基于数字高程模型(DEM)的地面台站最大遮蔽角和遮蔽距离算法.pdf

第 2 期文章编号院 1006-4079 渊2023冤 02-0001-04内蒙古孟营子银多金属矿成矿条件及找矿前景分析我国环境影响评价的研究进展及存在问题2023 年 6 月四川有色金属Sichuan Nonferrous Metals作者简介院 王兵（1990-）男，工程师。主要从事测绘专业及相关工作。拟建天气雷达台站前对拟建天气雷达台站周围障碍物进行遮蔽分析是选址的重要工作之一。对于选址点是否符合雷达覆盖范围要求，首先须获得各个方位障碍物最大遮蔽角和遮蔽距离，绘制遮蔽角图，从而计算出拟建天气雷达台站视线覆盖面积，得到覆盖范围，使台站达到雷达工作的要求，发挥其最大性能。对于新建天气雷达台站预选址点若全部采用传统的全站仪实测法获得障碍物最大遮蔽角和遮蔽距离，则工作量大且效率低；若采用数字高程模型（DEM）的地面台站遮蔽角算法获得最大遮蔽角和遮基于数字高程模型渊DEM冤的地面台站最大遮蔽角和遮蔽距离算法王 兵渊贵州地矿测绘院有限公司袁 贵州贵阳550018冤摘 要：本文根据数字高程模型（DEM），使用台站站点的坐标，利用计算机读取该坐标点映射的DEM所记录的高程值。利用高程传递算法即可得到台站相位中心高程值。采用相同方法提取某一方位角上一定距离内所有高程值，计算该方位上所有遮蔽角，取遮蔽角数值最大为该方位最大遮蔽角。以台站相位中心坐标和最大遮蔽角处所对应地面点平面坐标进行高斯平面坐标反算，得到该方位最大遮蔽角平面距离，即遮蔽距离。本文以某天气雷达台站预选址项目为背景，详述基于数字高程模型（DEM）的地面台站最大遮蔽角和遮蔽距离算法。关键词：数字高程模型；DEM；最大遮蔽角；遮蔽距离中图分类号：P208;P225文献标志码：AAlgorithms of Maximum Shielding Angle and Distance for Ground Stations based on DigitalElevation Model(DEM)WANG Bing(Guizhou Institute of Geology and Mineral Surveyingand MappingCo.,Ltd.,Guiyang550018,China)Abstract:In this paper,on the basis of DEM,with the coordinate of the station point,the computer was used toread the elevation value recorded by the DEM mapped by the coordinate point.The elevation value of the phasecenter of the station could be obtained by using the elevation transmission algorithm.The same method was usedto extract all the elevation values at a certain distance from an azimuth angle,and all the shielding angles in theazimuth were calculated,the maximum value of the shielding angle was selected as the maximum shielding anglein this azimuth.Gauss inverse calculation of the plane coordinate was carried out by using the coordinate of thephase center of the station and the plane coordinate of the ground point corresponding to the maximum shieldingangle,the maximum plane distance of shielding angle in this azimuth was obtained,namely,the shieldingdistance.In this paper,with the site selection project of a weather radar station as the background,the algorithmsof maximum shielding angle and distance of ground stations based on DEM are explained in detail.Key words:digital elevation model;DEM;maximum shielding angle;shielding distance.窑1窑第 2 期基于数字高程模型渊DEM冤的地面台站最大遮蔽角和遮蔽距离算法蔽距离，排除不符合要求的预选址点位，对于符合要求的选址点再用全站仪进行复核，则可达到事半功倍的效果。1 遮蔽角和遮蔽距离天气雷达台站遮蔽角为雷达相位中心点所在的大地水准面上算起的雷达波信号被地形或者地物遮挡的最大垂直张角，即在以雷达相位中心点及某一方位角上所有地形地物点形成的铅垂面内，雷达相位中心点与遮挡物连线与大地水准面形成的夹角（又称垂直角或倾角），即图1中角。若遮挡物高于雷达相位中心点所在的大地水准面则为正角，若遮挡物底于雷达相位中心点所在的大地水准面则为负角。遮蔽距离为天气雷达台站雷达相位中心点距离遮挡物处的高斯投影平面距离，如图1所示，雷达相位中心点为O，遮挡物为P，则遮挡距离为D。图1 最大遮蔽角和遮蔽距离示意图2 数字高程模型渊DEM冤高程值提取数字高程模型（Digital Elevation Model)，简称DEM，是通过有限的地形高程数据实现对地面地形的数字化模拟（即地形表面形态的数字化表达），它是用一组有序数值阵列形式表示地面高程的一种实体地面模型，是数字地形模型(DigitalTerrain Model，简称DTM)的一个分支，其它各种地形特征值均可由此派生。DTM的另外两个分支是各种非地貌特性的以矩阵形式表示的数字模型，包括自然地理要素以及与地面有关的社会经济及人文要素，如土壤类型、土地利用类型、岩层深度、地价、商业优势区等。实际上DTM是栅格数据模型的一种。它与图像的栅格表示形式的区别主要是：图像是用一个点代表整个像元的属性，而在DTM中，格网的点只表示点的属性，点与点之间的属性可以通过内插计算获得咱1暂。数字高程模型（DEM）高程值的提取，首先将台站点高斯平面坐标或大地坐标转换为数字高程模型规则网行列号或者二维数组行列号，计算机通过提取行列号所对应的元素记录值，即可得到当前坐标的高程值。本次ArcEngine编程方法提取：首先定义整型数值Column（列号）、Row（行号），定义双精度数值H_DEM为DEM高程值；使用Get_layer方法获取DEM所在图层，使用IRaster2接口MapToPixel方法将平面坐标或大地坐标转换为数字高程模型数组行列号，通过GetPixelValue方法获取DEM高程值。图2ArcEngine提取程序代码3 雷达相位中心高程传递利用计算机读取拟建天气雷达台站坐标点映射的DEM像元行列号，然后读取该行列号所记录的像元值，如图2利用ArcEngine提取程序代码方法，即可得到该点地面处DEM高程值H地。雷达波可视为由相位中心发出，如图1所示，设雷达相位中心点距离地面的高差h，设HS为雷达相位中高程，利用高程传递算法即可得HS为：Hs=H地+h（公式1）4 遮蔽角遮蔽距离计算设天气雷达台站雷达相位中心点为观察点，以雷达相位中心点及某一方位角上所有地形地物点为目标点，研究两点遮挡情况的地形分析。设观察点位string filePath_DEM=System.IO.Directory.GetCurrentDirectory()+DEM;IWorkspaceFactory pWorkspaceFactory=new Raster WorkspaceFactoryClass();/利用工厂对象去生成一个raster文件的工作空间IRasterWorkspace pRasterWorkspace=IRasterWorkspace)pWorkspaceFactory.OpenFromFile(filePath_DEM,0);/raster文件的工作空间链接到指定路径下IRasterDatasetpRasterDataset=(IRasterDataset)pRasterWorkspace.OpenRasterDataset(DEM.tif);/利用要素集去接收对应的raster文件IRasterLayerpRasterLayer=newRasterLayerClass();/生成一个矢量IRasterLayer图层对象pRasterLayer.CreateFromDataset(pRasterDataset);/利用矢量图层对象去创建对应的raster文件IRasterRaste=pRasterLayer.Raster;IRaster2raste2=RasteasIRaster2;introw_H;intcol_H;/定义DEM行列号为整型数值raste2.MapToPixel(double longitude,doublelatitude,out col_H,outrow_H);objectrastreslut=raste2.GetPixelValue(0,col_,row_);doubleH_DEM=-Convert.ToDouble(rastreslut);/获取DEM高程值窑2窑第 2 期基于数字高程模型渊DEM冤的地面台站最大遮蔽角和遮蔽距离算法O点，目标点为P点，连接OP与相交可得到n个地形地物点（i=1,n为地形地物点），则可绘制出该方位OP的剖面图（图3）。图3 地形地物点剖面图设为观察点至目标点OP的最大垂直夹角，茁i为观察点O至地形地物点（i=1,n）的垂直夹角，若tan琢Max(tan茁i)(i=1,n)则令i=P；为该方位上的最大遮蔽角咱2暂。tan琢=Hp-Ho(Xp-Xo)2+(YP-Yo)2姨tan茁i=H茁i-Ho(X茁i-Xo)2+(Y茁i-Yo)2姨（i=1,n）（公式2）琢=ArctanHp-Ho(Xp-Xo)2+(YP-Yo)2姨遮蔽距离D=(X茁i-Xo)2+(YP-Yo)2姨（公式3）5 实例验证本文以某一天气雷达台站预选址项目背景为例，首先在内业设计选址地点，选址地点不占用基本农田和生态保护红线。采用最新0.2m分辨率航空数字正射影像图（DOM）人工分析避开高大建筑及居民区以及通讯电力等无线电干扰设施，采用图解法获得选址点坐标；用地图下载软件下载预选址区域8.4m精度DEM数据。采用标题2数字高程模型（DEM）高程值提取所叙述方法获得每个点高程值，得到与选址点YX1的地面点高程为1061.316m，设计天线高（天气雷达台站雷达相位中心点距地面点高差）为3.054m。按公式1计算出雷达相位中心点高程为1064.37m，按公式2、公式3计算各方位最大遮蔽角和遮蔽距离依次填如原始记录表。由于本项目最大遮蔽角后期须实地全站仪复核，故采用每隔5毅采集一个方位的最大遮蔽角和遮蔽距离，采集最大距离为10km，遇到孤立障碍物则加测一个方位最大遮蔽角和遮蔽距离，最终将所有方位最大遮蔽角连线，形成预选址点最大遮蔽角图和遮蔽距离雷达图，与选址位置及遮蔽图见图4。图4 与选址点位图及遮蔽图表注：图4坐标及高程已通过脱密处理，仅用于学术交流。图5中磁偏角采用磁罗盘测定而得。渊下转第23页冤台站名称天气雷达站经度L纬度B107.55*28.24*天线高（米）标高 1064.37天线高 3.054各方位最大遮蔽角和遮蔽距离图磁偏角1毅10窑3窑第 2 期渊上接第3页冤6 结论本文通过对数字高程模型（DEM）的应用分析及对数字高程模型的地面台站最大遮蔽角和遮蔽距离算法公式的图解和推导，以某一天气雷达台站预选址项目为背景实例讲解了数字高程模型应用到天气雷达台站预选址最大遮蔽角和遮蔽距离计算中，通过计算预选址点最大遮蔽角和遮蔽距离形成天气雷达台站遮蔽范围图，能够在内业排除不符合要求的预选址点，从而提高了天气雷达台站选址的效率。本方法适用于各类台站安装预选址工作，精度取决于所用DEM精度和采集方位密度，对类似选址工作具有重要的参考价值。参考文献：1陈敬周.数字高程模型的生成与应用 D.山西:太原理工大学,2007.2王智杰.地形通视性算法研究与设计 D.国防科学技术大学,2003.线两侧及深部尚未进行钻探揭露。因此，竹山下南西段在倾向（F2号带450m标高以下）及走向（7-15勘探线两侧）可供进一步开展工作。5 结论（1）竹山下铀矿床南西段成矿条件优越，多期次岩浆热液活动频繁，断裂构造较为发育，主要为北西西向F3号带（3）和北东向F2号带，铀矿化主要受硅化带及其上盘次级断裂带以及硅化带与辉绿岩交汇部位控制，故硅化带与辉绿岩交汇部位和F2号带及上盘次级带是今后该地段铀矿勘查的主要对象。（2）区内近矿围岩蚀变较发育，黄铁矿化、硅化、赤铁矿化、萤石化等多种蚀变叠加部位是铀成矿有利部位。（3）F2号带及其上盘次级断裂带在空间上存在“上酸下碱”的垂直分带特征表明研究区深部铀成矿条件优越。参考文献：1刘文泉,江卫兵,李海东,李俊,梁园园.下庄竹山下铀矿床黄铁矿元素地球化学特征及其表征意义 J.铀矿地质,2021,37(1):15-27.2王军,张辉仁,赖中信,杨坤光.粤北下庄矿田断裂构造对铀成矿的控制作用及其成矿模式 J.东华理工大学学报(自然科学版),2014,37(2):136-142.3林坤,胡鹏,李海东,王兴明.粤北竹筒尖铀矿床外围综合找矿方法应用及成矿预测 J .四川有色金属,2020，(1):14-17+26.4何德宝,范洪海,汪昱.下庄铀矿田成矿模式 J.铀矿地质,2016,32(3):152-158.5聂睿.广东粤北长江铀矿田热液蚀变与铀矿化关系研究D.成都理工大学,2021.图6 竹山下地区野交点冶成矿示意图1-花岗岩曰2-破碎带曰3-辉绿岩脉曰4-铀矿体竹山下铀矿床南西段成矿特征及找矿潜力分析窑23窑