基于ENVI-met的城市街区绿地规划方法及系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开一种基于ENVI?met的城市街区绿地规划方法及系统，能够合理地对街区进行绿地规划，从而达到街区热岛效应源头减缓的目的。方法包括：S1、在ENVI?met中构建预设街区的街区规划基准模型，运行所述ENVI?met，得到所述街区的热环境数据模拟结果；S2、改变所述基准模型的绿地结构，得到情景模型，运行所述ENVI?met，得到所述街区的热环境数据模拟结果；S3、根据所述街区的热环境数据模拟结果确定出所述街区的最优热岛减缓绿地规划方案，其中，所述热环境数据模拟结果包括温度模拟结果；S4、根据所述最优热岛减缓绿地规划方案对所述街区进行绿地规划。
【专利说明】
基于ENVI -met的城市街区绿地规划方法及系统
技术领域
[0001] 本发明涉及环境科学技术领域，具体涉及一种基于ENVI-met的城市街区绿地规划 方法及系统。
【背景技术】
[0002] 街区热岛效应是城市热岛效应在空间小尺度上的一种表现形式，是由于街区内密 集的建筑群、人工构筑物等改变了下垫面的热力属性，辅之以大量人为排热，造成的街区内 温度高于周边的一种局地气候现象。作为城市空间的基本单元，街区内区域是城市居民活 动最活跃的场所，日益恶化的热岛效应影响了街区内气候、水文、空气质量、土壤理化性质， 严重制约了街区内生态环境及居民健康。如何实现街区热岛效应的有效减缓是可持续发展 及以人为本城市发展理念的重要体现。
[0003] 相较于"先产生热岛，再控制"的传统治理方法，将热岛减缓纳入街区规划阶段，能 够起到防患未然、未雨绸缪的治理效果，并能够降低人力、物力以及财力的后期控制投入。 对于单个街区而言，道路走向、建筑布局及密度、土地覆被类型等规划设计因素均对热环境 有显著影响。其中，绿地作为城市结构中的自然生产力主体，具有改善空气质量、降温增湿、 调节局地小气候等多种生态功能，是缓解热岛效应的重要可控性因素之一。国内外学者借 助遥感和实地监测手段，运用景观生态学、统计学等相关技术方法，对城市热环境和绿地数 据进行了定量化分析，验证了绿地缓减热岛效应的宏观现象，描述了绿地缓减热岛效应的 内在属性，探索了绿地的降温效应及对周边热环境的影响程度，相关结论对宏观层面城市 绿地景观规划和建设有一定指导意义，但仍多停留在整体层面的组织方法，在以街区为尺 度基准进行景观绿化方案设计时缺乏实际操作性。由此，对街区内绿地结构进行合理规划 以实现热岛源头减缓成为亟待解决的问题。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于，提供一种基于ENVI-met的城市街区绿地规划方法及系统，能 够合理地对街区进行绿地规划，从而达到街区热岛效应源头减缓的目的。
[0005] 为此目的，一方面，本发明提出一种基于ENVI-met的城市街区绿地规划方法，包 括：
[0006] S1、在ENVI-met中构建预设街区的街区规划基准模型，运行所述ENVI-met，得到所 述街区的热环境数据模拟结果；
[0007] S2、改变所述基准模型的绿地结构，得到情景模型，运行所述ENVI-met，得到所述 街区的热环境数据模拟结果；
[0008] S3、根据所述街区的热环境数据模拟结果确定出所述街区的最优热岛减缓绿地规 划方案，其中，所述热环境数据模拟结果包括温度模拟结果；
[0009] S4、根据所述最优热岛减缓绿地规划方案对所述街区进行绿地规划。
[0010] 另一方面，本发明提出一种基于ENVI-met的城市街区绿地规划系统，包括：
[0011] 第一模拟单元，用于在ENVI-met中构建预设街区的街区规划基准模型，运行所述 ENVI-met，得到所述街区的热环境数据模拟结果；
[0012] 第二模拟单元，用于改变所述基准模型的绿地结构，得到情景模型，运行所述 ENVI-met，得到所述街区的热环境数据模拟结果；
[0013]规划方案确定单元，用于根据所述街区的热环境数据模拟结果确定出所述街区的 最优热岛减缓绿地规划方案，其中，所述热环境数据模拟结果包括温度模拟结果；
[0014] 规划单元，用于根据所述最优热岛减缓绿地规划方案对所述街区进行绿地规划。
[0015] 本发明实施例所述的基于ENVI-met的城市街区绿地规划方法及系统，在构建基准 案例进行模拟的基础上，设定了不同景观绿化结构的模拟案例，逐一进行了模拟运行，并在 定量分析模拟结果基础上，筛选最优绿化设计方案，利用最优绿化设计方案对街区进行绿 地规划，本发明具有适用范围广、精度高以及成本低等优点，对于街区尺度热岛效应的源头 减缓具有重要理论及应用价值。
【附图说明】
[0016] 图1为本发明基于ENVI-met的城市街区绿地规划方法一实施例的流程示意图； [0017]图2为本发明基于ENVI-met的城市街区绿地规划系统一实施例的结构示意图。
【具体实施方式】
[0018] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例 中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本发明 一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有 做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0019] 如图1所示，本实施例公开一种基于ENVI-met的城市街区绿地规划方法，包括：
[0020] S1、在ENVI-met中构建预设街区的街区规划基准模型，运行所述ENVI-met，得到所 述街区的热环境数据模拟结果；
[0021] S2、改变所述基准模型的绿地结构，得到情景模型，运行所述ENVI-met，得到所述 街区的热环境数据模拟结果；
[0022] S3、根据步骤S1和S2中得到的所述街区的热环境数据模拟结果确定出所述街区的 最优热岛减缓绿地规划方案，其中，所述热环境数据模拟结果包括温度模拟结果；
[0023] S4、根据所述最优热岛减缓绿地规划方案对所述街区进行绿地规划。
[0024] 街区规划中，一般包括建筑物、下垫面、绿化植物等，街区规划基准模型建模过程 中，按照建筑物、植物、下垫面顺序依次建模，避免在同一处网格重复建模。建模中网格尺度 大小、网格数量都会直接影响到计算结果的准确性，其中，计算区域的高度必须大于等于建 筑物最大高度的两倍，ENVI-met(德国Michael Bruse(University of Mainz，Germany)研 发的基于流体力学和热平衡原理的三维数值模型，在街区室外风环境、城市热岛效应以及 室内自然通风等领域应用广泛。）提供的计算区域最大网格数为250mm X 250mm X 30mm。
[0025] 步骤S2中，在保持基准案例中建筑位置及布局方式不变情况下，改变模型内绿化 景观要素的配置，逐一进行ENVI-met微气候模拟。其中绿地率的改变，通过增加或减少硬质 铺装和水泥地面面积基础上，在基准案例30 %基础上进行± 20 %的变化，绿化类型及基本 布局结构不变;绿化组合类型及比例的改变，保持绿地率及绿化布局结构保持不变，对乔 木、草地及水体三种绿化类型进行不同组合并改变其搭配比例，并考虑屋顶绿化这一特殊 的景观设计方式;布局结构的改变，对乔木草坪、乔木水体这两种绿化类型的三种布局方式 分别进行模拟，布局方式包括集中分布的基准布局、条形布局和镶嵌布局，具体见表1。
[0026]表1各情景案例景观设计因子设置
[0028]本发明实施例所述的基于ENVI-met的城市街区绿地规划方法，在构建基准案例进 行模拟的基础上，设定了不同景观绿化结构的模拟案例，逐一进行了模拟运行，并在定量分 析模拟结果基础上，筛选最优绿化设计方案，利用最优绿化设计方案对街区进行绿地规划， 本发明具有适用范围广、精度高以及成本低等优点，对于街区尺度热岛效应的源头减缓具 有重要理论及应用价值。
[0029]可选地，在本发明基于ENVI-met的城市街区绿地规划方法的另一实施例中，所述 改变所述基准模型的绿地结构，包括：
[0030]改变所述基准模型的绿地率、绿化组合类型、绿化组合比例和/或绿化布局结构。
[0031] 可选地，在本发明基于ENVI-met的城市街区绿地规划方法的另一实施例中，所述 根据所述街区的热环境数据模拟结果确定出所述街区的最优热岛减缓绿地规划方案，包 括：
[0032] 基于所述街区的热环境数据模拟结果计算PMV模型，并确定出绝对值的期望值最 小的计算结果；
[0033] 将绝对值的期望值最小的计算结果中空间分布最均匀的计算结果对应的绿地规 划方案确定为所述街区的最优热岛减缓绿地规划方案。
[0034]可选地，在本发明基于ENVI-met的城市街区绿地规划方法的另一实施例中，所述 PMV = [0.303 cxp(-0.036/W) + 0.028] x {M - W -3,05 x ] () ； x [5733 - 6.99 x (M -W) - pg~]-PMV模型的计算公式为0，42 X [(姐一，> -58 J5] -1J XX (5867 -凡}, ox)〇i4；v/x(34-/；}-3.%x1〇y/x^(；/+273) j-(^+273)J - ./ ,：hc(tc/~t〇)} f 1.00+1.290 J , T , < 0.078 ._ 其中，/广|厂，厂>〇,〇78, l = 为新陈代谢率旅为人 体做功率，W/S，PA环境空气中水蒸气分压力，Pa，ta为空气温度，°(：，1。1为衣服热阻，W/K* m2，tea为穿衣人体外表面平均温度，°C，为平均辐射温度，°C，Var为空气流速，m/s。
[0035] 本发明实施例中，所述PMV模型（Predicted Mean Vote Model)为丹麦Franger教 授提出表征人体热反应(冷热感）的评价指标，用以反映同一环境绝大多数人的冷热感觉， 综合考虑了人的活动特征及人体能量平衡，评价结果客观，在城市室外热舒适度评价中应 ^c/ = 35.7-0.028x(Af-r)- 用广泛。计算公式中tc綱式子/4啊〇x4(4冲(一外/挑 算。
[0036]考虑评价结果客观及应用广泛性，可以引入人体高度处（离地1.5m)PMV模型为评 价指标，综合考虑了人的活动特征及人体能量平衡。通常情况下，PMV指标数值范围在_4(非 常冷)到4(非常冷)之间，数值为0时通常意味着最佳热舒适状态，IS07730对PMV推荐值为-0.5到+0.5间，国内通常认为-1到+1之间可视为热舒适环境，本发明所述评价PMV评价指标 对热环境热舒适尺度划分表如表2所示。
[0037] 表2PMV热感觉标尺
[0039]可选地，在本发明基于ENVI-met的城市街区绿地规划方法的另一实施例中，所述 步骤S1和S2中所述ENVI-met运行所需的初始值为相同时段距离最近处气象观测站点观测 的数据，其中，所述气象观测站点观测的数据的类型与所述热环境数据模拟结果的类型相 同。
[0040]可选地，在本发明基于ENVI-met的城市街区绿地规划方法的另一实施例中，所述 热环境数据模拟结果还包括相对湿度模拟结果、风速模拟结果和/或风向模拟结果。
[0041 ]如图2所示，本实施例公开一种基于ENVI-met的城市街区绿地规划系统，包括： [0042]第一模拟单元1，用于在ENVI-met中构建预设街区的街区规划基准模型，运行所述 ENVI-met，得到所述街区的热环境数据模拟结果；
[0043]第二模拟单元2,用于改变所述基准模型的绿地结构，得到情景模型，运行所述 ENVI-met，得到所述街区的热环境数据模拟结果；
[0044]规划方案确定单元3,用于根据所述街区的热环境数据模拟结果确定出所述街区 的最优热岛减缓绿地规划方案，其中，所述热环境数据模拟结果包括温度模拟结果；
[0045]规划单元4,用于根据所述最优热岛减缓绿地规划方案对所述街区进行绿地规划。 [0046]本发明实施例所述的基于ENVI-met的城市街区绿地规划系统，在构建基准案例进 行模拟的基础上，设定了不同景观绿化结构的模拟案例，逐一进行了模拟运行，并在定量分 析模拟结果基础上，筛选最优绿化设计方案，利用最优绿化设计方案对街区进行绿地规划， 本发明具有适用范围广、精度高以及成本低等优点，对于街区尺度热岛效应的源头减缓具 有重要理论及应用价值。
[0047]可选地，在本发明基于ENVI-met的城市街区绿地规划系统的另一实施例中，所述 第二模拟单元，用于改变所述基准模型的绿地率、绿化组合类型、绿化组合比例和/或绿化 布局结构。
[0048]可选地，在本发明基于ENVI-met的城市街区绿地规划系统的另一实施例中，所述 规划方案确定单元，用于基于所述街区的热环境数据模拟结果计算PMV模型，并确定出绝对 值的期望值最小的计算结果，将绝对值的期望值最小的计算结果中空间分布最均匀的计算 结果对应的绿地规划方案确定为所述街区的最优热岛减缓绿地规划方案。
[0049]可选地，在本发明基于ENVI-met的城市街区绿地规划系统的另一实施例中，所述 FMV = [0.303 exp(-0.036M) +0.028] X Jm - W - 3.05 x ] .0 " x [5733: - 6.99 x (M - W} - p J -PMV模型的计算公式为 0,42x[(Af 風15]-丄7xl 〇 /V/ X(5867_.以 ' 0.0014M X(34--31 〇-8/e/X [(q+273)4-([+273V - ^ (1.00+1.290/ . T , < 0.078 ,_ 其中，丨05十0645/" j >0078，/|(?=〗2.以>/^，，为新陈代谢率，评为人体做 功率，Pa为环境空气中水蒸气分压力，ta为空气温度，led为衣服热阻，ted为穿衣人体外表面 平均温度，&为平均辐射温度，Var为空气流速。
[0050] 本发明实施例提供了一种适用范围广、操作性强的城市街区绿地规划方法，以解 决现有技术的不足，与现有技术相比，有如下特点：
[0051] (1)针对城市绿地空间结构及布局减缓街区热岛效应机理及技术操作上的不足， 引入ENVI-met流体力学微气候模型模拟景观绿化结构及布局对街区热环境影响，从而为街 区规划提供理论及技术支持；
[0052] (2)引入人体热反应模型PMV作为模拟结果的评价指标，考虑了街区热环境模型情 景下人的活动特征及人体能量平衡，对街区尺度景观绿地结构及布局的不同影响程度进行 了综合考虑及分析，有利于筛选街区尺度规划的最适宜方案。
[0053]虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是本领域技术人员可以在不脱离本发 明的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求 所限定的范围之内。
【主权项】
1. 一种基于ENVI-met的城市街区绿地规划方法，包括： 51、 在ENVI-met中构建预设街区的街区规划基准模型，运行所述ENVI-met，得到所述街 区的热环境数据模拟结果； 52、 改变所述基准模型的绿地结构，得到情景模型，运行所述ENVI-met，得到所述街区 的热环境数据模拟结果； 53、 根据所述街区的热环境数据模拟结果确定出所述街区的最优热岛减缓绿地规划方 案，其中，所述热环境数据模拟结果包括温度模拟结果； 54、 根据所述最优热岛减缓绿地规划方案对所述街区进行绿地规划。2. 根据权利要求1所述的基于ENVI-met的城市街区绿地规划方法，其特征在于，所述改 变所述基准模型的绿地结构，包括： 改变所述基准模型的绿地率、绿化组合类型、绿化组合比例和/或绿化布局结构。3. 根据权利要求1所述的基于ENVI-met的城市街区绿地规划方法，其特征在于，所述根 据所述街区的热环境数据模拟结果确定出所述街区的最优热岛减缓绿地规划方案，包括： 基于所述街区的热环境数据模拟结果计算PMV模型，并确定出绝对值的期望值最小的 计算结果； 将绝对值的期望值最小的计算结果中空间分布最均匀的计算结果对应的绿地规划方 案确定为所述街区的最优热岛减缓绿地规划方案。4. 根据权利要求3所述的基于ENVI-met的城市街区绿地规划方法，其特征在于，所述 PMV模型的计算公?'其 中为新陈代谢率，W为人体做功 率，Pa为环境空气中水蒸气分压力，ta为空气温度，Ica为衣服热阻，tea为穿衣人体外表面平 均温度，^为平均辐射温度，Var为空气流速。5. 根据权利要求1所述的基于ENVI-met的城市街区绿地规划方法，其特征在于，所述步 骤Sl和S2中所述ENVI-met运行所需的初始值为相同时段距离最近处气象观测站点观测的 数据，其中，所述气象观测站点观测的数据的类型与所述热环境数据模拟结果的类型相同。6. 根据权利要求1所述的基于ENVI-met的城市街区绿地规划方法，其特征在于，所述热 环境数据模拟结果还包括相对湿度模拟结果、风速模拟结果和/或风向模拟结果。7. -种基于ENVI-met的城市街区绿地规划系统，其特征在于，包括： 第一模拟单元，用于在ENVI-met中构建预设街区的街区规划基准模型，运行所述ENVI-met ， 得到所述街区的热环境数据模拟结果； 第二模拟单元，用于改变所述基准模型的绿地结构，得到情景模型，运行所述ENVI-met，得到所述街区的热环境数据模拟结果； 规划方案确定单元，用于根据所述街区的热环境数据模拟结果确定出所述街区的最优 热岛减缓绿地规划方案，其中，所述热环境数据模拟结果包括温度模拟结果； 规划单元，用于根据所述最优热岛减缓绿地规划方案对所述街区进行绿地规划。8. 根据权利要求7所述的基于ENVI-met的城市街区绿地规划系统，其特征在于，所述第 二模拟单元，用于改变所述基准模型的绿地率、绿化组合类型、绿化组合比例和/或绿化布 局结构。9. 根据权利要求7所述的基于ENVI-met的城市街区绿地规划系统，其特征在于，所述规 划方案确定单元，用于基于所述街区的热环境数据模拟结果计算PMV模型，并确定出绝对值 的期望值最小的计算结果，将绝对值的期望值最小的计算结果中空间分布最均匀的计算结 果对应的绿地规划方案确定为所述街区的最优热岛减缓绿地规划方案。10. 根据权利要求9所述的基于ENVI-met的城市街区绿地规划系统，其特征在于，所述率，Pa为环境空气中水蒸气分压力，ta为空气温度，Ica为衣服热阻，tea为穿衣人体外表面平 均温度，^为平均辐射温度，Var为空气流速。
【文档编号】G06Q50/26GK105894107SQ201610053597
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年1月26日
【发明人】张力小, 葛荣凤, 冯悦怡
【申请人】北京师范大学