一种采用水流模拟城市自然通风潜力的方法和系统技术方案

本发明专利技术公开了一种采用水流模拟城市自然通风潜力的方法，包括：获取城市的地形图、卫星图、形态图和主导风压图；分别确定地形图、形态图和主导风压图的栅格图；对获取的三个栅格图的对应栅格中的数据分别进行累计求和，得到下垫面数字高程模型；根据建立的下垫面数字高程模型，进行水文分析，得到水网模型；水网模型即为城市的通风廊道分布模型；将城市的通风廊道分布模型叠加到城市的卫星图上，确定城市的自然通风潜力。本发明专利技术还提供了一种采用水流模拟城市自然通风潜力的系统。本发明专利技术提供的采用水流模拟城市自然通风潜力的方法和系统，能够快速模拟得到城市的自然通风潜力，有效反映不同风向风速对城市通风的影响。

A Method and System for Simulating Urban Natural Ventilation Potential by Flow

【技术实现步骤摘要】
一种采用水流模拟城市自然通风潜力的方法和系统
本专利技术涉及流体力学
，特别是涉及一种采用水流模拟城市自然通风潜力的方法和系统。
技术介绍
对城市自然通风潜力的了解对于指导城市规划和建设而言具有重要的意义，良好的城市通风能够促进城市空气循环，降低空气污染，从而改善城市通风环境，特别是舒缓夏季的热岛效应，减低冬季雾霾发生频率。在现有技术中，对整体城市尺度的风环境模拟多采用数值模拟方法，如气象分析预报模型(WRF，WeatherResearchandForecasting)、第5代中观尺度区域气象模型(MM5，the5th-generationMesoscaleRegionalWeatherModel)等气象相关的软件。但这类软件对城市形态的描述太过简略，对于建成环境中的下垫面描述不够细致，并不能很好地表达近地面风环境的实际情况。另一类数值模拟方法是采用流体力学模拟(CFD，ComputationalFluidDynamics)软件，但这类软件可应用的尺度范围很小，一般不超过1平方公里，且计算周期极长，高性能图形工作站一般也需要十几天才能计算一个结果，不具有实际操作价值。另外还有一类基于地理信息系统(GIS，GeographicInformationSystem或Geo－Informationsystem)的简化计算方法，首先将城市形态转化为网格模型，再依据每个网格对风的阻挡作用将网格模型转换为成本栅格图，通过最小成本路径计算的方法得到城市通风廊道。这种方法操作简便，但受到最小成本路径算法本身的限制，需要人为设置起点和终点，不能很好反映出空气流动的自然本质，且计算得到的通风廊道过于集中，不能有效反映不同风向风速对城市通风的影响。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种采用水流模拟城市自然通风潜力的方法和系统，能够快速模拟得到城市的自然通风潜力，有效反应不同风向风速对城市通风的影响。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：一种采用水流模拟城市自然通风潜力的方法，包括：获取城市的地形图、卫星图、形态图和主导风压图；分别确定所述地形图的栅格图、所述形态图的栅格图和所述主导风压图的栅格图；对获取的三个所述栅格图的对应栅格中的地理地形高程值、城市形态高度值和风压值分别进行累计求和，得到城市的下垫面数字高程模型；根据建立的所述城市的下垫面数字高程模型，进行水文分析，建立水网模型；所述水网模型即为城市的通风廊道分布模型；将所述城市的通风廊道分布模型叠加到所述城市的卫星图上，确定城市的自然通风潜力。可选的，确定所述形态图的栅格图，包括：获取机器学习模型；所述机器学习模型为以城市的卫星图为输入，以设定范围内的局地气候分区图为输出的训练后的机器学习模型；采集城市的卫星图；将所采集的卫星图输入到所述机器学习模型中，获取设定范围内的局地气候分区图；以所述局地气候分区图中的像素为行，以所述像素属性为列，建立第一表单文件；所述像素属性包括像素处于所述局地气候分区图中的行数、列数、颜色所属十六进制数值和像素处于局地气候分区类型的建筑平均高度值；以所述第一表单文件中的行数为点的X坐标，以所述第一表单文件中的列数为Y坐标，以所述建筑平均高度值为所述点的属性，建立第一点文件；将所述第一点文件中的每个点作为一个栅格，以每个点对应的建筑平均高度值为属性，建立第一栅格图；所述第一栅格图即为所述形态图的栅格图。可选的，所述获取机器学习模型之前，还包括：采集训练样本；所述训练样本为城市的卫星图；根据所采集的训练样本，设定卫星图的局地气候分区类型；根据所采集的训练样本和所设定的局地气候分区类型，对机器学习模型进行训练。可选的，确定所述主导风压图的栅格图，包括：在所述第一表单文件中增加一列风压值，形成第二表单文件；以所述第二表单文件中的行数和列数为点的X坐标和Y坐标，以所述风压值为所述点的属性，建立第二点文件；将所述第二点文件中的每个点作为一个栅格，以所述第二表单文件中的所述风压值为属性，建立第二栅格图；所述第二栅格图即为所述主导风压图的栅格图。一种采用水流模拟城市自然通风潜力的系统，包括：获取模块，用于获取城市的地形图、卫星图、形态图和主导风压图；确定模块，用于分别确定所述地形图的栅格图、所述形态图的栅格图和所述主导风压图的栅格图；下垫面数字高程模型建立模块，用于对获取的三个所述栅格图的对应栅格中的地理地形高程值、城市形态高度值和风压值分别进行累计求和得到城市的下垫面数字高程模型；水网模型获取模块，用于根据建立的所述城市的下垫面数字高程模型，进行水文分析，建立水网模型；所述水网模型即为城市的通风廊道分布模型；自然通风潜力确定模块，用于将所述城市的通风廊道分布模型叠加到所述城市的卫星图上，确定城市的自然通风潜力。可选的，所述系统还包括：机器学习模型获取模块，用于以城市的卫星图为输入，以设定范围内的局地气候分区图为输出的训练后的机器学习模型；采集模块，用于采集城市的卫星图；局地气候分区图获取模块，用于将所采集的卫星图输入到所述机器学习模型中，获取设定范围内的局地气候分区图；第一表单文件建立模块，用于以所述局地气候分区图中的像素为行，以所述像素属性为列，建立第一表单文件；所述像素属性包括像素处于所述局地气候分区图的行数、列数、颜色所属十六进制数值和像素处于局地气候分区类型的建筑平均高度值；第一点文件建立模块，用于以所述第一表单文件中的行数和列数为点的X坐标和Y坐标，以所述建筑平均高度值为所述点的属性，建立第一点文件；第一栅格图建立模块，用于将所述第一点文件中的每个点作为一个栅格，以每个点对应的建筑平均高度值为属性，建立第一栅格图；所述第一栅格图即为所述形态图的栅格图。可选的，所述系统还可以包括：局地气候分区类型设定模块，用于根据采集模块所采集的训练样本，设定卫星图的局地气候分区类型；机器学习模型训练模块，用于根据所采集的训练样本和所设定的局地气候分区类型，对机器学习模型进行训练。可选的，所述系统进一步可以包括：第二表单文件建立模块，用于在所述第一表单文件中增加一列风压值，形成第二表单文件；第二点文件建立模块，用于以所述第二表单文件中的行数和列数为点的X坐标和Y坐标，以所述风压值为所述点的属性，建立第二点文件；第二栅格图建立模块，用于将所述第二点文件中的每个点作为一个栅格，以所述第二表单文件中的所述风压值为属性，建立第二栅格图；所述第二栅格图即为所述主导风压图的栅格图。根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：本专利技术提供的采用水流模拟城市自然通风潜力的方法和系统，通过分别获取地形图、卫星图和形态图这三者的栅格图，采用三个栅格图对应栅格中的地理地形高程值、城市形态高度值和风压值分别进行累计求和，得到城市的下垫面数字高程模型。再根据城市的下垫面数字高程模型，进行水文分析，得到水网模型，进而得到城市的通风廊道分布模型。最后将通风廊道分布模型叠加到城市对应的卫星图上，就能够快速模拟得到城市的自然通风潜力，以有效反映不同风向风速对城市通风的影响。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种采用水流模拟城市自然通风潜力的方法，其特征在于，包括：获取城市的地形图、卫星图、形态图和主导风压图；分别确定所述地形图的栅格图、所述形态图的栅格图和所述主导风压图的栅格图；对获取的三个所述栅格图的对应栅格中的地理地形高程值、城市形态高度值和风压值分别进行累计求和，得到城市的下垫面数字高程模型；根据建立的所述城市的下垫面数字高程模型，进行水文分析，建立水网模型；所述水网模型即为城市的通风廊道分布模型；将所述城市的通风廊道分布模型叠加到所述城市的卫星图上，确定城市的自然通风潜力。

【技术特征摘要】
1.一种采用水流模拟城市自然通风潜力的方法，其特征在于，包括：获取城市的地形图、卫星图、形态图和主导风压图；分别确定所述地形图的栅格图、所述形态图的栅格图和所述主导风压图的栅格图；对获取的三个所述栅格图的对应栅格中的地理地形高程值、城市形态高度值和风压值分别进行累计求和，得到城市的下垫面数字高程模型；根据建立的所述城市的下垫面数字高程模型，进行水文分析，建立水网模型；所述水网模型即为城市的通风廊道分布模型；将所述城市的通风廊道分布模型叠加到所述城市的卫星图上，确定城市的自然通风潜力。2.根据权利要求1所述的一种采用水流模拟城市自然通风潜力的方法，其特征在于，确定所述形态图的栅格图，包括：获取机器学习模型；所述机器学习模型为以城市的卫星图为输入，以设定范围内的局地气候分区图为输出的训练后的机器学习模型；采集城市的卫星图；将所采集的卫星图输入到所述机器学习模型中，获取设定范围内的局地气候分区图；以所述局地气候分区图中的像素为行，以所述像素属性为列，建立第一表单文件；所述像素属性包括像素处于所述局地气候分区图中的行数、列数、颜色所属十六进制数值和像素处于局地气候分区类型的建筑平均高度值；以所述第一表单文件中的行数为点的X坐标，以所述第一表单文件中的列数为Y坐标，以所述建筑平均高度值为所述点的属性，建立第一点文件；将所述第一点文件中的每个点作为一个栅格，以每个点对应的建筑平均高度值为属性，建立第一栅格图；所述第一栅格图即为所述形态图的栅格图。3.根据权利要求2所述的一种采用水流模拟城市自然通风潜力的方法，其特征在于，所述获取机器学习模型之前，还包括：采集训练样本；所述训练样本为城市的卫星图；根据所采集的训练样本，设定卫星图的局地气候分区类型；根据所采集的训练样本和所设定的局地气候分区类型，对机器学习模型进行训练。4.根据权利要求2所述的一种采用水流模拟城市自然通风潜力的方法，其特征在于，获取所述主导风压图的栅格图，包括：在所述第一表单文件中增加一列风压值，形成第二表单文件；以所述第二表单文件中的行数和列数为点的X坐标和Y坐标，以所述风压值为所述点的属性，建立第二点文件；将所述第二点文件中的每个点作为一个栅格，以所述第二表单文件中的所述风压值为属性，建立第二栅格图；所述第二栅格图即为所述主导风压图的栅格图。5.一种采用水流模拟城市自然通风潜力的系统，其特征在于，包括：获取模块，用于获取城市的地形图、卫星图、形...

【专利技术属性】
技术研发人员：童滋雨，罗羽，王坦，刘晨，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32