一种基于GIS的城市通风廊道计算方法及系统技术方案

本申请公开了一种基于GIS的城市通风廊道计算方法，包括以下步骤：获取预设的城市建筑模型图；将城市建筑模型图与预设的矢量格网图层相叠加，生成网格模型图；计算单个网格内建筑在预设风向下的风影面积；将网格模型图转换为成本栅格图，栅格像元的大小与单个网格的大小相同，栅格像元值为其对应的单个网格的风影面积；以预设风向为导向，计算经过成本栅格图所形成的风影面积累计最小的路径，该路径即为通风廊道。同时，本申请还公开了一种基于GIS的城市通风廊道计算系统。本申请计算的通风廊道更加准确，为后续城市规划提供了数据支持。

【技术实现步骤摘要】

本申请涉及图像处理领域，尤其是一种基于GIS的城市通风廊道计算方法及系统。
技术介绍
地理信息系统(GeographicInformat1n System,简称 GIS )是一种采集、存储、管理、分析、显示与应用地理信息的计算机技术系统，是分析和处理海量地理数据的通用技术。主要包括数据输入与编辑、数据管理、数据操作以及数据显示和输出等。作为获取、处理、管理和分析地理空间数据的重要工具、技术和学科，得到了广泛关注。随着城市规模的急剧扩大，城市内部的环境建设越来越被重视，城市通风廊道即是其中之一。城市通风廊道，就是在城市建设生态绿色走廊，在城市局部区域打开一个通风口，让郊区的风吹向主城区，增加城市的空气流动性，以提升城市的空气质量。现有技术中，传统的通风廊道一般是基于流体力学软件进行风速的大致模拟，计算出的通风廊道不够精确。
技术实现思路
本申请提供一种基于GIS的城市通风廊道计算方法及系统，解决现有技术计算通风廊道不够准确的问题。根据本申请的第一方面，本申请提供一种基于GIS的城市通风廊道计算方法，包括以下步骤: 获取预设的城市建筑模型图；将城市建筑模型图与预设的矢量格网图层相叠加，生成网格模型图；计算单个网格内建筑在预设风向下的风影面积；将网格模型图转换为成本栅格图，栅格像元的大小与单个网格的大小相同，栅格像元值为其对应的单个网格的风影面积；以预设风向为导向，计算经过成本栅格图所形成的风影面积累计最小的路径，该路径即为通风廊道。根据本申请的第二方面，本申请提供一种基于GIS的城市通风廊道计算系统，包括: 获取模型模块，用于获取预设的城市建筑模型图；叠加网格模块，用于将城市建筑模型图与预设的矢量格网图层相叠加，生成网格模型图；风影计算模块，用于计算单个网格内建筑在预设风向下的风影面积；栅格处理模块，用于将网格模型图转换为成本栅格图，栅格像元的大小与单个网格的大小相同，栅格像元值为其对应的单个网格的风影面积；风道计算模块，用于以预设风向为导向，计算经过成本栅格图所形成的风影面积累计最小的路径，该路径即为通风廊道。本申请的有益效果是，本申请通过将城市建筑模型图与预设的矢量格网图层相叠加，生成网格模型图；计算单个网格内建筑在预设风向下的风影面积；将网格模型图转换为成本栅格图，栅格像元的大小与单个网格的大小相同，栅格像元值为其对应的单个网格的风影面积；以预设风向为导向，计算经过成本栅格图所形成的风影面积累计最小的路径，该路径即为通风廊道。这种采用精确的三维建筑模型去计算城区风廊的方法，使得本申请计算的通风廊道更加准确。【附图说明】图1为实施例1的流程图； 图2为实施例2中设定源数据和目标数据的效果图； 图3为实施例2中成本距离数据的效果图； 图4为实施例2中回溯链接栅格的示意图； 图5为实施例2中通风廊道的示意图； 图6为实施例3中的成本栅格图的示意图。【具体实施方式】下面通过【具体实施方式】结合附图对本专利技术作进一步详细说明。实施例1: 一种基于GIS的城市通风廊道计算方法，如图1所示，包括以下步骤: 5101:获取预设的城市建筑模型图； 5102:将城市建筑模型图与预设的矢量格网图层相叠加，生成网格模型图； 5103:计算单个网格内建筑在预设风向下的风影面积； S104:将网格模型图转换为成本栅格图，栅格像元的大小与单个网格的大小相同，栅格像元值为其对应的单个网格的风影面积； S105:以预设风向为导向，计算经过成本栅格图所形成的风影面积累计最小的路径，该路径即为通风廊道。城市建筑模型图是依据城市的建筑物所制作的模型图，可以是dwg格式图形、gis格式图形或矢量化的图形文件，在获取预设的城市建筑模型图之后，GIS软件中的数据转换工具将获取的城市建筑模型图进行转换，输出数据类型为面状的shapefile格式文件。格网是预置的，是由闭合的多段线组成，其大小可以进行调整，在本实施例中，选用网孔大小为50m*50m的格网。将城市建筑模型图与预设的矢量格网图层相叠加，使格网覆盖在城市建筑模型图的地表平面上，生成网格模型图，并将城市建筑模型图分割到若干单个网格内，对于跨越多个网格的建筑物，也会被分割到多个网格。再计算单个网格内建筑在预设风向下的风影面积。对网格模型图进行栅格化处理，将网格模型图转换为成本栅格图，并保证栅格化后的栅格像元的大小与单个网格的大小相同，栅格像元值为其对应的单个网格的风影面积，这便于后续的计算。以预设风向为导向，计算经过成本栅格图所形成的风影面积累计最小的路径，就是在计算经过成本栅格图所形成的风影面积累计最小的路径时，以此方向为主导，每经过一个栅格像元就累计叠加其风影面积。风影面积的大小反映出该栅格像元内建筑对风的阻力，因此，经过栅格像元所形成的风影面积累计最小的路径是风阻力最小的路径，该路径也就是该城市的通风廊道。实施例2: 作为实施例1的改进，本实施例中，步骤S104以所述预设风向为导向，计算经过成本栅格图所形成的风影面积累计最小的路径的步骤具体为: 将进风部分的边缘栅格像元的中心点组成的矢量点集设定为源数据，将出风部分的边缘栅格像元的中心点组成的矢量点集设定为目标数据。以预设风向为导向，计算从源数据到目标数据所经过成本栅格图所形成的风影面积累计最小的路径。由于成本栅格图就是由栅格像元构成，因而成本栅格图的边界，即位于成本栅格图最外围的栅格像元即为边缘栅格像元，进风部分的边缘栅格像元是指风吹来时，最先接触到风的那部分栅格像元。出风部分的边缘栅格像元，是指与进风部分的边缘栅格像元相对的，风吹出的那部分栅格像元。如图2所示，本实施例中，预设风向为南风，图2中最下边的一行即为进风部分的的边缘栅格像元，将最下边的一行的边缘栅格像元的中心点组成的矢量点集设定为源数据。对应的，图2中最上边的一行即为出风部分的边缘栅格像元，将最上边的一行的边缘栅格像元的中心点组成的矢量点集设定为目标数据。如图3所示，基于GIS成本距离工具，输入成本栅格图和目标数据，计算各个栅格像元到目标数据的最小成本距离，即从该像元到目标数据所经过的风影面积累加最小的成本距离，从而获得图3所示的成本距离数据。图3中，处在建筑区边缘的栅格像元经过的风影面积阻力较小，使用较浅的颜色显示。而处在建筑区中心部分的栅格像元，其无法回避地要经过外围的阻力大的栅格像元，因而其成本距离也相对较大，显示出来的颜色较深。如图4所示，基于GIS成本距离工具，输入成本栅格图和目标数据，目标数据会根据输入成本栅格的像元分辨率自动转化为与成本栅格图相同分辨率的栅格数据，从而输出相对于目标数据的回溯链接栅格。如图5所示，根据GIS成本路径工具，输入源数据、成本距离栅格图、回溯链接栅格，输出从源数据指向目标数据的最小成本路径，即通风廊道。从源数据的每一个点移向目标数据的每一个点，会形成多条路径，而每经过一个栅格像元就累计叠加其风影面积，从而将所经过的风影面积累计最小的路径确定为其风道。当然，本实施例所指的累计风影面积最小，并非是指所有路径中的最小值，而是所有路径中根据阈值确定的最小的几条路径，从而在图3中计算出了多条通风廊道。实施例3: 作为实施例2的改进，在将进风部分的边缘栅格像元的中心点组成的矢量点集设定为源数据本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于GIS的城市通风廊道计算方法，其特征在于：包括以下步骤：获取预设的城市建筑模型图；将所述城市建筑模型图与预设的矢量格网图层相叠加，生成网格模型图；计算单个网格内建筑在预设风向下的风影面积；将所述网格模型图转换为成本栅格图，栅格像元的大小与所述单个网格的大小相同，栅格像元值为其对应的所述单个网格的风影面积；以所述预设风向为导向，计算经过所述成本栅格图所形成的风影面积累计最小的路径，所述路径即为通风廊道。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：龚斌，李建平，阮浩德，刘沛，袁源琳，罗勇，熊晓冬，陈静，马力，吴晓生，黄卓，
申请(专利权)人：广东省城乡规划设计研究院，
类型：发明
国别省市：广东;44