CN103400200B - 基于大气能见度测算的超高层建筑最佳眺望点选址技术 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种城市超高层建筑观看点选址的应用方法，涉及城市规划技术领域。步骤是：首先获取近年城市大气总体能见度数据统计表，确定视野范围的平均数值；然后根据城市平面地形数据筛选得到城市超高层建筑；接着以视野范围的平均数值为依据，通过不同超高层建筑视野范围的叠加确定观看点的最佳选址；最后将叠加结果与城市河流、山体、道路、大型基础设施和历史建筑等进行二次叠加，确定观看点的选址。本发明以完全量化的调查、统计和计算为基础，通过数据获得城市超高层建筑视野范围的理性分析结果，并基于此为超高层建筑观看点的选址提供了依据，实现更合理高效地利用宝贵城市空间的目标。

Description

基于大气能见度测算的超高层建筑最佳眺望点选址技术

技术领域

本发明属于城市规划技术领域，尤其涉及城市超高层建筑观看点的选址方法。

背景技术

目前基于视线的城市景观资源观看研究目的多集中于利用性控制与保护性控制层面，如伦敦规划中的战略性眺望景观、地方性眺望权等，通过加强景观资源的渗透和削弱周边环境对景观资源的影响实现城市各区域对景观资源享用效益的最大化。不论是针对街巷、河道等建筑外部空间、强调内部视点分析的基于平面作图的空间视线研究，还是针对单体建筑与具体城市景观、强调外部视点研究的“纺锤形”三维几何研究，抑或针对城市景观、强调外部视点与视点间关系的眺望权保护研究，均致力于通过视线研究和控制确保景观资源周边的合理开发。而既有研究中针对城市标志建筑观看点的分析亦多针对于已经确定的单个标志建筑物，基于对视距、视域、视角（包括垂直视角和水平视角）、空间安全度等要素的分析，通过对建筑物高度、最远视点和最近视点的确定建立模型，最终确定观看点的位置，针对以大气能见度测算作为基准的城市多个标志建筑观看点最佳选址的研究存在欠缺。

除此之外，需要说明的是，本发明中作为运算基础的大气能见度数值与针对的城市超高层建筑这一特定观看对象均具有普适原因和实际意义，主要在于：

1 大气能见度之于反映城市特征及影响居民景观眺望活动的重要性

大气能见度 (Visibility)作为反映大气透明度的指标，被定义为具有正常视力(对比感阈为0.05)的人在当时天气条件下能够在天空背景中看到和识别目标轮廓的最大地面水平距离，亦称为气象视程，是表征大气光学性质的主要要素，亦与城市居民的生活密切相关，直接影响城市居民的工作、生活和交通等各类活动的进行。大气能见度与湿度、风速、风向、降水、雾等气象条件及城市同期空气污染物浓度等因素相关，是一个综合的具有城市特征的数值。目前，随着经济发展和人口的高度密集，各种大气污染物等使得城市的大气能见度整体呈现下降趋势，大气能见度对于城市居民的景观眺望活动亦体现出越来越重要的影响。

2 超高层建筑之于城市意象及特色展示的重要性

作为具有城市标志意义的超高层建筑，其在地标五要素方面均对城市意象的形成具有重要的作用：（1）首先，空间性要素层面，超高层建筑常常占据城市主要道路交叉口、城市中心和河流弯口、河流交汇口等区位及各种运动系统的汇集点，在方位感形成和城市空间结构暗示方面发挥了重要作用；（2）其次，形象性要素层面，具形的超高层建筑在体量、尺度、色彩、造型、趣味性等方面大于其他建筑物，与周围环境形成图底关系的较为强烈的对比，能够对观者产生较为高效和强烈的视觉和心理冲击，其之于背景的明显的特征与较强的区分度使其易于形成观者对城市的知觉印象；（3）再次，识别性要素层面，超高层建筑建造过程中的形象载体及其同时作为观景点和景观点的城市制高点特征使得其无论在平原城市、山区城市还是港口城市都能够形成视线的集中点和界面的高潮点，有力地影响了城市的天际轮廓线，较之其他建筑更加易于识别；（4）此外，内涵性要素层面，超高层建筑所具有的文化内涵和代表的城市精神使其具有标志价值；（5）最后，功能性要素层面，超高层建筑在建造原因等方面具有的实际功能和创意功能亦使其具有很强的城市职能。因而，选择超高层建筑作为观看对象研究观看点的最佳选址，对于城市规划与设计过程中城市意象及城市特色的塑造具有非常重要的意义。

发明内容

发明目的：针对上述现有存在的问题和不足，本发明提供了一种基于大气能见度测算城市超高层建筑观看点的选址方法，一方面能够通过观看点选址的确定及结果的图纸输出为城市总体规划、分区规划、控制性详细规划和修建性详细规划等提供参考，一方面能够通过对观看点最佳选址和既有建设情况、现状用地性质、城市规划、城市设计的比对对现有建设状况和规划设计的评估作出参考。

技术方案：为实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：一种基于大气能见度测算城市超高层建筑观看点的选址方法，包括以下步骤：

1）获取近5～20年内城市大气总体能见度数据统计表，该数据统计表包括年份、日期及各日大气能见度数值；

2）分析上述数据统计表，得到各日大气能见度数据组的众数，并将该众数作为视野范围的平均数值；

3）获取城市矢量地形图资料，并筛选得到主城范围内的超高层建筑，一般情况下，所述超高层建筑的层数大于40层，而实际应用中应根据具体城市的实际情况进行调整；

4）接着对筛选的超高层建筑进行视野范围确定：以各超高层建筑为几何中心，并以步骤1）得到的视野范围的平均数值作为缓冲区半径，得到不同超高层建筑的视野范围的叠加结果；

5）根据叠加结果，将整个城市主城范围内的超高层建筑试验范围的等级图；

6）观看点选址的刚性修正：基于CAD平台提取城市主城范围矢量图内的城市河流、湖泊、山体、道路、大型公共基础设施和历史建筑数据信息作为基本图形，通过ARCGIS软件进行刚性修正，得到刚性修正后的城市超高层建筑观看点选址区域最佳结果。

作为优选，步骤1）数据统计表中的各日大气能见度数值采用14时的大气能见度数值。因气象站每日分别于北京时间02、08、14和20时进行人工地面能见度观测，而14时的能见度观测数据最能够代表城市的大气能见度水平，因而选择各日14时能见度数据，取其出现频率最高的数据（众数）作为城市大气能见度的平均数值。早晨出现的辐射雾和夜间形成的接地逆温未被破坏，导致大气中颗粒物浓度升高。此现象通常会在中午消散，因而08时的能见度观测值不能代表白天的能见度状况，而02时和20时分别属于夜间和傍晚时段的观测结果，其观看对象等均与日间存在不同，所以也不具有代表性。14时的能见度观测因不存在上述问题，其数据最能够代表城市各日的大气能见度水平。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优点：一方面基于大气能见度这一与城市气象条件密切相关并对视野范围起到重要影响的数值作为基础，针对超高层建筑的观看点提出了简捷直观的选址方式，通过对宝贵的城市空间的合理利用，直接为规划设计中城市意象及城市设计的塑造提供了参考，需要说明的是，伴随城市发展，超高层建筑的建设情况可能发生变化，本发明提供了一种更加快捷地筛选超高层建筑并将视野范围叠加的方法，数据易于获得，也更为准确，客观性、可变性均较强，一方面也对现状建设情况和既有规划设计方案中超高层建筑观看点的位置和范围的评估提供了参考，通过对其数量和范围的调整更加合理地利用城市空间。

附图说明

图1为本发明所述选址方法的流程示意图；

图2为本发明实施例所述城市内现状建筑CAD矢量图形及层数相关数据图；

图3为本发明实施例所述城市内现状高层公共建筑图形文件；

图4为本发明实施例内现状超高层公共建筑几何中心点分布图；

图5为本发明实施例所述不同超高层建筑事业范围的叠加效果图；

图6为本发明实施例所述经过刚性修正后的超高层建筑观看点选址区域最佳结果效果图；

图7为本发明实施例所述叠加街区底图的城市超高层箭镞观看点选址工程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明。应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

本发明的基于大气能见度测算城市超高层建筑观看点的选址方法，以影响视野范围的大气能见度数据作为理性的选择基础，基于ARCGIS软件对不同超高层建筑的视野范围加以叠加，并通过实际条件的刚性修正确定超高层建筑观看点的建议选址，通过在城市规划与设计过程中公园绿地等开敞空间的预留和视廊的设计与控制实现作为城市地标观景点的土地和空间的更为高效的利用。整个操作过程数据更易获得、精确度更高，实际利用价值亦较强。

如图1所示，具体方法如下：

1）获取近年（5-20年）城市大气总体能见度数据统计表，内容为各日大气能见度数值，作为数据计算的基础。城市大气总体能见度作为表征大气光学性质的主要指标，其数值与城市的天气情况密切相关，是通过决定视野范围直接对城市超高层建筑观看产生影响的决定性要素；

2）将各日城市大气总体能见度数据输入EXCEL软件，其中第一栏为年份，第二栏为各年月份，第三栏为各月日期，第四栏输入由气象局统计资料查到的各日相应的大气能见度数值（单位：km），于菜单栏中选择“公式”项，点选“插入函数”命令，选择利用MODE（）函数输入第四栏各日相应大气能见度数值，计算得到各日大气能见度数据组的众数，作为视野范围的平均数值；

3）获取城市矢量地形图资料并筛选城市超高层建筑：

3.1）获得城市主城范围现状建筑CAD矢量图形及相关的层数等数据；

3.1.1）通过与城市主城范围现状用地图形的比对筛选出主城范围内只含有公共建筑图形信息的CAD矢量图，并将其作为基本图形，于ARCGIS软件中通过Add Data命令，利用Polygon命令将该CAD矢量图导入，并选择图层栏的建筑层右键单击Data命令，利用Export Data命令导出建筑层的SHP文件；

3.1.2）获取主城范围内现状建筑CAD矢量图中只含有公共建筑层数数据信息的图层，于ARCGIS软件中通过Add Data命令，利用Annotation命令导入该层数图层；

3.1.3）在ARCGIS软件的图层栏中选择建筑层的SHP文件，右键选择Joins and Relates命令，利用Join命令（点选将所有属性加载项）链接步骤3.1.1）中获得的建筑图层和步骤3.1.2）中获得的层数图层；

3.2）在图层栏中选择链接图层，右键选择Open Attribute命令，在弹出的属性表中找出层数栏，点选Options命令，利用Select By Attributes命令，在弹出的对话框中点选Field选项，将筛选属性设置为层数大于40层，筛选出主城范围内的所有超高层公共建筑；

4）获取不同超高层建筑的视野范围可达性结果：

4.1）以ARCGIS软件为工作平台，点选Show/Hide ArcToolbox Window命令，依次展开ArcToolbox、Data Management Tools命令项，选择Features选项，利用其中的Feature to Point命令将筛选出的超高层公共建筑由几何面域转化为几何中心点。这是因为在实际观看过程中较之视野范围而言超高层公共建筑的平面几何面域尺度较小，因而操作中可以通过简化为几何中心点的形式进行运算；

4.2）输入空间缓冲“buffer”命令，点选“DISTENCE ”项，输入步骤2）中由大气总体能见度数据统计得到的视野范围的平均数值作为缓冲区半径值，每座超高层建筑半径范围内的地点即为观看该座建筑时最为清晰的视点，由此得到所有超高层建筑的视野范围叠加结果；

5）在ARCGIS软件中将图层设置为以“class”字段分级显示，得到整个城市主城范围内的超高层建筑视野范围分等定级图，分等定级图中颜色越深的部分表明基于城市大气能见度测算能够看到超高层建筑最多的地点，也即为城市超高层建筑观看点的越佳区域，将数值最高的部分确定为城市超高层公共建筑观看点的优选区域，并利用“join”命令将SHP数据导出，将需要的观看点选址属性数据保留在SHP中；

6）观看点选址的刚性修正、确定超高层建筑观看点的合适选址：

6.1）基于CAD平台提取城市主城范围现状地形及建筑矢量图形内的河流、湖泊、山体等不可动自然要素数据信息及道路、大型公共基础设施和历史建筑等不可动人工要素数据信息，将其整合为基本图形，于ARCGIS软件中通过Add Data命令，利用Polygon命令将其导入，作为超高层建筑观看点选址的刚性修正图层。刚性修正的过程是为了便于在规划设计过程中提高实际应用价值及操作的便捷度，更加快捷准确地将城市自然和人工两方面的不可动要素排除在外，确定公园绿地等开敞空间作为观看点选址的预留点等；

6.2）在ARCGIS软件中打开Arctoolbox窗口，依次展开Analysis Tools命令项、Overlay命令项，点选Intersect命令，在打开的操作对话框中选择观看点选址层和刚性修正层，运算得到刚性修正后的城市超高层建筑观看点选址区域最佳结果。由此得到的结果即为排除了不可动要素之外能够在规划设计中加以实际操作的观看点选址。

7）超高层建筑观看点选址的图形输出：

将步骤6.2）生成的城市超高层建筑观看点选址区域数据导入外接专用打印设备，以城市街区图为底图，附加指北针、比例尺等图纸信息，绘制城市超高层建筑观看点选址工程图纸，将图纸精度设置为200dpi以上，符合城市总体规划、控制性详细规划等法定规划的工程使用要求。

其中步骤7之后，在实际应用过程中，利用AUTOCAD软件的矢量编辑特征，一方面可以通过与既有观看点位置及规划设计方案中观看点选址的比对，对现有观看点建设状况和规划设计的观看点选址作出评估，对不在最佳选址范围内的观看点进行删减，对局部落在最佳选址范围外的观看点进行用地范围调整，从而对宝贵的城市空间的合理利用起到积极作用，另一方面也可以以本发明得到的观看点最佳选址结果为依据，结合具体的规划设计方案理念及构想对超高层建筑的观看点进行新增。

以下对南京市的案例进一步阐述本发明的技术方案：

1）于具有代表性且观测资料质量高、连续性好的南京市国家基准气候观测站获取2003年3月-2013年3月十年间城市大气总体能见度数据统计表，内容为各日14时大气能见度观测数值；

2）将各日14时城市大气能见度数据与日期对应输入EXCEL软件，利用MODE（）函数全选数据组计算其众数得到6.4km，作为视野范围的平均数值；

3）获取城市矢量地形图资料并筛选超高层建筑：

3.1）获得南京市主城范围内现状建筑CAD矢量图形及层数等相关数据（图2）；

3.1.1）对照现状用地图筛选南京市主城范围内的公共建筑，并以只含有公共建筑数据信息的CAD矢量图为基本图形，于ARCGIS软件中将其导入，并利用Export Data命令导出公共建筑图形层的SHP文件；

3.1.2）整理获得城市现状建筑CAD矢量图形中的公共建筑层数图层，并将其导入ARCGIS软件；

3.1.3）在图层栏中利用Join命令（点选将所有属性加载项）链接建筑图层和层数图层；

3.2）在图层栏中选择链接图层，在属性表中利用Select By Attributes命令将筛选属性设置为层数大于40层，筛选出主城范围内的超高层公共建筑图形文件（图3）；

4）获取不同超高层建筑的视野范围可达性结果：

4.1）在ARCGIS软件中通过Feature to Point命令将筛选出的各超高层公共建筑面域转化为其几何中心点（图4）；

4.2）利用ARCGIS软件中的空间缓冲“buffer”命令，点选“DISTENCE”项，输入由大气总体能见度数据统计得到的视野范围的平均数值6.4km作为缓冲区半径值，得到不同超高层建筑的视野范围的叠加结果（图5）；

5）将图层设置为以“class”字段分级显示，得到整个城市主城范围内的超高层建筑视野范围分等定级图，将数值最高的部分确定为城市超高层公共建筑观看点的优选区域，并利用“join”命令将SHP数据导出，将需要的观看点选址属性数据保留在SHP中；

6）观看点选址的刚性修正、确定超高层建筑观看点的合适选址：

6.1）基于CAD平台提取南京市主城范围矢量图内的城市河流、湖泊、山体、道路、大型公共基础设施和历史建筑等数据信息作为基本图形，将其导入ARCGIS软件中，作为刚性修正图层 ；

6.2）在ARCGIS软件中打开Arctoolbox窗口，依次展开Analysis Tools命令项、Overlay命令项，点选Intersect命令，在打开的操作对话框中选择观看点选址层和刚性修正层，运算得到刚性修正后的南京市超高层建筑观看点选址区域最佳结果（图6）。

7）超高层建筑观看点选址的图形输出：

将步骤6.2）生成的城市超高层建筑观看点选址区域数据导入外接专用打印设备，以城市街区图为底图，附加指北针、比例尺等图纸信息，绘制城市超高层建筑观看点选址工程图纸，符合城市总体规划、控制性详细规划等法定规划的工程使用要求（图7）。

8）规划设计中可以结合步骤7）得到的城市超高层建筑观看点选址工程图纸预留合适的观看点位置，并对其进行具体设计。

Claims (3)

1.一种基于大气能见度测算城市高层建筑观看点的选址方法，包括以下步骤:

1)获取距离统计时间的年份在区间[5，20]范围内城市大气总体能见度数据统计表，该数据统计表包括年份、日期及各日大气能见度数值；

2)分析上述数据统计表，得到各日大气能见度数据组的众数，并将该众数作为视野范围的平均数值；

3)获取城市矢量地形图资料，并筛选得到主城范围内的超高层建筑，所述超高层建筑的层数大于40层；

4)接着对筛选的超高层建筑进行视野范围确定：以各超高层建筑为几何中心，并以步骤2)得到的视野范围的平均数值作为缓冲区半径，得到不同超高层建筑的视野范围的叠加结果；

5)利用ARCGIS软件，基于叠加次数对叠加结果进行等级划分，得到整个城市主城范围内的超高层建筑视野范围的等级图，并以叠加次数最高的区域作为参考选择观看点的优选区域；

6)观看点选址的刚性修正：基于CAD平台提取城市主城范围矢量图内的城市河流、湖泊、山体、道路、大型公共基础设施和历史建筑数据信息作为基本图形，通过ARCGIS软件进行刚性修正，得到刚性修正后的城市超高层建筑观看点选址区域最佳结果。

2.根据权利要求1所述基于大气能见度测算城市高层建筑观看点的选址方法，其特征在于：步骤1)数据统计表中的各日大气能见度数值采用14时的大气能见度数值。

3.根据权利要求1所述基于大气能见度测算城市高层建筑观看点的选址方法，其特征在于：步骤6)，基于CAD平台提取城市中的不可变动用地图层，所述不可变动用地图层包括河流图层、湖泊图层、山体图层、道路图层、大型公共基础设施图层和历史建筑图层，作为对步骤5)中观看点选址优选区域的修正，于ARCGIS软件中利用Polygon命令将其导入，利用Intersect命令求得优选区域排除不可变动用地后的结果，作为城市超高层建筑观看点选址区域最佳结果。