一种城市中心微热岛数字地图的制作和显示方法
【专利摘要】本发明公开了一种城市中心微热岛数字地图的制作和显示方法，1)建立城市三维矢量地图数据库；2)识别城市中心微热岛空间；3)建立城市中心微热岛空间热环境数据库；4)针对城市中心微热岛空间热环境数据库的热环境实测、热环境模拟分析和城市空间形态的提出并建立不同图层；5)建立城市中心微热岛数字地图显示模块，分别与三维矢量地图数据库和城市中心微热岛空间热环境数据库连接，根据选择的数据信息通过城市中心微热岛数字地图显示模块输出相应的城市中心微热岛数字图像和数据。本发明有利于对城市热环境以及热岛效应的分析并对城市设计和城市规划起到辅助作用。
【专利说明】
一种城市中心微热岛数字地图的制作和显示方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种数字地图制作方法，更具体涉及一种城市中心微热岛数字地图的制作方法和显示方法。
【背景技术】
[0002]近年来，在全球变暖和我国快速城市化进程的背景下，城市热岛效应愈发严重，不仅影响城市居民的居住舒适感和身体健康，同时也可能导致各种热浪灾害的发生。城市热环境作为城市生态环境的重要指标之一越来越多得受到人们的关注，在城市规划与设计中应对城市热岛问题的需求也越来越迫切。
[0003]目前国内外在城市热岛效应的研究中多采用遥感影像技术，然而城市中心区内三维空间形态多样，热岛效应严重而且分布复杂。建筑形态对微热岛的产生、扩散以及消解都具有重要的影响作用，如何探寻建筑空间形态对城市中心热环境的作用机制，寻找微热岛空间产生的规律，进而通过中心区空间形态的调整来优化城市中心区热环境，消解热岛效应是本发明关注的重点。现有的技术没有考虑到城市各类建筑和环境空间形态对城市热环境的影响作用。除此之外，对于信息的多维度直观化的查询与表达的方法研究也有所欠缺。因此，建立一个将城市微热岛空间热环境指标与城市建筑空间形态相结合的数字信息系统十分必要。
【发明内容】
[0004]发明目的:为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种城市中心微热岛数字地图的制作和显示方法，利用实测数据识别城市中的微热岛空间，将城市微热岛空间的热环境的实测数据和模拟数据与城市空间形态指标相结合，通过不同图层映射到计算机数据库，通过直观的反映城市微热岛空间的温度变化，有利于对城市热岛效应的研究并对城市空间环境设计起到辅助作用。
[0005]技术方案:为实现上述目的，本发明采用的技术方案为:
[0006]—种城市中心微热岛数字地图的制作和显示方法，包括以下步骤:
[0007]I)建立城市三维矢量地图数据库；
[0008]2)识别城市中心微热岛空间；
[0009 ] 3)建立城市中心微热岛空间热环境数据库；
[0010]4)针对城市中心微热岛空间热环境数据库的热环境实测、热环境模拟分析和城市空间形态的提出并建立不同图层；
[0011]5)建立城市中心微热岛数字地图显示模块，分别与三维矢量地图数据库和城市中心微热岛空间热环境数据库连接，根据选择的数据信息通过城市中心微热岛数字地图显示模块输出相应的城市中心微热岛数字图像和数据。
[0012]进一步的，所述步骤I)包括以下具体步骤:
[0013]1.1)根据实际测绘获得的作业范围及周边范围现状用地矢量图形及相关坐标数据；
[0014]1.2)利用AutoCAD软件在测量区域的矢量地形图上划定街区范围边界线，在每个街区范围内对街区进行编号，数字从01开始；
[0015]1.3)统一将矢量文件转化为dxf格式并导入ArcGIS，建立城市三维空间形态数据库。
[0016]进一步的，所述步骤2)包括以下具体步骤:
[0017]2.1)利用ArcGIS平台整合城市热环境实测数据，利用空间分析工具将城市中心各测点实测温度呈等值线特征分布；
[0018]2.2)对实测温度进行标准化处理，将作业区温度平均值作为温度基面，当等值线所在圈层温度高于基面温度的10%，则定义该等值线所覆盖的区域为城市中心区微热岛空间；当等值线所在圈层温度高于基面温度的5%，则定义该等值线所覆盖的区域为城市中心区微热岛空间辐射区。
[0019]进一步的，所述步骤3)包括以下具体步骤:
[0020]3.1)基于实测数据校核，运用ENV1-met软件基于流体动力学和热点偶的基本定律模拟城市微热岛空间热环境；
[0021 ] 3.2)利用Ecotect软件的太阳辐射分析功能，在微热岛空间范围内进行定量辐射分析，修正模拟结果；
[0022]3.3)利用RayMan软件计算微热岛空间天空可视度和人体生理等效温度，进一步修正模拟结果；
[0023]3.4)将模拟区划分为若干个区域，通过多次相同参数条件下进行模拟，进一步通过统计所有街区单元内热环境数据的平均值进行比较分析，完整显示城市微热岛空间连续分布的热环境图，建立城市微热岛空间热环境数据库；
[0024]进一步的，所述步骤4)包括:
[0025]城市微热岛空间热环境实测图层包括:平均空气温度、平均地表温度和平均空气相对湿度3种图层；
[0026]微热岛空间热环境模拟分析图层包括:空气温度、平均辐射温度、预测平均热贡献、长波辐射环境、反射短波辐射、相对湿度6种图层；
[0027]城市空间形态图层包括:建筑密度、建筑高度、容积率、天空可视度、街道高宽比、阴影系数、围护系数、围合度、错落度、植被覆盖率、反照率和不透水面面积比共12种图层。
[0028]进一步的，所述步骤5)包括以下具体步骤:
[0029]5.1)利用ENV1-met软件中的输出模块，将城市中心微热岛空间热环境数据库输出为ArcGIS Geodatabase；
[0030]5.2)利用ENV1-met软件中的远程连接管理器中的数据库连接功能与三维矢量地图数据库相连；
[0031]5.3)使用测点功能可在指定位置设置测点，读取模拟分析结果的数据，并可导出至统计分析软件进行储存与分析。
[0032]有益效果:利用本发明制作的城市微热岛数字地图基于GIS(地理信息系统)和城市坐标系统，可以将城市热环境数据和城市空间形态数据和图像信息叠合，形成直观反映城市热环境特征的数字地图，并通过与计算机数据库结合实现海量数据的快速获取和访问，有利于对城市热环境以及热岛效应的分析并对城市设计和城市规划起到辅助作用。
【附图说明】
[0033]图1为本发明的方法流程图；
[0034]图2为本发明实施例的研究范围图；
[0035]图3为本发明实施例的实测测点分布图；
[0036]图4为本发明模拟城市中心微热岛空间热环境的流程界面示意图；
[0037]图5为本发明实施例的热环境示意图；
[0038]图6为本发明的城市中心微热岛空间热环境的示意图。
【具体实施方式】
[0039]下面结合【附图说明】中各附图对本发明作更进一步的说明。
[0040]图1，一种城市中心微热岛数字地图的制作和显示方法，包括以下步骤:
[0041 ] I)建立城市三维矢量地图数据库；
[0042]2)识别城市中心微热岛空间；
[0043]3)建立城市中心微热岛空间热环境数据库；
[0044]4)针对城市中心微热岛空间热环境数据库的热环境实测、热环境模拟分析和城市空间形态的提出并建立不同图层；
[0045]5)建立城市中心微热岛数字地图显示模块，分别与三维矢量地图数据库和城市中心微热岛空间热环境数据库连接，根据选择的数据信息通过城市中心微热岛数字地图显示模块输出相应的城市中心微热岛数字图像和数据。
[0046]进一步的，所述步骤I)包括以下具体步骤:
[0047]1.1)根据实际测绘获得的作业范围及周边范围现状用地矢量图形及相关坐标数据；
[0048]1.2)利用AutoCAD软件在测量区域的矢量地形图上划定街区范围边界线，在每个街区范围内对街区进行编号，数字从01开始；
[0049]1.3)统一将矢量文件转化为dxf格式并导入ArcGIS，建立城市三维空间形态数据库。
[0050]进一步的，所述步骤2)包括以下具体步骤:
[0051]2.1)利用ArcGIS平台整合城市热环境实测数据，利用空间分析工具将城市中心各测点实测温度呈等值线特征分布；
[0052]2.2)对实测温度进行标准化处理，将作业区温度平均值作为温度基面，当等值线所在圈层温度高于基面温度的10%，则定义该等值线所覆盖的区域为城市中心区微热岛空间；当等值线所在圈层温度高于基面温度的5%，则定义该等值线所覆盖的区域为城市中心区微热岛空间辐射区。
[0053]进一步的，所述步骤3)包括以下具体步骤:
[0054]3.1)基于实测数据校核，运用ENV1-met软件基于流体动力学和热点偶的基本定律模拟城市微热岛空间热环境；
[0055]3.2)利用Ecotect软件的太阳福射分析功能，在微热岛空间范围内进行一些定量辐射分析，修正模拟结果；
[0056]3.3)利用RayMan软件计算微热岛空间天空可视度和人体生理等效温度，进一步修正模拟结果；
[0057]3.4)将模拟区划分为若干个区域，通过多次相同参数条件下进行模拟，进一步通过统计所有街区单元内热环境数据的平均值进行比较分析，完整显示城市微热岛空间连续分布的热环境图，建立城市微热岛空间热环境数据库；
[0058]进一步的，所述步骤4)包括:
[0059]城市微热岛空间热环境实测图层包括:平均空气温度、平均地表温度和平均空气相对湿度3种图层；
[0060]微热岛空间热环境模拟分析图层包括:空气温度、平均辐射温度、预测平均热贡献、长波辐射环境、反射短波辐射、相对湿度6种图层；
[0061 ]城市空间形态图层包括:建筑密度、建筑高度、容积率、天空可视度、街道高宽比、阴影系数、围护系数、围合度、错落度、植被覆盖率、反照率和不透水面面积比共12种图层。
[0062]其中，地表温度以城市夏季热环境模拟的统计数据为基础，模拟初始温度经过实测温度校核;建筑密度=区块内建筑基底面积/区块总面积X 100% ;容积率=总建筑面积/区块总面积；平均高度=区块内总建筑面积/建筑基地面积X平均层高；平均天空可视度--运用Climate Skyhel1s模拟街区平均天空可视度，数值大小在O至I之间；植被覆盖率——基于Google Earth卫星图和现场实地勘测，在ENV1-met中建模树木，各区块的植被密度为“(区块内树冠投影面积/区块总面积)X 100%” ；不透水面面积比基于Google Earth卫星图和现场实地勘测，各区块的不透水面积估算为“1-建筑密度-植被覆盖率。”
[0063]进一步的，所述步骤5)包括以下具体步骤:
[0064]5.1)利用ENV1-met软件中的输出模块，将城市中心微热岛空间热环境数据库输出为ArcGIS Geodatabase；
[0065]5.2)利用ENV1-met软件中的远程连接管理器中的数据库连接功能与三维矢量地图数据库相连；
[0066]5.3)使用测点功能可在指定位置设置测点，读取模拟分析结果的数据，并可导出至统计分析软件进行储存与分析。
[0067]图2-图6，实施例:以下将结合南京新街口中心区的微热岛数字地图制作案例和附图来详细地说明本发明的技术方案:
[0068]建立城市三维矢量地图数据库；
[0069]1.1)根据实际测绘获得完整、准确的新街口地区及周边范围现状用地矢量图形及相关坐标数据；
[0070]1.2)利用AutoCAD软件在新街口地区及周边范围的矢量地形图上划定街区范围边界线，在每个街区范围内对街区进行编号，数字从01开始；
[0071]1.3)利用AutoCAD软件新建图层，分别命名为建筑层数、建筑平面轮廓线以及道路中心线，并使用特性匹配工具将步骤1.1中矢量数据图放置到相对应的图层之中
[0072]1.4)统一将矢量文件转化为dxf格式并导入ArcGIS，建立城市三维空间形态数据库，识别南京新街口微热岛空间；
[0073]2.1)利用ArcGIS平台整合城市热环境实测数据，利用空间分析工具将南京新街口地区内各测点实测温度呈等值线特征分布；
[0074]2.2)对实测温度进行标准化处理，将作业区温度平均值作为温度基面，当等值线所在圈层温度高于基面温度的10%，则定义该等值线所覆盖的区域为城市中心区微热岛空间；当等值线所在圈层温度高于基面温度的5%，则定义该等值线所覆盖的区域为城市中心区微热岛空间辐射区。
[0075]建立城市微热岛空间数据库；
[0076]3.1)基于实测数据校核，运用ENV1-met软件基于流体动力学和热点偶的基本定律模拟城市微热岛空间热环境；
[0077]3.2)利用Ecotect软件的太阳辐射分析功能，在微热岛空间范围内进行一些定量辐射分析，修正模拟结果；
[0078]3.3)利用RayMan软件计算微热岛空间天空可视度和人体生理等效温度，进一步修正模拟结果；
[0079]3.4)将南京新街口地区微热岛空间划分为80个区域，通过10次相同参数条件下进行模拟，进一步通过统计所有街区单元内热环境数据的平均值进行比较分析，完整显示南京新街口微热岛空间连续分布的热环境图，建立新街口微热岛空间数据库；
[0080]4)针对南京新街口微热岛空间的热环境实测、热环境模拟分析和城市空间形态等不同对象提出并建立不同图层；
[0081]5)建立南京新街口微热岛数字地图显示模块，分别与城市三维空间形态数据库和城市微热岛空间数据库连接，根据选择的数据信息输出相应的城市微热岛数字图像和数据。
[0082]5.1)利用ENV1-met软件中的输出模块，将城市微热岛空间数据库输出为ArcGI SGeodatabase；
[0083]5.2)利用ENV1-met软件中的远程连接管理器(Remote Connect1n Manager)中的数据库连接功能与城市三维空间形态数据库相连；
[0084]5.3)使用测点功能可在指定位置设置测点，读取模拟分析结果的数据，并可导出至统计分析软件进行储存与分析。
[0085]以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出:对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种城市中心微热岛数字地图的制作和显示方法，其特征在于，包括以下步骤: .1)建立城市三维矢量地图数据库； .2)识别城市中心微热岛空间； .3)建立城市中心微热岛空间热环境数据库； .4)针对城市中心微热岛空间热环境数据库的热环境实测、热环境模拟分析和城市空间形态的提出并建立不同图层； .5)建立城市中心微热岛数字地图显示模块，分别与三维矢量地图数据库和城市中心微热岛空间热环境数据库连接，根据选择的数据信息通过城市中心微热岛数字地图显示模块输出相应的城市中心微热岛数字图像和数据。2.根据权利要求1所述一种城市中心微热岛数字地图的制作和显示方法，其特征在于，所述步骤I)包括以下具体步骤: .1.1)根据实际测绘获得的作业范围及周边范围现状用地矢量图形及相关坐标数据； .1.2)利用AutoCAD软件在测量区域的矢量地形图上划定街区范围边界线，在每个街区范围内对街区进行编号，数字从01开始； .1.3)统一将矢量文件转化为dxf格式并导入ArcGIS，建立城市三维空间形态数据库。3.根据权利要求1所述一种城市中心微热岛数字地图的制作和显示方法，其特征在于，所述步骤2)包括以下具体步骤: .2.1)利用ArcGIS平台整合城市热环境实测数据，利用空间分析工具将城市中心各测点实测温度呈等值线特征分布； .2.2)对实测温度进行标准化处理，将作业区温度平均值作为温度基面，当等值线所在圈层温度高于基面温度的10%，则定义该等值线所覆盖的区域为城市中心区微热岛空间；当等值线所在圈层温度高于基面温度的5%，则定义该等值线所覆盖的区域为城市中心区微热岛空间辐射区。4.根据权利要求1所述一种城市中心微热岛数字地图的制作和显示方法，其特征在于，所述步骤3)包括以下具体步骤: . 3.1)基于实测数据校核，运用ENV1-met软件基于流体动力学和热点偶的基本定律模拟城市微热岛空间热环境； . 3.2)利用Ecotect软件的太阳福射分析功能，在微热岛空间范围内进行定量福射分析，修正模拟结果； .3.3)利用RayMan软件计算微热岛空间天空可视度和人体生理等效温度，进一步修正模拟结果；. 3.4)将模拟区划分为若干个区域，通过多次相同参数条件下进行模拟，进一步通过统计所有街区单元内热环境数据的平均值进行比较分析，完整显示城市微热岛空间连续分布的热环境图，建立城市微热岛空间热环境数据库。5.根据权利要求1所述一种城市中心微热岛数字地图的制作和显示方法，其特征在于，所述步骤4)包括: 城市微热岛空间热环境实测图层包括:平均空气温度、平均地表温度和平均空气相对湿度3种图层； 微热岛空间热环境模拟分析图层包括:空气温度、平均辐射温度、预测平均热贡献、长波辐射环境、反射短波辐射、相对湿度6种图层； 城市空间形态图层包括:建筑密度、建筑高度、容积率、天空可视度、街道高宽比、阴影系数、围护系数、围合度、错落度、植被覆盖率、反照率和不透水面面积比共12种图层。6.根据权利要求1所述一种城市中心微热岛数字地图的制作和显示方法，其特征在于，所述步骤5)包括以下具体步骤: . 5.1)利用ENV1-met软件中的输出模块，将城市中心微热岛空间热环境数据库输出为ArcGIS Geodatabase； .5.2)利用ENV1-met软件中的远程连接管理器中的数据库连接功能与三维矢量地图数据库相连；. 5.3)使用测点功能可在指定位置设置测点，读取模拟分析结果的数据，并可导出至统计分析软件进行储存与分析。
【文档编号】G06F17/30GK105868393SQ201610239535
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年4月18日
【发明人】杨俊宴, 吴浩
【申请人】东南大学