[发明专利]基于BIM的地表建筑太阳辐射估算方法

权利要求书

1.基于BIM的地表建筑太阳辐射估算方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)多尺度精细地表曲面模型构建与优化；

在构建城镇建成区或规划建设区的数字地表模型时，结合工作区高分遥感影像上不同地物的光谱特征、形状特征、纹理特征和空间位置特征信息，确定地理对象分割的异质度因子和最合适分割尺度，建立不同地物目标的判别规则，进而利用多尺度分割算法对工作区遥感影像数据进行图像分割，提取城镇建设区建筑的空间分布信息，同时基于Douglas-Peucker算法提取建筑物特征点和重要拐点信息；以工作区大比例尺地形图、激光雷达Lidar探测数据或立体像对数据为数据源，利用Delaunay三角网构建方法生成工作区数字高程模型；对大比例尺地形图数据、所生成的工作区数字高程模型数据和工作区遥感影像信息的提取结果进行空间叠加分析，确定建筑物的边缘水平位置信息，进而综合利用多元地形数据，通过空间插值的方法计算建筑物特征点和重要拐点的高程信息；

以建筑物空间分布的矢量界线为限制边界EOD，依据建筑特征点和重要拐点的高程信息与工作区数字高程模型数据，采用薄板样条算法对除建筑物以外的数字高程模型数据进行空间插值和数据优化，同时利用BIM模型构建建筑空间模型，对非建筑区数字地表模型和建筑区BIM模型进行分区和分块管理，实现多尺度精细地表曲面模型的构建与优化；其中，薄板样条空间插值算法表示为：

式中：S(x,y)为(x,y)坐标位置处的曲面值；j为参与每个插值单元的采样点数量，取值范围为(1，N)；a₁、a₂、a₃和λ_j均为线性系数；r_j为到第j个点的距离；τ²为权重因子；K₀为修正的Bessel函数；c＝0.577215为常数；

数字高程模型的分区、分块管理方法表示为：

f(x_n,m,y_n,m,z_n,m)＝f_非建筑区(x_n,y_n,z_n)+f_建筑区(x_m,y_m,z_m)；

式中：f(x_n,m,y_n,m,z_n,m)为工作区数字高程模型；f_非建筑区(x_n,y_n,z_n)为非建筑区的数字高程模型；f_建筑区(x_m,y_m,z_m)为建筑区的数字高程模型；

(2)基于BIM的城镇建筑信息空间规划与表达；

在Visual Studio平台基础上通过搭建ArcGIS Engine和BIM API运行环境，构建地理实体与BIM模型中图组和图元建筑要素信息之间的数据关联，且采用Industry FoundationClasses标准格式，通过调用语义特征所对应的空间属性信息和BIM API控件，实现在地理框架下BIM模型的多尺度、多层次管理和空间分析；

(3)基于BIM的城镇建筑基本天然采光评估；

针对独栋建筑和建筑群的顶部采光和侧面采光，计算目标建筑与周围建筑间的最大遮挡角度，计算目标建筑室内不同季节的采光空间范围，确定目标建筑内部太阳直射的最大覆盖空间范围，计算建筑物内部所获取的太阳辐射能量总和；

(4)太阳辐射空间曲面模拟预测模型的构建；

以地物目标为原点，以过该原点的法线和切线为坐标起算位置，构建站心坐标系，分析太阳在一年内的运行轨迹根据日地距离、太阳天顶角和方位角的时空变化规律，构建以站心坐标原点为中心的太阳辐射半球曲面模型，继而转换成IAG75椭球体上不同空间位置的太阳辐射空间曲面；

(5)基于BIM的太阳辐射时空分布定量评估；

分别从太阳直接辐射和太阳散射辐射出发，结合天顶角和方位角，构建太阳直接辐射和太阳散射辐射模型，同时进一步修正太阳直接辐射和太阳散射辐射模型中所使用的日地距离，从而提高地表空间范围上任何建筑物和建筑附属景观太阳辐射量估算的精度；

(6)基于BIM的建筑表皮响应设计策略；

从太阳辐射空间分布特征出发，开展基于BIM的建筑表皮响应设计策略，关注建筑内外能量循环与平衡、减少建筑表皮空间配置对环境的干扰、提高人类的舒适度、改善和优化生态环境结构与功能。