CN109977600B - 一种标准化的城市立体空间形态紧凑性测度方法及系统 - Google Patents

一种标准化的城市立体空间形态紧凑性测度方法及系统 Download PDF

Info

Publication number
CN109977600B
CN109977600B CN201910283585.5A CN201910283585A CN109977600B CN 109977600 B CN109977600 B CN 109977600B CN 201910283585 A CN201910283585 A CN 201910283585A CN 109977600 B CN109977600 B CN 109977600B
Authority
CN
China
Prior art keywords
urban
city
dimensional
dimensional space
grid
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201910283585.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109977600A (zh
Inventor
叶红
严寒
胡馨月
张国钦
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
University of Chinese Academy of Sciences
Institute of Urban Environment of CAS
Original Assignee
University of Chinese Academy of Sciences
Institute of Urban Environment of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by University of Chinese Academy of Sciences, Institute of Urban Environment of CAS filed Critical University of Chinese Academy of Sciences
Priority to CN201910283585.5A priority Critical patent/CN109977600B/zh
Publication of CN109977600A publication Critical patent/CN109977600A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109977600B publication Critical patent/CN109977600B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/10—Geometric CAD
    • G06F30/13—Architectural design, e.g. computer-aided architectural design [CAAD] related to design of buildings, bridges, landscapes, production plants or roads
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
    • G06F30/23—Design optimisation, verification or simulation using finite element methods [FEM] or finite difference methods [FDM]
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06Q—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES; SYSTEMS OR METHODS SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G06Q10/00—Administration; Management
    • G06Q10/06—Resources, workflows, human or project management; Enterprise or organisation planning; Enterprise or organisation modelling
    • G06Q10/063—Operations research, analysis or management
    • G06Q10/0639—Performance analysis of employees; Performance analysis of enterprise or organisation operations
    • G06Q10/06393—Score-carding, benchmarking or key performance indicator [KPI] analysis
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06Q—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES; SYSTEMS OR METHODS SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G06Q50/00—Information and communication technology [ICT] specially adapted for implementation of business processes of specific business sectors, e.g. utilities or tourism
    • G06Q50/08—Construction

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Business, Economics & Management (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Human Resources & Organizations (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Strategic Management (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Economics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • Entrepreneurship & Innovation (AREA)
  • Educational Administration (AREA)
  • Development Economics (AREA)
  • General Business, Economics & Management (AREA)
  • Tourism & Hospitality (AREA)
  • Marketing (AREA)
  • Architecture (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Primary Health Care (AREA)
  • Pure & Applied Mathematics (AREA)
  • Mathematical Optimization (AREA)
  • Mathematical Analysis (AREA)
  • Computational Mathematics (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • Game Theory and Decision Science (AREA)
  • Operations Research (AREA)
  • Quality & Reliability (AREA)
  • Management, Administration, Business Operations System, And Electronic Commerce (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

本发明公开了一种标准化的城市立体空间形态紧凑性测度方法及系统，通过计算目标城市的城市立体空间紧凑性指数及相应的城市建筑体积等价球的立体空间紧凑性指数，用两者的比值计算得到标准化城市立体空间紧凑性指数。采用本发明方法计算得到的标准化城市立体空间紧凑性指数不受不同城市建筑体积大小的影响，便于不同城市之间进行城市立体空间形态紧凑程度比较，能够更加全面、准确、科学地研究城市立体空间形态，实现了对城市立体空间形态紧凑性的标准化定量测量。

Description

一种标准化的城市立体空间形态紧凑性测度方法及系统
技术领域
本发明涉及城市生态学、遥感技术、地理信息技术交叉的技术领域，特别是涉及一种标准化的城市立体空间形态紧凑性测度方法及系统。
背景技术
紧凑集约的城市建设和发展模式是重要的城市发展策略，紧凑的城市形态是控制土地扩张、实现城市可持续发展的形态要素，它能带来许多正面的环境效应，如：缩短通勤距离、高效利用城市土地资源、维护生态系统服务、提高基础设施使用效率、保持城市活力等。根据现实城市形态，构建更能反应现实的城市立体空间紧凑性测度模型，对城市立体空间紧凑度进行定量化研究十分重要。专利CN201811054359.1公开了一种城市立体空间紧凑性测度方法及系统，目前该专利中已建立的城市立体空间紧凑性测度方法，对不同城市的建筑体积大小较为敏感，将该方法用于具有不同建筑体积、不同空间尺度的城市间进行紧凑度大小的比较时尚存在缺陷。因此，需要构建一种标准化的城市立体空间形态紧凑性测度方法，以便更准确地比较具有不同建筑体积、不同空间尺度的城市间的紧凑度，对不同空间尺度城市之间的立体空间形态紧凑程度进行更为精确的研究。
发明内容
本发明的目的是提供一种标准化的城市立体空间形态紧凑性测度方法及系统，以更加全面、准确、科学地研究城市立体空间形态，实现对城市立体空间形态紧凑性的标准化定量测量，构建不受不同城市建筑体积大小的影响、便于不同城市之间进行城市立体空间形态紧凑程度比较的标准化城市立体空间紧凑性指数。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种标准化的城市立体空间形态紧凑性测度方法，所述方法包括：
获取目标城市的城市建筑空间；所述城市建筑空间中包括所述目标城市中所有建筑物的空间轮廓；
采用多个单位立体网格对所述城市建筑空间进行网格划分，生成划分后的城市立体空间网格；
根据所述城市立体空间网格中每个所述单位立体网格内的城市建筑体积以及各所述单位立体网格的质心之间的几何距离确定所述目标城市的城市立体空间紧凑性指数；
建立体积与所述目标城市中所有建筑物体积总和相等的城市建筑体积等价球；
采用多个单位立体网格对所述城市建筑体积等价球进行网格划分，生成划分后的城市建筑体积等价球网格；
根据所述城市建筑体积等价球网格中每个所述单位立体网格内的建筑体积以及各所述单位立体网格的质心之间的几何距离确定所述城市建筑体积等价球的立体空间紧凑性指数；
根据所述城市立体空间紧凑性指数和所述立体空间紧凑性指数确定所述目标城市的标准化城市立体空间紧凑性指数；
根据所述标准化城市立体空间紧凑性指数确定所述目标城市的立体空间形态紧凑性。
可选的，所述根据所述城市立体空间网格中每个所述单位立体网格内的城市建筑体积以及各所述单位立体网格的质心之间的几何距离确定所述目标城市的城市立体空间紧凑性指数，具体包括：
根据所述城市立体空间网格中每个所述单位立体网格内的城市建筑体积以及各所述单位立体网格的质心之间的几何距离，采用公式
Figure BDA0002022517870000021
确定所述目标城市的城市立体空间紧凑性指数VCI；其中Vi和Vj分别表示所述城市立体空间网格中任意两个单位立体网格i和j内的城市建筑体积；d2(i,j)表示所述任意两个单位立体网格i和j的质心之间的几何距离；N为城市立体空间网格中所述单位立体网格的总数；c为常量。
可选的，所述根据所述城市建筑体积等价球网格中每个所述单位立体网格内的建筑体积以及各所述单位立体网格的质心之间的几何距离确定所述城市建筑体积等价球的立体空间紧凑性指数，具体包括：
根据所述城市建筑体积等价球网格中每个所述单位立体网格内的城市建筑体积以及各所述单位立体网格的质心之间的几何距离，采用公式
Figure BDA0002022517870000031
确定所述城市建筑体积等价球的立体空间紧凑性指数VCImax；其中Qi'和Qj'分别表示所述城市建筑体积等价球网格中任意两个单位立体网格i'和j'内的建筑体积；r2(i',j')表示所述任意两个单位立体网格i'和j'的质心之间的几何距离；M为城市建筑体积等价球网格中所述单位立体网格的总数；c为常量。
可选的，所述根据所述城市立体空间紧凑性指数和所述立体空间紧凑性指数确定所述目标城市的标准化城市立体空间紧凑性指数，具体包括：
根据所述城市立体空间紧凑性指数和所述立体空间紧凑性指数，采用公式
Figure BDA0002022517870000032
确定所述目标城市的标准化城市立体空间紧凑性指数NVCI。
可选的，所述根据所述标准化城市立体空间紧凑性指数确定所述目标城市的立体空间形态紧凑性，具体包括：
所述标准化城市立体空间紧凑性指数NVCI的值越接近于1，确定所述目标城市的立体空间形态越紧凑。
一种标准化的城市立体空间形态紧凑性测度系统，所述系统包括：
城市建筑空间获取模块，用于获取目标城市的城市建筑空间；所述城市建筑空间中包括所述目标城市中所有建筑物的空间轮廓；
城市建筑空间网格划分模块，用于采用多个单位立体网格对所述城市建筑空间进行网格划分，生成划分后的城市立体空间网格；
城市立体空间紧凑性指数计算模块，用于根据所述城市立体空间网格中每个所述单位立体网格内的城市建筑体积以及各所述单位立体网格的质心之间的几何距离确定所述目标城市的城市立体空间紧凑性指数；
城市建筑体积等价球建立模块，用于建立体积与所述目标城市中所有建筑物体积总和相等的城市建筑体积等价球；
城市建筑体积等价球网格划分模块，用于采用多个单位立体网格对所述城市建筑体积等价球进行网格划分，生成划分后的城市建筑体积等价球网格；
立体空间紧凑性指数计算模块，用于根据所述城市建筑体积等价球网格中每个所述单位立体网格内的建筑体积以及各所述单位立体网格的质心之间的几何距离确定所述城市建筑体积等价球的立体空间紧凑性指数；
标准化城市立体空间紧凑性指数计算模块，用于根据所述城市立体空间紧凑性指数和所述立体空间紧凑性指数确定所述目标城市的标准化城市立体空间紧凑性指数；
城市立体空间形态紧凑性测度模块，用于根据所述标准化城市立体空间紧凑性指数确定所述目标城市的立体空间形态紧凑性。
可选的，所述城市立体空间紧凑性指数计算模块具体包括：
城市立体空间紧凑性指数计算单元，用于根据所述城市立体空间网格中每个所述单位立体网格内的城市建筑体积以及各所述单位立体网格的质心之间的几何距离，采用公式
Figure BDA0002022517870000041
确定所述目标城市的城市立体空间紧凑性指数VCI；其中Vi和Vj分别表示所述城市立体空间网格中任意两个单位立体网格i和j内的城市建筑体积；d2(i,j)表示所述任意两个单位立体网格i和j的质心之间的几何距离；N为城市立体空间网格中所述单位立体网格的总数；c为常量。
可选的，所述立体空间紧凑性指数计算模块具体包括：
立体空间紧凑性指数计算单元，用于根据所述城市建筑体积等价球网格中每个所述单位立体网格内的城市建筑体积以及各所述单位立体网格的质心之间的几何距离，采用公式
Figure BDA0002022517870000042
确定所述城市建筑体积等价球的立体空间紧凑性指数VCImax；其中Qi'和Qj'分别表示所述城市建筑体积等价球网格中任意两个单位立体网格i'和j'内的建筑体积；r2(i',j')表示所述任意两个单位立体网格i'和j'的质心之间的几何距离；M为城市建筑体积等价球网格中所述单位立体网格的总数；c为常量。
可选的，所述标准化城市立体空间紧凑性指数计算模块具体包括：
标准化城市立体空间紧凑性指数计算单元，用于根据所述城市立体空间紧凑性指数和所述立体空间紧凑性指数，采用公式
Figure BDA0002022517870000051
确定所述目标城市的标准化城市立体空间紧凑性指数NVCI。
可选的，所述城市立体空间形态紧凑性测度模块具体包括：
城市立体空间形态紧凑性测度单元，用于若所述标准化城市立体空间紧凑性指数NVCI的值越接近于1，确定所述目标城市的立体空间形态越紧凑。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明提供一种标准化的城市立体空间形态紧凑性测度方法及系统，通过计算目标城市的城市立体空间紧凑性指数及相应的城市建筑体积等价球的立体空间紧凑性指数，用两者的比值计算得到标准化城市立体空间紧凑性指数。采用本发明方法计算得到的标准化城市立体空间紧凑性指数不受不同城市建筑体积大小的影响，便于不同城市之间进行城市立体空间形态紧凑程度比较，能够更加全面、准确、科学地研究城市立体空间形态，实现了对城市立体空间形态紧凑性的标准化定量测量。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的标准化的城市立体空间形态紧凑性测度方法的方法流程图；
图2为本发明提供的标准化的城市立体空间形态紧凑性测度方法实施例的流程图；
图3为本发明实施例提供的城市建筑空间和城市建筑体积等价球的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的对城市建筑空间和城市建筑体积等价球进行单位网格划分的示意图；
图5为本发明实施例提供的对城市建筑空间进行空间网格划分的结构示意图；
图6为本发明实施例提供的对城市建筑体积等价球进行空间网格划分的结构示意图；
图7为本发明实施例提供的4种建筑类型示例图；其中图7(a)为低层低密度建筑类型；图7(b)为低层高密度建筑类型；图7(c)为高层低密度建筑类型；图7(d)为高层高密度建筑类型；
图8为本发明提供的标准化的城市立体空间形态紧凑性测度系统的系统结构图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种标准化的城市立体空间形态紧凑性测度方法及系统，以更加全面、准确、科学地研究城市立体空间形态，实现对城市立体空间形态紧凑性的标准化定量测量，构建不受不同城市建筑体积大小的影响，便于不同城市之间进行城市立体空间形态紧凑程度比较的标准化城市立体空间紧凑性指数。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明提供的标准化的城市立体空间形态紧凑性测度方法的方法流程图。参见图1，本发明提供的标准化的城市立体空间形态紧凑性测度方法具体包括：
步骤101：获取目标城市的城市建筑空间。
所述城市建筑空间中包括所述目标城市中所有建筑物的空间轮廓。通常地理信息平台中存储有各个城市的建筑矢量面状数据，所述建筑矢量面状数据包含建筑基底轮廓、建筑基底面积和建筑物层数，利用目标城市的建筑矢量面状数据可以建立目标城市中所有建筑物的空间轮廓，即得到本发明需要使用的城市建筑空间。此外，根据目标城市的建筑矢量面状数据，还可以利用Arc GIS平台和Python(爬虫)语言计算目标城市中所有建筑物的建筑体积。
步骤102：采用多个单位立体网格对所述城市建筑空间进行网格划分，生成划分后的城市立体空间网格。
采用多个30m×30m×30m的正方体单位立体网格对目标城市的整个城市建筑空间进行网格划分，生成划分后的城市立体空间网格。其中单位立体网格的边长依据研究尺度设定，本发明优选采用30米作为单位立体网格的边长。
在对所述城市建筑空间进行网格划分时，是首先设定一个既定大小的大正方体网格，像一个盒子，包住整个目标城市的建筑空间，然后在大正方体中划分小的单位立体网格，可参考图4。接着计算内部有建筑的单位立体网格内建筑的体积，单位立体网格内有3种情况：(1)单位立体网格内的建筑体积将这个网格全部占据；(2)建筑体积只占据单位立体网格内的一部分；(3)单位立体网格内不存在建筑体积，即存在空的网格。本发明计算的是单位立体网格内部的建筑体积，如果单位立体网格内建筑体积为空，则不计算该网格。
步骤103：根据所述城市立体空间网格中每个所述单位立体网格内的城市建筑体积以及各所述单位立体网格的质心之间的几何距离确定所述目标城市的城市立体空间紧凑性指数。
计算每个单位立体网格内的建筑所占的体积，以及两两单位立体网格质心间的几何距离。依据城市立体空间形态紧凑性模型(1)，将每个单位立体网格内的建筑所占体积以及对应网格质心之间的几何距离带入所述模型(1)，计算所述目标城市的城市立体空间紧凑性指数VCI，计算公式如下：
Figure BDA0002022517870000071
其中VCI表示所述目标城市的城市立体空间紧凑性指数；Vi和Vj分别表示所述城市立体空间网格中任意两个单位立体网格i和j内的城市建筑体积；d2(i,j)表示所述任意两个单位立体网格i和j的质心之间的几何距离；N为城市立体空间网格中所述单位立体网格的总数；c为常量，计算时可取c＝100m4使计算结果无量纲化。
步骤104：建立体积与所述目标城市中所有建筑物体积总和相等的城市建筑体积等价球。
通常来说，城市产业、设施、资金、交通和人口的空间密度越大，紧凑度越高；二维平面城市空间形态分布遵循形态依赖原理，且“趋圆性”越高则紧凑度越高。因此对于三维立体城市空间形态，考虑到城市建筑高度，可选取与目标城市内所有建筑体积总和相等的球体作为目标城市的标准等价几何体，即目标城市的城市建筑体积等价球。以城市的建筑体积等价球作为具有最大紧凑度的城市立体空间形态的一般构型，利用所述城市立体空间紧凑性模型计算所述城市建筑体积等价球的紧凑度，对目标城市立体空间紧凑度进行标准化。
步骤105：采用多个单位立体网格对所述城市建筑体积等价球进行网格划分，生成划分后的城市建筑体积等价球网格。
采用与所述步骤102相同的网格划分方法，将所述城市建筑体积等价球进行空间网格化，得到单位立体网格为正方体的城市建筑体积等价球网格，分别利用所述城市建筑体积等价球网格中任意两个单位立体网格内的建筑体积和单位立体网格的质心间的几何距离，根据城市立体空间形态紧凑性模型(2)，计算所述城市建筑体积等价球的立体空间紧凑性指数。
步骤106：根据所述城市建筑体积等价球网格中每个所述单位立体网格内的建筑体积以及各所述单位立体网格的质心之间的几何距离确定所述城市建筑体积等价球的立体空间紧凑性指数。
以目标城市的建筑体积等价球作为具有最大紧凑度的城市立体空间形态的一般构型，利用城市立体空间紧凑性模型(2)计算目标城市等价球的紧凑度，计算公式如下：
Figure BDA0002022517870000081
其中VCImax为所述城市建筑体积等价球的立体空间紧凑性指数；Qi'和Qj'分别表示所述城市建筑体积等价球网格中任意两个单位立体网格i'和j'内的建筑体积；r2(i',j')表示所述任意两个单位立体网格i'和j'的质心之间的几何距离；M为城市建筑体积等价球网格中所述单位立体网格的总数；c为常量。
步骤107：根据所述城市立体空间紧凑性指数和所述立体空间紧凑性指数确定所述目标城市的标准化城市立体空间紧凑性指数。
本发明将标准化城市立体空间形态紧凑性指数定义为目标城市的城市立体空间紧凑性指数与该城市等价球的立体空间紧凑性指数之比，便于针对具有不同建筑体积、不同空间尺度的城市间紧凑度大小的比较。所述标准化城市立体空间形态紧凑性指数NVCI的计算公式为：
Figure BDA0002022517870000091
其中NVCI为所述目标城市的标准化城市立体空间紧凑性指数，其他参数的取值参考公式(1)和(2)。
步骤108：根据所述标准化城市立体空间紧凑性指数确定所述目标城市的立体空间形态紧凑性。
所述标准化城市立体空间形态紧凑性指数NVCI取值在0和1之间，所述标准化城市立体空间紧凑性指数NVCI的值越接近于1，则确定所述目标城市的立体空间形态越为紧凑。
下面采用一个具体的实施例说明本发明所述方法的技术效果：
本发明以厦门岛内具有显著紧凑差异的81个建筑小区作为标准化的城市立体空间形态紧凑性测度方法的应用案例，依照本发明的方法，计算厦门岛内81个建筑小区的标准化城市立体空间紧凑性指数，具体包括以下步骤：
a、根据城市立体空间形态紧凑性模型，计算厦门岛内所述81个建筑小区的城市立体空间紧凑度；
识别并提取厦门岛内所述81个建筑小区内的建筑层数及建筑基底面积，基于此计算得到81个建筑小区内的建筑体积，建立起包括所述81个建筑小区内所有建筑物空间轮廓的城市建筑空间，如图3所示。如图4和图5所示，采用10m×10m×10m的正方体单位立体网格对所述81个建筑小区内的城市建筑空间进行网格划分(单位立体网格的边长依据研究尺度设定，本实施例为厦门岛内的81个建筑小区范围内的建筑，因此为保证计算精度，选用10米作为单位立体网格的边长)。计算每个单位立体网格内的建筑所占的体积，以及两两单位立体网格质心间的几何距离。依据城市立体空间形态紧凑性模型，将每个单位立体网格内的建筑所占体积以及对应网格质心之间的几何距离带入所述模型，计算所述81个建筑小区内的城市立体空间紧凑性指数VCI，计算公式如下，计算结果见表1(因数据量较大，因此仅进行部分展示)。
Figure BDA0002022517870000101
VCIXQ为厦门岛内显著紧凑差异的81个建筑小区的城市立体空间紧凑性指数，其中Vi和Vj分别代表任意两个单位立体网格i和j内的城市建筑体积；d2(i,j)为该任意两个单位立体网格i和j的质心之间的几何距离；N为城市立体空间网格中所述单位立体空间网格的总数；c为常量，取c＝100m4。
b、计算厦门岛内所述81个建筑小区城市建筑等价球体的紧凑度；
选取与厦门岛内81个建筑小区中，每个小区建筑体积总和相等的球体分别作为各小区的建筑等价球，选取所述各小区的建筑等价球作为具有最大紧凑度的城市立体空间形态的一般构型，如图4和图6所示，对所述等价球体立体空间网格化，得到城市建筑体积等价球网格，利用城市立体空间紧凑性模型，计算厦门岛内81个建筑小区建筑体积等价球的紧凑度。计算公式如下，计算结果见表1。
Figure BDA0002022517870000102
VCIXQmax为厦门岛内所述81个建筑小区中每个小区城市建筑等价球的立体空间紧凑性指数；Qi'和Qj'分别为等价球网格中任意两个单位立体网格i'和j'内的建筑体积；r2(i',j')为等价球网格中该任意两个单位立体网格i'和j'的质心之间的几何距离；M为城市等价球中所述单位立体空间网格的总数；c为常量，计算时，取c＝100m4。
c、计算厦门岛内所述81个建筑小区的标准化城市立体空间紧凑度；
根据a、b中已经算出的厦门岛内81个建筑小区的城市立体空间紧凑度，及相应等价球的紧凑度，依据标准化城市立体空间紧凑性测度方法，用两者的比值计算所述81个建筑小区的标准化城市立体空间紧凑度，计算公式如下，计算结果见表1。(数据量较大，仅部分展示)
Figure BDA0002022517870000111
NVCIXQ为厦门岛内显著紧凑差异的81个建筑小区的标准化城市立体空间紧凑性指数，其他参数的取值参考公式(4)和(5)。NVCIXQ的值越接近于1，所述81个建筑小区的城市立体空间形态越紧凑。
表1厦门岛内的81个建筑小区的标准化城市立体空间紧凑性指数
Figure BDA0002022517870000112
Figure BDA0002022517870000121
通过厦门岛内显著紧凑差异的81个建筑小区的建筑为例计算出的各小区标准化城市立体空间紧凑型指数NVCIXQ可知，NVCIXQ越接近于1，其城市立体空间紧凑程度越大。因有研究证明城市形态对城市热环境产生影响，为便于分析比较，我们提取所述81个建筑小区2018年4月、7月、10月、12月的地表温度，依据《厦门市城市规划管理技术规定》，将81个建筑小区分为低层低密度、低层高密度、高层低密度、高层高密度4种类型，如图7所示，分别利用VCIXQ、NVCIXQ与地表温度变化之间的相关关系，来证明标准化城市立体空间紧凑型指数是否更为优化。计算数据见表2：
表2分4种建筑类型的标准化城市立体空间紧凑性指数及相应地表温度变化
Figure BDA0002022517870000122
根据Pearson相关分析可知，四种建筑类型的NVCIXQ、VCIXQ与△T均在0.05水平上显著，但相关系数R2值不同，调整R2(NVCIXQ)＝0.884，略大于R2(VCIXQ)＝0.870，相较于VCIXQ，NVCIXQ与地表温度变化的相关性更强，说明NVCIXQ更能反映出城市立体空间紧凑形态与城市地表温度即城市热环境之间的关系，由此也说明标准化城市立体空间紧凑性指数NVCIXQ较于未标准化指数VCIXQ更为优化，更能准确反映不同空间尺度的城市紧凑程度。
通过本发明标准化城市立体空间紧凑性测度方法，计算得到的标准化城市立体空间紧凑性指数是表征城市实际紧凑程度以及城市空间的布局的重要指标。本发明方法克服了未标准化城市立体空间紧凑性测度方法，对不同城市的建筑体积大小较为敏感的缺陷，能够更准确地比较具有不同建筑体积、不同空间尺度的城市间的紧凑度，能够对不同空间尺度的城市之间的城市立体空间形态紧凑程度进行更为精确的研究。有研究表明城市的紧凑程度能够影响城市环境质量及城市热环境，进而影响城市能耗，因此本发明能够在紧凑城市领域提供更为精确的定量化研究工具，同时也在城市可持续发展、生态环境规划及建设中发挥积极作用。
基于本发明提供的测度方法，本发明还提供一种标准化的城市立体空间形态紧凑性测度系统，参见图8，所述测度系统包括：
城市建筑空间获取模块801，用于获取目标城市的城市建筑空间；所述城市建筑空间中包括所述目标城市中所有建筑物的空间轮廓；
城市建筑空间网格划分模块802，用于采用多个单位立体网格对所述城市建筑空间进行网格划分，生成划分后的城市立体空间网格；
城市立体空间紧凑性指数计算模块803，用于根据所述城市立体空间网格中每个所述单位立体网格内的城市建筑体积以及各所述单位立体网格的质心之间的几何距离确定所述目标城市的城市立体空间紧凑性指数；
城市建筑体积等价球建立模块804，用于建立体积与所述目标城市中所有建筑物体积总和相等的城市建筑体积等价球；
城市建筑体积等价球网格划分模块805，用于采用多个单位立体网格对所述城市建筑体积等价球进行网格划分，生成划分后的城市建筑体积等价球网格；
立体空间紧凑性指数计算模块806，用于根据所述城市建筑体积等价球网格中每个所述单位立体网格内的建筑体积以及各所述单位立体网格的质心之间的几何距离确定所述城市建筑体积等价球的立体空间紧凑性指数；
标准化城市立体空间紧凑性指数计算模块807，用于根据所述城市立体空间紧凑性指数和所述立体空间紧凑性指数确定所述目标城市的标准化城市立体空间紧凑性指数；
城市立体空间形态紧凑性测度模块808，用于根据所述标准化城市立体空间紧凑性指数确定所述目标城市的立体空间形态紧凑性。
其中，所述城市立体空间紧凑性指数计算模块803具体包括：
城市立体空间紧凑性指数计算单元，用于根据所述城市立体空间网格中每个所述单位立体网格内的城市建筑体积以及各所述单位立体网格的质心之间的几何距离，采用公式
Figure BDA0002022517870000141
确定所述目标城市的城市立体空间紧凑性指数VCI；其中Vi和Vj分别表示所述城市立体空间网格中任意两个单位立体网格i和j内的城市建筑体积；d2(i,j)表示所述任意两个单位立体网格i和j的质心之间的几何距离；N为城市立体空间网格中所述单位立体网格的总数；c为常量。
所述立体空间紧凑性指数计算模块806具体包括：
立体空间紧凑性指数计算单元，用于根据所述城市建筑体积等价球网格中每个所述单位立体网格内的城市建筑体积以及各所述单位立体网格的质心之间的几何距离，采用公式
Figure BDA0002022517870000142
确定所述城市建筑体积等价球的立体空间紧凑性指数VCImax；其中Qi'和Qj'分别表示所述城市建筑体积等价球网格中任意两个单位立体网格i'和j'内的建筑体积；r2(i',j')表示所述任意两个单位立体网格i'和j'的质心之间的几何距离；M为城市建筑体积等价球网格中所述单位立体网格的总数；c为常量。
所述标准化城市立体空间紧凑性指数计算模块807具体包括：
标准化城市立体空间紧凑性指数计算单元，用于根据所述城市立体空间紧凑性指数和所述立体空间紧凑性指数，采用公式
Figure BDA0002022517870000143
确定所述目标城市的标准化城市立体空间紧凑性指数NVCI。
所述城市立体空间形态紧凑性测度模块808具体包括：
城市立体空间形态紧凑性测度单元，用于若所述标准化城市立体空间紧凑性指数NVCI的值越接近于1，确定所述目标城市的立体空间形态越紧凑。
本发明公开的一种标准化的城市立体空间形态紧凑性测度方法及系统，首先根据城市立体空间紧凑性模型，计算目标城市的城市立体空间紧凑度；然后选取与该目标城市所有建筑体积总和相等的球体作为城市标准等价几何体，即城市的建筑等价球；以城市的等价球作为具有最大紧凑度的城市立体空间形态的一般构型，利用所述城市立体空间紧凑性模型计算该城市等价球的紧凑度；最后将所述城市立体空间紧凑度与该城市等价球的立体空间紧凑度之比，定义为标准化城市立体空间形态紧凑度，计算标准化城市立体空间形态紧凑性指数NVCI。所述标准化城市立体空间形态紧凑性指数NVCI取值在0和1之间，NVCI值越接近于1，城市立体空间形态越紧凑。本发明便于针对具有不同建筑体积、不同空间尺度的城市间紧凑度的大小进行比较，克服了未标准化城市立体空间紧凑性测度方法对不同城市的建筑体积大小较为敏感的缺陷，能够更准确地比较具有不同建筑体积、不同空间尺度的城市间的立体空间形态紧凑程度，对其进行更为精确的研究。此外，本发明也能在紧凑城市领域提供更为精确的定量化研究工具，更加全面、科学的研究城市立体空间形态。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (4)

1.一种标准化的城市立体空间形态紧凑性测度方法，其特征在于，所述方法包括：
获取目标城市的城市建筑空间；所述城市建筑空间中包括所述目标城市中所有建筑物的空间轮廓；
采用多个单位立体网格对所述城市建筑空间进行网格划分，生成划分后的城市立体空间网格；
根据所述城市立体空间网格中每个单位立体网格内的城市建筑体积以及所述城市立体空间网格中各单位立体网格的质心之间的几何距离确定所述目标城市的城市立体空间紧凑性指数，具体包括：
根据所述城市立体空间网格中每个单位立体网格内的城市建筑体积以及所述城市立体空间网格中各单位立体网格的质心之间的几何距离，采用公式
Figure FDA0003633682500000011
确定所述目标城市的城市立体空间紧凑性指数VCI；其中Vi和Vj分别表示所述城市立体空间网格中任意两个单位立体网格i和j内的城市建筑体积；d2(i,j)表示所述城市立体空间网格中任意两个单位立体网格i和j的质心之间的几何距离；N为所述城市立体空间网格中单位立体网格的总数；c为常量；
建立体积与所述目标城市中所有建筑物体积总和相等的城市建筑体积等价球；
采用多个单位立体网格对所述城市建筑体积等价球进行网格划分，生成划分后的城市建筑体积等价球网格；
根据所述城市建筑体积等价球网格中每个单位立体网格内的建筑体积以及所述城市建筑体积等价球网格中各单位立体网格的质心之间的几何距离确定所述城市建筑体积等价球的立体空间紧凑性指数，具体包括：
根据所述城市建筑体积等价球网格中每个单位立体网格内的城市建筑体积以及所述城市建筑体积等价球网格中各单位立体网格的质心之间的几何距离，采用公式
Figure FDA0003633682500000012
确定所述城市建筑体积等价球的立体空间紧凑性指数VCImax；其中Qi'和Qj'分别表示所述城市建筑体积等价球网格中任意两个单位立体网格i'和j'内的建筑体积；r2(i',j')表示所述城市建筑体积等价球网格中任意两个单位立体网格i'和j'的质心之间的几何距离；M为所述城市建筑体积等价球网格中单位立体网格的总数；
根据所述目标城市的城市立体空间紧凑性指数和所述城市建筑体积等价球的立体空间紧凑性指数确定所述目标城市的标准化城市立体空间紧凑性指数，具体包括：
根据所述目标城市的城市立体空间紧凑性指数和所述城市建筑体积等价球的立体空间紧凑性指数，采用公式
Figure FDA0003633682500000021
确定所述目标城市的标准化城市立体空间紧凑性指数NVCI；
根据所述目标城市的标准化城市立体空间紧凑性指数确定所述目标城市的立体空间形态紧凑性。
2.根据权利要求1所述的标准化的城市立体空间形态紧凑性测度方法，其特征在于，所述根据所述目标城市的标准化城市立体空间紧凑性指数确定所述目标城市的立体空间形态紧凑性，具体包括：
所述目标城市的标准化城市立体空间紧凑性指数NVCI的值越接近于1，确定所述目标城市的立体空间形态越紧凑。
3.一种标准化的城市立体空间形态紧凑性测度系统，其特征在于，所述系统包括：
城市建筑空间获取模块，用于获取目标城市的城市建筑空间；所述城市建筑空间中包括所述目标城市中所有建筑物的空间轮廓；
城市建筑空间网格划分模块，用于采用多个单位立体网格对所述城市建筑空间进行网格划分，生成划分后的城市立体空间网格；
城市立体空间紧凑性指数计算模块，用于根据所述城市立体空间网格中每个单位立体网格内的城市建筑体积以及所述城市立体空间网格中各单位立体网格的质心之间的几何距离确定所述目标城市的城市立体空间紧凑性指数；
所述城市立体空间紧凑性指数计算模块具体包括：
城市立体空间紧凑性指数计算单元，用于根据所述城市立体空间网格中每个单位立体网格内的城市建筑体积以及所述城市立体空间网格中各单位立体网格的质心之间的几何距离，采用公式
Figure FDA0003633682500000031
确定所述目标城市的城市立体空间紧凑性指数VCI；其中Vi和Vj分别表示所述城市立体空间网格中任意两个单位立体网格i和j内的城市建筑体积；d2(i,j)表示所述城市立体空间网格中任意两个单位立体网格i和j的质心之间的几何距离；N为所述城市立体空间网格中单位立体网格的总数；c为常量；
城市建筑体积等价球建立模块，用于建立体积与所述目标城市中所有建筑物体积总和相等的城市建筑体积等价球；
城市建筑体积等价球网格划分模块，用于采用多个单位立体网格对所述城市建筑体积等价球进行网格划分，生成划分后的城市建筑体积等价球网格；
立体空间紧凑性指数计算模块，用于根据所述城市建筑体积等价球网格中每个单位立体网格内的建筑体积以及所述城市建筑体积等价球网格中各单位立体网格的质心之间的几何距离确定所述城市建筑体积等价球的立体空间紧凑性指数；
所述立体空间紧凑性指数计算模块具体包括：
立体空间紧凑性指数计算单元，用于根据所述城市建筑体积等价球网格中每个单位立体网格内的城市建筑体积以及所述城市建筑体积等价球网格中各单位立体网格的质心之间的几何距离，采用公式
Figure FDA0003633682500000032
确定所述城市建筑体积等价球的立体空间紧凑性指数VCImax；其中Qi'和Qj'分别表示所述城市建筑体积等价球网格中任意两个单位立体网格i'和j'内的建筑体积；r2(i',j')表示所述城市建筑体积等价球网格中任意两个单位立体网格i'和j'的质心之间的几何距离；M为所述城市建筑体积等价球网格中单位立体网格的总数；
标准化城市立体空间紧凑性指数计算模块，用于根据所述目标城市的城市立体空间紧凑性指数和所述城市建筑体积等价球的立体空间紧凑性指数确定所述目标城市的标准化城市立体空间紧凑性指数；
所述标准化城市立体空间紧凑性指数计算模块具体包括：
标准化城市立体空间紧凑性指数计算单元，用于根据所述目标城市的城市立体空间紧凑性指数和所述城市建筑体积等价球的立体空间紧凑性指数，采用公式
Figure FDA0003633682500000041
确定所述目标城市的标准化城市立体空间紧凑性指数NVCI；
城市立体空间形态紧凑性测度模块，用于根据所述目标城市的标准化城市立体空间紧凑性指数确定所述目标城市的立体空间形态紧凑性。
4.根据权利要求3所述的标准化的城市立体空间形态紧凑性测度系统，其特征在于，所述城市立体空间形态紧凑性测度模块具体包括：
城市立体空间形态紧凑性测度单元，用于若所述目标城市的标准化城市立体空间紧凑性指数NVCI的值越接近于1，确定所述目标城市的立体空间形态越紧凑。
CN201910283585.5A 2019-04-10 2019-04-10 一种标准化的城市立体空间形态紧凑性测度方法及系统 Active CN109977600B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910283585.5A CN109977600B (zh) 2019-04-10 2019-04-10 一种标准化的城市立体空间形态紧凑性测度方法及系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910283585.5A CN109977600B (zh) 2019-04-10 2019-04-10 一种标准化的城市立体空间形态紧凑性测度方法及系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109977600A CN109977600A (zh) 2019-07-05
CN109977600B true CN109977600B (zh) 2022-06-14

Family

ID=67083780

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910283585.5A Active CN109977600B (zh) 2019-04-10 2019-04-10 一种标准化的城市立体空间形态紧凑性测度方法及系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109977600B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114091140B (zh) * 2021-10-13 2023-09-29 上海大学 一种城市空间密度数据的网络构建方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101408990A (zh) * 2008-08-21 2009-04-15 杭州科澜信息技术有限公司 一种城市建筑模型的渐进压缩和传输方法
CN109284918A (zh) * 2018-09-11 2019-01-29 中国科学院城市环境研究所 一种城市立体空间紧凑性测度方法及系统
CN109492796A (zh) * 2018-10-12 2019-03-19 东南大学 一种城市空间形态自动分区方法与系统
CN109598056A (zh) * 2018-11-30 2019-04-09 华南理工大学 城市建设用地形态紧凑度的测度方法、系统及存储介质

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20160125294A1 (en) * 2014-10-31 2016-05-05 Research Foundation Of The City University Of New York Method for forecasting energy demands that incorporates urban heat island
CN105893675B (zh) * 2016-03-31 2019-01-29 东南大学 一种基于天空可视域评价的开放空间周边建筑形态优化控制方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101408990A (zh) * 2008-08-21 2009-04-15 杭州科澜信息技术有限公司 一种城市建筑模型的渐进压缩和传输方法
CN109284918A (zh) * 2018-09-11 2019-01-29 中国科学院城市环境研究所 一种城市立体空间紧凑性测度方法及系统
CN109492796A (zh) * 2018-10-12 2019-03-19 东南大学 一种城市空间形态自动分区方法与系统
CN109598056A (zh) * 2018-11-30 2019-04-09 华南理工大学 城市建设用地形态紧凑度的测度方法、系统及存储介质

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
城市三维紧凑度模型方法及其空间分异特征研究――以大连市主城区为例;陈晨等;《国土与自然资源研究》;20180215(第01期);全文 *
城市空间形态离散度指数NDIS构建与应用;贾玉秋等;《生态学报》;20180709(第20期);全文 *
城市通风与形态关联性探究――以武汉市为例;尹杰等;《环境保护》;20161125(第22期);全文 *
生态型郊区存量规划的思考与探索――基于崇明区总体规划的实践;张振广等;《城市规划学刊》;20171115;全文 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN109977600A (zh) 2019-07-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20220309201A1 (en) Artificial-intelligence-assisted method for providing urban design form and layout with improved wind environment
Xu et al. Combining system dynamics model, GIS and 3D visualization in sustainability assessment of urban residential development
CN104298841B (zh) 一种基于历史数据的洪水预报方法和系统
CN106683184B (zh) 网络环境下泥石流灾害过程快速模拟与可视化分析方法
CN102708227B (zh) 基于sph算法的洪水溃坝过程仿真方法与仿真系统
Ma et al. The spatial coupling effect between urban public transport and commercial complexes: A network centrality perspective
Samsonov et al. Object-oriented approach to urban canyon analysis and its applications in meteorological modeling
Liaghat et al. A multi-criteria evaluation using the analytic hierarchy process technique to analyze coastal tourism sites
Monien et al. Comparison of building modelling assumptions and methods for urban scale heat demand forecasting
CN108182724B (zh) 一种高精度城市热岛检测方法、设备及存储设备
CN101114385A (zh) 一种数字城市全自动生成的方法
CN111767597A (zh) 一种城市模型验证方法、装置、设备及存储介质
CN109284918B (zh) 一种城市立体空间紧凑性测度方法及系统
CN111401692A (zh) 一种度量城市空间功能紧凑度的方法
CN113011925A (zh) 基于大数据的商业空间品质评价方法、系统、设备及介质
CN110175370A (zh) 一种城市汇水潜力区识别方法
CN115329691B (zh) 一种基于cfd与gis的超大城市风环境模拟方法
Luo et al. Analysis of urban ventilation potential using rule-based modeling
CN110889196A (zh) 水环境承载力评估方法、装置及存储介质
Liu et al. A quantitative method for storm surge vulnerability assessment–a case study of Weihai city
CN114580310A (zh) 一种基于palm实现wrf模拟风场降尺度处理的方法
CN102364484A (zh) 一种实现无线网络通信三维场强覆盖仿真系统
CN114663602A (zh) 一种基于大数据的城市设计实景三维测绘系统
CN109977600B (zh) 一种标准化的城市立体空间形态紧凑性测度方法及系统
Yuan et al. From design to digital model: A quantitative analysis approach to Garden Cities theory

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant