一種城市高溫區(qū)通風廊道的計算方法及系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001]本申請涉及圖像識別技術，特別是一種城市高溫區(qū)通風廊道的計算方法及系統(tǒng)。
[0002]
【背景技術】
[0003]隨著社會的發(fā)展，我國城鎮(zhèn)化水平急速提升，城市大規(guī)模的開發(fā)與發(fā)展，導致自然地貌的改變，建筑密度和人口密度急劇增加，致使我國的城市風速普遍呈現(xiàn)減小的趨勢，弓丨起空氣污染和城市熱島效應的加劇。因此，城市通風廊道的建設對城市的環(huán)境改善具有重大意義。
[0004]現(xiàn)有技術中，為識別城市的通風廊道，已有較多的方法。但是，這些方法所識別出的通風廊道都是基于整個城市的。城市范圍內往往存在建筑和人口密度較高、人類活動強烈的區(qū)域，這些區(qū)域的熱島效應很高，形成高溫區(qū)，而現(xiàn)有技術鮮有針對高溫區(qū)進行通風廊道識別的。
[0005]

【發(fā)明內容】

[0006]本申請?zhí)峁┮环N城市高溫區(qū)通風廊道的計算方法及系統(tǒng)，識別城市高溫區(qū)的通風廊道，為疏散高溫區(qū)的熱量奠定基礎。
[0007]根據(jù)本申請的第一方面，本申請?zhí)峁┮环N城市高溫區(qū)通風廊道的計算方法，包括以下步驟:
獲取預設的城市建筑模型圖；將城市建筑模型圖與預設的矢量格網(wǎng)圖層相疊加，生成網(wǎng)格模型圖；計算網(wǎng)格模型圖中單個網(wǎng)格內建筑在預設風向下的風影面積；將網(wǎng)格模型圖轉換為成本柵格圖，柵格像元的大小與單個網(wǎng)格的大小相同，柵格像元值為其對應的單個網(wǎng)格的風影面積；找出成本柵格圖中的城市高溫區(qū)，設定包含城市高溫區(qū)的高溫計算區(qū)；以預設風向為導向，計算經過高溫計算區(qū)所形成的風影面積累計最小的路徑，該路徑即為高溫區(qū)通風廊道。
[0008]根據(jù)本申請的第二方面，本申請?zhí)峁┮环N城市高溫區(qū)通風廊道的計算系統(tǒng)，包括:
模型獲取模塊，用于獲取預設的城市建筑模型圖；網(wǎng)格疊加模塊，用于將城市建筑模型圖與預設的矢量格網(wǎng)圖層相疊加，生成網(wǎng)格模型圖；風影計算模塊，用于計算網(wǎng)格模型圖中單個網(wǎng)格內建筑在預設風向下的風影面積；柵格處理模塊，用于將網(wǎng)格模型圖轉換為成本柵格圖，柵格像元的大小與單個網(wǎng)格的大小相同，柵格像元值為其對應的單個網(wǎng)格的風影面積；高溫設定模塊，用于找出成本柵格圖中的城市高溫區(qū)，設定包含城市高溫區(qū)的高溫計算區(qū)；高溫風道模塊，用于以預設風向為導向，計算經過高溫計算區(qū)所形成的風影面積累計最小的路徑，該路徑即為高溫區(qū)通風廊道。
[0009]本申請的有益效果是，本申請獲取預設的城市建筑模型圖；將城市建筑模型圖與預設的矢量格網(wǎng)圖層相疊加，生成網(wǎng)格模型圖；計算網(wǎng)格模型圖中單個網(wǎng)格內建筑在預設風向下的風影面積；將網(wǎng)格模型圖轉換為成本柵格圖，柵格像元的大小與單個網(wǎng)格的大小相同，柵格像元值為其對應的單個網(wǎng)格的風影面積；找出成本柵格圖中的城市高溫區(qū)，設定包含城市高溫區(qū)的高溫計算區(qū)；以預設風向為導向，計算經過高溫計算區(qū)所形成的風影面積累計最小的路徑，該路徑即為高溫區(qū)通風廊道。因而本申請通過計算經過成本柵格圖中的高溫區(qū)所形成的風影面積累計最小的路徑，從而計算出城市高溫區(qū)的通風廊道，為疏散高溫區(qū)的熱量奠定基礎。
[0010]
【附圖說明】
[0011]圖1為實施例1的流程圖；
圖2為實施例1中成本柵格圖的示意圖；
圖3為實施例2中設定源數(shù)據(jù)和目標數(shù)據(jù)的高溫計算區(qū)的示意圖；
圖4為實施例2中包含高溫區(qū)的通風廊道的高溫計算區(qū)的示意圖。
[0012]
【具體實施方式】
[0013]下面通過【具體實施方式】結合附圖對本發(fā)明作進一步詳細說明。
[0014]實施例1:
一種城市高溫區(qū)通風廊道的計算方法，如圖1所示，包括以下步驟:
5101:獲取預設的城市建筑模型圖；
5102:將城市建筑模型圖與預設的矢量格網(wǎng)圖層相疊加，生成網(wǎng)格模型圖；
5103:計算網(wǎng)格模型圖中單個網(wǎng)格內建筑在預設風向下的風影面積；
5104:將網(wǎng)格模型圖轉換為成本柵格圖，柵格像元的大小與單個網(wǎng)格的大小相同，柵格像元值為其對應的單個網(wǎng)格的風影面積；
5105:找出成本柵格圖中的城市高溫區(qū)，設定包含城市高溫區(qū)的高溫計算區(qū)；
5106:以預設風向為導向，計算經過高溫計算區(qū)所形成的風影面積累計最小的路徑，該路徑即為高溫區(qū)通風廊道。
[0015]
城市建筑模型圖是依據(jù)城市的建筑物所制作的模型圖，可以是dwg格式圖形、gis格式圖形或矢量化的圖形文件。格網(wǎng)是由閉合的多段線組成，其大小可以進行調整，在本實施例中，選用網(wǎng)孔大小為50m*50m的格網(wǎng)。將城市建筑模型圖與預設的矢量格網(wǎng)圖層相疊加，使格網(wǎng)覆蓋在城市建筑模型圖的地表平面上，生成網(wǎng)格模型圖，并將城市建筑模型圖分割到若干單個網(wǎng)格內，對于跨越多個網(wǎng)格的建筑物，也會被分割到多個網(wǎng)格。再計算單個網(wǎng)格內建筑在預設風向下的風影面積。
[0016]對網(wǎng)格模型圖進行柵格化處理，將網(wǎng)格模型圖轉換為成本柵格圖1，并保證柵格化后的柵格像元的大小與單個網(wǎng)格的大小相同，柵格像元值為其對應的單個網(wǎng)格的風影面積，這便于后續(xù)的計算。
[0017]結合城市的遙感反演地表溫度圖或者氣象部門測定的城市地溫分布圖，從而確定該城市的高溫區(qū)22，進而找出成本柵格圖1中的高溫區(qū)22。
[0018]基于遙感影像反演地表溫度主要包括以下步驟:1.對Landsat 8遙感影像進行預處理，主要包括輻射定標、大氣校正和幾何校正；2.計算亮度溫度:將遙感影像的DN值轉換為星上輻射強度，通過Plank函數(shù)求解出兩個熱紅外波段的星上亮度溫度；3.計算地表比輻射率:通過遙感衛(wèi)星的可見光波段運算，將影像進行分類，大致分為四個類別:水面、建筑、裸土和植被。采用決策樹的方法，首先計算NDVI植被覆蓋指數(shù)，根據(jù)閾值區(qū)分出植被，其次根據(jù)MNDWI改進型歸一化水體指數(shù)，根據(jù)閾值分離出水體，再次根據(jù)NDBI歸一化建筑指數(shù)分離出建筑，最后將剩下的類型歸類為裸土，根據(jù)不同分類分別計算相應的比輻射率指數(shù)；4.計算大氣水汽透射率:根據(jù)MODIS數(shù)據(jù)第2和19波段反演大氣水分含量，通過大氣水汽含量進一步估算出大氣透射率；5.將亮度溫度、地表比輻射率和大氣水汽透射率代入劈窗算法中，反演地表溫度。
[0019]如圖2所示，設定包含城市高溫區(qū)22的高溫計算區(qū)21，即選定一塊包含城市高溫區(qū)22的計算區(qū)域。圖中選定的范圍即為高溫計算區(qū)21，顏色顯示較深的即為高溫區(qū)22。其中，設定的高溫計算區(qū)21的形狀可以是任何規(guī)則的形狀。
[0020]以預設風向為導向，計算經過高溫計算區(qū)21所形成的風影面積累計最小的路徑，就是以此方向為主導，在高溫計算區(qū)21內尋路，每經過一個柵格像元就累計疊加其風影面積。風影面積的大小反映出該柵格像元內建筑對風的阻力，因此，經過高溫計算區(qū)21所形成的風影面積累計最小的路徑是風阻力最小的路徑，該路徑也就是高溫區(qū)22的通風廊道。
[0021]實施例2:
在實施例1的基礎上，本實施例中，步驟S106以預設風向為導向，計算經過高溫計算區(qū)所形成的風影面積累計最小的路徑的步驟具體為:
將高溫計算區(qū)21進風部分的邊緣柵格像元的中心點組成的矢量點集設定為源數(shù)據(jù)，將高溫計算區(qū)21出風部分的邊緣柵格像元的中心點組成的矢量點集設定為目標數(shù)據(jù)；以預設風向為導向，計算從源數(shù)據(jù)到目標數(shù)據(jù)所經過成本柵格圖1中的高溫區(qū)22所形成的風影面積累計最小的路徑。
[0022]由于高溫計算區(qū)21就是由柵格像元構成，因而高溫計算區(qū)21的邊緣，即位于高溫計算區(qū)21最外圍的柵格像元即為邊緣柵格像元，進風部分的邊緣柵格像元是指風吹來時，最先接觸到風的那部分柵格像元。出風部分的邊緣柵格像元，是指與進風部分的邊緣柵格像元相對的，風吹出的那部分柵格像元。
[0023]如圖3和圖4所示，預設風向為南風，圖3中最下邊的一行即為高溫計算區(qū)21進風部分的的邊緣柵格像元，將最下邊的一行的邊緣柵格像元的中心點組成的矢量點集設定為源數(shù)據(jù)。對應的，圖3中最上邊的一行即為高溫計算區(qū)21出風部分的邊緣柵格像元，將最上邊的一行的邊緣柵格像元的中心點組成的矢量點集設定為目標數(shù)據(jù)。就以預設風向為導向，計算從源數(shù)據(jù)到目標數(shù)據(jù)所經過成本柵格圖1中的高溫計算區(qū)21所形成的風影面積累計最小的路徑。圖4中穿過高溫區(qū)22的線條即為該高溫區(qū)的通風廊道3。
[0024]進一步的，步驟S103計算網(wǎng)格模型圖中單個網(wǎng)格內建筑在預設風向下的風影面積的步驟具體為:
在預設風向的法向面上對單個網(wǎng)格內的每棟建筑物分別做投影，形成投影面；將所有投影面沿預設風向平移至同一平面，形成風影面；計算風影面的面積，該風影面的面積即為單個網(wǎng)格內建筑在預設風向下的風影面積。
[0025]在風向的法向面上對單個網(wǎng)格內的每棟建筑物做投影，得到建筑物輪廓在風向法向面上的投影線，投影線圍合而成的就是投影面，將同一個網(wǎng)格內的所有投影面沿預設風向平移至同一平面，各投影面之間會出現(xiàn)重疊或分離的情況，從而形成該網(wǎng)格內建筑物的風影面，計算該風影面的面積，從而得到該網(wǎng)格內建筑物在該預設風向上的風影面積。
[0026]考慮到城市建筑的高度差異大，會存在高度遠大于平均高度的建筑。這些建筑會形成較大的風影面積，如果直接采用其風影面積，最小路徑就不會考慮此柵格像元，但實際情況是，該柵格像元屬于實際上通風效果比較好的柵格像元。因此，可以采用數(shù)學統(tǒng)計的方法，研究區(qū)域的建筑物高度分布，根據(jù)高度分布的平均值確定風影面積計算高度的上限值。對于高度大于該上限值的建筑，將其高度值設定為此上限值。這樣可以避免因建筑高度過高而導致該柵格像元的風影面積過大，進而不被最小路徑選擇的問題。
[0027]在其他實施例中，設定的高溫計算區(qū)21的形狀為矩形，且其一邊與預設風向垂直。由于柵格像元本