??本文介紹基于無人機(jī)影像建模完成后的結(jié)果，利用ArcMap軟件進(jìn)行空間選址分析，從而實(shí)現(xiàn)空間三維模型應(yīng)用的方法。

??前面三篇博客分別基于不同軟件、不同方法，詳細(xì)講解了空間三維模型建立的過程，具體文章包括物體三維模型的構(gòu)建：3DSOM軟件實(shí)現(xiàn)側(cè)影輪廓方法、空間三維模型的編碼結(jié)構(gòu)光方法實(shí)現(xiàn)：基于EinScan-S軟件與無人機(jī)影像的空間三維建模：Pix4Dmapper運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)恢復(fù)法。

??以上三篇博客主要是對空間三維建模的原理與具體操作加以總結(jié)；而空間三維模型在建立之后，如何對其加以更為具體的應(yīng)用，如何提升模型自身的實(shí)踐價(jià)值，同樣需要我們?nèi)ド钊胩接?。那么本次，綜合上述第三篇博客所提到的方法與原理，我們就將在無人機(jī)影像三維模型重建的基礎(chǔ)之上，對其加以更為具體的實(shí)際應(yīng)用。

??其中，本文在上述博客3的基礎(chǔ)之上，直接基于無人機(jī)影像建模完成后的結(jié)果加以空間分析；如果需要了解建模的詳細(xì)過程，大家查閱無人機(jī)影像的空間三維建模：Pix4Dmapper運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)恢復(fù)法即可。另一方面，本文并沒有像前期遙感圖像處理的相關(guān)博客那樣，具體將每一個(gè)步驟記錄，更多的則是展現(xiàn)基于三維模型進(jìn)行空間分析的一個(gè)思路；因此，對于本文中沒有表明如何具體進(jìn)行的操作，大家如果有疑問可以留言。

??本文原始數(shù)據(jù)為無人機(jī)影像的空間三維建模：Pix4Dmapper運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)恢復(fù)法所得到的某校園空間三維模型結(jié)果，空間分析部分借助ArcMap 10.2軟件完成。

1 空間分析目標(biāo)確立

??完成前述全部無人機(jī)航拍影像空間三維建模工作，結(jié)合當(dāng)今疫情實(shí)際情況，期望借助建模所得數(shù)字表面模型（Digital Surface Model，DSM）與數(shù)字正射影像圖（Digital Orthophoto Map，DOM），運(yùn)用坡度分析、緩沖區(qū)分析、疊加分析等空間分析方法，繼續(xù)以前述某校園部分區(qū)域?yàn)檠芯繉ο?，加以臨時(shí)觀察隔離選址評價(jià)。

??基于前述空間三維模型建立過程，已知研究區(qū)域如下圖所示。

??基于實(shí)際情況，為該學(xué)校疫情臨時(shí)觀察隔離選址條件加以初步規(guī)劃，結(jié)果如下：

??1）坡度在3°以下；

??2）海拔低于35 m；

??3）周圍15 m不得含有20 m以上地物；

??4）需具有一定防洪能力；

??5）面積不可過??；

??6）陽光照射時(shí)長盡可能長（擇優(yōu)）。

??上述約束條件更多僅僅作為一種選址分析的首要考慮因素，后續(xù)操作過程中將視情況對其加以適當(dāng)修改。結(jié)合上述目標(biāo)條件，借助空間三維模型建立后所得DSM數(shù)據(jù)與DOM數(shù)據(jù)，嘗試對其加以實(shí)現(xiàn)。

2 基于基本約束條件的選址求解

2.1 坡度計(jì)算與提取

??利用三維建模所得部分校園區(qū)域DSM數(shù)據(jù)，求取其坡度信息，如下圖所示。

??其中，可以看到部分房屋在坡度圖中具有較好的辨識信息；將其放大即可觀察到，這些房屋多為該學(xué)校老宿舍區(qū)、藝術(shù)館、景園樓等具有傾斜房頂?shù)慕ㄖ缦聢D所示。

??依據(jù)前述限定條件，對坡度小于3°的部分加以提取，得到提取結(jié)果如下圖所示。

??隨后將其轉(zhuǎn)換為矢量圖層，如下圖所示。

2.2 海拔提取

??依據(jù)前述對海拔條件的限制要求，提取出海拔小于35 m的地區(qū)；如下圖所示。但是，可以發(fā)現(xiàn)依據(jù)這種劃分指標(biāo)的理想海拔區(qū)域明顯包括了一些建筑物，如景園樓、藝術(shù)館等。很顯然，疫情臨時(shí)觀察隔離不可以設(shè)置在已有建筑物區(qū)域。

??出現(xiàn)這一問題的原因亦較為簡單，即由于該所學(xué)校面積大、研究區(qū)域跨度長，且在東西方向、南北方向均具有較大的海拔差，從而使得所得研究區(qū)域DSM數(shù)據(jù)各位置（如研究區(qū)域西側(cè)與東側(cè)）之間海拔范圍較大；可能在某一海拔整體較高區(qū)域，其地表高度就已高于海拔較低區(qū)域建筑物的高度。因此，使得海拔提取結(jié)果較為不理想。

??基于上述分析，隨后嘗試將對海拔的要求更改至15 m，得到提取結(jié)果如下圖所示。

??可以看到，以15 m為閾值提取的海拔區(qū)域盡管較之前者有了一定改觀，但在其理想?yún)^(qū)域中依然包含有建筑物的存在。因此，同樣放棄15 m海拔的提取結(jié)果。

??進(jìn)一步考慮，發(fā)現(xiàn)不僅僅是海拔的提取會(huì)受到影響，DSM數(shù)據(jù)在地物高度提取方面同樣存在一定問題。例如，前述對疫情臨時(shí)觀察隔離的選址初步要求中提及了“周圍15 m不得含有20 m以上地物”；其中，20 m以上地物的定義自身即具有一定問題——在未獲取研究區(qū)域地表平均高程的情況下，地物高度自然沒有一個(gè)統(tǒng)一的衡量標(biāo)準(zhǔn)，即無法對具有某一高度的地物加以提取。例如，由于研究區(qū)域西側(cè)海拔普遍高于東側(cè)，則15米既可能是研究區(qū)域西側(cè)某一地表的海拔，亦有可能是東側(cè)某一建筑物的頂層高度。因此，需要首先確定研究區(qū)域的平均地表高度，才可依據(jù)DSM數(shù)據(jù)對地物的高度加以進(jìn)一步求解。

2.3 LAS數(shù)據(jù)初探

??綜上所述，考慮是否可對研究區(qū)域模型的地表平均高度加以求解。查閱互聯(lián)網(wǎng)資料后，亦得知通過對地表點(diǎn)云加以分類等方式可對地表平均海拔加以求解；但這些方法整體操作往往較為復(fù)雜。隨后，看到有部分網(wǎng)絡(luò)資料提及，可以利用Pix4Dmapper軟件建模所得點(diǎn)云LAS結(jié)果文件對地表高度加以求解。因此，嘗試由這一角度加以實(shí)現(xiàn)。

??首先，在Pix4Dmapper軟件中生成模型所對應(yīng)的點(diǎn)云文件，并將其導(dǎo)入至ArcMap軟件中。如下圖所示。

??隨后，基于導(dǎo)入的LAS數(shù)據(jù)，創(chuàng)建LAS數(shù)據(jù)集，如下圖所示。

??依據(jù)網(wǎng)絡(luò)資源所述，選用“平均值”像元分配類型方法，將LAS數(shù)據(jù)集轉(zhuǎn)換為柵格，即可得到研究區(qū)域的地表平均海拔。借助相關(guān)教程，實(shí)現(xiàn)這一步驟，如下圖所示。

??對得到的結(jié)果加以識別，并與DSM數(shù)據(jù)對比，如下所示。

??可以看到，其中的像元值與DSM數(shù)據(jù)幾乎并無差別。由此，可以認(rèn)為基于LAS數(shù)據(jù)的地表平均高度提取方法似乎亦不奏效。

??基于上述分析，個(gè)人決定還是需要直接由海拔高度入手，選取一個(gè)對研究區(qū)域DSM數(shù)據(jù)中建筑物與地表高度具有較好區(qū)分度的海拔數(shù)值，并以其作為建筑物與地表的分割閾值。經(jīng)過多次嘗試，發(fā)現(xiàn)這一閾值選取為20 m時(shí)整體較為合適。

??閾值為20 m時(shí)，所得海拔提取結(jié)果如下圖所示。

??可以看到，上述所得結(jié)果整體對于建筑物與地表具有較好區(qū)分能力——除北部一帶，其它位置的建筑與地表分離較好。而北部一帶由于其自身復(fù)雜的地形，原本就不適合疫情臨時(shí)觀察隔離的建立。因此，可以認(rèn)為20 m閾值的海拔提取結(jié)果較好。

??對上述海拔提取結(jié)果轉(zhuǎn)變?yōu)槭噶繄D層，并以15 m為半徑進(jìn)行緩沖區(qū)分析，得到結(jié)果如以下三幅圖所示。

2.4 淹沒分析

??考慮到該所學(xué)校所在城市整體地勢，以及過去一段時(shí)間曾在該城市發(fā)生過的洪澇災(zāi)害實(shí)例，考慮到需要對疫情臨時(shí)觀察隔離加以一定防洪能力考慮。首先，選擇以5 m水位為閾值，對區(qū)域整體防洪能力加以區(qū)分。其中，防洪能力較高區(qū)域即指5 m水位無法淹沒區(qū)域。所得結(jié)果如下圖所示。

??可以看到，僅僅在研究區(qū)域東南角具有部分防洪能力較弱區(qū)域。由于這一防洪能力較低區(qū)域面積較小，因此考慮適當(dāng)加大淹沒分析對應(yīng)閾值。

??分別以8 m與10 m水位作為閾值，利用同樣的方法對研究區(qū)域防洪能力加以區(qū)分，所得結(jié)果如下圖所示。

??可以看到，當(dāng)閾值為8 m時(shí)，所得到較易淹沒地區(qū)多為研究區(qū)域東南側(cè)一帶；而當(dāng)閾值為10 m時(shí)，較易淹沒地區(qū)則還包含了運(yùn)動(dòng)場等區(qū)域。結(jié)合實(shí)際情況與往年該城市洪澇災(zāi)害實(shí)際情況，認(rèn)為以8 m為閾值的淹沒分析所得結(jié)果具有較高的現(xiàn)實(shí)性與實(shí)際意義。因此，最終結(jié)果中，選擇以8 m為閾值，對疫情臨時(shí)觀察隔離選址的防洪能力加以評價(jià)。

2.5 區(qū)域相交

??基于上述坡度、周圍建筑、防洪能力等因素，將各約束條件所得結(jié)果加以整合，從而得到能夠滿足上述全部要求的區(qū)域。

??下圖為同時(shí)滿足坡度要求與臨近地物要求（距離20 m以上建筑物15 m以上）的區(qū)域。

??下圖為同時(shí)滿足坡度、臨近地物要求與防洪能力（8 m水位為閾值）要求的區(qū)域。

??由此，即可得到初步選址結(jié)果。但是，可以看到所得結(jié)果較為零散——其中包含較多零散的點(diǎn)狀區(qū)域。當(dāng)然，由上圖觀之，由于分辨率等影響，點(diǎn)狀分布區(qū)域或許并不明顯；但實(shí)際這種小面積區(qū)域數(shù)量較多。下圖即為將ArcMap圖層放大后結(jié)果，可以明顯觀察到上述點(diǎn)狀區(qū)域。

??這些區(qū)域由于實(shí)際面積較小，并不具有建設(shè)疫情臨時(shí)觀察隔離的實(shí)際價(jià)值。因此，我們需要借助各區(qū)域的實(shí)際面積，對上述所得選址結(jié)果加以進(jìn)一步篩選，從而得到更加符合實(shí)際的選址方案。

2.6 面積約束

??假設(shè)每一疫情臨時(shí)觀察隔離至少應(yīng)具有10 m2的面積。通過計(jì)算幾何方法實(shí)現(xiàn)各區(qū)域面積的量算。

??依據(jù)10m2閾值，對不符合要求的區(qū)域加以剔除，所得結(jié)果如下圖所示。

??其中，綠色區(qū)域即為結(jié)合了坡度要求、臨近地物要求、防洪能力要求與面積要求的選址結(jié)果。

3 基于擇優(yōu)條件的選址求解

??至此，已完成全部基于基本約束條件的選址求解?？紤]到疫情臨時(shí)觀察隔離的防菌、健康需求，嘗試以日照情況作為擇優(yōu)條件，對上述區(qū)域的選址適宜性進(jìn)一步加以求解。

??其中，以太陽方位角315°為例，求解研究區(qū)域山體陰影情況，所得結(jié)果如下圖所示。

??將日照情況較好區(qū)域加以提取，如下圖所示。

??與前述基本約束條件所得選址結(jié)果結(jié)合，得到具有適宜性評價(jià)的該學(xué)校疫情臨時(shí)觀察隔離選址分析圖，如下圖所示。

??其中，黃色區(qū)域?yàn)闈M足全部基本選址約束條件與具有光照優(yōu)勢的選址區(qū)域；將其作為疫情臨時(shí)觀察隔離的首要選址對象，即一級選址區(qū)域。紅色區(qū)域?yàn)闈M足全部基本選址約束條件，但在光照方面較之前者次之的區(qū)域；將其作為疫情臨時(shí)觀察隔離的次要選址對象，即二級選址區(qū)域。

??可以看到，選址區(qū)域多分布于整體較為開闊，遠(yuǎn)離建筑物、山體等位置，尤其在運(yùn)動(dòng)場等位置集中分布；此外，較為空曠的區(qū)域，如廣場等位置，同樣是疫情臨時(shí)觀察隔離選址的熱門區(qū)域。

??當(dāng)然，其中一級選址區(qū)域面積較小，分布較為零散，顯然存在一定問題。類似的空間分析中的不足將統(tǒng)一列于以下部分。

4 不足與問題

??結(jié)合上述操作流程中出現(xiàn)的問題，以及所得選址結(jié)果的表現(xiàn)效果，可以看到本次空間分析依然具有一定不足。

??1）未對選址區(qū)域外形特征加以限定。在結(jié)果圖東北側(cè)，所得結(jié)果中將細(xì)長的道路同樣作為了選址區(qū)域。而在實(shí)際情況應(yīng)用中，這一區(qū)域由于其細(xì)長的特征，或許并不適合作為隔離點(diǎn)選址區(qū)域。即上述空間分析中未對各區(qū)域的形狀特征加以描述、篩選。

??2）未對水體加以提取。在前期建立各類緩沖區(qū)時(shí)，未專門對水體區(qū)域加以劃分。盡管所得選址區(qū)域結(jié)果恰好未落入水體，但這樣的操作還是具有一定不嚴(yán)謹(jǐn)之處。

??3）衡量防洪能力的實(shí)際水體高度意義不明確。進(jìn)行淹沒分析時(shí)，分別選取5 m、8 m與10 m作為模擬水體高度，從而區(qū)分不同區(qū)域的防洪能力。但是，這里的5 m、8 m與10 m僅僅是相對所得到的DSM數(shù)據(jù)而言的相對海拔高度，其所表述的實(shí)際意義可能由于無人機(jī)拍攝誤差等而并不明確（例如，此處8 m的洪水高度到底代表多高的實(shí)際標(biāo)準(zhǔn)水位，是否有可能出現(xiàn)此處8 m的洪水等），具有一定不確定性。

??4）未考慮零散選址點(diǎn)的聯(lián)通性。在進(jìn)行面積篩選時(shí)，將很多零散的可選址點(diǎn)直接舍棄；但對于一些相距較近、分布密集的可選址點(diǎn)而言，其往往可以實(shí)現(xiàn)相互之間的聯(lián)通，從而組成更大的選址區(qū)域。

??5）針對光照約束條件的執(zhí)行、結(jié)果均不理想。針對光照這一約束條件，在操作過程中選取了山體陰影的分析方法。但這一方法一方面未考慮到全天內(nèi)太陽高度角、太陽方位角等的變化，且在閾值選取過程中具有一定主觀性（因?yàn)樾枰灾鳑Q定光照是否充足區(qū)域的劃分閾值），因此這一步空間分析過程并不精密；并進(jìn)一步導(dǎo)致所得光照條件的分析結(jié)果（即一級備選區(qū)域）較為不理想。文章來源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-760355.html

到了這里，關(guān)于Pix4Dmapper空間三維模型的應(yīng)用實(shí)例：GIS選址分析的文章就介紹完了。如果您還想了解更多內(nèi)容，請?jiān)谟疑辖撬阉鱐OY模板網(wǎng)以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章，希望大家以后多多支持TOY模板網(wǎng)！