK 键继续，系统产生栅格状视域分析结果图层visibile1，自动分成2 类（见图3），Not Visible：表示站在观察点不可见的范围，默认为红色（地图中较深颜色），Visible：表示站在观察点的可见范围，默认为绿色（地图中较浅颜色）
图3观察点的视域分析结果（不设置观察点的高程）
2.3 改变观察点的高程
基于观察点的视域分析与前面使用过的视线分析不同。

视线分析可以由用户指定观察点和目标点的相对高程。

视域分析中，需预先设定部分参数，其中有观察点的高度。

在前面进行的视域分析中，没有作任何特别的设置，系统默认观察点的高度是比所在位置三维表面高 1 个单位。

例如，上述练习中，观察点所在处的三维表面的高程为78 米，观察点的高程即为79 米。

用户可以在观察点图层的属性表中设置特定的字段，设定观察点的高程。

常用的字段有：
Spot：指定观察点的绝对高程值
OffisetA：三维表面高程不变，设定观察点的高程偏移值
OffsetB：观察点高程不变，设定三维表面的高程偏移值
打开“观察点”专题的属性表“Attribute of 观察点”。

确认该表处于不可编辑状态，选用菜单Options / Add field…，出现add Field 对话框，为属性表“Attributeof 观察点”增加一个新的字段（若原文件已有该字段则不需要增加），键盘输入：
Field Name：Spot
Data Type：Short Integer
Precision：4
按OK 键确认后新字段添加完毕，还要为该字段添加数据，在Editor 工具栏中选择Editor / Start Editing，输入Spot 字段的数值90，选用菜单Editor / Stop Editing，出现提示“Save Editing？”，选“是（Y）”确认，返回地图窗口，ArcToolbox中选用菜单3D Analyst Tools /可见性/视域，出现设置对话框：Input surface：surf1 选择三维表面图层名
Observer points：观察点选择观察点图层名（此处为“观察点”）
Output raster：visible2 输入产生栅格数据的名称，路径按初始设定
Z factor：1 纵向比例不夸张
按OK 键继续，系统产生栅格状视域分析结果图层visibile2，（见图4）。

图 4 观察点绝对高程为90 米时的视域显示
2.4 两次视域分析结果的比较
前一次不作任何设置，观察点高程仅仅是比对应的三维表面高1 米。

后一次则是设定了观察点的绝对高程为90 米，得到的分析结果略有差异。

同样方法也可以在观察点的属性表中增加字段OffsetA 和OffsetB，来调整观察点和地形的相互关系。

读者可以自行试验。

如果几个字段同时出现在属性表中，系统根据三者的之间的相对关系进行计算，再得到对应的观察点高度。

Demo3 基于路径的视域分析
data frame1 中，已经有了TIN 图层“地形”、线状图层“道路”、点状图层“观察点”。

先将线状图层“道路”转化为3D Shapefile，ArcToolbox中选用菜单3D Analyst Tools /功能性表面/插值shape，出现设置对话框，做出如下设置：
输入表面：地形
输入要素类：道路下拉选择路径图层名
输出要素类：3D_road
Z因子：1
方法：linear
按OK 键继续，在data frame1 中就有了一个新的图层3D_road。

关闭道路图层，选择3D_road中南北走向的那条道路，在ArcToolbox中选用菜单3D Analyst Tools /可见性/视域，，出现如下对话框：输入栅格：surf1 下拉选择作为三维表面的图层名
输入观察点或观察折线要素：3D_road 下拉选择观察点的图层名
输出栅格：visible3 产生栅格数据的名称，保存路径为初始设定
Z 因子：1 纵向比例不夸张
图5 基于路径的视域分析结果（南北向道路）
按OK键确定，系统经过一段时间的计算，得到视域分析的结果栅格图层Visibile3（见图6）。

视域分析不仅判断三维表面上是否可见的范围，也可以记录可视的范围内每一栅格单元可以被观察到的次数。

计算得到的结果是栅格图层，其中每个单元的值表示沿着观察路径该单元可以被看到的次数，观察的总次数应该等于观察路径的总长度除以栅格单元的大小，即观察者沿者路径移动的步长由栅格单元的大小决定。

打开属性表Attribute of Visible3，显示如下：
Value（取值即被看到的次数）Count（取该值的栅格共有几个）
0 722
1 111
2 71
3 88
4 88
……
……
209 1
211 1 可以返回data frame1，进入图层符号设置对话框，按观察到的次数多少进行分类显示。

本练习的路径视域分析是对该图层中一条道路计算可视性，在选择集中只有一个3D Shapefile线要素。

如果有多个线要素，计算结果是沿着多条道路观察到的栅格次数的累计相加。

Demo4 根据三维线要素分析通视性
4.1 地形表面上已有视线的通视分析
打开ex21a.sxd，“公园地形”是用TIN表示的某公园内部的地形，观察点位于公园外部山脚，目标点位于公园内某一山丘顶部。

“观察线”是依据已知观察点、目标点的X、Y、Z坐标值输入的一条3D Shapefile 线要素。

主菜单中选用“地理处理-环境…”，进一步设置：
工作空间-当前工作空间：\ex21\temp
工作空间-临时工作空间：\ex21\temp
输出坐标系：与公园地形相同
处理范围：默认
按确定返回，启用ArcToolbox中选用菜单3D Analyst Tools \可见性\通视分析，继续设置：
输入表面：公园地形
输入线要素：视线
输出要素类：los1.shp
输出障碍点要素类：obs1.shp
按确认，计算生成线要素los1、点要素obs1。

打开los1属性表，可以看到字段TarlsVis，如果取值1，表示通视，取值0即不通视。

点要素obs1是空的，遮挡视线的障碍点不存在。

图6 仅考虑公园内山体地形遮挡的通视分析
4.2 多面体要素参与通视分析
公园外部拟建立一组建筑物，建成后是否影响原有的通视性，需要计算判断。

加载buildings.shp，该数据是二维的，进入buildings图层属性\基本高度，设置：在自定义表面上浮动：\ex21\hillbase3，进入“拉伸”选项，勾选“拉伸图层中的要素”，在“拉伸值或表达式”文本框右侧点击计算器按钮，选择左侧字段，输入表达式[height] *1，按确定返回“拉伸”选项对话框。

在“拉伸方式”下拉表中选择“将其添加到各要素的最大高度”，按确定，拟建建筑在地表模型上以三维方式显示，启用ArcToolbox中选用菜单3D Analyst Tools \转换\3D图层转要素类，继续设置：
输入要素图层：buildings
输出要素类：\ex21\temp\bldg3D
按确定，产生多面体要素类bldg3D，移除buildings，启用ArcToolbox中选用菜单3D Analyst Tools \可见性\通视分析，继续设置：
输入表面：公园地形
输入线要素：视线
输入要素：bldg3D
输出要素类：los2.shp
输出障碍点要素类：obs2.shp
图7 多边形转换为多面体
按确认，计算生成线要素los2、点要素obs2。

打开los2属性表，可以看到字段TarlsVis取值都为0，即不通视，改组建筑物建成后，预定的视线将受遮挡。

点要素obs2是从观察点出发，产生遮挡的第一点，在建筑物外墙。

图8 多面要素与三维表面通视分析
Demo5 天际线与建筑限高
5.1 基于天际线的三维障碍面
打开ex21b.sxd，如图9所示。

观察点周边可能出现建筑物，按当地景观规划要求，从观察点看山体，新建建筑物不得遮挡天际线，为此限制建筑物高度。

主菜单中选用“地理处理-环境…”，进一步设置：工作空间-当前工作空间：\ex21\temp
工作空间-临时工作空间：\ex21\temp
输出坐标系：与输入相同
处理范围：默认
按确定返回，启用ArcToolbox中选用菜单3D Analyst Tools /可见性/天际线，继续设置：
输入观察点要素：观察点
输入表面：公园地形
虚拟表面半径：0米
虚拟表面高程：0米
要素细节层次：full_detait
输出要素类：Skyline.shp
图9 观察点和地形
确认，产生3D Shapefile Skyline，这是从观察点环视一圈，看到的三维天际线。

3D Analyst Tools /可见性/天际线障碍，继续设置：
输入观察点要素：观察点
输入要素：Skyline
输出要素类：SkBarr.shp
最小半径：0米
最大半径：0米
闭合：不勾选
基础高程：线性单位0米
投影到平面：不勾选
按确定，产生多面体SkBarr.shp，由天际线和观察点组合而成（图10）。

如果某建筑物高于该多面体，就会对观察点看到的天际线产生遮挡。

图10天际线障碍面
5.2 获取位于障碍面表面的网格点
启用ArcToolbox中选用菜单3D Analyst Tools /转换/由TIN转出/TIN转栅格，
输入TIN：公园地形
输出栅格：\ex21\temp \HllGrd
输出栅格类型：float
方法：linear
采样距离：cellsize 10
Z因子：1
按确定返回，不规则三角网“公园地形”转换为栅格数据集HllGrd。

ArcToolbox/转换工具/由栅格转出/栅格转点，输出点要素：grdpnt.shp。

按确定，产生shapefile grdpnt。

进入grdpnt图层属性/拉伸，拉伸图层中的要素：勾选
拉伸值或表达式：120
拉伸方式：将其添加到各要素的基本高度
按确定，显示结果如图11，选用3D Analyst Tools /转换/3D图层转要素，继续设置：
输入图层：grdpnt
输出要素类：3Dline.shp
图11 格网点拉伸结果
按确定，网格点变为三维线（显示结果和拉伸一致），选用3D Analyst Tools /3D要素/3D线与多面体相交，继续设置：
输入线要素：3Dline
输入多面体要素：SkBarr
连接属性：IDS_ONL Y
输出点：Brr3Dpnt.shp
确定，生成shapefile Brr3Dpnt，这些点均在三维障碍面的表面（如图12）.
图12 位于障碍面表面的格网点
5.3 产生限制建筑相对高度的栅格
ArcToolbox/转换工具/转为栅格/点转栅格，继续设置：
输入要素：Brr3Dpnt
值字段：Shape.Z
输出栅格数据集：BrrGrd
像元分配类型：mean
优先级字段：none
像元大小：\temp\hllgrd 与地形栅格相同
确定，障碍面上的三维点转换成栅格BrrGrd。

3D Analyst Tools /栅格计算/减，继续设置：
输入栅格数据或常量值1：BrrGrd
输入栅格数据或常量值2：Hllgrd
输出栅格：temp\BldgHgt
确定，视线障碍栅格和公园地形栅格相减，得到结果BldgHgt，其单元值为相对于地形，对建筑物高度的限制（图13），最低为0（出现负值是计算误差，负值处靠近天际线、观察点，没有坡度的视线方向），最高为18.4m。

图13 计算得到建筑限高栅格
6 小结
视域分析与视线分析不同：
视域分析用于确定从三维表面上的某一点向周围观察，可以看到的范围，也可以沿着某一路径运动，可以看到的范围。

可以依托TIN或Grid。

临时输入是视线，输入的是图形Graph，计算结果也是图形。

视域分析比通视分析复杂，只能依托于栅格表面，有观察点和观察路径两种方法。

如果是观察点，应该是矢量要素，有高程属性。

如果是观察路径，应该是三维线要素，其高程可以沿着路径而变化。

作视域分析前，应在观察点的图层属性表中添加相关的字段，输入高程值。

否则，默认的观察点高程就是比对应的三维表面高程高 1 个坐标单位。

视域分析的结果是栅格图层，每一栅格单元的取值表示该点被观察到的
次数。

如果是观察点，计算结果栅格只有0 和 1 两种取值。

如果是路径，表示在观察路径上每前进一步（移动的距离相当于一个栅格单元），作一次观察点分析，走完全部路径，每个栅格单元的取值累计相加，结果还是一个栅格，观察到的次数累加，因此路径视域分析也是多个单点分析的叠合、累加，因此计算时间较长。