CN110083965A - 热环境分析方法、装置、设备和存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种热环境分析方法、装置、设备和存储介质，该方法包括：应用设定的网格分析法将目标分析区域分割为至少两个子区域，并对所述子区域顺序编号，其中，所述设定的网格分析方法包括均匀网格分析法和非均匀网格分析法；应用设定的热分析算法计算每个子区域的设计指标数据，根据预先设定的分类标准对所述设计指标数据进行分类；为不同类别的设计指标数据添加对应的显示标识，并将所述显示标识显示在对应编号的子区域内。提高了热环境分析的准确度，使热环境分析更适合我国的国情。
Description
技术领域
本发明涉及建筑设计技术领域，具体涉及一种热环境分析方法、装置、设备和存储介质。
背景技术
随着经济的迅速发展，城市现代化建设也随之蓬勃发展，出现了许多复杂、多样和大型的现代建筑。人们对生活和工作环境要求的不断提高，大空间建筑室内热环境及其舒适性逐渐为人们所关注。仅凭实验和理论分析的方法对室内外热环境进行精确分析，已很难实现。
当前的一些居住区室外热环境分析设计的计算结果通常不精确，或者，有的分析方法不适合我国的实际情况。
发明内容
有鉴于此，提供一种热环境分析方法、装置、设备和存储介质，以解决现有技术中热环境分析不准确以及不符合我国国情的问题。
本发明采用如下技术方案：
第一方面，本申请实施例提供了一种热环境分析方法，该方法包括：
应用设定的网格分析法将目标分析区域分割为至少两个子区域，并对所述子区域顺序编号，其中，所述设定的网格分析方法包括均匀网格分析法和非均匀网格分析法；
应用设定的热分析算法计算每个子区域的设计指标数据，根据预先设定的分类标准对所述设计指标数据进行分类；
为不同类别的设计指标数据添加对应的显示标识，并将所述显示标识显示在对应编号的子区域内。
第二方面，本申请实施例提供了一种热环境分析装置，该装置包括：
区域分割模块，用于应用设定的网格分析法将目标分析区域分割为至少两个子区域，并对所述子区域顺序编号，其中，所述设定的网格分析方法包括均匀网格分析法和非均匀网格分析法；
数据分类模块，用于应用设定的热分析算法计算每个子区域的设计指标数据，根据预先设定的分类标准对所述设计指标数据进行分类；
显示模块，用于为不同类别的设计指标数据添加对应的显示标识，并将所述显示标识显示在对应编号的子区域内。
第三方面，本申请实施例提供了一种设备，该设备包括：
处理器，以及与所述处理器相连接的存储器；
所述存储器用于存储计算机程序，所述计算机程序至少用于执行本申请实施例第一方面所述的区域日照分析方法；
所述处理器用于调用并执行所述存储器中的所述计算机程序。
第四方面，本申请实施例提供了一种存储介质，所述存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现如第一方面所述的区域日照分析方法中各个步骤。
本发明采用以上技术方案，所述应用设定的网格分析法将目标分析区域分割为至少两个子区域，并对所述子区域顺序编号，其中，所述设定的网格分析方法包括均匀网格分析法和非均匀网格分析法，这样，能对局部有更加精细的、科学的分析；另外，应用设定的热分析算法计算每个子区域的设计指标数据，根据预先设定的分类标准对所述设计指标数据进行分类；为不同类别的设计指标数据添加对应的显示标识，并将所述显示标识显示在对应编号的子区域内，操作简单、热环境分析结果更准确，以及，分析过程中考了了我国的国情特点，更加适合我国基本国情。
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，下面将对实施例或现有技术描述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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的一种热环境分析方法的流程图；
图2是本发明实施例提供的另一种热环境分析方法的流程图；
图3是本发明实施例中适用的一种WBGT与干球温度散点图；
图4是本发明实施例中适用的一种WBGT与太阳辐射散点图；
图5是本发明实施例中适用的一种WBGT与相对湿度散点图；
图6是本发明实施例中适用的一种WBGT与风速散点图；
图7是本发明实施例中适用的一种标准化残差直方图；
图8是本发明实施例中适用的一种WBGT实测值与预测值的关系图；
图9是本发明实施例中适用的一种WBGT实测值与残差的散点图；
图10是本发明实施例中适用的一种整体分析计算WBGT和热岛强度的效果图；
图11是本发明实施例中适用的一种应用非均匀网格分析法计算WBGT和热岛强度的效果图；
图12是本发明实施例中适用的一种应用均匀网格分析法计算WBGT和热岛强度的效果图；
图13是本发明实施例提供的一种热环境分析装置的结构示意图；
图14是本发明实施例提供的一种设备的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。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的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。
实施例一
图1为本发明实施例提供的一种热环境分析方法的流程图，该方法可以由本发明实施例提供的热环境分析装置来执行，该装置可采用软件和/或硬件的方式实现。参考图1，该方法具体可以包括如下步骤：
S101、应用设定的网格分析法将目标分析区域分割为至少两个子区域，并对所述子区域顺序编号，其中，所述设定的网格分析方法包括均匀网格分析法和非均匀网格分析法。
具体的，设定的网格分析法包括均匀网格分析法和非均匀网格分析法，其中，均匀网格分析法是指将一个计算区域按照提前设定好的最小网格的长度、宽度和角度进行区域划分，宽度可以是默认为500米，将此区域均匀的划分成多个计算区域，边缘不规则的区域按照就近原则和最近的区域进行合并成一个计算区域，上述区域为目标分析区域，分割后的区域称为子区域，自动将各个子区域顺序编号。
此外，非均匀网格分析法可以是指将一个地块根据道路中线分割成不同的子区域，并将各个子区域顺序编号、
S102、应用设定的热分析算法计算每个子区域的设计指标数据，根据预先设定的分类标准对所述设计指标数据进行分类。
具体的，以每个子区域为分析对象，计算每个子区域的设计指标数据，在计算各个子区域的设计指标数据时，可以应用设定的热分析算法，例如，差(示)热分析(DTA)、热重量法(TG)、导数热重量法(DTG)、差示扫描量热法(DSC)、热机械分析(TMA)和动态热机械分析(DMA)等，本申请中的设定的热分析算法可以是上述热分析算法中的一种或多种。此外，根据预先设定的分类标准对设计指标数据进行分类，其中，设定的分类标准可以是符合设计要求与不符合设计要求等，也即，将符合设计要求的划分为一类，将不符合设计要求的划分为另一类。
可选的，设计指标数据包括地表下垫面面积比、通风阻塞比、通风架空率、建筑阴影率、这样覆盖率、渗透面积比、天空角系数、黑球湿度温度和热岛强度。
其中，地表下垫面面积比包括各类地块在建筑规划目标范围内的面积与规划设计地块面积的比值，其中，所述各类地块包括有建筑地块、水泥地块、沥青地块、透水砖、土壤地块、草灌地块、乔木地块、水体地块和地砖地块。示例性的，建筑规划目标范围可以是指建筑规划红线内部，这时，可将比值作为分析结果自动统计并生成统计报表。
通风阻塞比分析是指，分析各栋建筑物在某风向来流方向上的投影面积和建筑最大迎风面积，计算得出建筑迎风面积比；计算居住区建筑密度；然后通过建筑迎风面积比与通风阻塞比的公式换算关系，计算居住区通风阻塞比，反映规划布局是否有利于环境。
通风架空率，分析在建筑架空层中，可穿越式通风部分的建筑面积占建筑基底面积的比值。
建筑阴影率，可以分析建筑群在全年8760小时的建筑阴影率，分析结果自动统计生成计算日24个时刻的建筑阴影率分析报表。
遮阳覆盖率，分析在活动场地范围内，各类构筑物遮阳体和绿化遮阳体的垂直覆盖面积总和占活动场地面积的比率，并将分析结果生成统计报表。
渗透面积比，分析硬化地面范围内渗透性地面面积占硬化地面总面积的比率，分析结果自动统计并生成统计报表
天空角系数，分析建筑群不同布局情况下，计算得到建筑群自身的天空角系数。
黑球湿度温度，通过计算居住区设计的空气温度，风速等空气参数计算得出全天逐时温球湿球温度，并生成统计报表
热岛强度，利用居住区设计规划图纸信息，计算以居住区设计的空气温度与当地典型气象日气温比较得出全天逐时温度差，得到热岛强度的计算结果并生成统计报表。
此外，在上述各个设计指标数据计算完成后，可以生成居住区热环境分析报告书，可自动生成居住区热环境分析报告书，可为方案评审、汇报、研究等提供直观的依据。
S103、为不同类别的设计指标数据添加对应的显示标识，并将所述显示标识显示在对应编号的子区域内。
具体的，将不同类别的设计指标数据进行分类后，例如，符合要求的设计指标数据添加的显示标识为绿色，不符合设计要求的设计指标数据添加的显示标识为红色，将显示标识显示在对应编号的子区域内。在实际的应用过程中，也可以不用颜色标识作为显示标识来进行区分，还可以应用不同的图案表示的进行区分。
本发明采用以上技术方案，所述应用设定的网格分析法将目标分析区域分割为至少两个子区域，并对所述子区域顺序编号，其中，所述设定的网格分析方法包括均匀网格分析法和非均匀网格分析法，这样，能对局部有更加精细的、科学的分析；另外，应用设定的热分析算法计算每个子区域的设计指标数据，根据预先设定的分类标准对所述设计指标数据进行分类；为不同类别的设计指标数据添加对应的显示标识，并将所述显示标识显示在对应编号的子区域内，操作简单、热环境分析结果更准确，以及，分析过程中考虑了我国的国情特点，更加适合我国基本国情。
此外，本申请实施例中，对CTTC模型的改进优化，使此模型计算方法更为精确，且贴合实际情况；分析算法采用均匀网格分析和不均匀网格分析两种，可对小区域范围更精确分析。
实施例二
图2为本发明实施例提供的另一种热环境分析方法的流程图，本实施例在上述实施例的基础上实现。参考图2，该方法具体可以包括如下步骤：
S201、应用设定的网格分析法将目标分析区域分割为至少两个子区域，并对所述子区域顺序编号，其中，所述设定的网格分析方法包括均匀网格分析法和非均匀网格分析法。
S202、设计指标数据包括黑球湿度温度时，应用优化的聚集区热时间常数模型以及改进的回归模型确定黑球湿度温度的线性表达式的各个系数。
具体的，在设计指标数据为黑球温度湿度(Wet Bulb Globe Temperature，WBGT)时，首先应用优化的聚集区热时间常数(Cluster Thermal Time Constant，CTTC)模型，其次，还用到了改进的回归模型，确定WBGT的线性表达式中的各个系数，需要说明的是，CTTC的优化过程以及回归模型的改进过程，不进行限定。
可选的，所述构成黑球湿度温度的各个参量包括目标区域的目标时刻的目标空气温度、所述目标区域的目标时刻的目标空气温度下对应的空气相对湿度、目标区域的目标时刻的太阳辐射照度和目标区域的目标时刻的地表短波辐射照度，分别为ta(τ)、ISR(τ)和ISR-R(τ)。
在一个具体的例子中，式(1)中的各个系数记为一组优选系数，具体的，
ISR-R(τ)＝{[Io(τ)-Idif(τ)][1-fPSA(τ)]+Idif(τ)ψSVF}×(1-ρ) (3)
m＝7.5ta·TMD(τ)/[237.3+ta·TMD(τ)]-7.5ta(τ)/[237.3+ta(τ)] (4)
其中，WBGT(τ)夏季表示在夏季的τ时刻的黑球湿度温度，ta(τ)表示τ时刻居住区设计的空气温度，单位可以是℃；可以表示τ时刻居住区设计的空气温度对应下的空气相对湿度；ISR(τ)可以表示τ时刻居住区设计的太阳辐射照度，单位可以是W/m2，ISR-R(τ)可以表示为τ时刻设计地块范围内的地表短波辐射照度，单位可以是W/m2；表示τ时刻居住区所在城市或气候区的典型气象日相对湿度；Io(τ)可以表示τ时刻居住区所在城市或气候区的典型气象日水平总辐射照度；Idif(τ)可以表示τ时刻居住区所在城市或气候区的典型气象日水平散射辐射照度；fPSA(τ)可以表示τ时刻设计地块范围内空地的建筑阴影率，以所在地7月21日太阳位置计算；ψSVF可以表示为设计地块范围内空地的平均天空角系数；ρ表示居住区地表的平均太阳辐射吸收系数；n为无穷大的天空均匀分布的光源假定个数，取324个；ta·TMD(τ)表示τ时刻居住区所在城市或气候区的典型气象日空气干球温度。其中，1.157、17.425、2.407×10-3和20.550为表达式的各个系数，这组系数只是一个可选的实施方式，不形成具体限定。
S203、根据所述各个系数，以及，构成黑球湿度温度的各个参量，确定所述黑球湿度温度的表达式。
具体的，根据表达式中的各个系数，以及，构成WBGT的各个参量，确定WBGT的表达式，在一个具体的例子中，ta(τ)、ISR(τ)和ISR-R(τ)为各个参量，系数参见S202中，则可以确定WBGT的表达式为：
此外，本申请实施例中，还涉及到对WBGT的评价性涉及，详细的，湿球黑球温度指标是自然湿球温度、干球温度和黑球温度的函数，在典型气象日的定义中，只有逐时干球温度、相对湿度、太阳辐射和风速数据，因此，得到采用常规室外气象参数(干球温度、相对湿度、太阳辐射和风速)表示的WBGT指标关联式对于居住区热环境评价具有十分重要的意义。
国内外的学者均对WBGT指标的关联式进行过研究。以色列学者Moran等人在以色列进行了WBGT的数据采集工作，回归了如式(1)所示的关联式：
ESI＝0.63Ta-0.03RH+0.002SR+0.0054(Ta*RH)-0.073(0.1+SR)-1 (6)
国内的学者董靓和林波荣等人分别针对WBGT计算公式中的黑球温度、自然湿球温度建立了热平衡方程式，通过求解热平衡方程，分别得到了采用温度、湿度、太阳辐射、平均辐射温度和风速为参数的WBGT指标的关联式：
董靓回归的关联式如式(7)所示，林波荣回归的关联式如式(8)所示。式中，Ta可以表示空气干球温度；RH可以表示相对湿度；SR可以表示总太阳辐射照度，W/m2；Tmr可以表示长波平均辐射温度；V可以表示风速，m/s。
WBGT＝(0.8288Ta+0.0613Tmr+7.3771×10-3SR+13.8297RH-8.7284)V-0.0551 (7)
WBGT＝-4.871+0.814Ta+12.305RH-1.071V+0.0498Tmr+6.85×10-3SR (8)
在Moran等人的观测数据中，代表城市是以色列城市特拉维夫，该方程是否适用于我国的夏季还需要验证。
董靓回归的关系式中，当风速接近0时，将会得到不合理的结果，林波荣提出的WBGT指标关联式中包括室外环境的长波辐射温度。长波辐射温度也不是典型气象日的常规数据。
为此，编制组开展了基于干球温度、相对湿度、太阳辐射和风速等参数的WBGT指标关联式研究，共采集有效样本1487组，样本的平均值、标准差和分布范围如表1所示。
表1观测样本的平均值、标准差和分布范围
在进行多元回归分析之前，先绘制WBGT与干球温度、相对湿度、太阳辐射和风速之间关系的散点图，以判断WBGT指标与上述4个参量是否存在线性关系。在一个具体的例子中，图3示出了一种WBGT与干球温度散点图；图4示出了一种WBGT与太阳辐射散点图；图5示出了一种WBGT与相对湿度散点图；图6示出了一种WBGT与风速散点图。
在图3-6中，中心的虚线是回归线，回归线两侧是总体均数的95％的可信区间，最外面的两条虚线是个体预测值的95％的可信区间，右下角给出了该曲线的决定系数R2。可以看出，WBGT与干球温度的线性趋势最好，并成正相关关系，相对湿度其次，成负相关趋势，WBGT与太阳辐射之间有曲线趋势，为了简化模型，仍然采用线性回归模型，WBGT与风速之间的相关性较差，但在初步建模时还是把风速包含在内。用最小二乘法做WBGT与干球温度、相对湿度、太阳辐射和风速的多元线性回归，得到回归方程，如式(9)所示：
WBGT＝1.159Ta+17.496RH+2.404×10-3SR+1.713×10-2V-20.661 (9)
标准化回归方程为：
回归模型的统计信息和假设检验结果如表2-3所示。
表2回归模型的统计信息
表3回归系数及其假设检验
该回归方程的决定系数(R2)为0.991，F检验高度显著(F＝40567.83，P<0.001)，说明回归方程整体拟合效果不错。在回归系数显著性检验中，除风速外各参数t检验的预测值均小于0.05，风速的预测值为0.066，不能通过t检验，此外，在标准化回归方程中(式(10))，风速变化1％，对WBGT的影响只有0.005％，这表示风速对WBGT的影响非常小，可以忽略。
因此，标准编制组采用干球温度、相对湿度和太阳辐射三个参数来回归WBGT的简化计算模型，如式(11)-(12)所示。
WBGT＝1.157Ta+17.425RH+2.407×10-3SR-20.550 (11)
标准化回归方程为：
该回归方程的决定系数(R2)为0.991，F检验高度显著(F＝54002.07，P<0.001)，总体回归效果与方程(10)一致，但各项因子t检验的预测值均小于0.05，因此，回归方程式(12)式的t检验显著，各自变量的回归系数均不为0。
绘制标准化残差的直方图，图7示出了一种标准化残差直方图，如图7所示，标准化残差的分布服从正态分布，绘制WBGT实测值与预测值的关系图以及两者的残差分布图，如图8和图9所示，WBGT的预测值分布与实测值分布非常接近，两者残差绝对值不超过0.8℃，并且残差随WBGT实测值的变化范围基本保持稳定，说明残差方差齐性。
通过以上检验，可以认为通过回归方法得到的WBGT关联式是一个统计学上无误，并且具有实际意义的模型，具有较高的可信度，可以用于室外热环境的WBGT指标现场观测和模拟预测中。
上述WBGT简化计算是针对某一个测点的计算方法，在分析一个城市区域的整体WBGT指标时，也可以采用上式进行计算，计算公式如式(13)所示：
式中：
——i时刻区域的平均WBGT指标，℃；
——i时刻区域的平均温度，℃；
——i时刻区域的平均相对湿度，％；
SRi——i时刻区域的太阳总辐射照度，W/m2；
Rl——区域内太阳辐射光照率，Rl指标反映了建筑密度、建筑高度、建筑布局类型对整个区域逐时太阳辐射照度的影响；
At——区域内除去建筑用地的总面积，m2；
As,i——i时刻，区域内建筑在区域内地面上形成的阴影面积，m2。
热岛效应是指一个地区(主要指城市内)的气温高于周边郊区的现象，可以用两个代表性测点的气温差值(城市中某地温度与郊区气象测点温度的差值)即热岛强度表示。本标准中热岛强度的计算方法为：居住区设计的逐时空气温度与同时刻当地典型气象日空气干球温度的差值(℃)。
统计平均热岛强度的时候，是将各个计算地点地方太阳时的中午12点，换算成北京时间之后，在此时刻基础上前推4个小时，后推6个小时，按整点取值，得到共11个小时(北京时间)的热岛强度的平均值。当该时刻之内的分钟位于0～30之间时不计入该时刻，直接以该时刻为基础统计计算；当分钟位于30～60之间时，则以下一个时刻为基础统计计算，例如北京地方太阳时12点时的北京时间为12:21，此时平均热岛强度的统计时段为8:00～18:00，其他各典型城市平均热岛强度的统计时段。
S204、根据所述黑球湿度温度的表达式计算所述黑球湿度温度，根据预先设定的分类标准对所述黑球湿度温度进行分类。
可选的，所述类别包括符合设计规则类和不符合设计规则类。具体的，根据黑球湿度温度的表达式计算WBGT，根据预先设定的分类标准对计算得到的WBGT进行分类，其中，类别可以包括符合设计规则类和不符合设计规则类。这样，就可以将计算得到的WBGT分为两类，第一类符合设计负责，第二类不符合设计规则。
S205、将不符合设计规则类的设计指标数据对应的子区域添加高亮显示标识符；将所述高亮显示标识符显示在对应编号的子区域内。
具体的，将不符合设计规则类的设计指标数据对应的子区域添加高亮显示标识符，将高亮显示标识符现在对应编号的子区域内，以供开发设计人员进行参考，以修改设计规则等。在一个具体的例子中，图10示出了一种整体分析计算WBGT和热岛强度的效果图；图11示出了另一种应用非均匀网格分析法计算WBGT和热岛强度的效果图；图12示出了一种应用均匀网格分析法计算WBGT和热岛强度的效果图。参考图10，在整体计算时，WBGT和热岛强度分析是符合要求的；参考图11，在分块计算后，发现有5处区域是不满足的，例如，11、18、23、24和38，此外，在图10、图11和图12中，均可以将各个不同区域的计算结果分别对应的不同颜色来进行显示。
在上述技术方案的基础上，设计指标数据包括热岛强度时，应用设定的热分析算法计算每个子区域的设计指标数据，包括：确定目标分析起止时刻；获取目标区域的目标时刻的目标空气温度和目标区域的目标时刻的目标空气干球温度；根据所述目标分析起止时刻、目标区域的目标时刻的目标空气温度和目标区域的目标时刻的目标空气干球温度计算热岛分析。
此外，下面计算当设计指标数据为热岛强度是，应用设定的热分析算法计算每个子区域的设计指标数据，具体的步骤包括：首先确定目标分析起止时刻，记为τ1，例如可以是平均热岛强度统计时段的起始时刻，例如早8点，和τ2，例如可以是平均热岛强度统计时的终止时刻，例如下午18点；获取目标区域的目标时刻的目标空气温度ta(τ)，例如可以是居住区设计的空气温度，和目标区域的目标时刻的目标空气干球温度ta·TMD(τ)，例如可以是居住区所在城市或气候区的典型气象日空气干球温度。
在一个具体的例子中，可以应用下述公式计算， 表示热岛强度。
本申请实施例中，阐述了设计指标数据包括黑球湿度温度时的WBGT的计算过程，具体的，应用优化的聚集区热时间常数模型以及改进的回归模型确定黑球湿度温度的线性表达式的各个系数；根据所述各个系数，以及，构成黑球湿度温度的各个参量，确定所述黑球湿度温度的表达式；这样计算出来得到WBGT更符合我国的基本国情，且计算结果更准确；根据所述黑球湿度温度的表达式计算所述黑球湿度温度，根据预先设定的分类标准对所述黑球湿度温度进行分类；将不符合设计规则类的设计指标数据对应的子区域添加高亮显示标识符；将所述高亮显示标识符显示在对应编号的子区域内，为开发设计人员提供了简单直接的数据参考。
为了使本申请的技术方案更容易理解，下面用几个具体的应用场景来说明本申请实施例中具体流程以及应用到的技术点。
第一、对本申请中用到的热环境分析软件进行说明，居住区热环境分析软件主要依据JGJ286-2013对热环境进行规定性设计审核和评价性设计分析；通过对居住区的三维建模，直观的展示居住区的设计方案，并对该方案是否满足JGJ286-2013的强制性条文和规定性指标进行审核；通过对三维模型的数据分析，计算天空角系数，风速等热环境模型的参数，快速对居住区热环境进行评价分析，计算WBGT和热岛强度
热环境分析涉及到时间、地域、建筑造型等多种复杂因素，要将这些相互影响的因素综合起来进行人工精确计算分析是非常困难的，特别是当前人们开始关注居住区室外微气候环境，当前对于居住区室外热环境缺少定量分析工具，设计师对室外热环境很难判断，大多数根据CTTC模型进行手动计算热时间常数，具有不准确及耗时长，不以计算等，这样就要求更精确的分析软件来满足各方需求。例如，相关技术中，通常手动进行热环境分析主要是基于CTTC模型，CTTC(Cluster Thermal Time Constant，聚集区热时间常数)模型是20世纪末由H.N.Swaid和M.E.Hoffnan等人提出用于预测和评价建筑，城市设计特征，街道走向，及人为散热等因素对城市覆盖层内热环境影响的解析模型。但是该模型有如下不足：其将建筑群简化为周期性起伏的二维街谷模型，且空气混合十分均匀。但实际小区中几何特性不易且存在温差，特别阴影下与非阴影下温差较大；缺少地表温度计算方法；长波辐射计算方法误差较大；乔木等绿植对长波辐射和对流换热率影响的考虑不全；温度指标过于单一。
本申请对CTTC模型进行优化后，具有如下特点，改进模型将二维模型扩展到三维，考虑到建筑群实际的三维特性，利用三维软件计算建筑群的平均阴影率；风速计算公式的优化；通过已有的反应系数法计算地表吸热系数，利用室外气候参数实现地表温度的预测，从而简化出下垫面表面温度计算模型；长波辐射计算方法的改进；乔木长波辐射计算的优化；绿地对流换热修正因子Ci计算方法探讨。
第二、本申请中的软件建立在自主研发的三维平台上，采用将dwg整图导入、局部拷贝等方法生成小区方案的“源数据”。通过对“源数据”的转换或绘制功能的使用创建出灵动的三维模型，再利用模型高度灵活和互动的特点，快速实现对方案的编辑和查询检测，在提高工程人员设计能力的同时，协助他们进行会议汇报和方案研究，三维城市居住区热环境分析软件可分为以下几个逻辑独立的结构层次：
①第一层是与规划相关的多种数据源的数据层。它为规划决策提供基本的数据支撑，包括了三维显示所不可缺少的三维模型库、纹理库等。
②第二层是数据库、模型库和知识库层。要实现规划辅助决策，有两种基本策略，其一是基于数据驱动的OLAP方法，它是利用大型关系数据来实现的；其二是基于模型驱动的模型库方法，它需要构建分析模型库的运行环境，搜集整理与规划相关的分析模型，如景观协调性分析、通视性分析、地块重叠分析、迎风面积比分析、遮阳覆盖率分析、绿地与绿化分析、平均风速分析、渗透与蒸发分析等，并将这些分析模型以知识库的形式组织。另外三维场景库也是支撑三维显示和浏览的基础。
③第三层服务层包括场景服务、OLAP服务和模型服务。三维场景服务基于三维场景库，实现多用户的场景共享，提供分布式的规划决策协作支持。模型服务基于模型库决策支持系统基础上，通过运行模型库中的分析模型，实现对特定问题的分析求解。OLAP分析利用规划设计数据仓库中的数据，实现基于数据仓库的OLAP功能。
④第四层是用户交互和系统集成层。通过与规划业务流程的集成，实现可视化的决策支持。
第三、本申请实施例涉及到的关键技术：从关键技术上而言，主要开发CAD/三维模型双向转换引擎、三维建筑自由造型、大场景三维渲染显示技术等；从业务上而言，主要研究：动态热环境指标计算、热环境约束控制分析、规划方案动态虚拟现实仿真等。
(1)数据模型转换引擎
为了实现规划方案的制图、辅助设计、建库管理的一体化，需要进行AutoCAD二维制图与三维模型、三维模型与GIS空间数据库的数据转换引擎的开发。
首先，需要进行CAD无限坐标到三维系统有限精度坐标的转换处理；
其次，进行常规点、Polyline线、Region面的处理。同时需要进行数据检测处理。如自相交Polyline线的判断检测、有厚度实体的清除、带Z坐标的实体的清零操作等。
从专业上而言，需要进行道路、用地、建筑基底图层的自动识别与提取。
(2)热环境指标动态计算
①热环境指标的计算内容
依据建设部《城市居住区热环境设计标准》的规定，规划方案必须进行用地平衡表、经济技术指标表的计算并符合相关的设计规定。
②“所见即所得”的计算模式
在传统的计算模式中，由于受到小区数据容量及不同计算主体相互关系的影响，主要采用静态计算的处理方法。即：在修改方案后，由用户自己执行指标重新计算功能，从而获得正确的指标数值。
在本项目产品中，为了更加方便与快捷的反映图形与数据的联动。提出了“所见即所得”的动态数据计算模式。在系统编辑底层嵌入数据监视器。但发现可能引起数据变化的操作时，触发数据计算线程。在计算线程中，为了实现快速计算，采用了责任链设计模式，快速搜寻数据计算链的图形，剔除没发生变化的图形，仅仅计算发生变化的数据指标，最后进行合计。
对于用户而言，无论进行何种操作，系统均能无延迟的计算出整个居住小区的热环境分析结果数值，为用户的合理规划提供了坚实的指标分析基础。
(3)动态虚拟现实技术
系统三维设计功能是采用Opengl从底层进行开发，保证了三维编辑的速度与功能的可控性。虚拟现实仿真采用的是开源Ogre三维渲染库。系统实现的是在设计过程中，随时转换到虚拟仿真模式，查看设计的效果。在动态仿真过程中，需要实现两种三维模型的动态转换。技术的难点在于转换前后模型状态的保留及转换速度的优化。
(4)大规模三维场景优化算法
在本项目开发过程中，涉及的三维数据量大，如何快速渲染三维场景，是一个必须解决的问题，也是个世界范围内的研究热点问题。在本次项目建设中，我们计划围绕三个方向展开：基于模板的标准层优化技术、基于分页装载的场景切换技术、基于KT搜寻树的视景体裁剪技术。通过以上技术的研究，从而提高虚拟城市中海量数据的建模及显示速度。
(5)CAD与三维模型数据转换技术
在目前国内规划设计行业，二维制图软件AutoCAD占据了主流地位，在短时间无法改变用户工作习惯的前提下，为了增加软件的易用性，需要研究AutoCAD格式的图形文件向本产品三维模型转换的技术。通过该技术的研究，实现AutoCAD数据与系统三维模型数据的双向无损转换，从而保证设计人员工作的连续性与完整性。
实施例三
图13是本发明是实施例提供的一种热环境分析装置的结构示意图，该装置适用于执行本发明实施例提供给的一种热环境分析方法。如图12所示，该装置具体可以包括：
区域分割模块1301，用于应用设定的网格分析法将目标分析区域分割为至少两个子区域，并对所述子区域顺序编号，其中，所述设定的网格分析方法包括均匀网格分析法和非均匀网格分析法；
数据分类模块1302，用于应用设定的热分析算法计算每个子区域的设计指标数据，根据预先设定的分类标准对所述设计指标数据进行分类；
显示模块1303，用于为不同类别的设计指标数据添加对应的显示标识，并将所述显示标识显示在对应编号的子区域内。
可选的，所述设计指标数据包括地表下垫面面积比、通风阻塞比、通风架空率、建筑阴影率、这样覆盖率、渗透面积比、天空角系数、黑球湿度温度和热岛强度。
可选的，设计指标数据包括黑球湿度温度时，数据分类模块302具体用于：
应用设定的热分析算法计算每个子区域的设计指标数据，包括：
应用优化的聚集区热时间常数模型以及改进的回归模型确定黑球湿度温度的线性表达式的各个系数；
根据所述各个系数，以及，构成黑球湿度温度的各个参量，确定所述黑球湿度温度的表达式；
根据所述黑球湿度温度的表达式计算所述黑球湿度温度。
可选的，所述构成黑球湿度温度的各个参量包括目标区域的目标时刻的目标空气温度、所述目标区域的目标时刻的目标空气温度下对应的空气相对湿度、目标区域的目标时刻的太阳辐射照度和目标区域的目标时刻的地表短波辐射照度。
可选的，设计指标数据包括热岛强度时，数据分类模块1302具体用于：
确定目标分析起止时刻；
获取目标区域的目标时刻的目标空气温度和目标区域的目标时刻的目标空气干球温度；
根据所述目标分析起止时刻、目标区域的目标时刻的目标空气温度和目标区域的目标时刻的目标空气干球温度计算热岛分析。
可选的，所述地表下垫面面积比包括各类地块在建筑规划目标范围内的面积与规划设计地块面积的比值，其中，所述各类地块包括有建筑地块、水泥地块、沥青地块、透水砖、土壤地块、草灌地块、乔木地块、水体地块和地砖地块。
可选的，所述类别包括符合设计规则类和不符合设计规则类，相应的，显示模块1303具体用于：
将不符合设计规则类的设计指标数据对应的子区域添加高亮显示标识符；
将所述高亮显示标识符显示在对应编号的子区域内。
本发明实施例提供的热环境分析装置可执行本发明任意实施例提供的热环境分析方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。
本发明实施例还提供一种设备，请参阅图14，图14为一种设备的结构示意图，如图14所示，该设备包括：处理器1410，以及与处理器1410相连接的存储器1420；存储器1420用于存储计算机程序，所述计算机程序至少用于执行本发明实施例中的热环境分析方法；处理器1410用于调用并执行所述存储器中的所述计算机程序，其中，热环境分析方法至少包括：应用设定的网格分析法将目标分析区域分割为至少两个子区域，并对所述子区域顺序编号，其中，所述设定的网格分析方法包括均匀网格分析法和非均匀网格分析法；应用设定的热分析算法计算每个子区域的设计指标数据，根据预先设定的分类标准对所述设计指标数据进行分类；为不同类别的设计指标数据添加对应的显示标识，并将所述显示标识显示在对应编号的子区域内。
本发明实施例还提供一种存储介质，所述存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现如本发明实施例中的热环境分析方法中各个步骤，其中，热环境分析方法至少包括：应用设定的网格分析法将目标分析区域分割为至少两个子区域，并对所述子区域顺序编号，其中，所述设定的网格分析方法包括均匀网格分析法和非均匀网格分析法；应用设定的热分析算法计算每个子区域的设计指标数据，根据预先设定的分类标准对所述设计指标数据进行分类；为不同类别的设计指标数据添加对应的显示标识，并将所述显示标识显示在对应编号的子区域内。
可以理解的是，上述各实施例中相同或相似部分可以相互参考，在一些实施例中未详细说明的内容可以参见其他实施例中相同或相似的内容。
需要说明的是，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指至少两个。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。
本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (10)
1.一种热环境分析方法，其特征在于，包括：
应用设定的网格分析法将目标分析区域分割为至少两个子区域，并对所述子区域顺序编号，其中，所述设定的网格分析方法包括均匀网格分析法和非均匀网格分析法；
应用设定的热分析算法计算每个子区域的设计指标数据，根据预先设定的分类标准对所述设计指标数据进行分类；
为不同类别的设计指标数据添加对应的显示标识，并将所述显示标识显示在对应编号的子区域内。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述设计指标数据包括地表下垫面面积比、通风阻塞比、通风架空率、建筑阴影率、这样覆盖率、渗透面积比、天空角系数、黑球湿度温度和热岛强度。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，设计指标数据包括黑球湿度温度时，应用设定的热分析算法计算每个子区域的设计指标数据，包括：
应用优化的聚集区热时间常数模型以及改进的回归模型确定黑球湿度温度的线性表达式的各个系数；
根据所述各个系数，以及，构成黑球湿度温度的各个参量，确定所述黑球湿度温度的表达式；
根据所述黑球湿度温度的表达式计算所述黑球湿度温度。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述构成黑球湿度温度的各个参量包括目标区域的目标时刻的目标空气温度、所述目标区域的目标时刻的目标空气温度下对应的空气相对湿度、目标区域的目标时刻的太阳辐射照度和目标区域的目标时刻的地表短波辐射照度。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，设计指标数据包括热岛强度时，应用设定的热分析算法计算每个子区域的设计指标数据，包括：
确定目标分析起止时刻；
获取目标区域的目标时刻的目标空气温度和目标区域的目标时刻的目标空气干球温度；
根据所述目标分析起止时刻、目标区域的目标时刻的目标空气温度和目标区域的目标时刻的目标空气干球温度计算热岛分析。
6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述地表下垫面面积比包括各类地块在建筑规划目标范围内的面积与规划设计地块面积的比值，其中，所述各类地块包括有建筑地块、水泥地块、沥青地块、透水砖、土壤地块、草灌地块、乔木地块、水体地块和地砖地块。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述类别包括符合设计规则类和不符合设计规则类，相应的，为不同类别的设计指标数据添加对应的显示标识，并将所述显示标识显示在对应编号的子区域内，包括：
将不符合设计规则类的设计指标数据对应的子区域添加高亮显示标识符；
将所述高亮显示标识符显示在对应编号的子区域内。
8.一种热环境分析装置，其特征在于，包括：
区域分割模块，用于应用设定的网格分析法将目标分析区域分割为至少两个子区域，并对所述子区域顺序编号，其中，所述设定的网格分析方法包括均匀网格分析法和非均匀网格分析法；
数据分类模块，用于应用设定的热分析算法计算每个子区域的设计指标数据，根据预先设定的分类标准对所述设计指标数据进行分类；
显示模块，用于为不同类别的设计指标数据添加对应的显示标识，并将所述显示标识显示在对应编号的子区域内。
9.一种设备，其特征在于，包括：
处理器，以及与所述处理器相连接的存储器；
所述存储器用于存储计算机程序，所述计算机程序至少用于执行权利要求1-7任一项所述的热环境分析方法；
所述处理器用于调用并执行所述存储器中的所述计算机程序。
10.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现如权利要求1-7任一项所述的热环境分析方法中各个步骤。
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