[發(fā)明專利]一種描述城市地表景觀結(jié)構(gòu)的非線性方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710115227.4
• 申請(qǐng)日: 2017-02-28
• 公開（公告）號(hào): CN106934224A
• 公開（公告）日: 2017-07-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 高歆
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 許昌學(xué)院
• 主分類號(hào): G06F19/00
• 分類號(hào): G06F19/00
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• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種城市熱環(huán)境場(chǎng)紋理結(jié)構(gòu)建模的方法。

背景技術(shù)

熱島是由城市本身造成的。除了風(fēng)速、氣壓等天氣外在條件的影響，這個(gè)“本身”應(yīng)該指城市地表結(jié)構(gòu)、地面建筑物空間結(jié)構(gòu)或排列以及人為因素等。城市發(fā)展過程中，地表結(jié)構(gòu)的變化不可避免地改變太陽(yáng)輻射的收支分布、導(dǎo)致城市與郊區(qū)表面輻射和大氣溫度的差異，城市、郊區(qū)溫度差異就是通常所說的城市熱島效應(yīng)，它長(zhǎng)期以來(lái)一直受到人們的關(guān)注。

地表結(jié)構(gòu)的變化一方面造成土地覆蓋類型的變化如泥土地面變成水泥地面、植被減少等，已有研究表明城市溫度分布與土地覆蓋類型具有很好的對(duì)應(yīng)性，也就是說不同的土地覆蓋類型對(duì)應(yīng)著不同的溫度范圍；另一方面是地面建筑物或構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)、排列的空間差異性。因此，城市熱環(huán)境格局是由土地覆蓋類型決定的，同時(shí)也受到地表熱慣量、熱容量等以及風(fēng)速、氣壓等各種因素的影響，作為一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，不能用線性函數(shù)簡(jiǎn)單的描述它們之間的關(guān)系，非線性理論為解釋熱場(chǎng)景觀格局提供一種選擇。

目前主要描述熱場(chǎng)格局的方法是景觀生態(tài)學(xué)和分形方法，是通過一系列景觀格局指數(shù)方法進(jìn)行研究。景觀生態(tài)學(xué)最初是由德國(guó)著名的生物地理學(xué)家Troll于1933年提出，其目的是為了協(xié)調(diào)統(tǒng)一生物學(xué)和地理學(xué)這兩個(gè)領(lǐng)域中科學(xué)家的研究工作。景觀格局指數(shù)包括三個(gè)層次：斑塊水平、類型水平和景觀水平，每個(gè)水平上設(shè)置了多種景觀格局指數(shù)，斑塊水平主要描述了景觀格局中斑塊的分散程度，類型水平主要描述了每種類型的分布狀況，而景觀水平是對(duì)整個(gè)景觀的描述。鄔建國(guó)2000年在研究景觀格局分析方法時(shí)給出了9種常用的景觀指數(shù)：斑塊形狀、豐富度、多樣性、優(yōu)勢(shì)度、均勻度、形狀、正方像元指數(shù)、聚集度和分維數(shù)。而對(duì)于著名的景觀格局分析軟件FRAGSTATS來(lái)說，盡管在斑塊、類型和Martics三種水平上指數(shù)不同，但是常用的就有58種。

分形是由Mandelbrot首先提出的，是在研究英國(guó)海岸線的時(shí)候提出的，旨在描述復(fù)雜的客觀世界現(xiàn)象，是通過個(gè)一個(gè)稱為“分維數(shù)”的概念來(lái)定量描述的。利用分形進(jìn)行熱場(chǎng)格局定量描述的時(shí)候，通常在一維空間進(jìn)行，即選取位于城市不同區(qū)域的樣帶，一般選取經(jīng)過城市不同方向、反映城市不同發(fā)展速度的區(qū)域進(jìn)行選取，然后計(jì)算每條樣帶的分維數(shù)，每條樣帶的分維反映了其下墊面的復(fù)雜性，結(jié)合土地利用現(xiàn)狀進(jìn)行解釋。雖然景觀生態(tài)學(xué)與分形都可以對(duì)城市熱場(chǎng)格局進(jìn)行刻畫，都體現(xiàn)了城市熱場(chǎng)的尺度特征，但是景觀生態(tài)學(xué)缺乏對(duì)熱場(chǎng)本身自相似性和奇異性度量的考慮，而單分形未能反映熱場(chǎng)的多尺度特征。

分形可以通過一個(gè)參數(shù)分維數(shù)來(lái)定量描述復(fù)雜的現(xiàn)象和具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的物體，為毫無(wú)規(guī)律和不規(guī)則的現(xiàn)象提供了一種研究方法，過去人們總是習(xí)慣用一個(gè)分維數(shù)來(lái)描述這些現(xiàn)象，但是研究人員發(fā)現(xiàn)世界上的很多自然現(xiàn)象是自相似的、自組織的非線性過程，它們的分維數(shù)不是單一的，是多個(gè)，甚至無(wú)窮多個(gè)。多重分形是相對(duì)于單分形而提出的，單分形是通過一個(gè)分形維數(shù)來(lái)描述，而多分形是通過多個(gè)、無(wú)窮多個(gè)分維數(shù)，即用一個(gè)形狀如鐘形曲線的多重分形譜來(lái)描述。多重分形理論中最重要的參數(shù)是多重分形譜和異性指數(shù)，前者描述了整個(gè)現(xiàn)象的結(jié)構(gòu)，后者反映了分形體中的局部信息，常常被用于熱紅外目標(biāo)分割和地球化學(xué)場(chǎng)異常圈定中，另外，使用多重分形譜進(jìn)行比較研究可以有效避免不同時(shí)間和不同環(huán)境對(duì)于熱環(huán)境場(chǎng)的影響。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的之一是提供一種描述城市熱環(huán)境場(chǎng)紋理結(jié)構(gòu)的方法。

本發(fā)明的目的之二在于提供上述方法有關(guān)的參數(shù)在熱場(chǎng)中的解釋。

本發(fā)明具體內(nèi)容如下：

多重分形理論簡(jiǎn)述如下：

對(duì)于具有幾何支撐的連續(xù)隨機(jī)空間分布變量，這種支撐可以由通過k維空間R^k(k＝1、2、3)分割產(chǎn)生的許多單元(盒子/格子)組成，記每一等分的盒子的線度為ε。假設(shè)μ(S)表示集合S在R^k中的測(cè)度，邊長(zhǎng)為ε的第i個(gè)盒子中的測(cè)度為μ_i(ε)。則μ_i(ε)與ε的對(duì)數(shù)比值被限制在一個(gè)有限區(qū)間[α_minα_max]，這里存在-∞≥α_min≤α_max≤∞，α_min和α_max分別對(duì)應(yīng)最強(qiáng)的奇異性和最弱的奇異性，且有：

或者寫作μ_i(δ)∞ε^α