[发明专利]基于建筑物水平轮廓最小外接矩形的迎风面密度计算方法

说明书

本发明公开了一种基于建筑物水平轮廓最小外接矩形的迎风面密度计算方法，首先，将待测区划分为K个格网；其次，遍历格网，提取出第k个格网与建筑物水平轮廓相交的部分，所得结果记为集合D_k，其中，1≤k≤K；再确定集合D_k中建筑物水平轮廓的旋转角度，使得旋转后建筑物水平轮廓的最小外接矩形的宽正好为建筑物水平轮廓未旋转时迎风面的投影宽度L。最后，遍历格网，计算每个格网的迎风面密度大小。本发明实现了利用最小外接矩形来简化迎风面密度计算复杂度的问题，并非常适合于在众多成熟的商业软件中通过简单二次开发来实现城市迎风面密度的计算。

技术领域

本发明涉及城市规划与城市风环境技术领域，特别是一种基于建筑物水平轮廓最小外接矩形的迎风面密度计算方法。

背景技术

近年来，随着我国城市化进程不断地向前推进，城市规模不断增长，城市空间形态和风貌特征也变得更加复杂。正是由于城市物质空间形态的改变，随之而来的城市微气候变化，进一步阻碍了城市生产、生活和交通等污染物的大气扩散，导致了雾霾现象在全国大范围、高频度的出现，使得空气污染成为严重威胁居民健康的头号重大问题。因此，建设城市通风廊道成为众多城市应对空间污染的一个重要手段。尽管通风廊道并不能从根本上消除污染源，但可以在一定程度上减轻城市污染的危害。同时，城市通风廊道也有利于改善城市的风环境，其实际意义绝非简单地应对空间污染问题，而是对于城市居民的高质量风环境保障的一种有效技术手段。

通风廊道划分的技术手段主要包括遥感技术、CFD(空气动力学)模拟以及基于城市形态学分析方法。其中，基于城市形态学分析在城市规划领域里取得了较为丰硕的成果，如Oke曾通过大量的研究，指出通过恰当的城市设计以及合理的建筑布局影响城市微气候，也能够在一定程度上提高城市空气污染的排污性能。较为著名的案例是Liang Chen等学者通过迎风面密度计算和图示化表达法确认了九龙半岛风墙(Wall Effect)的存在，导致气流无法渗透，阻碍了城市通风和污染物扩散。目前，迎风面密度在城市通风廊道中应用已经非常广泛和深入，其指的是在一定用地范围内的建筑物，沿着固定风向的投影面积与用地面积的比值。由于迎风面密度计算涉及到每个单个建筑物，故而数据的计算量较大。最为重要的是，建筑物平面形态和风向的不规则导致了建筑在沿着风向的投影面积的计算过程复杂性大大增加，转换为具体的计算问题就是如何高效和简单地确定建筑物迎风面的投影宽度？这一计算问题使得迎风面密度这一指标在城市规划和风环境模拟分析时带来较大的困难，不利于较为广泛的使用和推广。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足而提供一种基于建筑物水平轮廓最小外接矩形的迎风面密度计算方法，本发明能够通过大大简化城市迎风面密度计算的复杂度，并有效提高计算速度。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

根据本发明提出的一种基于建筑物水平轮廓最小外接矩形的迎风面密度计算方法，包括以下步骤：

步骤1、将待测区划分为K个格网；

步骤2、确定建筑物水平轮廓的旋转角度，并根据旋转角度，计算每个格网的迎风面密度大小；具体如下：

步骤2.1、遍历格网，提取出第k个格网与建筑物水平轮廓相交的部分，所得结果记为集合D_k；其中，1≤k≤K；

步骤2.2、确定建筑物水平轮廓的旋转角度，对建筑物水平轮廓进行旋转操作，具体如下：

步骤A、以建筑物水平轮廓的最小外接矩形的中心为原点，以东西方向为X轴，南北方向为Y轴，正东方向为X轴的正方向，正北方向为Y轴的正方向，建立平面坐标系；

步骤B、将建筑物水平轮廓在步骤A建立的平面坐标系中围绕坐标系原点旋转角度θ¹，使得旋转后建筑物水平轮廓的最小外接矩形的宽为建筑物水平轮廓未旋转时迎风面的投影宽度L；