一種基于gis的城市通風(fēng)廊道計(jì)算方法及系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本申請(qǐng)涉及圖像處理領(lǐng)域，尤其是一種基于GIS的城市通風(fēng)廊道計(jì)算方法及系統(tǒng)。
[0002]
【背景技術(shù)】
[0003]地理信息系統(tǒng)(GeographicInformat1n System,簡(jiǎn)稱 GIS )是一種采集、存儲(chǔ)、管理、分析、顯示與應(yīng)用地理信息的計(jì)算機(jī)技術(shù)系統(tǒng)，是分析和處理海量地理數(shù)據(jù)的通用技術(shù)。主要包括數(shù)據(jù)輸入與編輯、數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)操作以及數(shù)據(jù)顯示和輸出等。作為獲取、處理、管理和分析地理空間數(shù)據(jù)的重要工具、技術(shù)和學(xué)科，得到了廣泛關(guān)注。
[0004]隨著城市規(guī)模的急劇擴(kuò)大，城市內(nèi)部的環(huán)境建設(shè)越來(lái)越被重視，城市通風(fēng)廊道即是其中之一。城市通風(fēng)廊道，就是在城市建設(shè)生態(tài)綠色走廊，在城市局部區(qū)域打開(kāi)一個(gè)通風(fēng)口，讓郊區(qū)的風(fēng)吹向主城區(qū)，增加城市的空氣流動(dòng)性，以提升城市的空氣質(zhì)量?，F(xiàn)有技術(shù)中，傳統(tǒng)的通風(fēng)廊道一般是基于流體力學(xué)軟件進(jìn)行風(fēng)速的大致模擬，計(jì)算出的通風(fēng)廊道不夠精確。
[0005]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N基于GIS的城市通風(fēng)廊道計(jì)算方法及系統(tǒng)，解決現(xiàn)有技術(shù)計(jì)算通風(fēng)廊道不夠準(zhǔn)確的問(wèn)題。
[0007]根據(jù)本申請(qǐng)的第一方面，本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N基于GIS的城市通風(fēng)廊道計(jì)算方法，包括以下步驟:
獲取預(yù)設(shè)的城市建筑模型圖；將城市建筑模型圖與預(yù)設(shè)的矢量格網(wǎng)圖層相疊加，生成網(wǎng)格模型圖；計(jì)算單個(gè)網(wǎng)格內(nèi)建筑在預(yù)設(shè)風(fēng)向下的風(fēng)影面積；將網(wǎng)格模型圖轉(zhuǎn)換為成本柵格圖，柵格像元的大小與單個(gè)網(wǎng)格的大小相同，柵格像元值為其對(duì)應(yīng)的單個(gè)網(wǎng)格的風(fēng)影面積；以預(yù)設(shè)風(fēng)向?yàn)閷?dǎo)向，計(jì)算經(jīng)過(guò)成本柵格圖所形成的風(fēng)影面積累計(jì)最小的路徑，該路徑即為通風(fēng)廊道。
[0008]根據(jù)本申請(qǐng)的第二方面，本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N基于GIS的城市通風(fēng)廊道計(jì)算系統(tǒng)，包括:
獲取模型模塊，用于獲取預(yù)設(shè)的城市建筑模型圖；疊加網(wǎng)格模塊，用于將城市建筑模型圖與預(yù)設(shè)的矢量格網(wǎng)圖層相疊加，生成網(wǎng)格模型圖；風(fēng)影計(jì)算模塊，用于計(jì)算單個(gè)網(wǎng)格內(nèi)建筑在預(yù)設(shè)風(fēng)向下的風(fēng)影面積；柵格處理模塊，用于將網(wǎng)格模型圖轉(zhuǎn)換為成本柵格圖，柵格像元的大小與單個(gè)網(wǎng)格的大小相同，柵格像元值為其對(duì)應(yīng)的單個(gè)網(wǎng)格的風(fēng)影面積；風(fēng)道計(jì)算模塊，用于以預(yù)設(shè)風(fēng)向?yàn)閷?dǎo)向，計(jì)算經(jīng)過(guò)成本柵格圖所形成的風(fēng)影面積累計(jì)最小的路徑，該路徑即為通風(fēng)廊道。
[0009]本申請(qǐng)的有益效果是，本申請(qǐng)通過(guò)將城市建筑模型圖與預(yù)設(shè)的矢量格網(wǎng)圖層相疊加，生成網(wǎng)格模型圖；計(jì)算單個(gè)網(wǎng)格內(nèi)建筑在預(yù)設(shè)風(fēng)向下的風(fēng)影面積；將網(wǎng)格模型圖轉(zhuǎn)換為成本柵格圖，柵格像元的大小與單個(gè)網(wǎng)格的大小相同，柵格像元值為其對(duì)應(yīng)的單個(gè)網(wǎng)格的風(fēng)影面積；以預(yù)設(shè)風(fēng)向?yàn)閷?dǎo)向，計(jì)算經(jīng)過(guò)成本柵格圖所形成的風(fēng)影面積累計(jì)最小的路徑，該路徑即為通風(fēng)廊道。這種采用精確的三維建筑模型去計(jì)算城區(qū)風(fēng)廊的方法，使得本申請(qǐng)計(jì)算的通風(fēng)廊道更加準(zhǔn)確。
[0010]
【附圖說(shuō)明】
[0011]圖1為實(shí)施例1的流程圖；
圖2為實(shí)施例2中設(shè)定源數(shù)據(jù)和目標(biāo)數(shù)據(jù)的效果圖；
圖3為實(shí)施例2中成本距離數(shù)據(jù)的效果圖；
圖4為實(shí)施例2中回溯鏈接?xùn)鸥竦氖疽鈭D；
圖5為實(shí)施例2中通風(fēng)廊道的示意圖；
圖6為實(shí)施例3中的成本柵格圖的示意圖。
[0012]
【具體實(shí)施方式】
[0013]下面通過(guò)【具體實(shí)施方式】結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0014]實(shí)施例1:
一種基于GIS的城市通風(fēng)廊道計(jì)算方法，如圖1所示，包括以下步驟:
5101:獲取預(yù)設(shè)的城市建筑模型圖；
5102:將城市建筑模型圖與預(yù)設(shè)的矢量格網(wǎng)圖層相疊加，生成網(wǎng)格模型圖；
5103:計(jì)算單個(gè)網(wǎng)格內(nèi)建筑在預(yù)設(shè)風(fēng)向下的風(fēng)影面積；
S104:將網(wǎng)格模型圖轉(zhuǎn)換為成本柵格圖，柵格像元的大小與單個(gè)網(wǎng)格的大小相同，柵格像元值為其對(duì)應(yīng)的單個(gè)網(wǎng)格的風(fēng)影面積；
S105:以預(yù)設(shè)風(fēng)向?yàn)閷?dǎo)向，計(jì)算經(jīng)過(guò)成本柵格圖所形成的風(fēng)影面積累計(jì)最小的路徑，該路徑即為通風(fēng)廊道。
[0015]城市建筑模型圖是依據(jù)城市的建筑物所制作的模型圖，可以是dwg格式圖形、gis格式圖形或矢量化的圖形文件，在獲取預(yù)設(shè)的城市建筑模型圖之后，GIS軟件中的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換工具將獲取的城市建筑模型圖進(jìn)行轉(zhuǎn)換，輸出數(shù)據(jù)類型為面狀的shapefile格式文件。格網(wǎng)是預(yù)置的，是由閉合的多段線組成，其大小可以進(jìn)行調(diào)整，在本實(shí)施例中，選用網(wǎng)孔大小為50m*50m的格網(wǎng)。將城市建筑模型圖與預(yù)設(shè)的矢量格網(wǎng)圖層相疊加，使格網(wǎng)覆蓋在城市建筑模型圖的地表平面上，生成網(wǎng)格模型圖，并將城市建筑模型圖分割到若干單個(gè)網(wǎng)格內(nèi)，對(duì)于跨越多個(gè)網(wǎng)格的建筑物，也會(huì)被分割到多個(gè)網(wǎng)格。再計(jì)算單個(gè)網(wǎng)格內(nèi)建筑在預(yù)設(shè)風(fēng)向下的風(fēng)影面積。
[0016]對(duì)網(wǎng)格模型圖進(jìn)行柵格化處理，將網(wǎng)格模型圖轉(zhuǎn)換為成本柵格圖，并保證柵格化后的柵格像元的大小與單個(gè)網(wǎng)格的大小相同，柵格像元值為其對(duì)應(yīng)的單個(gè)網(wǎng)格的風(fēng)影面積，這便于后續(xù)的計(jì)算。
[0017]以預(yù)設(shè)風(fēng)向?yàn)閷?dǎo)向，計(jì)算經(jīng)過(guò)成本柵格圖所形成的風(fēng)影面積累計(jì)最小的路徑，就是在計(jì)算經(jīng)過(guò)成本柵格圖所形成的風(fēng)影面積累計(jì)最小的路徑時(shí)，以此方向?yàn)橹鲗?dǎo)，每經(jīng)過(guò)一個(gè)柵格像元就累計(jì)疊加其風(fēng)影面積。風(fēng)影面積的大小反映出該柵格像元內(nèi)建筑對(duì)風(fēng)的阻力，因此，經(jīng)過(guò)柵格像元所形成的風(fēng)影面積累計(jì)最小的路徑是風(fēng)阻力最小的路徑，該路徑也就是該城市的通風(fēng)廊道。
[0018]實(shí)施例2:
作為實(shí)施例1的改進(jìn)，本實(shí)施例中，步驟S104以所述預(yù)設(shè)風(fēng)向?yàn)閷?dǎo)向，計(jì)算經(jīng)過(guò)成本柵格圖所形成的風(fēng)影面積累計(jì)最小的路徑的步驟具體為:
將進(jìn)風(fēng)部分的邊緣柵格像元的中心點(diǎn)組成的矢量點(diǎn)集設(shè)定為源數(shù)據(jù)，將出風(fēng)部分的邊緣柵格像元的中心點(diǎn)組成的矢量點(diǎn)集設(shè)定為目標(biāo)數(shù)據(jù)。
[0019]以預(yù)設(shè)風(fēng)向?yàn)閷?dǎo)向，計(jì)算從源數(shù)據(jù)到目標(biāo)數(shù)據(jù)所經(jīng)過(guò)成本柵格圖所形成的風(fēng)影面積累計(jì)最小的路徑。
[0020]由于成本柵格圖就是由柵格像元構(gòu)成，因而成本柵格圖的邊界，即位于成本柵格圖最外圍的柵格像元即為邊緣柵格像元，進(jìn)風(fēng)部分的邊緣柵格像元是指風(fēng)吹來(lái)時(shí)，最先接觸到風(fēng)的那部分柵格像元。出風(fēng)部分的邊緣柵格像元，是指與進(jìn)風(fēng)部分的邊緣柵格像元相對(duì)的，風(fēng)吹出的那部分柵格像元。
[0021]如圖2所示，本實(shí)施例中，預(yù)設(shè)風(fēng)向?yàn)槟巷L(fēng)，圖2中最下邊的一行即為進(jìn)風(fēng)部分的的邊緣柵格像元，將最下邊的一行的邊緣柵格像元的中心點(diǎn)組成的矢量點(diǎn)集設(shè)定為源數(shù)據(jù)。對(duì)應(yīng)的，圖2中最上邊的一行即為出風(fēng)部分的邊緣柵格像元，將最上邊的一行的邊緣柵格像元的中心點(diǎn)組成的矢量點(diǎn)集設(shè)定為目標(biāo)數(shù)據(jù)。
[0022]如圖3所示，基于GIS成本距離工具，輸入成本柵格圖和目標(biāo)數(shù)據(jù)，計(jì)算各個(gè)柵格像元到目標(biāo)數(shù)據(jù)的最小成本距離，即從該像元到目標(biāo)數(shù)據(jù)所經(jīng)過(guò)的風(fēng)影面積累加最小的成本距離，從而獲得圖3所示的成本距離數(shù)據(jù)。圖3中，處在建筑區(qū)邊緣的柵格像元經(jīng)過(guò)的風(fēng)影面積阻力較小，使用較淺的顏色顯示。而處在建筑區(qū)中心部分的柵格像元，其無(wú)法回避地要經(jīng)過(guò)外圍的阻力大的柵格像元，因而其成本距離也相對(duì)較大，顯示出來(lái)的顏色較深。
[0023]如圖4所示，基于GIS成本距離工具，輸入成本柵格圖和目標(biāo)數(shù)據(jù)，目標(biāo)數(shù)據(jù)會(huì)根據(jù)輸入成本柵格的像元分辨率自動(dòng)轉(zhuǎn)化為與成本柵格圖相同分辨率的柵格數(shù)據(jù)，從而輸出相對(duì)于目標(biāo)數(shù)據(jù)的回溯鏈接?xùn)鸥瘛?br>[0024]如圖5所示，根據(jù)GIS成本路徑工具，輸入源數(shù)據(jù)、成本距離柵格圖、回溯鏈接?xùn)鸥瘢敵鰪脑磾?shù)據(jù)指向目標(biāo)數(shù)據(jù)的最小成本路徑，即通風(fēng)廊道。從源數(shù)據(jù)的每一個(gè)點(diǎn)移向目標(biāo)數(shù)據(jù)的每一個(gè)點(diǎn)，會(huì)形成多條路徑，而每經(jīng)過(guò)一個(gè)柵格像元就累計(jì)疊加其風(fēng)影面積，從而將所經(jīng)過(guò)的風(fēng)影面積累計(jì)最小的路徑確定為其風(fēng)道。當(dāng)然，本實(shí)施例所指的累計(jì)風(fēng)影面積最小，并非是指所有路徑中的最小值，而是所有路徑中根據(jù)閾值確定的最小的幾條路徑，從而在圖3中計(jì)算出了多條通風(fēng)廊道。
[0025]實(shí)施例3:
作為實(shí)施例2的改進(jìn)，在將進(jìn)風(fēng)部分的邊緣柵格像元的中心點(diǎn)組成的矢量點(diǎn)集設(shè)定為源數(shù)據(jù)，將出風(fēng)部分的邊緣柵格像元的中心點(diǎn)組成的矢量點(diǎn)集設(shè)定為目標(biāo)數(shù)據(jù)的步驟之前，還包括:調(diào)整成本柵格圖的邊界范圍，使成本柵格圖調(diào)整為包含城市建筑區(qū)的矩形，并使成本柵格圖的一邊與預(yù)設(shè)風(fēng)向垂直。
[0026]如圖6所示，本實(shí)施例中，預(yù)設(shè)風(fēng)向是西南風(fēng)，將成本柵格圖的形狀設(shè)定為矩形，調(diào)整成本柵格圖的邊界范圍，而柵格像元的網(wǎng)格方向不變，并要保證城市建筑區(qū)是位于成本柵格圖之內(nèi)的。再使得成本柵格圖矩形的一邊，即邊緣柵格像元排列而成的一邊與西南風(fēng)垂直，該邊緣柵格像元即為進(jìn)風(fēng)部分的邊緣柵格像元，其對(duì)邊即為出風(fēng)部分的邊緣柵格像元。這樣，在以預(yù)設(shè)風(fēng)向?yàn)閷?dǎo)向，計(jì)算從源數(shù)據(jù)到目標(biāo)數(shù)據(jù)所經(jīng)過(guò)的風(fēng)影面積累計(jì)最小的路徑的步驟中，就以西南風(fēng)為主導(dǎo)，柵格像元相對(duì)于西南風(fēng)是規(guī)則的順序排列，從源數(shù)據(jù)到目標(biāo)數(shù)據(jù)也就是從成本柵格圖矩形的一邊到對(duì)應(yīng)的另一邊。
[0027]在其他實(shí)施例中，通過(guò)調(diào)整成本柵格圖的邊界范圍，可以計(jì)算東北風(fēng)、東南風(fēng)、西北風(fēng)等其他方向上的通風(fēng)廊道。
[0028]實(shí)施例4 ；
本實(shí)施例中，計(jì)算單個(gè)網(wǎng)格內(nèi)建筑在預(yù)設(shè)風(fēng)向下的風(fēng)影面積的步驟具體包括以下步驟:
在預(yù)設(shè)風(fēng)向的法向面上對(duì)單個(gè)網(wǎng)格內(nèi)的每棟建筑物分別做投影，形成投影面；將所有投影面沿預(yù)設(shè)風(fēng)向平移至同一平面，形成風(fēng)影面