[发明专利]一种计算太阳辐照度的遮挡检测方法及装置

说明书

本发明公开了一种计算太阳辐照度的遮挡检测方法及装置，所述方法通过对TIN模型和待计算点的旋转，使任意时刻的太阳光线方向与Z轴平行，然后比较待计算点与对应三角形集合中三角形顶点之间的Z轴坐标值的大小来简化遮挡检测的计算过程，最后仅判断待计算点是否在对应的三角形内即可判断待计算点是否受到遮挡，该方法大大的简化了遮挡检测的计算过程，提高了遮挡检测的计算效率；该方法采用KD树搜索每个待计算点对应的三角形集合，有助于解决大量待计算点数据带来计算速度缓慢的问题，进一步提高了计算效率。

技术领域

本发明属于地表物体之间遮挡检测技术领域，尤其涉及一种基于不规则三角网(Triangular Irregular Network，TIN)模型计算太阳辐照度的遮挡检测方法及装置。

背景技术

近年来，许多研究学者利用激光点云、建筑三维模型和摄影测量的方法对城市地区建筑物表面接收到的太阳辐照度进行估算。在进行太阳辐照度估算的过程中，遮挡检测分析是其中一个重要的环节。如果建筑物表面受到周围其它物体的遮挡，那么其接收到的太阳辐照度会大大减少，所以遮挡检测分析结果的精确与否关系到最后太阳辐照度的计算结果。由于激光点云数据具有精度高、易获取、采集过程中受周围环境限制小的优点，在城市建模、阴影检测和太阳辐照度估算等领域有一定的应用优势。但是激光点云数据也有其不足，例如建筑物立面上的少量点云会导致信息不够详细、数据量冗余，这为遮挡检测计算带来较大的困难。相比之下，建筑物三维模型在某些方面与激光点云数据正好呈现相反的特点，它数据量小、模型准确，但较难获取。在估算太阳辐照度之前，往往需要花费大量时间精力进行建模工作，因此建筑物三维模型不适合在城市区域进行大规模太阳辐照度的快速估算。

随着倾斜摄影测量技术的发展，利用倾斜摄影测量技术可以较容易地获取城市表面的TIN模型。除此之外，TIN模型对建筑物立面信息、树木等信息的记录较为详细。因此可以考虑使用TIN模型对建筑物表面接收到的太阳辐照度进行估算。

目前，大多数激光点云数据采用的遮挡检测分析方法是天空角系数(SkyViewFactor,SVF)算法。SVF算法的关键是计算每个方向的最大遮挡高度角，而每个方向的最大遮挡高度角与水平方向的划分有关。若划分角度太小则影响计算速度，若划分角度太大则影响计算精度。因此SVF算法具有一定的缺陷。由于射线法对遮挡检测的计算结果精确，建筑三维模型多采用射线法进行遮挡检测。但对大量TIN模型而言，应用射线法则意味着需要逐点计算，这么做显然会影响计算速度，因此射线法对大量TIN模型的遮挡检测计算并不适用。

到目前为止，针对大量TIN模型进行遮挡检测的问题，还没有一种方法可以同时实现高检测精度和高计算效率。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种计算太阳辐照度的遮挡检测方法及装置，以提高检测精度和计算效率。

本发明是通过如下的技术方案来解决上述技术问题的：一种计算太阳辐照度的遮挡检测方法，包括：

步骤1：定义正交的三维坐标系，其中，所述坐标系中的Y轴指向正北方，Z轴指向铅垂方向，X轴与Y轴和Z轴构成右手坐标系；

步骤2：读入待检测建筑物表面重建后的TIN模型，获取模型中每个三角形对应的外接圆圆心的坐标以及所有三角形中最大外接圆的半径；以对所述TIN模型重采样所获得的点作为待计算点；

步骤3：根据待检测建筑物所处区域的经纬度和计算时间得到太阳高度角β和太阳方位角α，再根据所述太阳高度角β和太阳方位角α得到太阳光线方向向量V；

步骤4：将所述TIN模型中的所有待计算点、所有三角形顶点以及所有三角形外接圆圆心同时旋转，使太阳光线方向向量V与Z轴平行，然后记录旋转后所有待计算点的坐标以及所有三角形外接圆圆心的坐标；