一種城市通風(fēng)廊道的構(gòu)建方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及城市通風(fēng)廊道的構(gòu)建方法，特別涉及一種基于最小費(fèi)用距離模型的城 市通風(fēng)廊道的構(gòu)建方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著現(xiàn)代城市高密度空間的迅速增加，城市環(huán)境問(wèn)題也日趨嚴(yán)重，創(chuàng)建宜居的城 市空間隨之成為了當(dāng)今風(fēng)景園林學(xué)科的主題，因此城市風(fēng)環(huán)境等微氣候研究逐漸成為了關(guān) 注熱點(diǎn)。隨著中國(guó)城市化程度的深化，高密度人口聚集帶來(lái)的種種城市景觀環(huán)境問(wèn)題，也對(duì) 城市空間微氣候的研究有著迫切的需求。城市風(fēng)環(huán)境作為城市微氣候的重要要素，對(duì)開(kāi)放 空間熱舒適度感知、大氣污染物擴(kuò)散、熱島效應(yīng)消解均具有重要的作用，對(duì)城市景觀環(huán)境質(zhì) 量起著不容忽視的作用。
[0003] 目前城市風(fēng)環(huán)境的研究方法主要有物理試驗(yàn)法和數(shù)值試驗(yàn)法，物理試驗(yàn)法主要包 括現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)和風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)；數(shù)值試驗(yàn)法主要是基于計(jì)算流體力學(xué)（ComputationalFluid Dynamics，簡(jiǎn)寫(xiě)成CFD)的數(shù)值模擬。
[0004] 本發(fā)明的相關(guān)技術(shù)一一最小費(fèi)用距離模型，在生態(tài)學(xué)研究中應(yīng)用較多。最小費(fèi)用 距離方程基于圖論原理，可以表示每個(gè)柵格單元距最近源點(diǎn)的最小累積費(fèi)用距離，目的是 用來(lái)識(shí)別與選取功能源點(diǎn)之間的最小費(fèi)用方向和路徑。其算法采用節(jié)點(diǎn)/鏈接的表示方式， 即每個(gè)單元的中心被認(rèn)為是一個(gè)節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)與相鄰節(jié)點(diǎn)之間通過(guò)"鏈接"來(lái)聯(lián)系，每個(gè) "鏈接"被賦予一個(gè)阻抗值。如果從單元i前往4個(gè)直接相鄰的單元i+Ι，其費(fèi)用距離為所在單 元與前往單元阻力系數(shù)總和的一半，即：
[0005] Ni+i=Ni+(ri+ri+i)/2
[0006] 式中:Ni和ri分別為所在單元i的累積費(fèi)用和阻力系數(shù);Ni+i和ri+i分別為前往單元i +1的累積費(fèi)用和阻力系數(shù)。
[0007] 由于模型基于一個(gè)八鄰單元結(jié)構(gòu)，因此要考慮生物體有時(shí)作對(duì)角運(yùn)動(dòng)。如果從單 元i前往4個(gè)對(duì)角相鄰的單元，其費(fèi)用距離的計(jì)算公式如下：
[0008]
[0009] 在最小費(fèi)用距離模型中，先確定源點(diǎn)建立源柵格，同時(shí)根據(jù)不同景觀的景觀阻力 系數(shù)建立阻力柵格，然后基于源柵格與阻力柵格2個(gè)圖層，利用GIS軟件中空間分析的費(fèi)用 距離模塊循環(huán)計(jì)算，獲得費(fèi)用距離柵格，最后根據(jù)費(fèi)用距離柵格生成景觀阻力面 (resistancesur-face)和最小費(fèi)用路徑（leas-tcostpath)。阻力面是指生物體運(yùn)動(dòng)的潛在 可能性及趨勢(shì)。最小費(fèi)用路徑指生物體在源與目標(biāo)斑塊之間迀徙時(shí)具有最大生存幾率的廊 道。
[0010] 在城市風(fēng)環(huán)境的研究中，將風(fēng)入口視為源點(diǎn)，風(fēng)出□視為目標(biāo)點(diǎn)，風(fēng)從入口到出口 的流動(dòng)中將受城市里各個(gè)建筑物的風(fēng)阻力的影響，這與生物體在城市里的移動(dòng)受城市環(huán)境 里各景觀要素的景觀阻力的影響類(lèi)似，因此只要確定城市內(nèi)各個(gè)建筑物的風(fēng)阻力系數(shù)，便 可以根據(jù)最小費(fèi)用距離模型求出風(fēng)從入口到出口的最小費(fèi)用路徑，從而構(gòu)建城市通風(fēng)廊 道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 基于上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種城市通風(fēng)廊道的構(gòu)建方法，利 用最小費(fèi)用距離模型構(gòu)建城市通風(fēng)廊道。
[0012] 本發(fā)明公開(kāi)了一種城市通風(fēng)廊道的構(gòu)建方法，該方法包括以下步驟：
[0013] 首先確定每個(gè)建筑物所對(duì)應(yīng)的風(fēng)阻力系數(shù)值，然后將風(fēng)阻力系數(shù)值作為最小費(fèi)用 距離模型中阻力柵格的單元值，得出風(fēng)阻力柵格;在城市風(fēng)入口處設(shè)立并且多個(gè)均勻的點(diǎn) 作為源點(diǎn)，建立最小費(fèi)用距離模型中的源柵格，在風(fēng)出口處也設(shè)立多個(gè)均勻的點(diǎn)，作為最 小費(fèi)用距離模型中的目標(biāo)點(diǎn)，然后利用GIS軟件中的距離分析，根據(jù)已知的源柵格、風(fēng)阻力 柵格以及目標(biāo)點(diǎn)分別求得每個(gè)源點(diǎn)到所有目標(biāo)點(diǎn)的最小費(fèi)用路徑;最后根據(jù)最小路徑圖算 得其對(duì)應(yīng)的線密度圖；通過(guò)線密度圖來(lái)構(gòu)建城市通風(fēng)廊道。
[0014] 所述風(fēng)阻力系數(shù)值的計(jì)算公式如下：
[0015]
[0016] 其中，Zb為當(dāng)?shù)氐臉?biāo)高（指地面或樓頂?shù)臉?biāo)高）；Ze為控制面標(biāo)高；當(dāng)Zb= 0時(shí)，Kb= 1;當(dāng)Zb2ZJ寸，Kb= 100000;通過(guò)這個(gè)風(fēng)阻力系數(shù)的計(jì)算公式，求得小區(qū)內(nèi)各點(diǎn)的風(fēng)阻力系 數(shù)。
[0017] 所述將風(fēng)阻力系數(shù)值作為最小費(fèi)用距離模型中阻力柵格的單元值，得出風(fēng)阻力柵 格的步驟，具體包括以下處理:利用GIS軟件將風(fēng)阻力系數(shù)這個(gè)屬性加入小區(qū)的Shp格式圖 中，然后將這個(gè)屬性作為轉(zhuǎn)換字段，將Shp格式圖轉(zhuǎn)換為柵格圖，所得的柵格圖即為風(fēng)阻力 柵格。
[0018] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明利用最小費(fèi)用距離模型構(gòu)建通風(fēng)廊道所需的計(jì)算量更 小，適用于更大范圍的通風(fēng)廊道的構(gòu)建。
【附圖說(shuō)明】
[0019] 圖1為本發(fā)明的城市通風(fēng)廊道的構(gòu)建方法流程圖；
[0020] 圖2為具體實(shí)施例的某建筑小區(qū)的樓宇分布模擬視圖。
[0021] 圖3為具體實(shí)施例的匕=10米時(shí)建筑小區(qū)的風(fēng)阻力柵格模擬視圖；
[0022]圖4為具體實(shí)施例的= 10米時(shí)風(fēng)從入口到出口的最小費(fèi)用路徑模擬視圖；
[0023]圖5為具體實(shí)施例的Ze= 10米時(shí)最小費(fèi)用路徑圖所對(duì)應(yīng)的線密度模擬視圖；
[0024]圖6為具體實(shí)施例的利用fluent模擬的十米高度處的風(fēng)速模擬視圖；
【具體實(shí)施方式】
[0025] 下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行詳細(xì)描述，這些實(shí)施方式若存在示 例性的內(nèi)容，不應(yīng)解釋成對(duì)本發(fā)明的限制。
[0026] 本發(fā)明的技術(shù)方案執(zhí)行如圖1所示的流程:首先在風(fēng)入口和出口處布置源點(diǎn)和目 標(biāo)點(diǎn)，同時(shí)確定各個(gè)建筑物的風(fēng)阻力系數(shù)，并且根據(jù)風(fēng)阻力系數(shù)建立阻力柵格圖，然后結(jié)合 源點(diǎn)、目標(biāo)點(diǎn)及阻力柵格圖，依據(jù)最小費(fèi)用距離模型生成每個(gè)源點(diǎn)到所有目標(biāo)點(diǎn)的最小費(fèi) 用路徑圖，最后求得此最小費(fèi)用路徑圖所對(duì)應(yīng)的線密度圖，線密度圖中某處的線密度與城 市各處通風(fēng)量相對(duì)應(yīng)，因此可以依據(jù)線密度圖構(gòu)建城市通風(fēng)廊道。某點(diǎn)的通風(fēng)量是隨著