[发明专利]基于灰色神经网络CA模型的城市规划方案热岛模拟预测方法

说明书

本发明提供一种基于灰色神经网络CA模型的城市规划方案热岛模拟预测方法，其步骤包括：1)对影响热岛模拟预测的城市绿地、硬化地面、建筑布局、容积率、建筑密度、水体数据进行收集；2)计算得到每个分割区域内的各因素核密度；3)建立回归方程；根据典型天气测试结果和回归参数，利用灰色神经网络CA模型，进行模型训练和检验，合格后输出的结果即为模拟预测规划方案的热岛效应。本发明提供了城镇室外热环境的控制评估方法。根据城市热岛的空间影响因素，在给定气象条件下，模拟任意时刻的城市热岛强度空间分布，可以根据模拟结果调整城镇规划中的建筑布局、绿地布局、道路广场等硬化地面的分布等，为生态城镇规划提供了有力的分析工具。

技术领域

本发明涉及一种基于灰色神经网络CA模型的城市规划方案热岛模拟预测方法。

背景技术

城市热岛(urban heat island,UHI)，是城市比周围农村温度高的现象。1833年，英国人霍华德(Howard)首次在科学杂志《伦敦气候》中提出城市热岛效应。随后的180年西方各国就开展了广泛的关于城市热岛的研究，所以这个方面的文献也是层出不穷。城市热岛效应是随时间和地理空间位置的变化而变化的。研究热岛效应，按对象分为是地表温度和近地面大气温度两种。从研究时间上看，有长时期的变化研究，也有年变化研究，还有日变化研究。研究范围有从宏观的上百平方公里到微观的几十平米。不同空间、不同时间、不同层次，热岛效应都有不同的特点，因此研究开始必须明确这三个问题。热岛研究主要采用地面观测、遥感反演、气象模型方法。

刘京，朱岳梅等，利用数值计算方法研究建筑内部气候与城市局地气候之间的能量及物质传递关系，但模型需要在宏观层面给予完善。贡璐利用神经网络的CA模型，简化模拟和预测复杂的城市热岛空间变化过程，并模拟了乌鲁木齐市的城乡建设用地温度景观。冯小刚，采用克拉克大学IDRISI软件自带的UHI-CA-Markov模型，模拟预测西安市城市热岛效应，提出西安市的热岛区、强热岛区均小幅减少，常温区、绿岛区略微增加、强绿岛区不变。罗庆，基于数字图像分析城镇热岛特效预测方法，采用通过建立DEM，将区域作为节点，流动开口作为支，申请了技术方案。彭珍基于多元线性模型，进行热岛强度的测量。

城市规划对城市热岛效应的模拟研究较少，在城市规划过程中对城市热岛效应的减弱措施研究也相对较少，大多是一些定性的论述、缺乏具体的操作，对绿地、风道等具体空间布局缺乏定量的科学依据，更缺乏详细的用地类型布局参数和开发强度对热环境的改变量大小的研究。考虑单因子影响因素较多，如李延明对北京市绿化量和热岛效应强度关系做了定量的分析，严平等对合肥绿地草地和林地树木的冠层可调节底层及其绿地上方气层温度做了分析。张小丽，李磊等模拟研究，主要针对的是当前城市热岛和城市建设宏观区域性质。

无论是数值模式、城市冠层、元胞自动机，现有的研究都是基于较大尺度或较小尺度，WRF模拟尺度低于3km²分辨率难以精确模拟，而现有的元胞自动机模型也是在120m尺度的地表热岛，多是基于NDBI、DNVI等指数，无法与真实的城市实现真实大气温度的对接，也很难与实际规划设计项目的指标衔接，更谈不上实际应用了。而且，目前采用神经网络和灰色系统研究热岛，绝大部分是采用基于时间GM(1,1)模型，而该模型对基于现状地物的模拟预测也非常不适合，因为GM(1,1)模型是基于时间序列数据对未来进行的预测，而热岛的预测是基于同一时刻的多种因素叠加综合影响的预测。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于灰色神经网络CA(cellular automata元胞自动机)模型的城市规划方案热岛模拟预测方法，可以基于规划的控制性指标进行模拟评价。

本发明的技术方案为：一种基于灰色神经网络CA模型的城市规划方案热岛模拟预测方法，其步骤包括：

1)收集待评估的规划区数据资料：对影响热岛模拟预测的城市绿地、硬化地面、建筑布局、容积率、建筑密度、水体数据进行收集；