一種城市中心微熱島數(shù)字地圖的制作和顯示方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種城市中心微熱島數(shù)字地圖的制作和顯示方法，1)建立城市三維矢量地圖數(shù)據(jù)庫；2)識別城市中心微熱島空間；3)建立城市中心微熱島空間熱環(huán)境數(shù)據(jù)庫；4)針對城市中心微熱島空間熱環(huán)境數(shù)據(jù)庫的熱環(huán)境實測、熱環(huán)境模擬分析和城市空間形態(tài)的提出并建立不同圖層；5)建立城市中心微熱島數(shù)字地圖顯示模塊，分別與三維矢量地圖數(shù)據(jù)庫和城市中心微熱島空間熱環(huán)境數(shù)據(jù)庫連接，根據(jù)選擇的數(shù)據(jù)信息通過城市中心微熱島數(shù)字地圖顯示模塊輸出相應的城市中心微熱島數(shù)字圖像和數(shù)據(jù)。本發(fā)明有利于對城市熱環(huán)境以及熱島效應的分析并對城市設(shè)計和城市規(guī)劃起到輔助作用。
【專利說明】
一種城市中心微熱島數(shù)字地圖的制作和顯示方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種數(shù)字地圖制作方法，更具體涉及一種城市中心微熱島數(shù)字地圖的制作方法和顯示方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，在全球變暖和我國快速城市化進程的背景下，城市熱島效應愈發(fā)嚴重，不僅影響城市居民的居住舒適感和身體健康，同時也可能導致各種熱浪災害的發(fā)生。城市熱環(huán)境作為城市生態(tài)環(huán)境的重要指標之一越來越多得受到人們的關(guān)注，在城市規(guī)劃與設(shè)計中應對城市熱島問題的需求也越來越迫切。
[0003]目前國內(nèi)外在城市熱島效應的研究中多采用遙感影像技術(shù)，然而城市中心區(qū)內(nèi)三維空間形態(tài)多樣，熱島效應嚴重而且分布復雜。建筑形態(tài)對微熱島的產(chǎn)生、擴散以及消解都具有重要的影響作用，如何探尋建筑空間形態(tài)對城市中心熱環(huán)境的作用機制，尋找微熱島空間產(chǎn)生的規(guī)律，進而通過中心區(qū)空間形態(tài)的調(diào)整來優(yōu)化城市中心區(qū)熱環(huán)境，消解熱島效應是本發(fā)明關(guān)注的重點?，F(xiàn)有的技術(shù)沒有考慮到城市各類建筑和環(huán)境空間形態(tài)對城市熱環(huán)境的影響作用。除此之外，對于信息的多維度直觀化的查詢與表達的方法研究也有所欠缺。因此，建立一個將城市微熱島空間熱環(huán)境指標與城市建筑空間形態(tài)相結(jié)合的數(shù)字信息系統(tǒng)十分必要。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]發(fā)明目的:為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種城市中心微熱島數(shù)字地圖的制作和顯示方法，利用實測數(shù)據(jù)識別城市中的微熱島空間，將城市微熱島空間的熱環(huán)境的實測數(shù)據(jù)和模擬數(shù)據(jù)與城市空間形態(tài)指標相結(jié)合，通過不同圖層映射到計算機數(shù)據(jù)庫，通過直觀的反映城市微熱島空間的溫度變化，有利于對城市熱島效應的研究并對城市空間環(huán)境設(shè)計起到輔助作用。
[0005]技術(shù)方案:為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:
[0006]—種城市中心微熱島數(shù)字地圖的制作和顯示方法，包括以下步驟:
[0007]I)建立城市三維矢量地圖數(shù)據(jù)庫；
[0008]2)識別城市中心微熱島空間；
[0009 ] 3)建立城市中心微熱島空間熱環(huán)境數(shù)據(jù)庫；
[0010]4)針對城市中心微熱島空間熱環(huán)境數(shù)據(jù)庫的熱環(huán)境實測、熱環(huán)境模擬分析和城市空間形態(tài)的提出并建立不同圖層；
[0011]5)建立城市中心微熱島數(shù)字地圖顯示模塊，分別與三維矢量地圖數(shù)據(jù)庫和城市中心微熱島空間熱環(huán)境數(shù)據(jù)庫連接，根據(jù)選擇的數(shù)據(jù)信息通過城市中心微熱島數(shù)字地圖顯示模塊輸出相應的城市中心微熱島數(shù)字圖像和數(shù)據(jù)。
[0012]進一步的，所述步驟I)包括以下具體步驟:
[0013]1.1)根據(jù)實際測繪獲得的作業(yè)范圍及周邊范圍現(xiàn)狀用地矢量圖形及相關(guān)坐標數(shù)據(jù)；
[0014]1.2)利用AutoCAD軟件在測量區(qū)域的矢量地形圖上劃定街區(qū)范圍邊界線，在每個街區(qū)范圍內(nèi)對街區(qū)進行編號，數(shù)字從01開始；
[0015]1.3)統(tǒng)一將矢量文件轉(zhuǎn)化為dxf格式并導入ArcGIS，建立城市三維空間形態(tài)數(shù)據(jù)庫。
[0016]進一步的，所述步驟2)包括以下具體步驟:
[0017]2.1)利用ArcGIS平臺整合城市熱環(huán)境實測數(shù)據(jù)，利用空間分析工具將城市中心各測點實測溫度呈等值線特征分布；
[0018]2.2)對實測溫度進行標準化處理，將作業(yè)區(qū)溫度平均值作為溫度基面，當?shù)戎稻€所在圈層溫度高于基面溫度的10%，則定義該等值線所覆蓋的區(qū)域為城市中心區(qū)微熱島空間；當?shù)戎稻€所在圈層溫度高于基面溫度的5%，則定義該等值線所覆蓋的區(qū)域為城市中心區(qū)微熱島空間輻射區(qū)。
[0019]進一步的，所述步驟3)包括以下具體步驟:
[0020]3.1)基于實測數(shù)據(jù)校核，運用ENV1-met軟件基于流體動力學和熱點偶的基本定律模擬城市微熱島空間熱環(huán)境；
[0021 ] 3.2)利用Ecotect軟件的太陽輻射分析功能，在微熱島空間范圍內(nèi)進行定量輻射分析，修正模擬結(jié)果；
[0022]3.3)利用RayMan軟件計算微熱島空間天空可視度和人體生理等效溫度，進一步修正模擬結(jié)果；
[0023]3.4)將模擬區(qū)劃分為若干個區(qū)域，通過多次相同參數(shù)條件下進行模擬，進一步通過統(tǒng)計所有街區(qū)單元內(nèi)熱環(huán)境數(shù)據(jù)的平均值進行比較分析，完整顯示城市微熱島空間連續(xù)分布的熱環(huán)境圖，建立城市微熱島空間熱環(huán)境數(shù)據(jù)庫；
[0024]進一步的，所述步驟4)包括:
[0025]城市微熱島空間熱環(huán)境實測圖層包括:平均空氣溫度、平均地表溫度和平均空氣相對濕度3種圖層；
[0026]微熱島空間熱環(huán)境模擬分析圖層包括:空氣溫度、平均輻射溫度、預測平均熱貢獻、長波輻射環(huán)境、反射短波輻射、相對濕度6種圖層；
[0027]城市空間形態(tài)圖層包括:建筑密度、建筑高度、容積率、天空可視度、街道高寬比、陰影系數(shù)、圍護系數(shù)、圍合度、錯落度、植被覆蓋率、反照率和不透水面面積比共12種圖層。
[0028]進一步的，所述步驟5)包括以下具體步驟:
[0029]5.1)利用ENV1-met軟件中的輸出模塊，將城市中心微熱島空間熱環(huán)境數(shù)據(jù)庫輸出為ArcGIS Geodatabase；
[0030]5.2)利用ENV1-met軟件中的遠程連接管理器中的數(shù)據(jù)庫連接功能與三維矢量地圖數(shù)據(jù)庫相連；
[0031]5.3)使用測點功能可在指定位置設(shè)置測點，讀取模擬分析結(jié)果的數(shù)據(jù)，并可導出至統(tǒng)計分析軟件進行儲存與分析。
[0032]有益效果:利用本發(fā)明制作的城市微熱島數(shù)字地圖基于GIS(地理信息系統(tǒng))和城市坐標系統(tǒng)，可以將城市熱環(huán)境數(shù)據(jù)和城市空間形態(tài)數(shù)據(jù)和圖像信息疊合，形成直觀反映城市熱環(huán)境特征的數(shù)字地圖，并通過與計算機數(shù)據(jù)庫結(jié)合實現(xiàn)海量數(shù)據(jù)的快速獲取和訪問，有利于對城市熱環(huán)境以及熱島效應的分析并對城市設(shè)計和城市規(guī)劃起到輔助作用。
【附圖說明】
[0033]圖1為本發(fā)明的方法流程圖；
[0034]圖2為本發(fā)明實施例的研究范圍圖；
[0035]圖3為本發(fā)明實施例的實測測點分布圖；
[0036]圖4為本發(fā)明模擬城市中心微熱島空間熱環(huán)境的流程界面示意圖；
[0037]圖5為本發(fā)明實施例的熱環(huán)境示意圖；
[0038]圖6為本發(fā)明的城市中心微熱島空間熱環(huán)境的示意圖。
【具體實施方式】
[0039]下面結(jié)合【附圖說明】中各附圖對本發(fā)明作更進一步的說明。
[0040]圖1，一種城市中心微熱島數(shù)字地圖的制作和顯示方法，包括以下步驟:
[0041 ] I)建立城市三維矢量地圖數(shù)據(jù)庫；
[0042]2)識別城市中心微熱島空間；
[0043]3)建立城市中心微熱島空間熱環(huán)境數(shù)據(jù)庫；
[0044]4)針對城市中心微熱島空間熱環(huán)境數(shù)據(jù)庫的熱環(huán)境實測、熱環(huán)境模擬分析和城市空間形態(tài)的提出并建立不同圖層；
[0045]5)建立城市中心微熱島數(shù)字地圖顯示模塊，分別與三維矢量地圖數(shù)據(jù)庫和城市中心微熱島空間熱環(huán)境數(shù)據(jù)庫連接，根據(jù)選擇的數(shù)據(jù)信息通過城市中心微熱島數(shù)字地圖顯示模塊輸出相應的城市中心微熱島數(shù)字圖像和數(shù)據(jù)。
[0046]進一步的，所述步驟I)包括以下具體步驟:
[0047]1.1)根據(jù)實際測繪獲得的作業(yè)范圍及周邊范圍現(xiàn)狀用地矢量圖形及相關(guān)坐標數(shù)據(jù)；
[0048]1.2)利用AutoCAD軟件在測量區(qū)域的矢量地形圖上劃定街區(qū)范圍邊界線，在每個街區(qū)范圍內(nèi)對街區(qū)進行編號，數(shù)字從01開始；
[0049]1.3)統(tǒng)一將矢量文件轉(zhuǎn)化為dxf格式并導入ArcGIS，建立城市三維空間形態(tài)數(shù)據(jù)庫。
[0050]進一步的，所述步驟2)包括以下具體步驟:
[0051]2.1)利用ArcGIS平臺整合城市熱環(huán)境實測數(shù)據(jù)，利用空間分析工具將城市中心各測點實測溫度呈等值線特征分布；
[0052]2.2)對實測溫度進行標準化處理，將作業(yè)區(qū)溫度平均值作為溫度基面，當?shù)戎稻€所在圈層溫度高于基面溫度的10%，則定義該等值線所覆蓋的區(qū)域為城市中心區(qū)微熱島空間；當?shù)戎稻€所在圈層溫度高于基面溫度的5%，則定義該等值線所覆蓋的區(qū)域為城市中心區(qū)微熱島空間輻射區(qū)。
[0053]進一步的，所述步驟3)包括以下具體步驟:
[0054]3.1)基于實測數(shù)據(jù)校核，運用ENV1-met軟件基于流體動力學和熱點偶的基本定律模擬城市微熱島空間熱環(huán)境；
[0055]3.2)利用Ecotect軟件的太陽福射分析功能，在微熱島空間范圍內(nèi)進行一些定量輻射分析，修正模擬結(jié)果；
[0056]3.3)利用RayMan軟件計算微熱島空間天空可視度和人體生理等效溫度，進一步修正模擬結(jié)果；
[0057]3.4)將模擬區(qū)劃分為若干個區(qū)域，通過多次相同參數(shù)條件下進行模擬，進一步通過統(tǒng)計所有街區(qū)單元內(nèi)熱環(huán)境數(shù)據(jù)的平均值進行比較分析，完整顯示城市微熱島空間連續(xù)分布的熱環(huán)境圖，建立城市微熱島空間熱環(huán)境數(shù)據(jù)庫；
[0058]進一步的，所述步驟4)包括:
[0059]城市微熱島空間熱環(huán)境實測圖層包括:平均空氣溫度、平均地表溫度和平均空氣相對濕度3種圖層；
[0060]微熱島空間熱環(huán)境模擬分析圖層包括:空氣溫度、平均輻射溫度、預測平均熱貢獻、長波輻射環(huán)境、反射短波輻射、相對濕度6種圖層；
[0061 ]城市空間形態(tài)圖層包括:建筑密度、建筑高度、容積率、天空可視度、街道高寬比、陰影系數(shù)、圍護系數(shù)、圍合度、錯落度、植被覆蓋率、反照率和不透水面面積比共12種圖層。
[0062]其中，地表溫度以城市夏季熱環(huán)境模擬的統(tǒng)計數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，模擬初始溫度經(jīng)過實測溫度校核;建筑密度=區(qū)塊內(nèi)建筑基底面積/區(qū)塊總面積X 100% ;容積率=總建筑面積/區(qū)塊總面積；平均高度=區(qū)塊內(nèi)總建筑面積/建筑基地面積X平均層高；平均天空可視度--運用Climate Skyhel1s模擬街區(qū)平均天空可視度，數(shù)值大小在O至I之間；植被覆蓋率——基于Google Earth衛(wèi)星圖和現(xiàn)場實地勘測，在ENV1-met中建模樹木，各區(qū)塊的植被密度為“(區(qū)塊內(nèi)樹冠投影面積/區(qū)塊總面積)X 100%” ；不透水面面積比基于Google Earth衛(wèi)星圖和現(xiàn)場實地勘測，各區(qū)塊的不透水面積估算為“1-建筑密度-植被覆蓋率?！?br>[0063]進一步的，所述步驟5)包括以下具體步驟:
[0064]5.1)利用ENV1-met軟件中的輸出模塊，將城市中心微熱島空間熱環(huán)境數(shù)據(jù)庫輸出為ArcGIS Geodatabase；
[0065]5.2)利用ENV1-met軟件中的遠程連接管理器中的數(shù)據(jù)庫連接功能與三維矢量地圖數(shù)據(jù)庫相連；
[0066]5.3)使用測點功能可在指定位置設(shè)置測點，讀取模擬分析結(jié)果的數(shù)據(jù)，并可導出至統(tǒng)計分析軟件進行儲存與分析。
[0067]圖2-圖6，實施例:以下將結(jié)合南京新街口中心區(qū)的微熱島數(shù)字地圖制作案例和附圖來詳細地說明本發(fā)明的技術(shù)方案:
[0068]建立城市三維矢量地圖數(shù)據(jù)庫；
[0069]1.1)根據(jù)實際測繪獲得完整、準確的新街口地區(qū)及周邊范圍現(xiàn)狀用地矢量圖形及相關(guān)坐標數(shù)據(jù)；
[0070]1.2)利用AutoCAD軟件在新街口地區(qū)及周邊范圍的矢量地形圖上劃定街區(qū)范圍邊界線，在每個街區(qū)范圍內(nèi)對街區(qū)進行編號，數(shù)字從01開始；
[0071]1.3)利用AutoCAD軟件新建圖層，分別命名為建筑層數(shù)、建筑平面輪廓線以及道路中心線，并使用特性匹配工具將步驟1.1中矢量數(shù)據(jù)圖放置到相對應的圖層之中
[0072]1.4)統(tǒng)一將矢量文件轉(zhuǎn)化為dxf格式并導入ArcGIS，建立城市三維空間形態(tài)數(shù)據(jù)庫，識別南京新街口微熱島空間；
[0073]2.1)利用ArcGIS平臺整合城市熱環(huán)境實測數(shù)據(jù)，利用空間分析工具將南京新街口地區(qū)內(nèi)各測點實測溫度呈等值線特征分布；
[0074]2.2)對實測溫度進行標準化處理，將作業(yè)區(qū)溫度平均值作為溫度基面，當?shù)戎稻€所在圈層溫度高于基面溫度的10%，則定義該等值線所覆蓋的區(qū)域為城市中心區(qū)微熱島空間；當?shù)戎稻€所在圈層溫度高于基面溫度的5%，則定義該等值線所覆蓋的區(qū)域為城市中心區(qū)微熱島空間輻射區(qū)。
[0075]建立城市微熱島空間數(shù)據(jù)庫；
[0076]3.1)基于實測數(shù)據(jù)校核，運用ENV1-met軟件基于流體動力學和熱點偶的基本定律模擬城市微熱島空間熱環(huán)境；
[0077]3.2)利用Ecotect軟件的太陽輻射分析功能，在微熱島空間范圍內(nèi)進行一些定量輻射分析，修正模擬結(jié)果；
[0078]3.3)利用RayMan軟件計算微熱島空間天空可視度和人體生理等效溫度，進一步修正模擬結(jié)果；
[0079]3.4)將南京新街口地區(qū)微熱島空間劃分為80個區(qū)域，通過10次相同參數(shù)條件下進行模擬，進一步通過統(tǒng)計所有街區(qū)單元內(nèi)熱環(huán)境數(shù)據(jù)的平均值進行比較分析，完整顯示南京新街口微熱島空間連續(xù)分布的熱環(huán)境圖，建立新街口微熱島空間數(shù)據(jù)庫；
[0080]4)針對南京新街口微熱島空間的熱環(huán)境實測、熱環(huán)境模擬分析和城市空間形態(tài)等不同對象提出并建立不同圖層；
[0081]5)建立南京新街口微熱島數(shù)字地圖顯示模塊，分別與城市三維空間形態(tài)數(shù)據(jù)庫和城市微熱島空間數(shù)據(jù)庫連接，根據(jù)選擇的數(shù)據(jù)信息輸出相應的城市微熱島數(shù)字圖像和數(shù)據(jù)。
[0082]5.1)利用ENV1-met軟件中的輸出模塊，將城市微熱島空間數(shù)據(jù)庫輸出為ArcGI SGeodatabase；
[0083]5.2)利用ENV1-met軟件中的遠程連接管理器(Remote Connect1n Manager)中的數(shù)據(jù)庫連接功能與城市三維空間形態(tài)數(shù)據(jù)庫相連；
[0084]5.3)使用測點功能可在指定位置設(shè)置測點，讀取模擬分析結(jié)果的數(shù)據(jù)，并可導出至統(tǒng)計分析軟件進行儲存與分析。
[0085]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出:對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發(fā)明的保護范圍。
【主權(quán)項】
1.一種城市中心微熱島數(shù)字地圖的制作和顯示方法，其特征在于，包括以下步驟: .1)建立城市三維矢量地圖數(shù)據(jù)庫； .2)識別城市中心微熱島空間； .3)建立城市中心微熱島空間熱環(huán)境數(shù)據(jù)庫； .4)針對城市中心微熱島空間熱環(huán)境數(shù)據(jù)庫的熱環(huán)境實測、熱環(huán)境模擬分析和城市空間形態(tài)的提出并建立不同圖層； .5)建立城市中心微熱島數(shù)字地圖顯示模塊，分別與三維矢量地圖數(shù)據(jù)庫和城市中心微熱島空間熱環(huán)境數(shù)據(jù)庫連接，根據(jù)選擇的數(shù)據(jù)信息通過城市中心微熱島數(shù)字地圖顯示模塊輸出相應的城市中心微熱島數(shù)字圖像和數(shù)據(jù)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種城市中心微熱島數(shù)字地圖的制作和顯示方法，其特征在于，所述步驟I)包括以下具體步驟: .1.1)根據(jù)實際測繪獲得的作業(yè)范圍及周邊范圍現(xiàn)狀用地矢量圖形及相關(guān)坐標數(shù)據(jù)； .1.2)利用AutoCAD軟件在測量區(qū)域的矢量地形圖上劃定街區(qū)范圍邊界線，在每個街區(qū)范圍內(nèi)對街區(qū)進行編號，數(shù)字從01開始； .1.3)統(tǒng)一將矢量文件轉(zhuǎn)化為dxf格式并導入ArcGIS，建立城市三維空間形態(tài)數(shù)據(jù)庫。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種城市中心微熱島數(shù)字地圖的制作和顯示方法，其特征在于，所述步驟2)包括以下具體步驟: .2.1)利用ArcGIS平臺整合城市熱環(huán)境實測數(shù)據(jù)，利用空間分析工具將城市中心各測點實測溫度呈等值線特征分布； .2.2)對實測溫度進行標準化處理，將作業(yè)區(qū)溫度平均值作為溫度基面，當?shù)戎稻€所在圈層溫度高于基面溫度的10%，則定義該等值線所覆蓋的區(qū)域為城市中心區(qū)微熱島空間；當?shù)戎稻€所在圈層溫度高于基面溫度的5%，則定義該等值線所覆蓋的區(qū)域為城市中心區(qū)微熱島空間輻射區(qū)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種城市中心微熱島數(shù)字地圖的制作和顯示方法，其特征在于，所述步驟3)包括以下具體步驟: . 3.1)基于實測數(shù)據(jù)校核，運用ENV1-met軟件基于流體動力學和熱點偶的基本定律模擬城市微熱島空間熱環(huán)境； . 3.2)利用Ecotect軟件的太陽福射分析功能，在微熱島空間范圍內(nèi)進行定量福射分析，修正模擬結(jié)果； .3.3)利用RayMan軟件計算微熱島空間天空可視度和人體生理等效溫度，進一步修正模擬結(jié)果；. 3.4)將模擬區(qū)劃分為若干個區(qū)域，通過多次相同參數(shù)條件下進行模擬，進一步通過統(tǒng)計所有街區(qū)單元內(nèi)熱環(huán)境數(shù)據(jù)的平均值進行比較分析，完整顯示城市微熱島空間連續(xù)分布的熱環(huán)境圖，建立城市微熱島空間熱環(huán)境數(shù)據(jù)庫。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種城市中心微熱島數(shù)字地圖的制作和顯示方法，其特征在于，所述步驟4)包括: 城市微熱島空間熱環(huán)境實測圖層包括:平均空氣溫度、平均地表溫度和平均空氣相對濕度3種圖層； 微熱島空間熱環(huán)境模擬分析圖層包括:空氣溫度、平均輻射溫度、預測平均熱貢獻、長波輻射環(huán)境、反射短波輻射、相對濕度6種圖層； 城市空間形態(tài)圖層包括:建筑密度、建筑高度、容積率、天空可視度、街道高寬比、陰影系數(shù)、圍護系數(shù)、圍合度、錯落度、植被覆蓋率、反照率和不透水面面積比共12種圖層。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種城市中心微熱島數(shù)字地圖的制作和顯示方法，其特征在于，所述步驟5)包括以下具體步驟: . 5.1)利用ENV1-met軟件中的輸出模塊，將城市中心微熱島空間熱環(huán)境數(shù)據(jù)庫輸出為ArcGIS Geodatabase； .5.2)利用ENV1-met軟件中的遠程連接管理器中的數(shù)據(jù)庫連接功能與三維矢量地圖數(shù)據(jù)庫相連；. 5.3)使用測點功能可在指定位置設(shè)置測點，讀取模擬分析結(jié)果的數(shù)據(jù)，并可導出至統(tǒng)計分析軟件進行儲存與分析。
【文檔編號】G06F17/30GK105868393SQ201610239535
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年4月18日
【發(fā)明人】楊俊宴, 吳浩
【申請人】東南大學