CN105760453A - 一种城市微气候数字地图 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种城市微气候数字地图，将城市全空间覆盖范围内的微气候实测数据和微气候模拟分析数据通过不同图层映射到云数据库，结合城市空间形态对微气候实测数据和微气候模拟分析数据进行存储和显示；所述城市微气候数字地图的计算架构基于分类方式的图层数据属性完成，包括数字地图信息模块、云数据库模块和显示模块。本发明的城市微气候数字地图基于数字地理信息系统和城市坐标系统，可以将城市微气候和城市空间形态数据和图像信息结合，形成直观反映城市微气候特征的全息数字地图，并通过与计算机云数据库结合实现海量数据的快速获取和访问。

Description

一种城市微气候数字地图
技术领域
本发明涉及一种城市微气候数字地图，属于数字地图设计方法。
背景技术
随着信息技术发展，对应用的需求越来越广泛，数字地图相对于传统纸质地图仅指示街道、地名、距离的作用，数字地图具有可定位、可视化、实时监测等特点。城市微气候数字地图是城市综合环境效应场、数字标签、地理信息系统相结合的产物，可以实现城市全覆盖性，更有效地实现城市微气候环境可视化监测管理，作为辅助建筑设计、城市规划与设计、规划管理决策的服务。
在中国城市快速发展和变革时期，随着近年来出现城市热岛、雾霾、噪音污染、PM2.5问题、城市高温预警频发等问题，城市微气候与快速城市化进程的关系逐步受到大众关注。城市微气候是指城市日常公共空间的各种小环境、小气候，包含热环境、风环境、声环境、污染物扩散场、生态效应场、天空可视场等存在于城市户外空间，在大尺度的城市空间下，呈现综合性和复杂性的特点。
目前国内外研究微气候主要关注实测数据，多以图表、报告等形式展示，较少关注城市微气候与大尺度的城市空间形态、建筑空间布局之间的相互影响关系，更缺乏基于城市空间全覆盖的微气候数字地图制作和全息动态显示技术。目前在微气候数字图像制作技术上，缺乏城市地理空间坐标，停留在单一小尺度微气候环境数据的处理，在大尺度复合数据的微气候数字地图制作和显示领域落后。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种城市微气候数字地图，将城市全空间覆盖范围内的微气候实测数据和微气候模拟分析数据通过不同图层映射到云数据库，结合城市空间形态将不同类型的微气候及综合场效应直观、动态地显示输出，可用于城市微气候环境的实时检测，有利于城市微气候和城市空间环境设计工程的实践。
技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种城市微气候数字地图，将城市全空间覆盖范围内的微气候实测数据和微气候模拟分析数据通过不同图层映射到云数据库，结合城市空间形态对微气候实测数据和微气候模拟分析数据进行存储和显示；所述城市微气候数字地图的计算架构基于分类方式的图层数据属性完成，包括数字地图信息模块、云数据库模块和显示模块：
所述数字地图信息模块：包括微气候实测数字地图模块、微气候模拟分析数字地图模块和城市空间形态数字地图模块，通过微气候实测数字地图模块对微气候实测数据建立微气候实测图层，微气候模拟分析数字地图根据对微气候实测数据进行模拟分析并建立微气候模拟分析图层，城市空间形态数字地图对城市空间形态数据建立城市空间形态图层；
所述云数据库模块：建立微气候实测图层、微气候模拟分析图层和城市空间形态图层的云数据库，用于数据存储和访问；
所述显示模块：分别与数字地图信息模块和云数据库模块连接，根据选择的图层对城市微气候数字图像进行显示。
所述微气候实测图层包括地表温度图层、空气温度图层、平局辐射温度(Tmrt)图层、相对湿度图层、风速图层、风向图层、声压级图层、尾气污染物图层、PM2.5数值图层、天空可视度图层和CO2浓度图层，分别记录地表温度、空气温度、平局辐射温度(Tmrt)、相对湿度、风速、风向、声压级、尾气污染物、PM2.5数值、天空可视度和CO2浓度的实测数据。
所述微气候模拟分析图层包括城市热岛图层、城市冷岛图层、城市风道图层、风速云图图层、噪声云图图层、尾气污染物云图图层、PM2.5云图图层、天空可视度分布图图层、温度效应场水平梯度分布图图层、湿度效应场水平梯度分布图图层、吸收CO2效应场水平梯度分布图图层、降噪效应场水平梯度分布图图层和综合生态效应场水平梯度分布图图层，分别记录城市热岛、城市冷岛、城市风道、风速云图、噪声云图、尾气污染物云图、PM2.5云图、天空可视度分布图、温度效应场水平梯度分布图、湿度效应场水平梯度分布图、吸收CO2效应场水平梯度分布图、降噪效应场水平梯度分布图和综合生态效应场水平梯度分布图的模拟分析数据。
所述城市空间形态图层包括城市高程图层、道路路网图层、建筑轮廓图层、建筑高度图层、城市水系图层和城市绿地图层，分别记录城市高程、道路路网、建筑轮廓、建筑高度、城市水系和城市绿地的实际数据。
所述显示模块包括图层选择单元、选区绘制单元和地图显示单元，所述图层选择单元用于选择需要输出的一个以上图层，所述选区绘制单元用于绘制选区边界，所述地图显示单元在选区内综合显示选择出的一个以上图层的信息。
所述选区绘制单元具备绘制选区、选择选区、增加选区、减少选区、修改选区、删除选区、导入选区和存储选区的功能。
所述地图显示单元提供图像导出功能，支持导出二维显示图像格式包括DWG、JPEG、PDF、EPS、PNG、GIF和TIFF，支持导出三维显示图像格式包括DWG、3ds、skp、CityGML。
有益效果：本发明提供的城市微气候数字地图，具有如下优势：
1、本发明通过将微气候实测数据、模拟数据与城市空间形态数据叠合在同一个数字地图系统下，实现基于城市坐标体系的微气候实测模拟动态显示；该数字地图划分多图层对应相应的微气候环境影响要素、城市空间形态要素，有利于分类管理和选择操作，设定选区功能可以快速选择显示范围，从而减少人工重复劳动，便于数据输入输出，快速导出图像；
2、本发明将城市微气候数据、城市空间形态数据与计算机云数据库结合，实现海量数据的快速获取和直观查询显示，为政府职能部门和建筑设计、城市规划领域提供数据访问；
3、本发明制作的城市微气候数字地图可以通过选择查询显示，将所需数据和图像在计算机上动态地展示，有利于对城市微气候环境与城市空间形态进行耦合关系研究，进一步地为城市微气候改善和空间形态优化提供决策方案。
附图说明
图1为本发明的结构框架示意图；
图2为本发明中云数据库的结构组件示意图；
图3为绘制的选区边界示意图；
图4为道路路网图层和建筑轮廓图层的示意图；
图5为在图4中导入图3的选区边界的示意图；
图6为在图5中增加风速图层的示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
一种城市微气候数字地图，将城市全空间覆盖范围内的微气候实测数据和微气候模拟分析数据通过不同图层映射到云数据库，结合城市空间形态对微气候实测数据和微气候模拟分析数据进行存储和显示；所述城市微气候数字地图的计算架构基于分类方式的图层数据属性完成，如图1所示，包括数字地图信息模块、云数据库模块和显示模块。
所述数字地图信息模块：包括微气候实测数字地图模块、微气候模拟分析数字地图模块和城市空间形态数字地图模块，通过微气候实测数字地图模块对微气候实测数据建立微气候实测图层，微气候模拟分析数字地图根据对微气候实测数据进行模拟分析并建立微气候模拟分析图层，城市空间形态数字地图对城市空间形态数据建立城市空间形态图层。
所述微气候实测图层包括地表温度图层、空气温度图层、平局辐射温度(Tmrt)图层、相对湿度图层、风速图层、风向图层、声压级图层、尾气污染物图层、PM2.5数值图层、天空可视度图层和CO2浓度图层，分别记录地表温度、空气温度、平局辐射温度(Tmrt)、相对湿度、风速、风向、声压级、尾气污染物、PM2.5数值、天空可视度和CO2浓度的实测数据。
所述微气候模拟分析图层包括城市热岛图层、城市冷岛图层、城市风道图层、风速云图图层、噪声云图图层、尾气污染物云图图层、PM2.5云图图层、天空可视度分布图图层、温度效应场水平梯度分布图图层、湿度效应场水平梯度分布图图层、吸收CO2效应场水平梯度分布图图层、降噪效应场水平梯度分布图图层和综合生态效应场水平梯度分布图图层，分别记录城市热岛、城市冷岛、城市风道、风速云图、噪声云图、尾气污染物云图、PM2.5云图、天空可视度分布图、温度效应场水平梯度分布图、湿度效应场水平梯度分布图、吸收CO2效应场水平梯度分布图、降噪效应场水平梯度分布图和综合生态效应场水平梯度分布图的模拟分析数据。
所述城市空间形态图层包括城市高程图层、道路路网图层、建筑轮廓图层、建筑高度图层、城市水系图层和城市绿地图层，分别记录城市高程、道路路网、建筑轮廓、建筑高度、城市水系和城市绿地的实际数据。
如图2所示，所述云数据库模块：建立微气候实测图层、微气候模拟分析图层和城市空间形态图层的云数据库，用于数据存储和访问。
所述显示模块分别与数字地图信息模块和云数据库模块连接，根据选择的图层对城市微气候数字图像进行显示；包括图层选择单元、选区绘制单元和地图显示单元，所述图层选择单元用于选择需要输出的一个以上图层，所述选区绘制单元用于绘制选区边界，所述地图显示单元在选区内综合显示选择出的一个以上图层的信息；所述选区绘制单元具备绘制选区、选择选区、增加选区、减少选区、修改选区、删除选区、导入选区和存储选区的功能；所述地图显示单元提供图像导出功能，支持导出二维显示图像格式包括DWG、JPEG、PDF、EPS、PNG、GIF和TIFF，支持导出三维显示图像格式包括DWG、3ds、skp、CityGML。
本发明城市微气候数字地图利用计算机技术体现微气候在城市空间形态环境下的分布情况，利用计算机实现对微气候环境数据的分类查询。数字地图信息模块由代表不同要素的各图层构成，这些不同图层信息共同构成城市微气候数字地图信息模块，通过查询模块可直接在数字地图信息模块上操作，计算机将调用各图层所对应的微气候和城市数据通过计算方法输出。
本发明具备城市地理定位系统的图形化的微气候与城市空间形态云数据库功能，整个城市微气候数字地图将实现城市各类微气候环境指标计算功能，在显示功能下会划分多个图层对应相应的显示要素。确定所要显示的微气候环境实测数据、微气候环境模拟数据、空间形态数据、时间要素后，确定选区后计算机系统将会根据图层数据和选区，自动查询、计算和导出所需数据和图像。
数字地图信息模块应用计算机技术将数据库内的数据与地图上的点进行对接，完成对微气候空间坐标的属性输入，并按照不同图层存储于相应表格软件(Excel)中，针对实测数据通过云数据库输入导出对这些空间坐标属性进行实时更新，实现数字地图的实时性和准确性。
所述微气候环境实测数据，通过带GPS定位功能的移动定时实测装置获取地表温度、空气温度、平局辐射温度(Tmrt)、相对湿度、风速、风向、声压级、尾气污染物、PM2.5数值、天空可视度、CO2浓度，通过无线传输装置上传到云数据库。用户以鼠标在数字地图上选择确定选区，按地图系统提示选择实测时间，系统将自动计算和输出选区内的各类微气候环境实测数值。
所述微气候环境模拟数据，是将微气候环境实测数据通过计算机模拟计算完成模拟分析后，生成城市热岛、城市冷岛、城市风道、风速云图、噪声云图、尾气污染物云图、PM2.5云图、天空可视度分布图、温度效应场水平梯度分布图、湿度效应场水平梯度分布图、吸收CO2效应场水平梯度分布图、降噪效应场水平梯度分布图、综合生态效应场水平梯度分布图。当用户在数字地图上以鼠标确定选区后，按系统提示选择要输出的模拟分析图像，系统将自动从云数据库将实测数据导入后模拟计算生成模拟分析图像。
所述空间形态数据是指城市高程、道路路网、建筑轮廓、建筑高度、城市水系、城市绿地的指标数据和图像，每项分别对应一个图层。用户以鼠标在数字地图上选择确定选区，按地图系统提示选择要输出的数据图层类型，系统将自动计算和输出选区内的空间形态指标和图像。
所述时间要素是指特定时间点和特定时间区间两种情况，满足用户对数据输出的自定义要求。
所述选区提供给用户在数字地图上用鼠标确定目标显示范围的一种方式，选区操作提供绘制选区、选择选区、增加选区、减少选区、修改选区、删除选区、导入选区、存储选区的功能，满足用户范围选择的自定义操作需求。
下面以南京市微气候数字地图实施例对本发明做进一步的说明。
城市微气候数字地图全部图层，包含三个一级图层：微气候实测图层、微气候模拟分析图层、城市空间形态图层；每个一级图层再分别下辖二级图层，不同图层对应连接云数据库中的不同数据属性，在微气候实测图层下建立地表温度、空气温度、平局辐射温度(Tmrt)、相对湿度、风速、风向、声压级、尾气污染物、PM2.5数值、天空可视度、CO2浓度十一类二级图层，在微气候模拟分析图层下建立城市热岛、城市冷岛、城市风道、风速云图、噪声云图、尾气污染物云图、PM2.5云图、天空可视度分布图、温度效应场水平梯度分布图、湿度效应场水平梯度分布图、吸收CO2效应场水平梯度分布图、降噪效应场水平梯度分布图、综合生态效应场水平梯度分布图十三类二级图层，在城市空间形态图层下建立城市高程、道路路网、建筑轮廓、建筑高度、城市水系、城市绿地六类二级图层；为显示特定区域范围的城市微气候数字地图，首先需要确定显示选区范围，如图3在CAD中绘制南京城市中心区范围Pline线框，打开数字地图系统打开显示城市空间形态中的道路路网和建筑轮廓图层，作为数字地图的空间基础要素，如图4所示；在图5中利用导入选区工具将图3选区线框导入地图系统中，用鼠标点击选区线框后确定选区；如要显示南京市中心区风速环境实测地图，打开微气候实测图层中的风速图层，关闭其他实测图层和模拟分析图层，如图6所示，以鼠标点击操作按钮通过数字地图系统进行实测数据计算、导出Excel数据表格、导出数字地图图像。
本发明优势在于，基于云数据端，能够应对海量数据的处理，快速查询显示；本发明的另一优势在于，通过将微气候实测数据、模拟数据与城市空间形态数据叠合在同一个数字地图系统下，实现基于城市坐标体系的微气候实测模拟动态显示；本发明的另一优势在于，提供了一种大尺度的复合数据集成处理和显示的方法。
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 (5)

1.一种城市微气候数字地图，其特征在于：将城市全空间覆盖范围内的微气候实测数据和微气候模拟分析数据通过不同图层映射到云数据库，结合城市空间形态对微气候实测数据和微气候模拟分析数据进行存储和显示；所述城市微气候数字地图的计算架构基于分类方式的图层数据属性完成，包括数字地图信息模块、云数据库模块和显示模块：
所述数字地图信息模块：包括微气候实测数字地图模块、微气候模拟分析数字地图模块和城市空间形态数字地图模块，通过微气候实测数字地图模块对微气候实测数据建立微气候实测图层，微气候模拟分析数字地图根据对微气候实测数据进行模拟分析并建立微气候模拟分析图层，城市空间形态数字地图对城市空间形态数据建立城市空间形态图层；
所述云数据库模块：建立微气候实测图层、微气候模拟分析图层和城市空间形态图层的云数据库，用于数据存储和访问；
所述显示模块：分别与数字地图信息模块和云数据库模块连接，根据选择的图层对城市微气候数字图像进行显示。
2.根据权利要求1所述的城市微气候数字地图，其特征在于：
所述微气候实测图层包括地表温度图层、空气温度图层、平局辐射温度图层、相对湿度图层、风速图层、风向图层、声压级图层、尾气污染物图层、PM2.5数值图层、天空可视度图层和CO2浓度图层，分别记录地表温度、空气温度、平局辐射温度、相对湿度、风速、风向、声压级、尾气污染物、PM2.5数值、天空可视度和CO2浓度的实测数据；
所述微气候模拟分析图层包括城市热岛图层、城市冷岛图层、城市风道图层、风速云图图层、噪声云图图层、尾气污染物云图图层、PM2.5云图图层、天空可视度分布图图层、温度效应场水平梯度分布图图层、湿度效应场水平梯度分布图图层、吸收CO2效应场水平梯度分布图图层、降噪效应场水平梯度分布图图层和综合生态效应场水平梯度分布图图层，分别记录城市热岛、城市冷岛、城市风道、风速云图、噪声云图、尾气污染物云图、PM2.5云图、天空可视度分布图、温度效应场水平梯度分布图、湿度效应场水平梯度分布图、吸收CO2效应场水平梯度分布图、降噪效应场水平梯度分布图和综合生态效应场水平梯度分布图的模拟分析数据；
所述城市空间形态图层包括城市高程图层、道路路网图层、建筑轮廓图层、建筑高度图层、城市水系图层和城市绿地图层，分别记录城市高程、道路路网、建筑轮廓、建筑高度、城市水系和城市绿地的实际数据。
3.根据权利要求1所述的城市微气候数字地图，其特征在于：所述显示模块包括图层选择单元、选区绘制单元和地图显示单元，所述图层选择单元用于选择需要输出的一个以上图层，所述选区绘制单元用于绘制选区边界，所述地图显示单元在选区内综合显示选择出的一个以上图层的信息。
4.根据权利要求3所述的城市微气候数字地图，其特征在于：所述选区绘制单元具备绘制选区、选择选区、增加选区、减少选区、修改选区、删除选区、导入选区和存储选区的功能。
5.根据权利要求3所述的城市微气候数字地图，其特征在于：所述地图显示单元提供图像导出功能，支持导出二维显示图像格式包括DWG、JPEG、PDF、EPS、PNG、GIF和TIFF，支持导出三维显示图像格式包括DWG、3ds、skp、CityGML。
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