一种基于LBM的城市通风分析方法、系统、设备及介质

本发明涉及城市规划领域，特别是涉及一种基于lbm的城市通风分析方法、系统、设备及介质。

背景技术：

1、随着快速的城市化进程和人口密度的不断提高，城市热岛效应已经成为影响城市生活质量的重要不利因素。而城市通风对于改善城市热岛效应具有明显效果。为了使政府和城市规划者能够直观做出准确的决策，亟需一种合适的方法基于城市建筑进行城市通风环境分析。传统通风分析方法有风洞实验法、计算流体力学方法(computational fluiddynamics，cfd)和基于地理信息系统(geographic information system，gis)技术的形态学分析方法。风洞实验法能客观、真实的观测空气流经观测对象时的变化细节，但其实验成本高、实验范围受限，并未广泛应用。cfd方法适合于小尺度高分辨率的流体模拟，可以用于建筑物结构设计，城市风环境分析等。但该方法需要巨大的计算量，因此在城市风环境模拟中，常用于单体或小规模建筑群的风环境模拟。以gis技术为基础的形态学方法不依托流体力学原理，通过计算下垫面表面粗糙度近似的分析城市通风环境，是目前较为广泛应用的方法，其显著特点是运行效率高但分析精度较低。

2、因此，亟需一种兼备cfd方法优点和基于gis技术方法优点的城市通风分析方法，用于城市规划中的城市通风环境分析。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种基于lbm的城市通风分析方法、系统、设备及介质，以实现具有较高的分析精度、较高的运行效率以及较低的运行成本的城市通风环境分析。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、一种基于lbm的城市通风分析方法，包括：

4、输入研究区的三维建筑数据集、高度极值和背景风速；所述三维建筑数据集包括：大地坐标系统信息、投影坐标系统信息和建筑物信息；所述建筑物信息包括：各独立建筑物的底面轮廓和高度属性；

5、将所述研究区划分为若干单元，并根据所述三维建筑数据集和所述高度极值计算各单元的通风潜力，得到通风潜力矩阵；

6、根据所述背景风速初始化格子玻尔兹曼模型的气流分量矩阵，得到初始状态的气流分量矩阵；所述气流分量矩阵的行列数与所述通风潜力矩阵的行列数相等；

7、对所述初始状态的气流分量矩阵迭代执行气流迁移和气流碰撞过程，直到达到设定迭代次数，得到终止状态的气流分量矩阵；

8、根据所述终止状态的气流分量矩阵计算所述研究区的风速数据并导出为结果集；所述研究区的风速数据包括：研究区各单元的气流水平速度分量、气流垂直速度分量和气流速度的模；所述结果集用于表示所述研究区各单元的相对风速。

9、一种基于lbm的城市通风分析系统，包括：

10、数据输入模块，用于输入研究区的三维建筑数据集、高度极值和背景风速；所述三维建筑数据集包括：大地坐标系统信息、投影坐标系统信息和建筑物信息；所述建筑物信息包括：各独立建筑物的底面轮廓和高度属性；

11、通风潜力矩阵确定模块，用于将所述研究区划分为若干单元，并根据所述三维建筑数据集和所述高度极值计算各单元的通风潜力，得到通风潜力矩阵；

12、初始状态的气流分量矩阵确定模块，用于根据所述背景风速初始化格子玻尔兹曼模型的气流分量矩阵，得到初始状态的气流分量矩阵；所述气流分量矩阵的行列数与所述通风潜力矩阵的行列数相等；

13、终止状态的气流分量矩阵确定模块，用于对所述初始状态的气流分量矩阵迭代执行气流迁移和气流碰撞过程，直到达到设定迭代次数，得到终止状态的气流分量矩阵；

14、结果集导出模块，用于根据所述终止状态的气流分量矩阵计算所述研究区的风速数据并导出为结果集；所述研究区的风速数据包括：研究区各单元的气流水平速度分量、气流垂直速度分量和气流速度的模；所述结果集用于表示所述研究区各单元的相对风速。

15、一种电子设备，包括存储器及处理器，所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器运行所述计算机程序以使所述电子设备执行上述的基于lbm的城市通风分析方法。

16、一种计算机可读存储介质，其存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述的基于lbm的城市通风分析方法。

17、根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

18、本发明提供的基于lbm(lattice boltzmann method，格子玻尔兹曼方法)的城市通风分析方法，包括：将研究区划分为若干单元，并根据三维建筑数据集和高度极值计算各单元的通风潜力，得到通风潜力矩阵；根据背景风速初始化格子玻尔兹曼模型的气流分量矩阵，得到初始状态的气流分量矩阵；对初始状态的气流分量矩阵迭代执行气流迁移和气流碰撞过程，直到达到设定迭代次数，得到终止状态的气流分量矩阵；根据终止状态的气流分量矩阵计算研究区的风速数据并导出为用于表示研究区各单元的相对风速的结果集。本发明兼备了cfd方法和基于gis技术方法的优点，能够实现具有较高的分析精度、较高的运行效率以及较低的运行成本的城市通风环境分析。

技术特征：

1.一种基于lbm的城市通风分析方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的基于lbm的城市通风分析方法，其特征在于，将所述研究区划分为若干单元，并根据所述三维建筑数据集和所述高度极值计算各单元的通风潜力，得到通风潜力矩阵，具体包括：

3.根据权利要求1所述的基于lbm的城市通风分析方法，其特征在于，根据所述背景风速初始化格子玻尔兹曼模型的气流分量矩阵，得到初始状态的气流分量矩阵，具体包括：

4.根据权利要求1所述的基于lbm的城市通风分析方法，其特征在于，对所述初始状态的气流分量矩阵迭代执行气流迁移和气流碰撞过程，直到达到设定迭代次数，得到终止状态的气流分量矩阵，具体包括：

5.根据权利要求4所述的基于lbm的城市通风分析方法，其特征在于，对第t次迭代的迁移过程起始状态矩阵执行气流迁移过程，并计算第t次迭代的迁移过程终止状态矩阵，具体包括：

6.根据权利要求4所述的基于lbm的城市通风分析方法，其特征在于，对第t次迭代的迁移过程终止状态矩阵执行气流碰撞过程，更新各单元数据并修改边界处单元的值，得到第t次迭代后的气流分量矩阵，具体包括：

7.根据权利要求1所述的基于lbm的城市通风分析方法，其特征在于，根据所述终止状态的气流分量矩阵计算所述研究区的风速数据并导出为结果集，具体包括：

8.一种基于lbm的城市通风分析系统，其特征在于，包括：

9.一种电子设备，其特征在于，包括存储器及处理器，所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器运行所述计算机程序以使所述电子设备执行如权利要求1至7中任意一项所述的基于lbm的城市通风分析方法。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，其存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至7中任意一项所述的基于lbm的城市通风分析方法。

技术总结
本发明公开一种基于LBM的城市通风分析方法、系统、设备及介质，涉及城市规划领域。该方法包括：输入研究区的三维建筑数据集、高度极值和背景风速；将研究区划分为若干单元，并根据三维建筑数据集和高度极值计算各单元的通风潜力，得到通风潜力矩阵；根据背景风速初始化格子玻尔兹曼模型的气流分量矩阵，得到初始状态的气流分量矩阵；对初始状态的气流分量矩阵迭代执行气流迁移和气流碰撞过程，直到达到设定迭代次数，得到终止状态的气流分量矩阵；根据终止状态的气流分量矩阵计算研究区的风速数据并导出为结果集，以表示研究区各单元的相对风速。本发明能够实现具有较高的分析精度、较高的运行效率以及较低的运行成本的城市通风环境分析。

技术研发人员：解鹏,杨俊,逯跃锋
受保护的技术使用者：山东理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16