JP2009075885A - Method and system for simulating heat transfer - Google Patents

Method and system for simulating heat transfer Download PDF

Info

Publication number
JP2009075885A
JP2009075885A JP2007244411A JP2007244411A JP2009075885A JP 2009075885 A JP2009075885 A JP 2009075885A JP 2007244411 A JP2007244411 A JP 2007244411A JP 2007244411 A JP2007244411 A JP 2007244411A JP 2009075885 A JP2009075885 A JP 2009075885A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
data
input
image data
heat transfer
satellite
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.)
Withdrawn
Application number
JP2007244411A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Tomoaki Takeuchi
友章 竹内
Yasuaki Yano
康明 矢野
Hidenobu Nakai
秀信 中井
Tomohiro Mizutani
知裕 水谷
Yoichi Hashimoto
洋一 橋本
Kenichi Itamiya
憲一 板宮
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.)
ISM Corp
Tokyo Electric Power Co Holdings Inc
Original Assignee
Tokyo Electric Power Co Inc
ISM Corp
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 Tokyo Electric Power Co Inc, ISM Corp filed Critical Tokyo Electric Power Co Inc
Priority to JP2007244411A priority Critical patent/JP2009075885A/en
Publication of JP2009075885A publication Critical patent/JP2009075885A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Management, Administration, Business Operations System, And Electronic Commerce (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To easily and accurately simulate the transfer of heat due to wind. <P>SOLUTION: Digital image data acquired by imaging a partial region on the earth from a communication satellite are input, and the surface temperature distribution data of the partial region are input, and the three-dimensional data of a building included in the partial region are created by using the digital image data, and wind amount and wind direction at the position of the building are designated, and the transfer of heat due to the wind amount and wind direction designated in the designation step in the periphery of the three-dimensional data is simulated by using the input surface temperature distribution data as boundary conditions. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、熱の移動をシミュレーションする技術に関する。   The present invention relates to a technique for simulating heat transfer.

近年では、地球温暖化を原因とするヒートアイランド現象がますます問題となってきている。このことは、東京近郊の高温域分布の推移(図7、環境省提供)を見れば一目瞭然である。気温が30度を越えた延べ時間が400時間近い範囲は、1981年(左側)に比べ、1999年(右側)では圧倒的に大きくなっている。また、例えば、1930年と比較すると、東京では、自然的被覆(河川や樹木・草木)は、43.6%減少し、舗装面積は11倍に増加、建築面積は3.2倍に増加し、その結果、平均気温は約2℃上昇している。   In recent years, the heat island phenomenon caused by global warming has become increasingly problematic. This can be seen at a glance by looking at the transition of the distribution of high-temperature areas near Tokyo (Fig. 7, provided by the Ministry of the Environment). The range in which the total temperature exceeds 30 degrees and close to 400 hours is overwhelmingly larger in 1999 (right side) than in 1981 (left side). For example, compared with 1930, natural coverage (rivers, trees and vegetation) in Tokyo decreased by 43.6%, pavement area increased 11 times, and building area increased 3.2 times. As a result, the average temperature has increased by about 2 ° C.

このような状況下で少しでも快適に暮らすため、様々な提案が講じられているが、特に、公園や河川などの周囲に溜まったの冷気を風に乗せて居住地域に流すことがエネルギー効率上有効だと考えられている。最小のエネルギーで最大の心地よさを得るため、つまり、クーラーに頼らず夏涼しく暮らすために、自然に発生した冷気が風に乗って居住地域に流れるような街づくり、特に環境共生型団地の実現が重要視されている。   Various proposals have been made in order to live a little comfortably under such circumstances, but in particular, it is more energy efficient to let the cool air that has accumulated around parks, rivers, etc., flow into the residential area by wind. It is considered effective. In order to obtain maximum comfort with minimum energy, that is, to live cool in the summer without relying on a cooler, the creation of a city where naturally generated cold air flows in the residential area by riding the wind, especially the realization of an environmentally symbiotic housing complex Is emphasized.

特開2007−104972号公報JP 2007-104972 A

しかしながら、従来の対策では、実際の建物の大きさや形状、配置、樹木の量と配置、風量と風向といった要素と、その建物内部及びその周辺における熱移動について明確な分析が行なわれていなかった。   However, in the conventional measures, there has been no clear analysis on the actual size and shape of the building, the arrangement, the amount and arrangement of trees, the air volume and the wind direction, and the heat transfer in and around the building.

本発明は、風の影響や、周辺環境の影響を踏まえた上での、熱移動を解析することを目的とする。   An object of this invention is to analyze the heat transfer in consideration of the influence of a wind and the influence of surrounding environment.

上記目的を達成するため、本発明に係る方法は、
地球上の一部地域を通信衛星から撮像したデジタル画像データを入力する第1入力工程と、
前記一部地域の表面温度分布データを入力する第2入力工程と、
前記デジタル画像データを用いて、前記一部地域に含まれる建物の三次元データを生成する生成工程と、
前記建物の位置における風量及び風向を指定する指定工程と、
前記第2入力工程で入力した表面温度分布データを境界条件として、前記三次元データの周囲における、前記指定工程で指定した風量及び風向による熱の移動をシミュレートし、表示する表示工程と、
を含むことを特徴とする。
In order to achieve the above object, the method according to the present invention comprises:
A first input step of inputting digital image data obtained by imaging a part of the earth from a communication satellite;
A second input step for inputting surface temperature distribution data of the partial area;
Using the digital image data, a generating step for generating three-dimensional data of buildings included in the partial area;
A designation step for designating an air volume and a wind direction at the position of the building;
A display step of simulating and displaying the movement of heat by the air volume and the wind direction specified in the specifying step around the three-dimensional data, using the surface temperature distribution data input in the second input step as a boundary condition;
It is characterized by including.

上記目的を達成するため、本発明に係るシステムは、
地球上の一部地域を通信衛星から撮像したデジタル画像データを入力する第1入力手段と、
前記一部地域の表面温度分布データを入力する第2入力手段と、
前記デジタル画像データを用いて、前記一部地域に含まれる建物の三次元データを生成する生成手段と、
前記建物の位置における風量及び風向を指定する指定手段と、
前記第2入力手段で入力した表面温度分布データを境界条件として、前記三次元データの周囲における、前記指定手段で指定した風量及び風向による熱の移動をシミュレートし、三次元表示する表示手段と、
を含むことを特徴とする。
In order to achieve the above object, a system according to the present invention provides:
First input means for inputting digital image data obtained by imaging a part of the earth from a communication satellite;
Second input means for inputting surface temperature distribution data of the partial area;
Generating means for generating three-dimensional data of a building included in the partial area using the digital image data;
A designation means for designating an air volume and a wind direction at the position of the building;
Display means for simulating the movement of heat by the air volume and the wind direction designated by the designation means around the three-dimensional data, using the surface temperature distribution data inputted by the second input means as a boundary condition, and displaying in three dimensions ,
It is characterized by including.

本発明によれば、容易かつ正確に、風による熱の移動をシミュレーションすることができる。   According to the present invention, heat transfer due to wind can be simulated easily and accurately.

以下に、図面を参照して、この発明の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。ただし、この実施の形態に記載されている構成要素の相対配置、表示画面等は、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。   Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. However, the relative arrangement of components, the display screen, and the like described in this embodiment are not intended to limit the scope of the present invention only to those unless otherwise specified.

<システム構成>
本発明に係る方法を実現するシステムについて説明する。図1は、熱移動シミュレーションシステムの概略構成を示す図である。熱移動シミュレーションシステム100は、汎用コンピュータにOS(基本ソフトウェア)及びいくつかのアプリケーションプログラムをインストールすることにより構成されるシステムである。
<System configuration>
A system for realizing the method according to the present invention will be described. FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a heat transfer simulation system. The heat transfer simulation system 100 is a system configured by installing an OS (basic software) and several application programs on a general-purpose computer.

本システム100は、図1に示すとおり、CPU(中央処理装置)101、ROM(リードオンリメモリ)102、RAM(ランダムアクセスメモリ)103、HD(ハードディスク)104、及びI/O(入出力インタフェース)105を備えたコンピュータ本体にマウスやキーボードといった入力デバイス106、及びディスプレイ107が接続された構成となっている。   As shown in FIG. 1, the system 100 includes a CPU (central processing unit) 101, a ROM (read only memory) 102, a RAM (random access memory) 103, an HD (hard disk) 104, and an I / O (input / output interface). An input device 106 such as a mouse and a keyboard and a display 107 are connected to a computer main body having 105.

CPU101は、本システム110の全体を制御する演算・制御用のプロセッサである。ROM102は、CPU101で実行するプログラムや固定値等を格納する不揮発性メモリである。RAM103は、データやプログラムを一時的に記憶するための揮発性メモリであり、HD(ハードディスク)104は、本システム100で実行するOS及び各種のアプリケーションプログラムを格納した記憶媒体である。入出力インタフェース(I/O)105は、コンピュータ本体とその周辺装置との間で画像データを入出力するためのインタフェースであり、CPU101はこのI/Oを介して、入力デバイス106や、ディスプレイ107との間でのデータのやり取りを行う。   The CPU 101 is an arithmetic / control processor that controls the entire system 110. The ROM 102 is a non-volatile memory that stores programs executed by the CPU 101, fixed values, and the like. A RAM 103 is a volatile memory for temporarily storing data and programs, and an HD (hard disk) 104 is a storage medium that stores an OS executed by the system 100 and various application programs. An input / output interface (I / O) 105 is an interface for inputting / outputting image data between the computer main body and its peripheral devices, and the CPU 101 receives an input device 106 and a display 107 via the I / O. Exchange data with.

本システム100において、RAM103は熱移動シミュレーション処理に際し、CPU101で実行するシミュレーションプログラムを一時的に格納するプログラム実行領域103aの他、衛生画像データ格納領域103b、タイポイントデータ格納領域103c、GCP(グラウンドコントロールポイント)データ格納領域103d、デジタル標高データ格納領域103e及び表面温度データ格納領域103f、風向・風量データ格納領域103gなどを備える。   In the present system 100, the RAM 103 performs a heat transfer simulation process in addition to a program execution area 103a for temporarily storing a simulation program executed by the CPU 101, a sanitary image data storage area 103b, a tie point data storage area 103c, a GCP (ground control). Point) A data storage area 103d, a digital elevation data storage area 103e, a surface temperature data storage area 103f, a wind direction / air volume data storage area 103g, and the like are provided.

ここで、タイポイントデータとは、複数の衛星画像データの対応点を示すデータである。GCPデータとは、絶対座標(緯度、経度、標高)が既知であって、画像データにおいてもその画像位置を特定できる目標物(地上基準点)のデータであり、絶対座標データ及び衛星画像内の位置データが含まれる。また、デジタル標高データとは、洪水ハザードマップを作成する際に必要となる、メッシュ毎のデジタル標高データである。   Here, the tie point data is data indicating corresponding points of a plurality of satellite image data. GCP data is data of a target (ground reference point) whose absolute coordinates (latitude, longitude, altitude) are known and whose image position can be specified also in image data. Location data is included. The digital elevation data is digital elevation data for each mesh that is necessary when creating a flood hazard map.

また、本システム100において、HD104には、三次元データ生成モジュール104a、及び熱移動シミュレーションモジュール104bの他、RAM103に展開する各種データ(衛星画像データなど)が記憶されている。   In the system 100, the HD 104 stores various data (satellite image data and the like) developed in the RAM 103 in addition to the three-dimensional data generation module 104a and the heat transfer simulation module 104b.

<熱移動シミュレーションの流れ>
次に、本システムによって実現する熱移動シミュレーションの流れについて図2を用いて説明する。
<Flow of heat transfer simulation>
Next, the flow of the heat transfer simulation realized by this system will be described with reference to FIG.

まず、ステップS201において、衛星画像(ステレオペア画像)からDEM(Digital Elevation Model)とDSM(digitalStructure Model)を算出し、建物や植物などの3Dポリゴンを生成する。   First, in step S201, DEM (Digital Elevation Model) and DSM (digital Structure Model) are calculated from the satellite image (stereo pair image), and 3D polygons such as buildings and plants are generated.

次に、ステップS202において、NDVI(Normalized Difference Vegetation Index,正規化植生指標)を利用して、土地利用分類図を生成する。NDVIは、世界中で最も広く用いられている植生指標であり、以下の式を用いて導くことができる。   Next, in step S202, a land use classification map is generated using NDVI (Normalized Difference Vegetation Index). NDVI is the most widely used vegetation index in the world and can be derived using the following formula.

NDVI=(NIR‐RED)/(NIR+RED)
ここで、NIRは近赤外域、REDは可視域の赤の反射率である。植物は、赤の反射率が低く、近赤外域の反射率は高くなる。植物量が多い時や健全な植物では、この近赤外域と赤の反射率の差が大きくなる。NDVI(0から255までの整数値)は、これを利用した正規化指標である。つまり、NDVIの判定により、人工構造物なのか、或いは植生分布なのか、正確に判断できる。
NDVI = (NIR-RED) / (NIR + RED)
Here, NIR is the near infrared region, and RED is the red reflectance in the visible region. Plants have low red reflectance and high near-infrared reflectance. When the amount of plants is large or healthy, the difference in reflectance between the near infrared region and red increases. NDVI (an integer value from 0 to 255) is a normalization index using this. That is, it is possible to accurately determine whether the structure is an artificial structure or a vegetation distribution based on the determination of NDVI.

具体的には、CPU101がNDVIの値を求め、季節や場所に応じて予め定められた閾値と比較して、例えば4乃至6つの分類にわけ、土地利用分類図(いわゆる教師付き土地利用判読分類データ)を作成する。   Specifically, the CPU 101 obtains the value of NDVI and compares it with a predetermined threshold according to the season and place, for example, divided into 4 to 6 classifications, and the land use classification map (the so-called supervised land use interpretation classification). Data).

更にステップS203において、衛星画像データから表面温度分布を生成する。このとき、熱移動シミュレーション計算の境界条件に対応させるため、詳細メッシュ(例えば3m×3m)のものを求める。このとき、土地利用分類で人工構造物と判定されているのに、何らかの一時的な原因で低温となって、樹木などのクールスポットとして分類された部分を、クールスポットではない通常の建造物として分類し直す。このようなクールスポットと誤判定された建物を含む領域(特別な理由で温度分布が回りより低い)に対して、その領域を取り巻く周辺の平均温度分布を与えて修正したうえで、全域のシミュレーションを同時に行う。   In step S203, a surface temperature distribution is generated from the satellite image data. At this time, a detailed mesh (for example, 3 m × 3 m) is obtained in order to correspond to the boundary condition of the heat transfer simulation calculation. At this time, although it is determined to be an artificial structure in the land use classification, the part classified as a cool spot, such as a tree, becomes cold due to some temporary cause, as a normal building that is not a cool spot Reclassify. For an area that includes a building that has been erroneously determined as a cool spot (the temperature distribution is lower than that for a special reason), correct it by giving an average temperature distribution around the area, and then simulate the entire area. At the same time.

別な表現をすれば、クールスポットの条件は、周りより十分表面温度が低い分布であって、NDVI判定の土地利用分類では樹木である、という2つの条件を満たす必要がある。   In other words, the condition of the cool spot needs to satisfy two conditions that the surface temperature is a distribution sufficiently lower than the surroundings and that the land use classification of the NDVI determination is a tree.

次に、ステップS204においては、気象データから、風向き及び風速を算出する。ステップS205において、ステップS201で生成した3Dポリゴンの表面における、ステップS203の表面温度を境界条件として、その表面の熱がステップS204で得た風によってどのように移動するかをシミュレーションし、結果を画像表示する。図3(a)は、斜め上方から見た建物(団地)周りの熱の分布表示の例を示しており、砂のように示されている黒い点は、風の流れを表わすトレーサーである。この図では画面の右から左に3.2mの南風が吹いたときの表面温度分布の移動を示している。実際には、静止画ではなく動画で表示することにより、より明確に熱の移動を把握することができる。図3(b)は、横方向から見た建物周りの熱の分布を示して表示表示の例を示している。図3(b)を見れば、川や緑地にある冷気(青い部分)が、風の向きや風速に応じて、建物の上を流れて、団地付近に降りる様子が分かる。   Next, in step S204, a wind direction and a wind speed are calculated from weather data. In step S205, the surface temperature of step S203 on the surface of the 3D polygon generated in step S201 is used as a boundary condition to simulate how the surface heat is moved by the wind obtained in step S204, and the result is imaged. indicate. FIG. 3A shows an example of heat distribution display around a building (housing complex) as viewed obliquely from above, and the black dots shown like sand are tracers representing the flow of wind. This figure shows the movement of the surface temperature distribution when a south wind of 3.2 m blows from the right to the left of the screen. Actually, it is possible to grasp the movement of heat more clearly by displaying it as a moving image instead of a still image. FIG. 3B shows an example of display display showing the heat distribution around the building as viewed from the side. If FIG.3 (b) is looked at, the cold air (blue part) in a river or a green field will see a mode that it flows on the building according to the direction and speed of a wind, and descends to the neighborhood of a housing complex.

流体の運動方程式には、非定常非圧縮Navier-Stokes方程式を用いる。これに質量保存則、圧力のポアソン方程式を組み合わせ、支配方程式とする。これらの方程式の離散化には、多方向差分法を採用する。非線形項には3次精度風上差分を、非線形項以外の空間微分項には2次精度中心差分を用いる。   The unsteady incompressible Navier-Stokes equation is used as the fluid equation of motion. This is combined with the law of conservation of mass and Poisson's equation of pressure to make the governing equation. For discretization of these equations, a multi-directional difference method is adopted. Third-order upwind differences are used for nonlinear terms, and second-order accuracy center differences are used for spatial differential terms other than nonlinear terms.

Navier-Stokes方程式の時間積分には,Crank-Nicolson2次精度陰解法を用いる。これらの方程式は,各時間ステップでSOR法,Multi-grid法を用いて解く。圧力はポアソン方程式を解くことにより求め、Multi-grid法の採用により高速・高精度化を実現している。
支配方程式は,連続の式,3次元非圧縮性Navier-Stokes方程式を用いている。
Crank-Nicolson quadratic precision implicit method is used for time integration of Navier-Stokes equations. These equations are solved using the SOR method and Multi-grid method at each time step. The pressure is obtained by solving the Poisson equation, and high speed and high accuracy are realized by adopting the Multi-grid method.
The governing equation is a continuity equation and a three-dimensional incompressible Navier-Stokes equation.

以下に記号について説明する(単位系は統一する必要がある)。
u 速度ベクトル
T 温度[K]
T0 基準温度[K]
t 時間
p(上にバー) 圧力、但し、次の関係がある。
p0 ある基準圧力
ρ0 p0に対応するある基準密度
p’ p0からの圧力の変動分

ν 流体の動粘性率
β 体膨張率
ΔT 温度差[K]
K 外力ベクトル
g 重力加速度
α 温度伝播率(熱拡散率)
Q 単位体積当たりの発熱量
ρ 密度
Cp 定圧比熱
k 熱伝導率
The symbols are explained below (unit system must be unified).
u velocity vector
T temperature [K]
T 0 Reference temperature [K]
t hours
p (upper bar) Pressure, but the following relationship.
p 0 a reference density corresponding to a reference pressure ρ 0 p 0
Pressure fluctuation from p 'p 0

ν Kinematic viscosity β Fluid expansion coefficient ΔT Temperature difference [K]
K external force vector
g Gravity acceleration α Temperature propagation rate (thermal diffusivity)
Q Calorific value ρ density per unit volume
Cp specific heat
k Thermal conductivity

尚、NagareはNavier-Stokes方程式を物理的に正しく解くことを主眼として開発されており、計算時に設定するパラメータは物理的なもののみである。計算格子には直交等間隔格子を採用している。直交等間隔格子を用いることにより、流れ場の設定が非常に容易になり、また、計算領域全体で格子点の分布が一様であるため、格子による局所的な数値的な拡散の影響が少ない。   Nagare has been developed mainly to solve the Navier-Stokes equation correctly and physically, and only the physical parameters are set at the time of calculation. An orthogonal equidistant grid is adopted as the calculation grid. By using orthogonal equidistant grids, the flow field can be set very easily, and the distribution of grid points is uniform throughout the calculation area, so there is little influence of local numerical diffusion due to the grid. .

可視化には流体可視化ソフトウェアClef3Dを用いる。Nagareにて解析した各格子点にて算出された時間毎に変化する物理量(X,Y,Z方向の速度,圧力,密度,温度,渦度)を可視化する。解析結果の可視化は現象を観察する上で非常に有効な手段である。   For visualization, fluid visualization software Clef3D is used. Visualize physical quantities (velocity, pressure, density, temperature, vorticity in the X, Y, and Z directions) calculated at each lattice point analyzed by Nagare. Visualization of analysis results is a very effective means for observing phenomena.

<デジタル標高データの抽出処理>
次に、図4のフローチャートを用いて、ステップS201でのデジタル標高データの抽出処理について説明する。まず、ステップS301において、衛星画像データを入力する。ステップS301で入力される衛星画像データは、例えばQuickBird衛星によってリモートセンシングされた画像データであり、放射補正、およびセンサ補正がなされたものである。ここで、放射補正とは、センサ素子間の相対放射反応、非反応検知センサ素子の補填、および絶対放射測定に対する補正である。またセンサ補正とは、センサ内部構造、光学ひずみ、走査ひずみなどを考慮した補正である。
<Digital elevation data extraction process>
Next, the digital elevation data extraction process in step S201 will be described with reference to the flowchart of FIG. First, in step S301, satellite image data is input. The satellite image data input in step S301 is, for example, image data remotely sensed by the QuickBird satellite, and has been subjected to radiation correction and sensor correction. Here, the radiation correction is a correction for relative radiation reaction between sensor elements, compensation for non-reactive detection sensor elements, and absolute radiation measurement. The sensor correction is correction in consideration of the sensor internal structure, optical distortion, scanning distortion, and the like.

衛星によるリモートセンシングの様子を図5に示す。QuickBird衛星などの撮像衛星は、衛星軌道401上を矢印方向に秒速約8kmの速度で移動しながら、ラインセンサにより地表面402をリモートセンシングする。衛星に搭載されたラインセンサは、地表面402から受信した電磁波をイメージプレーン403に投影してデジタルデータとして保存する。そしてこのデジタルデータに対し、放射補正及びセンサ補正を行ったものがステップS301で入力される。QuickBird衛星の場合、リモートセンシングされた画像データの空間分解能は約61cm(直下点) から72cm(25度オフナディア角)であり、一度に約16.5km四方の地表面の画像を取込むことができる。   The state of remote sensing by satellite is shown in FIG. An imaging satellite such as a QuickBird satellite remotely senses the ground surface 402 with a line sensor while moving on the satellite orbit 401 in the direction of the arrow at a speed of about 8 km / s. The line sensor mounted on the satellite projects the electromagnetic wave received from the ground surface 402 onto the image plane 403 and stores it as digital data. The digital data subjected to radiation correction and sensor correction is input in step S301. In the case of the QuickBird satellite, the spatial resolution of the remotely sensed image data is about 61 cm (directly below) to 72 cm (25 degrees off nadir angle), and it is possible to capture an image of the ground surface about 16.5 km square at a time. it can.

ステップS301では、このようにリモートセンシングされた画像データが、少なくとも2種類用意される。それらは、異なる位置にある衛星のセンサ、又は、一つの衛星に設けられた異なるセンサから同じ地域をリモートセンシングすることにより得られた画像データである。その関係を図6に示す。501及び502が衛星の軌道であり、503が地表面である。504が撮像対象領域である。QuickBird衛星を用いる場合には、1つの衛星で異なる軌道上から同じ地域を撮像することが可能であるが、それぞれ異なる衛星から同じ地域を撮像してもよい。なお、QuickBird衛星は南北に周回する衛星であるから、その軌道は東西にずれたものとなる。また、QuickBird衛星などの商用衛星では、衛星が1つの軌道を北から南に移動する間にセンサの向きを変更し同一の領域をほぼ同時に2方向から撮像しステレオペア画像を取得する機能がある。この機能を利用した場合には、図6の501及び502は、同一の軌道上の異なる時間の衛星位置を示すことになる。   In step S301, at least two types of image data thus remotely sensed are prepared. They are image data obtained by remotely sensing the same area from sensors of satellites at different positions or from different sensors provided on one satellite. The relationship is shown in FIG. Reference numerals 501 and 502 denote satellite orbits, and reference numeral 503 denotes the ground surface. Reference numeral 504 denotes an imaging target area. When using the QuickBird satellite, it is possible to image the same area from different orbits with one satellite, but the same area may be captured from different satellites. The QuickBird satellite is a satellite that orbits from north to south, and its orbit is shifted from east to west. In addition, commercial satellites such as QuickBird satellites have a function of changing the direction of the sensor while the satellite moves from one north to the other and capturing images of the same region from two directions almost simultaneously to obtain a stereo pair image. . When this function is used, reference numerals 501 and 502 in FIG. 6 indicate satellite positions at different times on the same orbit.

なお、ステップS301では、画像データのみならず、画像サポートデータ(ISD)をも入力する。画像サポートデータには、少なくともその画像を撮像した衛星の位置及び時刻の情報が含まれている。画像サポートデータとしては、例えば、姿勢データ(最初のデータ点の時刻、点数、点間隔と姿勢情報)、衛星軌道暦データ(最初のデータ点の時刻、点数、点間隔と衛星軌道情報)、幾何補正データ(衛星のセンサおよび光学系をモデル化した仮想カメラモデルの写真測量用のパラメータ:焦点距離、中心軸座標など)、画像メタデータ(製品のレベル、画像4隅の座標値(緯度、経度)、地図投影法の情報を含む画像製品などの主要な属性と、画像取得時刻)、RPC(RAPID POSITIONING CAPABILITY EXTENSION FORMAT)データ(空間の4隅の座標値と画像の4隅の座標値とを数学的に対応させるデータ)が挙げられる。   In step S301, not only image data but also image support data (ISD) is input. The image support data includes at least information on the position and time of the satellite that captured the image. Image support data includes, for example, attitude data (first data point time, points, point interval and attitude information), satellite orbital calendar data (first data point time, points, point interval and satellite orbit information), geometric Correction data (parameters for photogrammetry of a virtual camera model that models satellite sensors and optical systems: focal length, central axis coordinates, etc.), image metadata (product level, coordinate values of four corners of the image (latitude, longitude) ), Main attributes such as image products including map projection information, image acquisition time), RPC (RAPID POSITIONING CAPABILITY EXTENSION FORMAT) data (coordinate values of four corners of space and coordinate values of four corners of image) Mathematical data).

ステップS301で入力する衛星画像データは、センサ補正がなされているので、衛星・センサの機構が起因する歪みは補正されているが、センサの移動や地球の自転による歪みが含まれている。そこで、ステップS302において、そのような歪みを補正する。この補正を狭義の幾何補正と称する。ステップS302では、更に、衛星センサの焦点距離や視野角などの幾何学特性パラメータを用いて、ピクセル座標から衛星座標への変換係数を幾何学的に決定する。   Since the satellite image data input in step S301 has been subjected to sensor correction, distortion caused by the mechanism of the satellite / sensor is corrected, but distortion due to movement of the sensor and rotation of the earth is included. Therefore, in step S302, such distortion is corrected. This correction is referred to as geometric correction in a narrow sense. In step S302, the conversion coefficient from the pixel coordinates to the satellite coordinates is further determined geometrically using geometric characteristic parameters such as the focal length and viewing angle of the satellite sensor.

次に、ステップS303において、GCPの設定を行い、ステップS304において、空中三角測量を行う。GCPには、三角点、水準点、もしくは、測量により得られた地点の座標、標高などが用いられる。日本国内の場合、25000分1の地形図が容易に入手できるので、交差点などの緯度経度、およびおよその標高を読み取りその値をGCPとして用いることができる。   Next, GCP is set in step S303, and aerial triangulation is performed in step S304. For the GCP, a triangular point, a reference point, or coordinates of points obtained by surveying, altitude, or the like is used. In Japan, since a topographic map of 1/5000 is easily available, latitude and longitude such as an intersection and approximate altitude can be read and used as GCP.

空中三角測量とは、衛星のラインアレイセンサで撮像された平面画像上の座標と地上座標系との関係を、センサ中心と、画像上のGCPの座標と、地上におけるGCPの位置が一直線上にあるという、共線条件を用いて解析する測量をいう。   Aerial triangulation refers to the relationship between the coordinates on the planar image captured by the satellite line array sensor and the ground coordinate system. The sensor center, the GCP coordinates on the image, and the GCP position on the ground are in a straight line. A survey that is analyzed using collinear conditions.

ステップS301で入力した衛星画像データにおいて、対象物の画像の座標(x,y)が分かれば、経度Xと緯度Yと標高Zの関係を示す一次関係式が2つ求まることになる。   If the coordinates (x, y) of the image of the object are known in the satellite image data input in step S301, two primary relational expressions indicating the relationship between the longitude X, the latitude Y, and the altitude Z can be obtained.

次に、ステップS305において、タイポイントの設定及びステレオマッチングを行う。タイポイントとは、複数の衛星画像データにおいて同一の地上の対象物(交差点、特徴的な建造物など)を表した対応点である。ステレオマッチングとは、2つの衛星画像データにおいて、タイポイントの座標比較を行う処理である。   Next, in step S305, tie point setting and stereo matching are performed. A tie point is a corresponding point representing the same ground object (intersection, characteristic building, etc.) in a plurality of satellite image data. Stereo matching is a process of comparing the coordinates of tie points in two satellite image data.

タイポイントは、2枚の画像を見比べることによりオペレータが設定してもよいが、基本的には画像処理プログラムにより自動的に求められる。2枚の画像データからそれぞれ小さな窓領域(例えば7×7ピクセル程度)を抽出し、最も類似度の高い領域同士を探しだし、タイポイントとして定義することが可能である。このようにタイポイントを設定することにより、2つの画像データを対応付けることができる。   The tie point may be set by the operator by comparing two images, but is basically obtained automatically by an image processing program. It is possible to extract small window areas (for example, about 7 × 7 pixels) from the two pieces of image data, search for areas having the highest similarity, and define them as tie points. By setting tie points in this way, two image data can be associated with each other.

ステレオマッチングにより2つの画像データにおける同じタイポイントの座標が導き出されると、その位置のずれから標高を算出することができる。2つの衛星画像により、同一地域について、取得したステレオ画像間では、対応する地表物の位置は、基準標高からの差の分だけ位置ずれ(視差)を生じている。この位置ずれを計測することにより、逆に基準標高からの差、すなわち標高を求めることができる。   When the coordinates of the same tie point in the two image data are derived by stereo matching, the altitude can be calculated from the displacement of the position. Due to the two satellite images, the position of the corresponding ground object is displaced by the difference from the reference altitude (parallax) between the acquired stereo images for the same region. By measuring this displacement, the difference from the reference elevation, that is, the elevation can be obtained.

ステップS305において、検索された全てのタイポイントについて、緯度、経度及び標高を求めると、ステップS306に進む。   In step S305, when the latitude, longitude, and altitude are obtained for all the searched tie points, the process proceeds to step S306.

ステップS306では、最小二乗法などの逐次近似法を用いて、複数のタイポイント及びGCPの座標から、画像データ上の全ピクセルのデジタル標高データを求める。このとき、平均二乗誤差も求められるので、求められた標高値の精度評価を同時に行うことができる。   In step S306, digital elevation data of all pixels on the image data is obtained from a plurality of tie points and GCP coordinates using a successive approximation method such as a least square method. At this time, since the mean square error is also obtained, the accuracy evaluation of the obtained elevation value can be performed simultaneously.

次に、ステップS307において、ステップS306で抽出した正確なデジタル標高データを用いて、衛星画像データに対しオルソ幾何変換を施す。オルソ幾何変換とは、中心投影画像を平行投影画像に変換する処理である。このオルソ幾何変換を施されたデータが、熱移動シミュレーションのための市街地の三次元データとなる。   Next, in step S307, orthogeometric transformation is performed on the satellite image data using the accurate digital elevation data extracted in step S306. The ortho-geometric transformation is a process for converting the central projection image into a parallel projection image. The data subjected to the ortho-geometric transformation becomes the three-dimensional data of the urban area for the heat transfer simulation.

なお、ここでは、QuickBird衛星からのリモートセンシングについて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、軌道データなどが公表されておりその画像データからデジタル標高データを抽出可能なあらゆる衛星を用いることができる。   Here, remote sensing from the QuickBird satellite has been described, but the present invention is not limited to this. That is, orbit data and the like can be used, and any satellite capable of extracting digital elevation data from the image data can be used.

以上説明したように、衛星画像データからデジタル標高データを抽出すれば、容易且つ正確に所望の地域の三次元データ(建物だけでなく木や)を得ることができ、更に、その三次元データを用いることで、正確に、熱の分布及び移動をシミュレーションすることができる。   As described above, if digital elevation data is extracted from satellite image data, three-dimensional data (not only buildings but also trees) of a desired area can be obtained easily and accurately. By using, heat distribution and movement can be accurately simulated.

その結果、その熱移動シミュレーション結果に基づいて、ホットスポット対策として、駐車場を建物内に配して屋外のアスファルト面を縮小したり、既存樹木を活用したり、屋上緑化を実施したりすることができる。   As a result, based on the heat transfer simulation results, as a hot spot countermeasure, parking lots are arranged in the building to reduce the outdoor asphalt surface, utilize existing trees, and implement rooftop greening. Can do.

本発明の実施形態に係るシミュレーションシステムの概略構成を示す図である。It is a figure showing a schematic structure of a simulation system concerning an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係るシミュレーション処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the simulation process which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係るシミュレーション処理の結果を示す図である。It is a figure which shows the result of the simulation process which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係るデジタル標高データ抽出処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the digital elevation data extraction process which concerns on embodiment of this invention. 衛星によるリモートセンシングについて説明する図である。It is a figure explaining the remote sensing by a satellite. 異なる位置にあるセンサからの複数画像の撮像について説明する図である。It is a figure explaining imaging of a plurality of images from a sensor in a different position. 本発明の背景について説明するための図である。It is a figure for demonstrating the background of this invention.

Claims (3)

地球上の一部地域を通信衛星から撮像したデジタル画像データを入力する第1入力工程と、
前記一部地域の表面温度分布データを入力する第2入力工程と、
前記デジタル画像データを用いて、前記一部地域に含まれる建物の三次元データを生成する生成工程と、
前記建物の位置における風量及び風向を指定する指定工程と、
前記第2入力工程で入力した表面温度分布データを境界条件として、前記三次元データの周囲における、前記指定工程で指定した風量及び風向による熱の移動をシミュレートし、表示する表示工程と、
を含むことを特徴とする熱移動シミュレーション方法。
A first input step of inputting digital image data obtained by imaging a part of the earth from a communication satellite;
A second input step for inputting surface temperature distribution data of the partial area;
Using the digital image data, a generating step for generating three-dimensional data of buildings included in the partial area;
A designation step for designating an air volume and a wind direction at the position of the building;
A display step of simulating and displaying the movement of heat by the air volume and the wind direction specified in the specifying step around the three-dimensional data, using the surface temperature distribution data input in the second input step as a boundary condition;
A heat transfer simulation method comprising:
前記表示工程は、仮想的に求めた前記熱の移動を三次元表示することを特徴とする請求項1に記載の熱移動シミュレーション方法。   The heat transfer simulation method according to claim 1, wherein the display step displays the virtually calculated heat transfer in a three-dimensional manner. 地球上の一部地域を通信衛星から撮像したデジタル画像データを入力する第1入力手段と、
前記一部地域の表面温度分布データを入力する第2入力手段と、
前記デジタル画像データを用いて、前記一部地域に含まれる建物の三次元データを生成する生成手段と、
前記建物の位置における風量及び風向を指定する指定手段と、
前記第2入力手段で入力した表面温度分布データを境界条件として、前記三次元データの周囲における、前記指定手段で指定した風量及び風向による熱の移動をシミュレートし、三次元表示する表示手段と、
を含むことを特徴とする熱移動シミュレーションシステム。
First input means for inputting digital image data obtained by imaging a part of the earth from a communication satellite;
Second input means for inputting surface temperature distribution data of the partial area;
Generating means for generating three-dimensional data of a building included in the partial area using the digital image data;
A designation means for designating an air volume and a wind direction at the position of the building;
Display means for simulating the movement of heat by the air volume and the wind direction designated by the designation means around the three-dimensional data, using the surface temperature distribution data inputted by the second input means as a boundary condition, and displaying in three dimensions ,
A heat transfer simulation system comprising:
JP2007244411A 2007-09-20 2007-09-20 Method and system for simulating heat transfer Withdrawn JP2009075885A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007244411A JP2009075885A (en) 2007-09-20 2007-09-20 Method and system for simulating heat transfer

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007244411A JP2009075885A (en) 2007-09-20 2007-09-20 Method and system for simulating heat transfer

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2009075885A true JP2009075885A (en) 2009-04-09

Family

ID=40610785

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2007244411A Withdrawn JP2009075885A (en) 2007-09-20 2007-09-20 Method and system for simulating heat transfer

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2009075885A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107798170A (en) * 2017-09-25 2018-03-13 上海卫星工程研究所 The in-orbit information emulator method of satellite based on three-dimensional environment

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003141575A (en) * 2001-11-02 2003-05-16 Nec Toshiba Space System Kk Three-dimensional database generating system and method of generating three-dimensional database
JP2005030918A (en) * 2003-07-14 2005-02-03 Tepco Sysytems Corp Noise evaluating support system

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003141575A (en) * 2001-11-02 2003-05-16 Nec Toshiba Space System Kk Three-dimensional database generating system and method of generating three-dimensional database
JP2005030918A (en) * 2003-07-14 2005-02-03 Tepco Sysytems Corp Noise evaluating support system

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
CSNG200800221002; 村上 雅博: '都市環境と地理情報システム' GIS-理論と応用 Vol.3 No.2, 19950831, pp.19-25, 地理情報システム学会 *
JPN6012051606; 村上 雅博: '都市環境と地理情報システム' GIS-理論と応用 Vol.3 No.2, 19950831, pp.19-25, 地理情報システム学会 *
JPN6012051608; 小川 華奈: 'リモートセンシングデータとモデルの結合によるヒートアイランド現象の評価' 生産研究 Vol.59 No.3, 20070501, pp.325-328 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107798170A (en) * 2017-09-25 2018-03-13 上海卫星工程研究所 The in-orbit information emulator method of satellite based on three-dimensional environment

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Fabbri et al. Drone-assisted infrared thermography for calibration of outdoor microclimate simulation models
US7944547B2 (en) Method and system of generating 3D images with airborne oblique/vertical imagery, GPS/IMU data, and LIDAR elevation data
Goncalves et al. UAV photogrammetry for topographic monitoring of coastal areas
Unger Connection between urban heat island and sky view factor approximated by a software tool on a 3D urban database
Nichol Visualisation of urban surface temperatures derived from satellite images
Ren et al. Developing a rapid method for 3-dimensional urban morphology extraction using open-source data
Tran et al. Assessment with satellite data of the urban heat island effects in Asian mega cities
Nagihara et al. Use of a three‐dimensional laser scanner to digitally capture the topography of sand dunes in high spatial resolution
Ruggles et al. Comparison of SfM computer vision point clouds of a landslide derived from multiple small UAV platforms and sensors to a TLS-based model
Morrison et al. A novel method to obtain three-dimensional urban surface temperature from ground-based thermography
Hu et al. Analysis of urban surface morphologic effects on diurnal thermal directional anisotropy
Jiao et al. Evaluation of four sky view factor algorithms using digital surface and elevation model data
Araya-Muñoz et al. Assessing the solar potential of roofs in Valparaíso (Chile)
Wang et al. A geometric model to simulate urban thermal anisotropy for simplified neighborhoods
Park et al. Advanced view factor analysis method for radiation exchange
Javadnejad Small unmanned aircraft systems (UAS) for engineering inspections and geospatial mapping
Marconcini et al. EO-based products in support of urban heat fluxes estimation
US11361502B2 (en) Methods and systems for obtaining aerial imagery for use in geospatial surveying
Kim et al. Analysis of thermal heat island potential by urbanization using Landsat-8 time-series satellite imagery
JP2009075885A (en) Method and system for simulating heat transfer
Song et al. Comparison of ASTER satellite and ground-based surface temperature measurements for urban heat island studies
CN112950763A (en) Live-action modeling method in transformer substation engineering
Ma et al. Low‐Altitude Photogrammetry and Remote Sensing in UAV for Improving Mapping Accuracy
JP4362042B2 (en) Flood hazard map generation method and system
LAGÜELA et al. Ten years of applying geomatics to construction engineering in Spain: a review

Legal Events

Date Code Title Description
RD02 Notification of acceptance of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422

Effective date: 20090804

RD04 Notification of resignation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424

Effective date: 20090812

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821

Effective date: 20090804

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20100826

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20121001

A761 Written withdrawal of application

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A761

Effective date: 20121106