分析对 3D 飞行路径和走廊的威胁

使用 ArcGIS 3D Analyst 扩展模块来分析对 3D 飞行路径和走廊的威胁

在军事应用中，飞行路径规划的关键部分是评估受到高射炮等威胁的风险。这是固有的 3D 问题，因为该武器的射程基于该威胁和飞机飞行路径之间的 3D 直线距离。

在此示例中，有一个表示表面上高射炮位置的点位置、一条表示飞行路径的 3D 线和一个高程表面（作为栅格 DEM）。高射炮位置和 3D 线是通过在 ArcScene 3D 编辑环境中利用编辑草图属性窗口指定推荐的飞行高程创建的。

假设已知高射炮的类型和型号，您可以填入表示武器有效距离的要素属性。在此特例中，小型炮的有效射程为 3000 米（配备雷达）和 2000 米（未配备雷达），从而总射程分别为 6000 米和 4000 米。

在地形上，经过高射炮附近的飞行路径的 2D 视图

高射炮的要素属性可用于定义点符号系统。

这些值随后可用于定义符号大小。通过在高射炮图层中多次添加这些值，然后将这些范围用作简单 3D 球体符号的大小，您可以显示该武器的主攻击范围（或威胁范围）。

设置基于要素属性的符号大小。

定义该属性以控制符号大小。

使用要素属性定义两个球体的符号大小。

接下来，您需要使用3D 图层转要素类地理处理工具将这些符号化的点图层转换为多面体要素，以便您能够对其运行 3D 分析工具。

使用“3D 图层转要素类”工具从符号化的图层创建多面体几何。

简单分析，实例 1

使 3D 飞行路径与高射炮有效影响范围的球体相交

使飞行路径与高射炮有效影响范围的球体相交，这是您可以进行的简单有效的分析。相交的结果是根据线与球体的 3D 相交点将该线分为若干段，从而使您可以识别位于指定的高射炮 3D 射程内的飞行路径。

使用“3D 线与多面体相交”工具根据高射炮射程将飞行路径分为若干段。

分割线包括相交位置起始和终止点要素 ID。您可以根据此信息使用唯一值，多个字段渲染器来定义该图层的符号系统，以及显示沿该飞行路径的各种威胁等级。下图显示了完全位于内部球体内、仅在外部球体内或者完全位于高射炮射程之外的飞行路径。

根据高射炮威胁范围将飞行路径分为若干段。

然后便可轻松地将此 3D 分析信息转换为图形（单击视图 > 图形 > 创建），例如以下按危险等级显示线的百分比的饼图。

飞行路径的威胁等级如饼图所示：蓝色表示超出高射炮射程，橙色表示在雷达辅助范围内，而红色则表示在非雷达辅助范围内。

扩展分析，实例 2

使 3D 飞行路径与高射炮有效影响范围的球体相交并考虑地形

上一个分析的局限性之一是在分析中未考虑到地形的影响（地形可能妨碍高射炮对飞行路径的视域）。

首先，使用天际线地理处理工具在高射炮位置周围生成天际线。

使用“天际线”工具从高射炮位置创建地平线。

然后，使用天际线障碍工具基于生成的天际线创建一个 3D 实体。请注意，两个工具都被配置为完全超出高射炮的直射范围，绝对高程可达 7000 米。这样便可确保完全将高射炮周围的 3D 可视空间包围起来。

使用“天际线障碍”工具将已创建的天际线转换为体积形状。

最终将形成一个封闭的空间，这个存储为多面体的封闭空间表示高射炮可以“看见”的空间。

粉红色线为高射炮的天际线，其上方的封闭空间显示高射炮的可视体积。

现在您便可使用 3D 相交地理处理工具将两个不同类型的封闭空间（高射炮的有效射程及其周围的可视空间）合并为一个 3D 体积进行分析。

使用“3D 相交”工具合并两个封闭多面体体积的源。

如果您对此改进的威胁范围运行 3D 线与多面体相交工具，则会更精确地获取受高射炮影响的飞行路径位置。与上一个分析过程的结果进行粗略对比后便可立刻发现，现在被归类为安全的路径发生了相当大的延伸（因为它受地形保护）。

由于受地形的影响，飞行路径的部分橙色区域不受高射炮的威胁。

扩展分析，实例 3

使 3D 飞行走廊与高射炮的威胁范围相交并考虑地形

此分析的另一个可能扩展就是定义建议的飞行路径的空中走廊，而不是单行航线。

有多种方式可以创建 3D 飞行走廊，其中包括使用可以合并飞机的相关性能的自定义代码。在本示例中，先前使用的 3D 飞行路径是以 100 米进行缓冲，然后被复制到 3D 面要素类中。然后使用编辑草图属性 窗口在 3D 编辑会话中手动更新要素的 Z 值，接下来以 200 米拉伸该要素，从而创建一个 200 平方米的飞行走廊。与先前的情况相同，符号化的图层随后通过 3D 图层转要素类工具转换为多面体要素类。

从拉伸的面图层创建 3D 飞行走廊

通过对飞行走廊和高射炮威胁范围运行“3D 相交”工具，您可以沿着被归类为危险区域的路径识别和显示 3D 空间。

飞行走廊中已归类的 3D 危险区域的不同视图

总结

使用 3D 分析工具（有时需要创新性的方法）可以解决许多只能在完整的 3D 空间中处理的问题。尽管此部分指南使用了具体的军事案例，但是还有许多其他行业的很多 3D 问题（例如采矿或城市规划）可以沿类似的路线进行说明，并能够使用相关的工作流加以解决。