本發(fā)明涉及城市生態(tài)規(guī)劃，更具體的說是涉及一種城市建筑物遮蔽效果計算方法及系統(tǒng)。

背景技術：

1、隨著氣候變化所帶來的在全球范圍內的極端高溫事件，以及城市熱島效應等，導致城市內行人中暑、熱衰竭、電解質失衡、心血管疾病等由高溫引發(fā)的疾病的發(fā)病率和死亡率不斷提高；同時，城市內人們感受到的熱舒適度在決定城市生活質量方面起著重要作用，因此，通過對城市空間建設的頂層設計降低城市內溫度，對減少高溫帶來的疾病和提高市民的熱舒適度具有重要意義。

2、當前關于城市空間設計對熱舒適度影響的研究，多聚焦于局部溫度變化和土地利用、土地覆蓋組成的關聯，特別是地表植被(草、灌木、樹木)、不透水表面(建筑物、道路、停車場)、水體和裸地等陸地生物物理變量的函數關系。但是，上述評估方法僅是從二維平面空間土地覆蓋對溫度變化進行評估，除二維平面空間外，城市內不同形態(tài)的建筑物透射的陰影區(qū)域變化與地表溫度密切相關，然而關于三維空間中更加精細化的小尺度城市內建筑物的遮蔽降溫研究仍然有限，相關研究仍局限于對選定的某一單獨建筑進行實驗性研究，無法應用于城市的大范圍分析。

3、因此，如何對城市進行大范圍的建筑物遮蔽效果分析計算是本領域技術人員亟需解決的問題。

技術實現思路

1、有鑒于此，本發(fā)明提供了一種城市建筑物遮蔽效果計算方法及系統(tǒng)，通過對城市的天地圖進行處理得到建筑物的高度和輪廓多邊形，進而計算建筑物陰影的動態(tài)變化，并根據建筑物反射情況對遮蔽效果進行修正，從而大范圍評估城市建筑物遮蔽效果，為城市空間的合理規(guī)劃和利用提供科學依據。

2、為了實現上述目的，本發(fā)明提供如下技術方案：

3、本發(fā)明公開了一種城市建筑物遮蔽效果計算方法，具體步驟如下：

4、提取目標區(qū)域內各建筑物的基本參數；

5、根據所述基本參數，以及當前時刻太陽高度角和方位角，確定各建筑物的初始遮蔽圖形，得到城市建筑物遮蔽分布圖；

6、確認所述初始遮蔽圖形之間的重疊區(qū)域，根據各建筑物的位置關系和太陽方位角確定所述重疊區(qū)域所屬建筑物，得到各建筑物的修正遮蔽圖形，計算所述修正遮蔽圖形的遮蔽面積；

7、根據各建筑物的表面材料反射率，計算各建筑物單位面積的太陽輻射量修正值；

8、根據所述遮蔽面積和所述太陽輻射量修正值，計算各建筑物實際遮蔽效果，進而得到城市建筑物總遮蔽效果。

9、進一步的，所述基本參數包括各建筑物的高度、輪廓多邊形坐標以及表面材料反射率。

10、進一步的，所述高度根據衛(wèi)星遙感圖像成像時的太陽高度角、方位角，衛(wèi)星高度角方位角以及成像建筑物的陰影長度估算得到，具體為：

11、當太陽方位角與衛(wèi)星方位角相等時，建筑物高度計算公式為：

12、h＝l(tanωtanλ)/(tanλ-tanω)；

13、當太陽和衛(wèi)星的方位角相差180°時，建筑物高度計算公式為：

14、h＝l×tanω；

15、當太陽和衛(wèi)星的方位角相差在0～180°之間時，建筑物高度計算公式為：

16、h＝l[(tanω)-2+(tanλ)-2-2(tanω)-1(tanλ)-1(cosγ)]-1/2；

17、其中，h為建筑物高度，l為建筑物陰影長度，ω、λ、γ分別為太陽高度角、衛(wèi)星高度角、太陽方位角與衛(wèi)星方位角之差。

18、進一步的，所述輪廓多邊形坐標，通過以下方式獲?。?/p>

19、獲取目標區(qū)域天地圖，對所述天地圖進行柵格二值化處理；

20、對行柵格二值化處理后的天地圖進行矢量化處理，得到建筑物的初始輪廓線；

21、對所述初始輪廓線進行輪廓優(yōu)化，得到建筑物實際輪廓線；

22、求解所述實際輪廓線的最小旋轉外接矩形，以所述最小旋轉外接矩形的頂點坐標作為所述輪廓多邊形坐標。

23、進一步的，所述確定各建筑物的初始遮蔽圖形，具體為：

24、根據建筑物的高度和當前時刻的太陽高度角，計算當前時刻建筑物的陰影長度；

25、根據所述陰影長度和當前時刻太陽方位角，計算所述輪廓多邊形坐標的投影點坐標；

26、以所述投影點坐標與所述輪廓多邊形坐標確定的最大多邊形作為所述初始遮蔽圖形。

27、進一步的，所述重疊區(qū)域所屬建筑物的確定方法為：

28、根據存在重疊區(qū)域的兩個建筑物的輪廓多邊形坐標，分別計算兩建筑物的平均坐標點；

29、以兩個所述平均坐標點為線段的端點，根據所述線段垂直平分線確定一豎直平面；

30、根據當前時刻太陽方位角確定太陽位與所述豎直平面的位置關系，所述重疊區(qū)域屬于的建筑物與太陽位于所述豎直平面同一側。

31、進一步的，所述太陽輻射量修正值計算公式為：

32、w1＝w0-(w0×cosi×r)；

33、其中w1為考慮陽光反射后的太陽輻射值，w0為未考慮陽光反射的太陽輻射值，r為建筑材料反射率，i為陽光入射角，計算公式為：

34、cosi＝cosω×cosε；

35、其中，ω、ε分別為太陽高度角、壁面太陽方位角。

36、本發(fā)明還公開了一種城市建筑物遮蔽效果計算系統(tǒng)，包括：

37、參數獲取模塊：提取目標區(qū)域內各建筑物的基本參數；

38、遮蔽圖形模塊：根據所述基本參數，以及當前時刻太陽高度角和方位角，確定各建筑物的初始遮蔽圖形，得到城市建筑物遮蔽分布圖；

39、遮蔽圖形修正模塊：確認所述初始遮蔽圖形之間的重疊區(qū)域，根據各建筑物的位置關系和太陽方位角確定所述重疊區(qū)域所屬建筑物，得到各建筑物的修正遮蔽圖形，計算所述修正遮蔽圖形的遮蔽面積；

40、輻射量修正模塊：根據各建筑物的表面材料反射率，計算各建筑物單位面積的太陽輻射量修正值；

41、遮蔽效果計算模塊：根據所述遮蔽面積和所述太陽輻射量修正值，計算各建筑物實際遮蔽效果，進而得到城市建筑物總遮蔽效果。

42、經由上述的技術方案可知，與現有技術相比，本發(fā)明公開提供了一種城市建筑物遮蔽效果計算方法及系統(tǒng)，通過提取建筑物的基本參數，能夠根據各個時刻的太陽高度角和方位角，實時生成各建筑物的陰影遮蔽圖形，并且能夠根據建筑物之間的位置關系和太陽方位角進行重疊區(qū)域識別和修正，從而精確確定每個建筑的實際遮蔽圖形，最后根據建筑物表面材料的反射率分別計算各個建筑物的太陽輻射修正值和實際遮蔽效果。本發(fā)明能夠對城市中各個建筑以及城市整體不同時刻的遮蔽效果進行準確評估，為城市規(guī)劃、建筑環(huán)境影響評估、城市熱舒適度評估及城市氣候分析提供重要支撐。

技術特征：

1.一種城市建筑物遮蔽效果計算方法，其特征在于，具體步驟如下：

2.根據權利要求1所述的一種城市建筑物遮蔽效果計算方法，其特征在于，所述基本參數包括各建筑物的高度、輪廓多邊形坐標以及表面材料反射率。

3.根據權利要求2所述的一種城市建筑物遮蔽效果計算方法，其特征在于，所述高度根據衛(wèi)星遙感圖像成像時的太陽高度角、方位角，衛(wèi)星高度角方位角以及成像建筑物的陰影長度估算得到，具體為：

4.根據權利要求2所述的一種城市建筑物遮蔽效果計算方法，其特征在于，所述輪廓多邊形坐標，通過以下方式獲?。?/p>

5.根據權利要求2所述的一種城市建筑物遮蔽效果計算方法，其特征在于，所述確定各建筑物的初始遮蔽圖形，具體為：

6.根據權利要求2所述的一種城市建筑物遮蔽效果計算方法，其特征在于，所述重疊區(qū)域所屬建筑物的確定方法為：

7.根據權利要求1所述的一種城市建筑物遮蔽效果計算方法，其特征在于，所述太陽輻射量修正值計算公式為：

8.一種城市建筑物遮蔽效果計算系統(tǒng)，應用權利要求1至7任一項所述的一種城市建筑物遮蔽效果計算方法，其特征在于，包括：

技術總結
本發(fā)明公開了一種城市建筑物遮蔽效果計算方法及系統(tǒng)，涉及城市生態(tài)規(guī)劃領域，包括：提取建筑物的基本參數；根據基本參數，當前時刻太陽高度角和方位角，確定建筑物初始遮蔽圖形；確認初始遮蔽圖形之間的重疊區(qū)域，根據建筑物位置關系和太陽方位角確定重疊區(qū)域所屬建筑物，得到各建筑物的修正遮蔽圖形；根據各建筑物的表面材料反射率，計算各建筑物單位面積的太陽輻射量修正值；根據遮蔽面積和太陽輻射量修正值，計算各建筑物實際遮蔽效果，進而得到城市建筑物總遮蔽效果。本發(fā)明能夠對城市中各個建筑以及城市整體不同時刻的遮蔽效果進行準確評估，為城市規(guī)劃、建筑環(huán)境影響評估、城市熱舒適度評估及城市氣候分析提供重要支撐。

技術研發(fā)人員：劉耕源,霍兆曼,周烜如,常瑋岑,楊志峰
受保護的技術使用者：北京師范大學
技術研發(fā)日：
技術公布日：2024/12/26