[发明专利]一种基于三维场景图像获取地块节能量的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于三维场景图像获取地块节能量的方法，应用于建筑热工学和建筑室外热环境研究，以及环境模拟、建筑材料、三维GIS、城市规划与建筑设计等领域。

背景技术

建筑能耗的直接影响包括建筑物与外环境交换热量、自然通风状况和自然采光水平等。而这三方面涉及的内容将构成建筑能耗的主要部分，所以降低采暖、制冷和照明这三个部分的能耗将对节能起着重要的作用。

目前，我国居住建筑的节能策略主要有以下几个方面：通过有效的组团规划、单体设计，从朝向、间距、体形上保证建筑物有足够的太阳辐射，并组织有利的自然通风；减小建筑物的体形系数及外表面积，加强外围护结构的保温隔热性能，以减少能量损失；提高门窗气密性，减少冷风渗透，提高外门窗本身的保温性能，减少外门窗本身的传热量；改善采暖和空调系统的运行效率和管理手段，减少设备能耗。但缺点是：节能尺度小，从单个建筑考虑节能问题很难对建筑群或地块节能进行研究。

减少建筑内的能耗总需求，使用新能源能使建筑热环境得以改善，从而减少建筑冷、热消耗。目前可运用软件分析空气流通是否通畅，粗略估算建筑能耗，但是现在的技术仅仅从建筑用电量或损耗量等方面去研究建筑节能问题，而没有从室外空气温度的热量交换与温度变化方面去研究；并且研究的范围只局限于建筑内部，没有考虑建筑外部空间，比如一个城市地块或城市街区的节能问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有节能主要考虑室内因素的不足，开拓性地提供一种基于三维场景图像直接获取地块节能量的方法。

本发明的构思是：城市是能源消耗的主要来源之一，随着当前全球气候变暖和城市热岛效应日益显现，城市热岛缓减和城市节能已成为当前社会经济发展的重大问题之一。本发明综合考虑了我国城市空间三维发展的趋势，以及城市室外空气热量交换与空气温度变化的热平衡基本原理，将当前城市室外空气夏季降温、冬季升温的现实需求与城市地块节能量相结合，本发明能精确计算目标地块的各种三维空间参数，包括目标地块的总面积、各建筑体的高度、各建筑体的基底面积、各建筑体的平均高度、建筑密度等，最后得出目标地块的各建筑体的体积之和，利用热交换平衡方程计算出室外气温变动情况下室外空气吸收或释放的热量值获取地块节能量。本发明原理清晰，计算严密，方法可靠，符合当前我国城市地块以规则建筑体开发为主的实际情况，可操作性强。在三维场景图像数据完备和考虑地球投影的情况下，还可用于城市片区甚至更大空间范围的节能量计算。

为实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：该基于三维场景图像获取地块节能量的方法主要包括以下步骤：

(1)获取目标地块的三维场景图像，所述三维场景图像的空间分辨率≥1米；

(2)将所述三维场景图像置于地理投影坐标系中，在该地理投影坐标系中构建所述目标地块内的建筑体的平面空间定位矢量图；

(3)从所述三维场景图像中获取所述目标地块内的每个建筑体的高度，根据所获取的所述目标地块内的每个建筑体的高度和所述平面空间定位矢量图构建所述目标地块内的建筑体的三维空间模型矢量图；

(4)根据三维场景图像和三维空间模型矢量图获取所述目标地块的总面积和所述目标地块内的各建筑体的高度，进而得到所述目标地块内的建筑体的体积之和；

(5)根据步骤(4)所获取的所述目标地块的总面积、所述目标地块内的各建筑体的高度、所述目标地块内的建筑体的体积之和，由公式(1)得到所述目标地块的节能量，

ΔQ＝Cρ(SH-V)Δt                  (1)

式(1)中，ΔQ表示所述目标地块的节能量，C表示目标地块内空气的比热容，ρ表示目标地块内空气的密度，S表示目标地块的总面积，H表示目标地块内的各建筑体的平均高度，V表示所述目标地块内的建筑体的体积之和。

进一步地，本发明所述步骤(4)包括以下步骤：

1)从所述三维空间模型矢量图获取所述目标地块的总面积、各建筑体的基底面积和各建筑体的高度；

2)根据所述目标地块的总面积、各建筑体的基底面积和各建筑体的高度，按公式(2)或公式(3)获得所述目标地块内的建筑体的体积之和：

目标地块内的建筑体的体积之和＝∑(建筑体的基底面积×建筑体的高度) (2)

目标地块内的建筑体的体积之和＝各建筑体基底面积之和*建筑平均高度  (3)

＝建筑密度*地块总面积*建筑平均高度。