一种城市空间密度数据的网络构建方法技术

本发明专利技术涉及一种城市空间密度数据的网络构建方法，包括以下步骤：1：获取一组城市建筑物数据；2：对收集到的样本组所有建筑单体抽象为空间容量质点；3：依据空间使用功能区分质点为两大类：公共空间容量质点和私密空间容量质点；4：计算以目标质点为中心，半径为R范围内的所有影响质点的欧氏距离；5：计算目标质点的影响力；6：利用关联矩阵的形式构建距离网络结构；7：利用可视化的方法，对关联矩阵进行展示，分析建筑面积和距离与影响力的关系。本发明专利技术可以识别城市密度演变过程的特征，从而展示空间形态被空间需求的内在动因所驱使，按照一定的规律原则发展变化的状态。规律原则发展变化的状态。规律原则发展变化的状态。

【技术实现步骤摘要】
一种城市空间密度数据的网络构建方法


[0001]本专利技术属于城市密度处理方法领域，特别是一种城市空间密度数据的网络构建方法。

技术介绍

[0002]城市可以被理解为一个开放的、不断变化的复杂巨系统，存在着很多网络，有些是规则网络，有些是随机网络。城市的“自然生长”状态，是指空间形态被空间需求的内在动因所驱使、按照一定的规律原则发展变化的状态。这种原则是一定时期内社会经济发展水平、城市规划设计方法和城市管理法规政策的复杂融合。典型的网络是由许多节点以及连接这些节点之间的边组成，这些边可以理解为节点之间的影响关系。城市中实体空间的三维形态本身似乎并不属于网络的范畴，但实体空间容量在一定范围内的集聚程度却呈现出符合复杂网络特征的诸多特性。由于城市密度和建筑面积和距离有关系，研究相互关联网络的结构特性，针对城市的发展有非常重要的意义。
[0003]目前中国研究主要通过能耗强度进行自下而上的计算，建立以能耗数据为基础，通过能耗判断区域建筑面积大小的建筑能耗模型。这种基于能耗的建筑面积计算方法，结合建筑相关因素建模，预测未来建筑面积以及建筑能耗发展趋。但是此类研究只通过建筑能耗计算建筑密度，而没有考虑到周围建筑对其的影响。因此如何将复杂网络理论与城市规划结合，采用复杂网络的理论分析城市发展过程，找寻城市密度各要素之间的联系，为将来城市规划提供依据和保障，成为急需解决的技术问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提出一种城市空间密度数据的网络构建方法，通过网络结构化表达方式的新技术来分析城市空间密度的发展。在不同建筑之间建立相关性联系，提出建筑面积和距离关于影响力框架。本方法可以识别城市密度演变过程的特征，从而展示空间形态被空间需求的内在动因所驱使，按照一定的规律原则发展变化的状态。
[0005]基于以上目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0006]一种城市空间密度数据的网络构建方法，包括以下步骤：
[0007]步骤1：获取一组城市建筑物数据；
[0008]步骤2：对收集到的样本组所有建筑单体抽象为空间容量质点；
[0009]步骤3：依据空间使用功能区分质点为两大类：公共空间容量质点和私密空间容量质点；
[0010]步骤4：计算以目标质点为中心，半径为R范围内的所有影响质点的欧氏距离；
[0011]步骤5：计算目标质点的影响力；
[0012]步骤6：利用关联矩阵的形式构建距离网络结构；
[0013]步骤7：利用可视化的方法，对关联矩阵进行展示，分析建筑面积和距离与影响力的关系。
[0014]进一步地，步骤3中，所述空间使用功能分类具体包括：
[0015]S01：公共空间容量质点包括：使用功能为商业、行政服务、医疗、教育、文化的建筑；
[0016]S02：私密空间容量质点包括：居住、商务、酒店、工业、市政设置等建筑。
[0017]进一步地，步骤4中，计算质点间欧氏距离计算公式为：
[0018][0019]其中，(x1,y1)和(x2,y2)分别是两个质点的坐标。
[0020]进一步地，步骤5中，目标质点的影响力计算公式为：
[0021][0022]其中，n和m分别是公共空间和私密空间质点数；w
i
和w
j
分别是公共空间和私密空间建筑面积；d
i
和d
j
分别是公共空间和私密空间距离目标节点欧氏距离；R为半径；ΔW
i
和ΔW
j
分别是公共空间和私密空间影响力。
[0023]进一步地，步骤6中，关联矩阵构建具体包括：幂律分布的计算公式是p(k)＝Ck
‑
γ
，其中，C是比例常数，γ是幂指数；泊松分布的计算公式其中，λ是泊松分布的期望和方差。
[0024]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0025]1)本专利技术提出建筑影响力与建筑面积和距离的关系，为判断建筑影响力的大小提供了重要依据。
[0026]2)本专利技术对城市密度相关属性的判断不仅为城市规划提供了支持，而且为预测城市发展提供了参考性的指标，为城市规划更加合理有序提供了重要依据。
[0027]3)本专利技术不仅为城市空间密度数据集提供了新的网络构建方法，而且可以扩展到城市规划的其它相关领域，例如铁路规划、城市高架规划等。
附图说明
[0028]图1是城市空间密度网络构建流程图；
[0029]图2是复杂网络计算模型；
[0030]图3距离与影响力的关系；
[0031]图4距离和建筑面积与影响力关系。
具体实施方式
[0032]下面结合附图，对本专利技术的具体实施例做进一步的说明。
[0033]如图1所示，一种城市空间密度数据的网络构建方法，包括以下步骤：
[0034]步骤1：获取一组城市建筑物数据；
[0035]步骤2：对收集到的样本组所有建筑单体抽象为空间容量质点；
[0036]步骤3：依据空间使用功能区分质点为两大类：公共空间容量质点和私密空间容量质点；
[0037]步骤4：计算以目标质点为中心，半径为R范围内的所有影响质点的欧氏距离；
[0038]步骤5：计算目标质点的影响力；
[0039]步骤6：利用关联矩阵的形式构建距离网络结构；
[0040]步骤7：利用可视化的方法，对关联矩阵进行展示，分析建筑面积和距离与影响力的关系。
[0041]本实施例中使用的2015年上海内环数据集，选中分析的198个建筑物，详细列出所有建筑物的经纬度信息和建筑面积。
[0042]首先，需要对原始的数据集进行预处理，去除每栋建筑中的异常数据。在数据预处理的基础之上，本实施例将完成以下步骤：
[0043]一、城市空间密度网络构建：
[0044]城市空间密度相关性的研究对优化城市建设和预测城市未来走向具有非常重要的作用，其基本原理是利用建筑相关属性构建网络。使用经纬度信息描述节点位置信息，使用欧氏距离公式
[0045][0046]计算所有节点之间的距离。其中，(x1,y1)和(x2,y2)分别是两个质点的坐标。因此，所处理的数据集中包含了198栋建筑的位置信息。在网络中使用节点作为不同的建筑物，节点范围取半径为5公里的圆，便利所有节点作为目标节点。针对模型做出公共空间吸引空间容量，私密空间排斥空间容量的假设。采用以下公式，分别计算目标节点的影响力数据：
[0047][0048]其中，n和m分别是公共空间和私密空间质点数；w
i
和w
j
分别是公共空间和私密空间建筑面积；d
i
和d
j
分别是公共空间和私密空间距离目标节点欧氏距离；R为半径，这里为5公里；ΔW
i
和ΔW
j
分别是公共空间和私密空间影响力。
[0049]在图2中可以看出距离目标节点本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种城市空间密度数据的网络构建方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：获取一组城市建筑物数据；步骤2：对收集到的样本组所有建筑单体抽象为空间容量质点；步骤3：依据空间使用功能区分质点为两大类：公共空间容量质点和私密空间容量质点；步骤4：计算以目标质点为中心，半径为R范围内的所有影响质点的欧氏距离；步骤5：计算目标质点的影响力；步骤6：利用关联矩阵的形式构建距离网络结构；步骤7：利用可视化的方法，对关联矩阵进行展示，分析建筑面积和距离与影响力的关系。2.如权利要求1所述的一种城市空间密度数据的网络构建方法，其特征在于，步骤3中，所述空间使用功能分类具体包括：S01：公共空间容量质点包括：使用功能为商业、行政服务、医疗、教育、文化的建筑；S02：私密空间容量质点包括：居住、商务、酒店、工业、市政设置等建筑。3.如权利要求1所述的一种城市空间密度数据的网络构建方法，其特征在于，步骤4中，计算质点间欧氏距离计算公...

【专利技术属性】
技术研发人员：王健嘉，朱浩然，刘坤，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：