CN114912171A - 一种基于建筑遮挡的日照辐射计算方法 - Google Patents

一种基于建筑遮挡的日照辐射计算方法 Download PDF

Info

Publication number
CN114912171A
CN114912171A CN202210461559.9A CN202210461559A CN114912171A CN 114912171 A CN114912171 A CN 114912171A CN 202210461559 A CN202210461559 A CN 202210461559A CN 114912171 A CN114912171 A CN 114912171A
Authority
CN
China
Prior art keywords
building
sun
angle
time
follows
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.)
Pending
Application number
CN202210461559.9A
Other languages
English (en)
Inventor
李智杰
张妮
李昌华
张颉
介军
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.)
Xian University of Architecture and Technology
Original Assignee
Xian University of Architecture and Technology
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 Xian University of Architecture and Technology filed Critical Xian University of Architecture and Technology
Priority to CN202210461559.9A priority Critical patent/CN114912171A/zh
Publication of CN114912171A publication Critical patent/CN114912171A/zh
Pending legal-status Critical Current

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
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2119/00—Details relating to the type or aim of the analysis or the optimisation
    • G06F2119/02—Reliability analysis or reliability optimisation; Failure analysis, e.g. worst case scenario performance, failure mode and effects analysis [FMEA]
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Architecture (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Computational Mathematics (AREA)
  • Mathematical Analysis (AREA)
  • Mathematical Optimization (AREA)
  • Pure & Applied Mathematics (AREA)
  • Management, Administration, Business Operations System, And Electronic Commerce (AREA)

Abstract

本发明公开了一种基于建筑遮挡的日照辐射计算方法，本发明将需要分析的建筑表面进行有限分割为若干份，然后遍历每一个分割点与太阳位置之间是否存在遮挡，对建筑阴影进行检测。这样既解决了传统天空视野因子计算复杂且速度慢的问题，而且提高了计算精度。

Description

一种基于建筑遮挡的日照辐射计算方法
技术领域
本发明属于建筑之间辐射遮挡检测领域，具体涉及一种基于建筑遮挡的日照辐射计算方法。
背景技术
随着城市化进程的加快和建筑行业的智能化发展趋势，处于城镇的室外建筑辐射场也变得越来越复杂。目前应用最多的辐射计算方法仅针对单个地表分析场且室外无其他环境因素干扰的情况，但现在越来越多的高层建筑以及建筑群，还有复杂的室外环境使得邻近建筑之间容易形成互相遮蔽的现象，这时就不得不考虑阴影遮挡对辐射场的影响。
在以往的遮挡分析中，主要有两种方式，一种对建筑物辐射遮挡情况形成一种瞬时的图像，然后将该图纸导入到分析软件中进行遮挡阴影检测；另一种方法就是直接采用天空角系数对建筑遮挡进行分析。天空角系数是指从建筑物上的某一观测点出发，如果一直到天空的视线中没有邻近建筑对其进行遮挡，那么这个观测点对天空的视角就是一个规则的半球体，从该观测点的视觉角度出发，如果周围建筑物没有对其遮挡，则把该点对天空的视角系数看作1，否则视野系数将减少，并且由周围建筑物的高度、形状以及周围其他环境所确定，视野系数减少这一情况由于受到各种因素的影响，计算起来十分复杂。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足，提供一种基于建筑遮挡的日照辐射计算方法，既解决了传统天空视野因子计算复杂且速度慢的问题，而且提高了计算精度。
为了达到上述目的，本分明包括以下步骤：
S1，对待分析建筑面构建坐标系，然后进行有限分割；
S2，通过太阳方位角和太阳仰角来表示太阳对于建筑面的具体位置，然后结合各个时刻的时角计算任意面的太阳辐射量；
S3，根据太阳方位角和太阳仰角计算太阳方向向量；
S4，根据太阳方向向量，通过射线碰撞计算遮挡系数；
S5，结合遮挡系数，遍历建筑面计算所接收的辐射量，确定最终辐射数据。
S1中，进行有限分割的具体方法如下：
沿着坐标系的U轴和V轴方向将建筑面分割为M份，取分割线的交点为实际计算的点，同时获得分割面的法向量。
S2中，S2的具体方法如下：
确定一天的日照时间以及日出时间和日落时间；
地方时间转换为太阳相对地球在天空中移动的角度，并确定太阳方位角和太阳仰角。
日出时间的计算方法如下：
Figure BDA0003621908560000021
日落时间的计算方法如下：
Figure BDA0003621908560000022
其中，
Figure BDA0003621908560000023
为观测点的经度，δ为太阳赤纬角。
太阳相对地球在天空中移动的角度为：
Figure BDA0003621908560000024
其中，T为观测时间，
Figure BDA0003621908560000025
为观测点的经度，
Figure BDA0003621908560000026
为观测点所在时间的经度，e为时差；
太阳方位角的计算方法如下：
Figure BDA0003621908560000031
太阳仰角的计算方法如下：
Figure BDA0003621908560000032
其中，δ为太阳赤纬角，ω为时角。
S3中的具体方法如下：
以建筑表面为水平面建立一个三维坐标系，然后沿Y轴创建一个指向北向的单位向量a，将单位向量a绕Z轴旋转一个方位角得到单位向量b，再将单位向量b绕Z轴旋转90度后得到单位向量c，最后单位向量b沿单位向量c轴旋转一个仰角大小，从而得到太阳方向的方向向量s。
S4中，计算遮挡系数的方法如下：
比较太阳方向向量与建筑面法线向量的角度；
如果建筑面法线向量和太阳方向向量之间的夹角大于等于90度，则太阳光线无法直射到该面，遮挡系数为0，直接辐射量为0；
如果建筑面与太阳光线存在直接辐射的部分，则进行遮挡检测，检测方法如下：
从建筑分割面的任意一个交点沿着太阳方向发射一条无限长的射线，如果与这条射线相交的元素只有建筑面本身所在的元素，那么认为当前时候该点没有遮挡，反之则存在遮挡。
S5的具体方法如下：
遍历建筑物上的每个分析面，然后确定单个分析面的遮挡系数、面积及该面上的有限分割数量，最后求和得到最终辐射数据，计算方法如下：
Figure BDA0003621908560000033
其中，K为遮挡系数，S为太阳方位方向，M为有限分割数量。
与现有技术相比，本发明将需要分析的建筑表面进行有限分割为若干份，然后遍历每一个分割点与太阳位置之间是否存在遮挡，对建筑阴影进行检测。这样既解决了传统天空视野因子计算复杂且速度慢的问题，而且提高了计算精度。
附图说明
图1为本发明计算流程图；
图2为本发明有限分割示意图；
图3为本发明关于太阳方向向量表示图；
图4为本发明太阳方向向量与面法向量关系图；
图5为实施例的示意图；
图6为本发明计算结果图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
参见图1，本分明包括以下步骤：
步骤1：分割建筑面。
对待分析建筑面构建坐标系，然后进行有限分割。如图2，沿着坐标系的U轴和V轴方向将建筑面分割为M份，取分割线的交点为实际计算的点，从而逼近实际情况，同时获得分割面的法向量。
步骤2：确定太阳方位角与仰角。
通过太阳方位角和仰角(太阳高度角)来表示太阳对于建筑面的具体位置，然后结合各个时刻的时角计算任意面的太阳辐射量，首先需要确定的是一天的日照小时数，一天的日出日落时间分别为：
Figure BDA0003621908560000041
Figure BDA0003621908560000051
地球自转一周的时间为刚好为24个小时，2π为地球一周自转的角度，时角用地方时间转换为太阳相对地球在天空中移动的角度，具体计算公式为：
Figure BDA0003621908560000052
其中，T为观测时间，
Figure BDA0003621908560000053
为观测点的经度，
Figure BDA0003621908560000054
为观测点所在时间的经度，e为时差。
太阳方位角和太阳仰角的计算方式分别为：
Figure BDA0003621908560000055
Figure BDA0003621908560000056
步骤3：由太阳方位角和仰角计算太阳方向向量。
确定了太阳方位角和仰角之后，进行太阳方向向量的计算，如图3所示，主要流程是首先以建筑表面为水平面建立一个三维坐标系，然后沿Y轴创建一个指向北向的单位向量a,将a绕Z轴的(0，1，0)旋转一个方位角得到单位向量b，再将b绕Z轴旋转90度后得到向量c，最后向量b沿c轴旋转一个仰角大小，从而得到太阳方向的单位向量s。为了简化计算，本发明将太阳方位方向S和待分析建筑面法线方向N转化为向量，如图4所示，那么该面在某个时刻下的太阳辐射量就等于太阳直接辐射量乘以S和N的点积。
步骤4：通过射线碰撞计算遮挡系数k。
首先步骤3确定太阳光方向，然后比较太阳方向向量与建筑面法线向量的角度，如果面的法线向量和太阳方向之间的夹角等于或超过90度，则太阳光线无法直射到该面，遮挡系数为0，直接辐射量为0。如果建筑面与太阳光线存在直接辐射的部分，则进行遮挡检测，具体做法是从建筑分割面的任意一个交点，例如uv(0,0)，沿着太阳方向发射一条无限长的射线，通过这条射线是否与其他模型产生碰撞来判断这个点在这个太阳方向下是否存在遮挡问题，如果与这条射线相交的元素只有建筑面本身所在的元素，那么认为当前时候该点没有遮挡，直射区个数加1，反之则存在遮挡，这个时刻该点的直接辐射量为零。
步骤5：计算辐射数据。
通过步骤4确定了存在遮挡任意面的遮挡系数，然后结合某建筑面计算所接收的辐射量，遍历建筑物上的每个分析面，然后确定单个分析面的遮挡系数、面积及该面上的有限分割数量，最后求和。
Figure BDA0003621908560000061
参见图5，为本发明实施例：
步骤1：在Revit软件中构建建筑信息模型，模型参数设置为地理位置：陕西西安，经度为108.94度，纬度为34.34度，海拔高度为400米；模拟时间：2021年6月17日。分别对模型中的建筑外表面进行辐射计算，为了明确计算结果，对所有需要计算的建筑面进行标序，如图5所示。
步骤2：对步骤1中建立的建筑信息模型结合图1中的算法进行辐射计算，最终计算出所有需要分析的建筑面所接收的辐射数据，结果如图6所示。

Claims (8)

1.一种基于建筑遮挡的日照辐射计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，对待分析建筑面构建坐标系，然后进行有限分割；
S2，通过太阳方位角和太阳仰角来表示太阳对于建筑面的具体位置，然后结合各个时刻的时角计算任意面的太阳辐射量；
S3，根据太阳方位角和太阳仰角计算太阳方向向量；
S4，根据太阳方向向量，通过射线碰撞计算遮挡系数；
S5，结合遮挡系数，遍历建筑面计算所接收的辐射量，确定最终辐射数据。
2.根据权利要求1所述的一种基于建筑遮挡的日照辐射计算方法，其特征在于，S1中，进行有限分割的具体方法如下：
沿着坐标系的U轴和V轴方向将建筑面分割为M份，取分割线的交点为实际计算的点，同时获得分割面的法向量。
3.根据权利要求1所述的一种基于建筑遮挡的日照辐射计算方法，其特征在于，S2中，S2的具体方法如下：
确定一天的日照时间以及日出时间和日落时间；
地方时间转换为太阳相对地球在天空中移动的角度，并确定太阳方位角和太阳仰角。
4.根据权利要求3所述的一种基于建筑遮挡的日照辐射计算方法，其特征在于，日出时间的计算方法如下：
Figure FDA0003621908550000011
日落时间的计算方法如下：
Figure FDA0003621908550000012
其中，
Figure FDA0003621908550000013
为观测点的经度，δ为太阳赤纬角。
5.根据权利要求3所述的一种基于建筑遮挡的日照辐射计算方法，其特征在于，太阳相对地球在天空中移动的角度为：
Figure FDA0003621908550000021
其中，T为观测时间，
Figure FDA0003621908550000022
为观测点的经度，
Figure FDA0003621908550000023
为观测点所在时间的经度，e为时差；
太阳方位角的计算方法如下：
Figure FDA0003621908550000024
太阳仰角的计算方法如下：
Figure FDA0003621908550000025
其中，δ为太阳赤纬角，ω为时角。
6.根据权利要求1所述的一种基于建筑遮挡的日照辐射计算方法，其特征在于，S3中的具体方法如下：
以建筑表面为水平面建立一个三维坐标系，然后沿Y轴创建一个指向北向的单位向量a，将单位向量a绕Z轴旋转一个方位角得到单位向量b，再将单位向量b绕Z轴旋转90度后得到单位向量c，最后单位向量b沿单位向量c轴旋转一个仰角大小，从而得到太阳方向的方向向量s。
7.根据权利要求1所述的一种基于建筑遮挡的日照辐射计算方法，其特征在于，S4中，计算遮挡系数的方法如下：
比较太阳方向向量与建筑面法线向量的角度；
如果建筑面法线向量和太阳方向向量之间的夹角大于等于90度，则太阳光线无法直射到该面，遮挡系数为0，直接辐射量为0；
如果建筑面与太阳光线存在直接辐射的部分，则进行遮挡检测，检测方法如下：
从建筑分割面的任意一个交点沿着太阳方向发射一条无限长的射线，如果与这条射线相交的元素只有建筑面本身所在的元素，那么认为当前时候该点没有遮挡，反之则存在遮挡。
8.根据权利要求1所述的一种基于建筑遮挡的日照辐射计算方法，其特征在于，S5的具体方法如下：
遍历建筑物上的每个分析面，然后确定单个分析面的遮挡系数、面积及该面上的有限分割数量，最后求和得到最终辐射数据，计算方法如下：
Figure FDA0003621908550000031
其中，K为遮挡系数，S为太阳方位方向，M为有限分割数量。
CN202210461559.9A 2022-04-28 2022-04-28 一种基于建筑遮挡的日照辐射计算方法 Pending CN114912171A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210461559.9A CN114912171A (zh) 2022-04-28 2022-04-28 一种基于建筑遮挡的日照辐射计算方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210461559.9A CN114912171A (zh) 2022-04-28 2022-04-28 一种基于建筑遮挡的日照辐射计算方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN114912171A true CN114912171A (zh) 2022-08-16

Family

ID=82764984

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210461559.9A Pending CN114912171A (zh) 2022-04-28 2022-04-28 一种基于建筑遮挡的日照辐射计算方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114912171A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115237168A (zh) * 2022-09-21 2022-10-25 浙江大学 一种基于反向光线追踪的光伏板传动角度控制方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105116470A (zh) * 2015-06-29 2015-12-02 华北水利水电大学 基于地物tin模型的日照时数计算
CN108415103A (zh) * 2018-01-15 2018-08-17 马步真 一种建筑日照测试仪的建立及其使用方法
CN110390715A (zh) * 2019-09-11 2019-10-29 桂林理工大学 一种同时检测建筑物屋顶、建筑物墙体及地面阴影的方法
CN111597733A (zh) * 2020-06-03 2020-08-28 清华大学 一种计算空间结构中的各种构件的太阳辐射量的方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105116470A (zh) * 2015-06-29 2015-12-02 华北水利水电大学 基于地物tin模型的日照时数计算
CN108415103A (zh) * 2018-01-15 2018-08-17 马步真 一种建筑日照测试仪的建立及其使用方法
CN110390715A (zh) * 2019-09-11 2019-10-29 桂林理工大学 一种同时检测建筑物屋顶、建筑物墙体及地面阴影的方法
CN111597733A (zh) * 2020-06-03 2020-08-28 清华大学 一种计算空间结构中的各种构件的太阳辐射量的方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115237168A (zh) * 2022-09-21 2022-10-25 浙江大学 一种基于反向光线追踪的光伏板传动角度控制方法
CN115237168B (zh) * 2022-09-21 2023-01-13 浙江大学 一种基于反向光线追踪的光伏板传动角度控制方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN114912370B (zh) 一种建筑物光伏潜力分析可用面积计算方法
CN105203023A (zh) 一种车载三维激光扫描系统安置参数的一站式标定方法
Dorman et al. shadow: R Package for Geometric Shadow Calculations in an Urban Environment.
Alam et al. Shadow effect on photovoltaic potentiality analysis using 3D city models
CN102496181A (zh) 面向规模化生产的真正射影像制作方法
CN106780586B (zh) 一种基于地面激光点云的太阳能潜力评估方法
CN109146990B (zh) 一种建筑轮廓的计算方法
CN111398918A (zh) 一种复杂山地环境下的雷达探测能力分析方法
CN111597733A (zh) 一种计算空间结构中的各种构件的太阳辐射量的方法
CN109255837A (zh) 一种用于激光雷达点云数据处理的高效b样条曲面的构造方法
CN114912171A (zh) 一种基于建筑遮挡的日照辐射计算方法
CN103743488B (zh) 遥感卫星地球临边背景特性的红外成像仿真方法
CN105116470A (zh) 基于地物tin模型的日照时数计算
CN105911614B (zh) 一种基于数据缓存的日照时数计算方法
US11361502B2 (en) Methods and systems for obtaining aerial imagery for use in geospatial surveying
CN117272615A (zh) 一种基于流场速度矢量象限角的海洋涡旋识别方法
CN111197986A (zh) 一种无人机三维路径实时预警避障方法
CN116187807A (zh) 光伏发电量评估方法、装置、计算机设备、介质和产品
CN115166702A (zh) 一种基于高精度定位信息的激光雷达到车体坐标系的自动标定方法及装置
CN115689021A (zh) 用于预测光伏电站功率的方法、装置、存储介质及处理器
CN111914396B (zh) 基于高分辨率dem数据的次网格地形三维地表太阳辐射强迫效应快速参数化方法
CN114238842A (zh) 一种建筑接收太阳辐射能的计算方法和系统
Braun A Scalable Approach for Spatio-Temporal Assessment of Photovoltaic Electricity Potentials for Building Facades of Entire Cities
CN111366921A (zh) 基于距离加权融合的双站雷达交叉定位方法、系统及介质
CN116049946B (zh) 基于三维模型的建筑群朝向模拟方法、系统和存储介质

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