[发明专利]一种采用水流模拟城市自然通风潜力的方法和系统

说明书

本发明公开了一种采用水流模拟城市自然通风潜力的方法，包括：获取城市的地形图、卫星图、形态图和主导风压图；分别确定地形图、形态图和主导风压图的栅格图；对获取的三个栅格图的对应栅格中的数据分别进行累计求和，得到下垫面数字高程模型；根据建立的下垫面数字高程模型，进行水文分析，得到水网模型；水网模型即为城市的通风廊道分布模型；将城市的通风廊道分布模型叠加到城市的卫星图上，确定城市的自然通风潜力。本发明还提供了一种采用水流模拟城市自然通风潜力的系统。本发明提供的采用水流模拟城市自然通风潜力的方法和系统，能够快速模拟得到城市的自然通风潜力，有效反映不同风向风速对城市通风的影响。

技术领域

本发明涉及流体力学技术领域，特别是涉及一种采用水流模拟城市自然通风潜力的方法和系统。

背景技术

对城市自然通风潜力的了解对于指导城市规划和建设而言具有重要的意义，良好的城市通风能够促进城市空气循环，降低空气污染，从而改善城市通风环境，特别是舒缓夏季的热岛效应，减低冬季雾霾发生频率。

在现有技术中，对整体城市尺度的风环境模拟多采用数值模拟方法，如气象分析预报模型(WRF，Weather Research and Forecasting)、第5代中观尺度区域气象模型(MM5，the 5th-generation Mesoscale Regional Weather Model)等气象相关的软件。但这类软件对城市形态的描述太过简略，对于建成环境中的下垫面描述不够细致，并不能很好地表达近地面风环境的实际情况。

另一类数值模拟方法是采用流体力学模拟(CFD，Computational FluidDynamics)软件，但这类软件可应用的尺度范围很小，一般不超过1平方公里，且计算周期极长，高性能图形工作站一般也需要十几天才能计算一个结果，不具有实际操作价值。

另外还有一类基于地理信息系统(GIS，Geographic Information System或Geo－Information system)的简化计算方法，首先将城市形态转化为网格模型，再依据每个网格对风的阻挡作用将网格模型转换为成本栅格图，通过最小成本路径计算的方法得到城市通风廊道。这种方法操作简便，但受到最小成本路径算法本身的限制，需要人为设置起点和终点，不能很好反映出空气流动的自然本质，且计算得到的通风廊道过于集中，不能有效反映不同风向风速对城市通风的影响。

发明内容

本发明的目的是提供一种采用水流模拟城市自然通风潜力的方法和系统，能够快速模拟得到城市的自然通风潜力，有效反应不同风向风速对城市通风的影响。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种采用水流模拟城市自然通风潜力的方法，包括：

获取城市的地形图、卫星图、形态图和主导风压图；

分别确定所述地形图的栅格图、所述形态图的栅格图和所述主导风压图的栅格图；

对获取的三个所述栅格图的对应栅格中的地理地形高程值、城市形态高度值和风压值分别进行累计求和，得到城市的下垫面数字高程模型；

根据建立的所述城市的下垫面数字高程模型，进行水文分析，建立水网模型；所述水网模型即为城市的通风廊道分布模型；

将所述城市的通风廊道分布模型叠加到所述城市的卫星图上，确定城市的自然通风潜力。

可选的，确定所述形态图的栅格图，包括：

获取机器学习模型；所述机器学习模型为以城市的卫星图为输入，以设定范围内的局地气候分区图为输出的训练后的机器学习模型；

采集城市的卫星图；

将所采集的卫星图输入到所述机器学习模型中，获取设定范围内的局地气候分区图；