CN106886670A - 面向城市绿地规划的日照阴影分析方法 - Google Patents

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刘萍
陈会
孙博
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Abstract

本发明提供一种面向城市绿地规划的日照阴影分析方法，其包括如下步骤：S101、基于三维城市对日照环境进行模拟；S103、对建筑物进行太阳辐射的分析，获得太阳辐射特征；S105、对所述建筑物的阴影区域进行计算和模拟，获得阴影特征；S107、将所述太阳辐射特征和所述阴影特征相结合，找出所述建筑物随时间变化的动态空间分布规律，并根据所述动态空间分布规律和区域规划的现状实现绿地布局的优化。所述面向城市绿地规划的日照阴影分析方法将日照和阴影的变化视为连续的过程来模拟，并充分考虑地表植被的需求进行应用，可以有效提高在处理散射辐射以及遮挡物和地面的反射辐射方面的分析能力。

Description

面向城市绿地规划的日照阴影分析方法
技术领域
本发明涉及城市规划技术领域，尤其涉及一种面向城市绿地规划的日照阴影分析方法。
背景技术
日照研究在方法和手段上，主要有日照图表、棒影图、冬至日正午太阳高度角以及建筑阴影等。近年来日照软件也有了不同程度的发展和升级，主要有：UK.SHADOWPACK，它是通过利用CAD类型程序来产生建筑物空间布局，然后利用该建筑物空间布局对被建筑表面所吸收的太阳直接辐射能量进行估算；TOWNSCOPE，该软件可以生成三维模型，并且还可以计算出指定时间和日期或是指定年、月的被建筑表面吸收的太阳直接辐射能量；GOSOL，该软件通过输入建筑物的布局进行分析，不但可以计算建筑物某表面上的辐射能量，而且还可以在日照图表中生成遮挡轮廓线，并可以直观的显示出建筑物布局中某点在指定天的日照时段。这些软件都是基于CAD基础开发，在功能上略有差异，但究其功能分析还有一定的不足，如在处理散射辐射以及遮挡物和地面的反射辐射方面还相对比较薄弱。
发明内容
基于此，本发明提供一种面向城市绿地规划的日照阴影分析方法，以有效解决现有技术中存在的问题。
一种面向城市绿地规划的日照阴影分析方法，其包括如下步骤：
S101、基于三维城市对日照环境进行模拟；
S103、对建筑物进行太阳辐射的分析，获得太阳辐射特征；
S105、对所述建筑物的阴影区域进行计算和模拟，获得阴影特征；
S107、将所述太阳辐射特征和所述阴影特征相结合，找出所述建筑物随时间变化的动态空间分布规律，并根据所述动态空间分布规律和区域规划的现状实现绿地布局的优化。
本发明一较佳实施方式中，步骤S103中，分析太阳直接辐射在受到城市建筑物的遮挡后的模拟与分布，获得所述太阳辐射特征。
本发明一较佳实施方式中，步骤S103中，对建筑物进行太阳辐射的分析包括辐射差异性分析和强光伤害区分析。
本发明一较佳实施方式中，步骤S103中，将城市地表矢量数据转化为一个连续的栅格面，以所述建筑物的高度信息作为栅格数据的Value值，利用ARCGIS9.3中的Solar Radiation模块对区域地块建筑物周边的太阳辐射分布进行计算模拟。
本发明一较佳实施方式中，步骤S105中，对所述建筑物的阴影区域进行计算和模拟包括阴影遮挡分析、阴影变化分析和阴影范围分析。
本发明一较佳实施方式中，步骤S105中，在进行阴影范围分析时，将时间划分为微分单元，假定在单位时间内，阴影不变，再根据遮挡条件和太阳辐射来进行积分，累计计算出阴影的遮挡时间数。
相对于现有技术，本发明提供的面向城市绿地规划的日照阴影分析方法将日照和阴影的变化视为连续的过程来模拟，并充分考虑地表植被的需求进行应用，可以有效提高在处理散射辐射以及遮挡物和地面的反射辐射方面的分析能力。
附图说明
图1为本发明一实施例提供的面向城市绿地规划的日照阴影分析方法的流程图；
图2为图1所示面向城市绿地规划的日照阴影分析方法的原理图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
请参阅图1，本发明一实施例提供的一种遥感影像的薄云去除方法，其包括如下步骤：
S101、基于三维城市对日照环境进行模拟。
传统的城市规划都是基于二维平面展开，但随着城市建设的快速开展，高层建筑越来越多，相应地三维城市模型数据库日趋完善，可以提供更好的决策支持辅助。
日照及阴影的分析需要结合地理位置、季节、时间来判断太阳运动位置及其轨迹，然后在三维建筑物模型信息的基础上进行分析。
本实施例中，太阳运动位置的计算可以用公式表示为：
其中，i代表建筑物所在城市的地理纬度；
τ为一天中地球自转在不同时刻的时角；
δ为太赤纬度，代表太阳光线与地球赤道面所夹的圆心角；
Hs为太阳高度角，太阳光线与地平面间的夹角；
As为太阳方位角，即太阳光线在地平面上的投影线与地平面正南线所夹的角。
S103、对建筑物进行太阳辐射的分析，获得太阳辐射特征。
日照物理环境最直接地表现为太阳辐射和建筑阴影，太阳辐射的强度和时间直接影响到局部空气温度和体感舒适度，以及植物的生长环境。针对某些无遮挡甚至建筑物外墙镜面反射集中的强光区域，在夏季太阳辐射高度集中时可能对植被及人体带来强光伤害。
本实施例中，主要分析太阳直接辐射在受到城市建筑物的遮挡后的模拟与分布，获得太阳辐射特征。请一并参阅图2，优选地，所述太阳辐射特征包括辐射差异性和强光伤害区，由此，对建筑物进行太阳辐射的分析时，包括辐射差异性分析和强光伤害区分析。
具体地，将城市地表矢量数据转化为一个连续的栅格面，以建筑物的高度信息作为栅格数据的Value值，利用ARCGIS9.3中的Solar Radiation模块对区域地块建筑物周边的太阳辐射分布进行计算模拟。模拟计算时，地理位置以当地纬度为依据，分别取某一天不同的时间段和一年当中不同的季节对此进行分析模拟显示。
S105、对所述建筑物的阴影区域进行计算和模拟，获得阴影特征。
物体产生的阴影分为两部分，一部分是物体因自身遮挡而不能受光的某些面产生的物体自身的阴影，另一部分是针对其他物体而言，因前面的物体遮挡了光线使后面的物体不能受到太阳光照射而形成的投射产生的阴影。
阴影的产生是因为遮挡物的存在，对于某一建筑来说，它的日照阴影变化是随时间、地理位置、季节的变化以及周围的环境的不同而变化的。因此，阴影的模拟应该是动态的过程，而非大多应用中采用的某些理想时刻的定值。
请一并参阅图2，本实施例中，所述阴影特征包括阴影遮挡、阴影变化和阴影范围，即对所述建筑物的阴影区域进行计算和模拟包括阴影遮挡分析、阴影变化分析和阴影范围分析。
具体地，本实施例在进行阴影范围分析时，将时间划分为微分单元，假定在单位时间内，阴影不变，再根据遮挡条件和太阳辐射来进行积分，累计计算出阴影的遮挡时间数。
特定区域的阴影是一个随时间产生变化的量，随太阳高度角的升高而减小，阴影的影响范围便可以由阴影的长度差和方位差近似计算。
在得到阴影的遮挡范围和时间变化特征以后，仍然需要进一步明确阴影区域影响的强弱程度才能判断对植被的影响，阴影遮挡分析可以将时间划分为连续的单元值，在每一时间单元内，将阴影的变化进行模拟，再进行判断累计，进行二次积分，最终获得阴影特征。
S107、将所述太阳辐射特征和所述阴影特征相结合，找出所述建筑物随时间变化的动态空间分布规律，并根据所述动态空间分布规律和区域规划的现状实现绿地布局的优化。
考虑各种植物对光照和温度的需求程度，通过分析建筑物阴影的空间分布特征及日变化情况，就可以对绿地的规划进行种类及位置的优化布局。
相对于现有技术，本发明提供的面向城市绿地规划的日照阴影分析方法将日照和阴影的变化视为连续的过程来模拟，并充分考虑地表植被的需求进行应用，可以有效提高在处理散射辐射以及遮挡物和地面的反射辐射方面的分析能力。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (6)

1.一种面向城市绿地规划的日照阴影分析方法，其特征在于，包括如下步骤：
S101、基于三维城市对日照环境进行模拟；
S103、对建筑物进行太阳辐射的分析，获得太阳辐射特征；
S105、对所述建筑物的阴影区域进行计算和模拟，获得阴影特征；
S107、将所述太阳辐射特征和所述阴影特征相结合，找出所述建筑物随时间变化的动态空间分布规律，并根据所述动态空间分布规律和区域规划的现状实现绿地布局的优化。
2.如权利要求1所述的面向城市绿地规划的日照阴影分析方法，其特征在于，步骤S103中，分析太阳直接辐射在受到城市建筑物的遮挡后的模拟与分布，获得所述太阳辐射特征。
3.如权利要求2所述的面向城市绿地规划的日照阴影分析方法，其特征在于，步骤S103中，对建筑物进行太阳辐射的分析包括辐射差异性分析和强光伤害区分析。
4.如权利要求2所述的面向城市绿地规划的日照阴影分析方法，其特征在于，步骤S103中，将城市地表矢量数据转化为一个连续的栅格面，以所述建筑物的高度信息作为栅格数据的Value值，利用ARCGIS9.3中的Solar Radiation模块对区域地块建筑物周边的太阳辐射分布进行计算模拟。
5.如权利要求1所述的面向城市绿地规划的日照阴影分析方法，其特征在于，步骤S105中，对所述建筑物的阴影区域进行计算和模拟包括阴影遮挡分析、阴影变化分析和阴影范围分析。
6.如权利要求5所述的面向城市绿地规划的日照阴影分析方法，其特征在于，步骤S105中，在进行阴影范围分析时，将时间划分为微分单元，假定在单位时间内，阴影不变，再根据遮挡条件和太阳辐射来进行积分，累计计算出阴影的遮挡时间数。
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