CN105607157B - 一种城市近地面层热环境多点即时取样测量方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种城市近地面层热环境多点即时取样测量方法，包括：步骤(1)以分析需求为限定条件根据气象数据选择测量区域；步骤(2)基于城市卫星地图和主要行道树数据构建测量区域的三维建筑模型；对三维建筑模型进行日照分析，生成反映测量区域内经纬度坐标与平均日照时长关系的日照分析模型；根据测量区域下垫面种类对日照分析模型进行分区处理，以平均日照时长为轴以采样间隔Δt对日照分析图中的各分区进行采样并得到若干采样区域；将N个测量点等密度均匀布设于每个采样区域并拾取每个测点的经纬度坐标；步骤(3)同时、等高度的获取测点的热环境特征数据。本发明提高了选点的客观性，数据样本的同步性和齐全性。

Description

一种城市近地面层热环境多点即时取样测量方法
技术领域
本发明涉及城市规划方法领域，尤其是一种城市近地面层热环境多点即时取样测量方法。
背景技术
目前城市地区热环境测量方法没有形成系统化，城市的热岛效应研究数据的获取上很大程度依靠人脑智力活动。现有的热环境测量选点的逻辑比较简单，城市对象片区的选取基本上选择城市的核心区；接着对城市核心区进行选点测量，这一过程随意性程度很高，通常以500米为范围进行布置测点；在对测点进行测量时，不能把控多点同时测量，一般情况下都是人力监测，按照整点自行判断测量。而城市地区热环境的研究对于数据本身有着很高的要求，需要更加精准的确定研究对象片区，更加精准的确定测点，更加精准的多点同时测量取样，这样的数据要求目前现有的测量方法很难达到。另外一种对城市热环境的测量方法上是用卫星遥感解译，但是卫星遥感解译的热环境识别中仅有城市冠层温度，而城市空间非常复杂，百米高度以上的冠层温度与城市中人群真实感受差异极大，不能用这种方法来获取城市近地面层热环境。
靠人脑智力活动来判断研究对象片区，用缺乏客观的评估标准的方法确定测点，以及不能保证多点即时的测量数据是现有的测量方法。以上测量方法有如下几方面缺点：
①从研究对象片区的选择角度来说，现有技术主要依赖操作人员的主观判断，不考虑城市的复杂性，一概而论的选择城市核心区为研究对象，使得选择的测量点无法充分反映整个测量区域的近地面热环境的实际情况。
②从对象片区测点的布置角度来说，现有技术以500米为范围进行布置测点，这一理由缺乏客观的评估标准，没有考虑其它测点选择的影响因素，测点的选取缺乏代表性。
③从测点同时测量的过程角度来说，现有技术以人力监测，无法做到多点即时自动测量，很多时候由于突发事情以及人本身不可控因素，导致测量过程中无法同时测量。
发明内容
发明目的：为解决上述技术问题，本发明提出一种城市近地面层热环境多点即时取样测量方法。
技术方案：本发明提出的技术方案为：一种城市近地面层热环境多点即时取样测量方法，包括：
步骤(1)根据分析需求选取测量区域，并在测量区域内布置测点，包括：
(1-1)基于城市卫星地图和主要行道树数据构建测量区域的三维建筑模型；所述三维建筑模型包括测量区域经纬度、建筑平面、建筑高度、行道树平面和行道树高度；
(1-2)利用日照软件对三维建筑模型进行日照分析，生成反映测量区域内经纬度坐标与平均日照时长关系的日照分析模型；
(1-3)根据测量区域下垫面种类对日照分析模型进行分区处理，以平均日照时长为轴以采样间隔Δt对日照分析图中的各分区进行采样并得到若干采样区域；所述下垫面种类包括绿地、浅色硬地和深色硬地；
(1-4)设测点个数为N，将N个测量点等密度均匀布设于每个采样区域并通过日照软件拾取每个测点的经纬度坐标；
步骤(2)获取测点的热环境特征数据：根据测点经纬度坐标在每个测点布设采样装置，获取对应测点的热环境特征数据，每个采样装置的采样起始时间、采样持续时长、采样间隔时间和采样高度均相同；所述热环境特征数据包括空气温度、空气湿度、地表温度、地表湿度、空气相对温度、空气相对湿度以及风速。
进一步的，所述步骤(1-1)中构建测量区域的三维建筑模型包括步骤：
a.在城市卫星地图中截取测量区域的卫星地图作为三维建筑模型的卫星地图建筑底层平面；
b.通过绘图软件把卫星地图建筑底层平面绘制成多段线闭合面图层，录入建筑层高度形成建筑层高图层；将城市道路行道树绘制成圆形植被图层；
c.根据卫星地图建筑底层、建筑层高图层和圆形植被图层合成三维建筑模型。
进一步的，所述步骤(2)中采样起始时间为8：00，采样持续时长为8小时，采样间隔时间为1小时。
有益效果：与现有技术相比，本发明从研究区域的选择、测点的布置以及各测点同时测量三个方面对现有技术做了改进，使得采用本发明所提供的技术方案进行测量的测量结果具有以下优点：
1、更合理：本发明在城市研究对象片区的选择上避免了经验主义，从城市的总体气象情况着手分析是否适合研究热岛效应，同时从一天的数据分析确定了研究对象片区。同时选择测点时也避免了简单的划分，而是通过日照分析与下垫面的种类进行结合分类，将测点平均分配，避免了简单划分带来的不良影响。
2、更高效：本发明解决了由于现有技术所需大量人力实测的困境，而且解决了由于人员本身所具有的不可控因素带来的影响，整个测量过程更加的高效便捷，可操作性强，能够满足各种天气下的测量需求。
3、更准确：本发明创新性的解决了实测数据误差大的现状，现有技术在用人力测量数据时，往往由于各种情况出现所测数据不准时，标准高度不达标，仪器操作不同步等种种弊端。本发明使用的热环境辅助测量设备所测点数据更准确，更能满足研究需求。
附图说明
图1为本发明实施例的流程图；
图2为实施例中确定测点取样面板数据图；
图3为实施例中新街口热环境研究对象片区图；
图4为实施例中新街口日照分析图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作更进一步的说明。
如图1所示为本发明实施例的流程图，该流程包括步骤：
步骤(1)根据分析需求选取测量区域，并在测量区域内布置测点，包括：
(1-1)基于城市卫星地图和主要行道树数据构建测量区域的三维建筑模型；所述三维建筑模型包括测量区域经纬度、建筑平面、建筑高度、行道树平面和行道树高度；
(1-2)利用日照软件对三维建筑模型进行日照分析，生成反映测量区域内经纬度坐标与平均日照时长关系的日照分析模型；
(1-3)根据测量区域下垫面种类对日照分析模型进行分区处理，以平均日照时长为轴以采样间隔Δt对日照分析图中的各分区进行采样并得到若干采样区域；所述下垫面种类包括绿地、浅色硬地和深色硬地；
(1-4)设测点个数为N，将N个测点等密度均匀布设于每个采样区域并通过日照软件拾取每个测点的经纬度坐标；
步骤(2)获取测点的热环境特征数据：根据测点经纬度坐标在每个测点布设采样装置，获取对应测点的热环境特征数据，每个采样装置的采样起始时间、采样持续时长、采样间隔时间和采样高度均相同；所述热环境特征数据包括空气温度、空气湿度、地表温度、地表湿度、空气相对温度、空气相对湿度以及风速。
实施例：以下将结合南京城市近地面层热环境多点即时取样测量过程和附图来详细地说明本发明的技术方案，如图2至图4所示。
1)确定研究对象片区
先把南京城市气象数据(依托城市气象局、城市气象研究所既有数据)用ECOTECTWEATHER TOOL软件打开，使用ECOTECT WEATHER TOOL软件的MONTHLY DATA(逐月数据分析)和WIND ANALYSIS(风分析)进行分析，得出南京城市夏季热环境气候特征以及夏季风环境。分析得出夏季热环境具有高温高湿的特征，夏季风环境主要东南方向来风为主，风速较低，夏季夜晚来风方向更为单一，风速也更小。从大的气候背景分析下，南京地区都不利于形成夏季舒适的热环境。接着使用HOURLY DATA(逐时数据分析)进行分析，根据分析需求得出研究的对象片区。具体步骤包括：
1.1)获得完整、准确的城市气象数据，用ECOTECT WEATHER TOOL软件打开；
1.2)使用ECOTECT WEATHER TOOL软件的MONTHLY DATA(逐月数据分析)进行分析，得到MONTHLY DATA图，该图中标示出了除风频之外的全部气象数据，可视化效果直观而且美观，得出城市夏季热环境气候特征。
1.3)使用ECOTECT WEATHER TOOL软件的WIND ANALYSIS(风分析)进行分析，得到WIND ANALYSIS图，该图中可以分别显示12个月的风频(颜色深浅)、风向(圆坐标)、风速(纵坐标)，得出城市夏季风环境。与1.2)中所得到的结论结合，得到南京夏季热环境具有高温高湿的特征，而且风速较低，风频不大，不利于形成夏季舒适的热环境。(图4)
1.4)使用ECOTECT WEATHER TOOL软件的HOURLY DATA(逐时数据分析)进行分析，得到HOURLY DATA图，将新街口地区作为研究对象片区，如图3所示。
2)确定研究对象片区的测点布置：
基于南京城市卫星地图，构建城市对象片区三维建筑数据库，以主要行道树数据作为植被信息，录入AUTOCAD软件。利用天正软件日照分析工具模拟计算出城市对象片区平均日照时间图，并根据测量区域下垫面材质种类不同进行分区，以平均日照时长为轴以采样间隔1h对日照分析图中的各分区进行采样并得到若干采样区域，将N个测点平均分配给所有采样区域。
2.1)基于1.4)所确定的研究对象片区，用专用截图软件从城市卫星地图截取研究对象片区，加载到AUTOCAD软件中，按照比例缩放到专用尺寸。
2.2)用AUTOCAD软件内置绘图工具，把卫星地图建筑底层平面绘制成多段线闭合面图层，并且录入建筑层高图层，将城市道路行道树绘制成圆形植被图层，形成三维建筑模型。
2.3)用天正软件日照分析工具模拟计算出三维建筑模型中反应平均日照时间与经纬度关系的日照分析模型。首先打开天正，在其它选项中选择日照分析工具，使用建筑高度命令，确定建筑高度。选择多点分析，选中建筑以及植被等遮挡物，在弹出的窗口中选择该城市的测量日期、节气选择夏至、时间开始为08:00结束为16:00、计算精度为60分钟，点击确定即可得出日照分析图，如图4所示。
2.4)以平均日照时长为轴以采样间隔1h对日照分析图中的各分区进行采样并得到若干采样区域；所述下垫面种类包括绿地、浅色硬地和深色硬地；设测点个数为N，将N个测量点等密度均匀布设于每个采样区域，
3)确保多测点同时测量
在每个测点放置由测温元件组成的测量设备，设置测量设备的采样时间、采样间隔等参数，收集各个点的热环境辅助测量设备测量数据，并根据测量设备编号在计算机智能终端进行数据录入，最终得到所有测点的面板数据。
3.1)基于2.4)所确定的研究对象片区的测点，在各个测点安装携带坐标获取装置的热环境测量设备。
3.2)检查和校准热环境测量设备，并设置测量设备的采样时间、采样间隔等参数，保证每个热环境测量设备测量时间一致。
3.3)收集各个点的热环境测量设备测量数据，并根据测量设备编号在计算机智能终端进行数据录入，最终得到所有测点坐标位置和每个测量时刻热环境数据的EXCEL面板数据。该面板数据包含测点编号栏、测点经度坐标栏、测点维度坐标栏、测点标准高度空气温度、测点标准高度空气湿度、测点地表温度、测点地表湿度、测点空气相对温度、测点空气相对湿度、测点风速等，所述面板数据如图2所示。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种城市近地面层热环境多点即时取样测量方法，其特征在于包括：
步骤(1)根据分析需求选取测量区域，并在测量区域内布置测点，包括：
(1-1)基于城市卫星地图和主要行道树数据构建测量区域的三维建筑模型；所述三维建筑模型包括测量区域经纬度、建筑平面、建筑高度、行道树平面和行道树高度；
(1-2)利用日照软件对三维建筑模型进行日照分析，生成反映测量区域内经纬度坐标与平均日照时长关系的日照分析模型；
(1-3)根据测量区域下垫面种类对日照分析模型进行分区处理，以平均日照时长为轴以采样间隔Δt对日照分析图中的各分区进行采样并得到若干采样区域；所述下垫面种类包括绿地、浅色硬地和深色硬地；
(1-4)设测点个数为N，将N个测点等密度均匀布设于每个采样区域并通过日照软件拾取每个测点的经纬度坐标；
步骤(2)获取测点的热环境特征数据：根据测点经纬度坐标在每个测点布设采样装置，获取对应测点的热环境特征数据，每个采样装置的采样起始时间、采样持续时长、采样间隔时间和采样高度均相同；所述热环境特征数据包括空气温度、空气湿度、地表温度、地表湿度、空气相对温度、空气相对湿度以及风速。
2.根据权利要求1所述的一种城市近地面层热环境多点即时取样测量方法，其特征在于，所述步骤(1-1)中构建测量区域的三维建筑模型包括步骤：
a.在城市卫星地图中截取测量区域的卫星地图作为三维建筑模型的卫星地图建筑底层平面；
b.通过绘图软件把卫星地图建筑底层平面绘制成多段线闭合面图层，录入建筑层高度形成建筑层高图层；将城市道路行道树绘制成圆形植被图层；
c.根据卫星地图建筑底层、建筑层高图层和圆形植被图层合成三维建筑模型。
3.根据权利要求1所述的一种城市近地面层热环境多点即时取样测量方法，其特征在于，所述步骤(2)中采样起始时间为8:00，采样持续时长为8小时，采样间隔时间为1小时。
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