【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于三維建模，具體涉及一種基于三維模擬的城市熱島結構特征分析方法及系統。
技術介紹
1、城市熱島效應是指城市區域因人為活動或者城市建筑密集導致的氣溫高于周邊郊區的現象，熱島效應對城市氣候、居民健康、能源消耗及環境質量會產生顯著影響，因此，通過研究城市熱島效應的分布情況和演化規律，對于促進城市的可持續發展具有重要意義。
2、現有技術中提出了以下方法來對城市熱島效應進行分析，如公開號為cn105868393a的中國專利文件公開了一種城市中心微熱島數字地圖的制作和顯示方法，該方法基于gis)和城市坐標系統，將城市熱環境數據和城市空間形態數據和圖像信息疊合，形成直觀反映城市熱環境特征的數字地圖，并通過與計算機數據庫結合實現海量數據的快速獲取和訪問，直觀的反映城市微熱島空間的溫度變化。又例如公開號為cn116502458a的中國專利文件公開了一種基于地表建筑指數的城市熱島模擬方法，該方法通過獲取城市建筑數據以及植被數據，分別根據建筑指數以及植被指數構建城市模擬模型、植被模擬模型，再根據地圖軟件，結合模型獲取植被與建筑的空間分布，構建城市全景模型，從而可精確對城市景觀進行模擬還原，最后根據建筑物與植被類型獲取對應的放熱量進行城市熱島模擬。
3、上述均是基于衛星遙感圖像或者采集點云圖像對現有的城市熱島結構進行建模分析，在實際應用中，還需根據現有城市特征及未來城市規劃獲取未來的城市熱島結構，上述現有技術并剔除解決此種問題的方法。
技術實現思路
1、為解決上述問題，
2、為了達到上述的專利技術目的，本專利技術提出一種基于三維模擬的城市熱島結構特征分析方法，包括：
3、獲取目標城市的三維城市地圖，根據所述三維城市地圖的建筑分布情況選擇多個地點作為采集點；
4、記錄所述采集點在多個歷史時間點的溫度信息和附加信息，所述附加信息包括所述歷史時間點的氣象數據、在所述歷史時間點之前的陰影覆蓋時間、所述采集點第一距離范圍內的地表覆蓋數據和城市建筑數據；
5、確定預測時間點，獲取所述預測時間點的城市更新數據，結合所述城市更新數據更新所述三維城市地圖以獲得未來城市地圖；
6、分析所述溫度信息和所述附加信息以建立預測模型；
7、在所述未來城市地圖中布設多個目標點，獲取所述目標點在所述預測時間點的所述附加信息，基于所述附加信息和所述預測模型計算所述目標點的預測溫度，將所述預測溫度導入至所述未來城市地圖中，獲得城市溫度分布圖；
8、設置臨界閾值，將所述預測溫度大于所述臨界閾值的所述目標點定義為高危點，所述高危點第二距離范圍內的區域定義為高風險區域。
9、進一步地，選擇所述采集點包括以下步驟：
10、獲取所述三維城市地圖中每棟城市建筑的建筑類型，所述建筑類型包括工業類型、醫療類型和商業類型，為每種類型的城市建筑設置對應的判斷閾值；
11、將所述三維城市地圖均分為多個第一網格區域，篩選滿足至少一條預設條件的所述第一網格區域并定義為第一區域，所述預設條件包括所述第一網格區域內存在同一類型城市建筑的數量超過對應的所述判斷閾值，或者城市建筑的平均高度大于第一閾值，或者城市建筑的數量大于第二閾值；
12、將所述第一區域再次劃分為多個第二網格區域，篩選滿足至少一條所述預設條件的所述第二網格區域并定義為第二區域，重復本步驟，直至劃分得到的第n區域，所述第n區域中，每種所述預設條件對應的所述第n區域的數量大于第三閾值且小于第四閾值，將所述第n區域中的中心點作為所述采集點。
13、進一步地，建立所述預測模型包括以下步驟：
14、所述氣象數據包括氣象溫度、風力等級和風向，所述城市建筑數據包括所述第一距離范圍內每種所述建筑類型包括的城市建筑數量，以及所有城市建筑的平均高度，所述地表覆蓋數據包括所述第一距離范圍內的綠化面積和水覆蓋面積，建立bp神經網絡模型，將每個所述采集點的所述附加信息作為神經網絡的輸入特征，對應的所述溫度信息作為神經網絡模型的輸出特征，將訓練完成的所述神經網絡作為所述預測模型。
15、進一步地，獲取所述三維城市地圖中每棟城市建筑的所述建筑類型包括以下步驟：
16、獲取城市用地規劃圖，所述城市用地規劃圖包括有每個地塊的用途，所述用途包括工業用地、醫療用地和商業用地，基于經緯度匹配所述城市用地規劃圖和所述三維城市地圖，以根據城市建筑所處所述地塊的所述用途確定對應的所述建筑類型。
17、進一步地，獲取所述三維城市地圖包括以下步驟：
18、獲取所述目標城市的航拍圖像，提取所述航拍圖像中每個像素點的平面坐標、高度值和亮度值，基于所述平面坐標將位置相鄰、所述高度值差值在第五閾值范圍內的所述像素點依次連接，以在所述航拍圖像中繪制多個第一輪廓；
19、計算每個所述第一輪廓及其內部各個所述像素點所述高度值的平均值，將該平均值大于第六閾值的所述第一輪廓設定為第二輪廓，所述第二輪廓為城市建筑頂面的輪廓，基于所述第二輪廓邊緣上各個所述像素點的所述高度值生成城市建筑的立體模型；
20、獲取所述第二輪廓及其內部每個所述像素點的所述亮度值，對所述亮度值進行聚類，根據聚類結果將所述像素點劃分為多個類別；
21、將同類別的所述像素點覆蓋的區域定義為子區域，計算每個所述子區域中所述高度值的平均值，基于該平均值和各個所述子區域的位置生成城市建筑的頂面模型。
22、進一步地，若存在所述子區域的所述亮度值的平均值低于第七閾值，根據對應所述子區域內所述像素點所述高度值的平均值構建所述頂面模型。
23、進一步地，獲取所述采集點的所述陰影覆蓋時間包括以下步驟：
24、獲取當日的日出時間，將所述日出時間和當前時間點之間的時間段拆分為多個子時間段，模擬在所述子時間段時所述采集點所述第一距離范圍內各個城市建筑的陰影覆蓋情況，若根據所述陰影覆蓋情況確定所述采集點在所述子時間段被覆蓋，將對應的所述子時間段定義為覆蓋時間段，將所述日出時間和當前時間點之間所有所述覆蓋時間段累加作為所述采集點的所述陰影覆蓋時間。
25、進一步地，獲取所述陰影覆蓋情況包括以下步驟：
26、在城市建筑中確定朝向太陽方向的豎向剖面，獲取所述頂面模型在所述豎向剖面中的剖面形狀并定義為截面形狀，計算每棟城市建筑在所述子時間段的陰影長度和投影方向，基于所述陰影長度和所述投影方向將所述截面形狀投影至地面上以形成城市建筑的所述陰影覆蓋情況。
27、本專利技術還提供了一種基于三維模擬的城市熱島結構特征分析系統，該系統用于實現上述所述的一種基于三維模擬的城市熱島結構特征分析方法，該系統包括：
28、第一分析模塊，用于獲取目標城市的三維城市地圖，根據所述三維城市地圖的建筑分布情況選擇多個地點作為采集點；
29、信息采集模塊，本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種基于三維模擬的城市熱島結構特征分析方法，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，選擇所述采集點包括以下步驟：
3.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，建立所述預測模型包括以下步驟：
4.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，獲取所述三維城市地圖中每棟城市建筑的所述建筑類型包括以下步驟：
5.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，獲取所述三維城市地圖包括以下步驟：
6.根據權利要求5所述的方法，其特征在于，若存在所述子區域的所述亮度值的平均值低于第七閾值，根據對應所述子區域內所述像素點所述高度值的平均值構建所述頂面模型。
7.根據權利要求5所述的方法，其特征在于，獲取所述采集點的所述陰影覆蓋時間包括以下步驟：
8.根據權利要求7所述的方法，其特征在于，獲取所述陰影覆蓋情況包括以下步驟：
9.一種基于三維模擬的城市熱島結構特征分析系統，用于實現如權利要求1-8任一項所述的方法，其特征在于，包括：
【技術特征摘要】
1.一種基于三維模擬的城市熱島結構特征分析方法，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，選擇所述采集點包括以下步驟：
3.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，建立所述預測模型包括以下步驟：
4.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，獲取所述三維城市地圖中每棟城市建筑的所述建筑類型包括以下步驟：
5.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，獲取所述三維城市地圖包括以下步驟：
6.根據...
【專利技術屬性】
技術研發人員：孟寒冬，吳迪，張若玉，
申請(專利權)人：河南省氣候中心河南省氣候變化監測評估中心，
類型：發明
國別省市：
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