一种空气流动成本支持下的城市通风廊道识别方法

本发明涉及城市规划，尤其是一种空气流动成本支持下的城市通风廊道识别方法。

背景技术：

1、快速的城市化进程导致了地表粗糙度的增加，特别是在城市街道峡谷内，空气流通受到影响，严重威胁城市可持续发展。通风廊道是城市规划中的重要元素，旨在从城外引入自然风，通过建筑密集区域以促进城市内自然空气流动。此举有助于减少空气污染，缓解城市热岛效应，并提高人口密集城区的环境质量。近年来，结合地理信息系统(geographicinformation system，gis)的通风廊道规划方法逐渐受到关注，利用gis的强大数据处理和分析能力，能够精准确定通风廊道的最佳位置，从而优化城市规划方案。然而，当前技术仍面临着数据精度、计算资源和模型验证等挑战，在实际的城市规划和设计应用中尤为显著。此外，大多数研究关注于理想化的建筑布局，对于实际城市形态和超大城市尺度的通风廊道影响分析则相对较少。

2、种种情况表明，探索建筑布局与通风效率之间的关系依然存在不足，特别是利用基于现实建筑物形态和布局的城市模型，在不同尺度上(例如单个街区到整个城市)实现有效统一和实用化应用。

技术实现思路

1、本发明聚焦于现有技术中存在的数据类型受限、计算能力约束以及理想化模型与实际城市形态之间差异等诸多限制与挑战，提供了一种空气流动成本支持下的城市通风廊道识别方法，所解决的技术问题包括建筑布局对空气流通潜力的影响测度和通风廊道识别。

2、为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

3、一种空气流动成本支持下的城市通风廊道识别方法，包括建筑通风影响因子计算、通风影响因子标准化数据处理、通风影响因子信息熵计算与权重确定、建筑物影响下的空气流动成本计算、城市通风廊道识别五个部分。

4、建筑通风影响因子计算，该部分步骤如下：

5、s1：计算建筑物间的邻近指数与欧式最近平均距离，评估其相互间的物理距离；

6、s2：测定建筑物与周边空间的连通性，反映开放空间比例；

7、s3：计算迎风面密度、截断平均高度及三维建筑密度，评估建筑群的空间结构；

8、通风影响因子标准化数据处理，该部分步骤如下：

9、s4：根据通风改善或恶化的效应，将影响因子分为正向和负向；

10、s5：对正向因子实施最小-最大标准化，对负向因子应用反向最小-最大标准化，确保因子的数值分布范围一致；

11、通风影响因子信息熵计算与权重确定，该部分步骤如下：

12、s6：确定各通风影响因子的信息熵，以评价其在不同设置下的变异性；

13、s7：根据信息熵计算各因子的权重，以便于综合评价其对通风的影响；

14、建筑物影响下的空气流动成本计算，该部分步骤如下：

15、s8：结合通风影响因子及其权重，计算各因子的通风影响指数；

16、s9：合并所有通风影响指数，定义为整体的空气流动成本值；

17、城市通风廊道识别，该部分步骤如下：

18、s10：设定城市边界附近的两个不重合的点作为风道入口和出口；

19、s11：计算每个网格到这两个点的通风成本，用于确定空气流动的阻力值；

20、s12：汇总各网格的阻力值，确定每个网格的总通风成本；

21、s13：通过颜色编码可视化各网格的通风成本，识别潜在的城市通风廊道。

技术特征：

1.一种空气流动成本支持下的城市通风廊道识别方法，包括建筑通风影响因子计算、通风影响因子标准化数据处理、通风影响因子信息熵计算与权重确定、建筑物影响下的空气流动成本计算、城市通风廊道识别五个部分。

2.根据权利1所述的通风指标计算方法，其特征在于，在步骤s1、s2、s3中，重点考虑了建筑物在三维空间中的真实位置与布局，继而实现了对城市内建筑相关属性的分析和计算。

3.根据权利1所述的通风影响因子标准化数据处理，其特征在于，在步骤s4、s5中，根据影响因子对通风效应差异，区分为正向因素和负向因素，并进行有差异的标准化处理。

4.根据权利1所述的空气流动成本值计算方法，其特征在于，在步骤s6、s7、s8中，利用熵值法避免主观影响，考虑影响因子间的相互关系，生成客观的综合评价值。

5.根据权利1所述的通风成本距离计算，其特征在于，在步骤s10中，城市边界附近的出入风口可位于任意两个不重合的位置，风口形状可根据不同场景和需求，采用点状、线状、面状等。

6.根据权利1所述的通风成本距离计算，其特征在于，在步骤s11、s12中，计算任意点位到两个风口的距离之和，避免了普通最小成本路径法只能提取一条直线且宽度较窄的局限性，能够直观产生所有位置的通风路径。

7.根据权利1所述的通风成本距离计算，其特征在于，在步骤s13中，颜色编码可采用灰度、渐变、色带等形式，可视化过程在gis软件中进行，城市通风廊道识别的主要方式为影像对比和目视解译。

技术总结
本发明公开了一种空气流动成本支持下的城市通风廊道识别方法，包括以下步骤：首先，基于真实建筑相关数据评估通风影响因子。其次，依据作用效果对影响因子进行标准化处理。第三，计算影响因子的信息熵和权重。第四，计算通风影响指数，总结为空气流动成本值。第五，使用最低通风成本路径法计算通风成本，通过颜色编码可视化，识别城市通风廊道。本发明聚焦于现有技术中存在的数据精度、计算资源、模型验证等诸多限制与挑战，实现了不受主观因素影响的空气流动成本的计算和通风廊道识别。实证表明，该方法基于建筑数据提取出通风影响因子，可以实现对城市内空气流动成本的计算和通风廊道提取。本发明可为研究超大城市通风环境、优化建筑空间、改善热岛效应、控制污染传播、提高居住舒适度等方面提供一种较为直观、准确、易操作的空气流动成本计算和通风廊道识别方法。

技术研发人员：周亮,贾凯,高鸿,李政宏
受保护的技术使用者：兰州交通大学
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23