[發明專利]基于灰色神經網絡CA模型的城市規劃方案熱島模擬預測方法

在審

• 申請號: 201810850147.8
• 申請日: 2018-07-28
• 公開（公告）號: CN109002627A
• 公開（公告）日: 2018-12-14
• 發明（設計）人: 黃煥春;運迎霞;王世臻;周婕;李志剛
• 申請（專利權）人: 南京林業大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50;G06F17/18;G06N3/063
• 代理公司: 北京科億知識產權代理事務所(普通合伙) 11350
• 代理人: 王清義

本發明提供一種基于灰色神經網絡CA模型的城市規劃方案熱島模擬預測方法，其步驟包括：1)對影響熱島模擬預測的城市綠地、硬化地面、建筑布局、容積率、建筑密度、水體數據進行收集；2)計算得到每個分割區域內的各因素核密度；3)建立回歸方程；根據典型天氣測試結果和回歸參數，利用灰色神經網絡CA模型，進行模型訓練和檢驗，合格后輸出的結果即為模擬預測規劃方案的熱島效應。本發明提供了城鎮室外熱環境的控制評估方法。根據城市熱島的空間影響因素，在給定氣象條件下，模擬任意時刻的城市熱島強度空間分布，可以根據模擬結果調整城鎮規劃中的建筑布局、綠地布局、道路廣場等硬化地面的分布等，為生態城鎮規劃提供了有力的分析工具。

技術領域

本發明涉及一種基于灰色神經網絡CA模型的城市規劃方案熱島模擬預測方法。

背景技術

城市熱島(urban heat island,UHI)，是城市比周圍農村溫度高的現象。1833年，英國人霍華德(Howard)首次在科學雜志《倫敦氣候》中提出城市熱島效應。隨后的180年西方各國就開展了廣泛的關于城市熱島的研究，所以這個方面的文獻也是層出不窮。城市熱島效應是隨時間和地理空間位置的變化而變化的。研究熱島效應，按對象分為是地表溫度和近地面大氣溫度兩種。從研究時間上看，有長時期的變化研究，也有年變化研究，還有日變化研究。研究范圍有從宏觀的上百平方公里到微觀的幾十平米。不同空間、不同時間、不同層次，熱島效應都有不同的特點，因此研究開始必須明確這三個問題。熱島研究主要采用地面觀測、遙感反演、氣象模型方法。

劉京，朱岳梅等，利用數值計算方法研究建筑內部氣候與城市局地氣候之間的能量及物質傳遞關系，但模型需要在宏觀層面給予完善。貢璐利用神經網絡的CA模型，簡化模擬和預測復雜的城市熱島空間變化過程，并模擬了烏魯木齊市的城鄉建設用地溫度景觀。馮小剛，采用克拉克大學IDRISI軟件自帶的UHI-CA-Markov模型，模擬預測西安市城市熱島效應，提出西安市的熱島區、強熱島區均小幅減少，常溫區、綠島區略微增加、強綠島區不變。羅慶，基于數字圖像分析城鎮熱島特效預測方法，采用通過建立DEM，將區域作為節點，流動開口作為支，申請了技術方案。彭珍基于多元線性模型，進行熱島強度的測量。

城市規劃對城市熱島效應的模擬研究較少，在城市規劃過程中對城市熱島效應的減弱措施研究也相對較少，大多是一些定性的論述、缺乏具體的操作，對綠地、風道等具體空間布局缺乏定量的科學依據，更缺乏詳細的用地類型布局參數和開發強度對熱環境的改變量大小的研究。考慮單因子影響因素較多，如李延明對北京市綠化量和熱島效應強度關系做了定量的分析，嚴平等對合肥綠地草地和林地樹木的冠層可調節底層及其綠地上方氣層溫度做了分析。張小麗，李磊等模擬研究，主要針對的是當前城市熱島和城市建設宏觀區域性質。

無論是數值模式、城市冠層、元胞自動機，現有的研究都是基于較大尺度或較小尺度，WRF模擬尺度低于3km²分辨率難以精確模擬，而現有的元胞自動機模型也是在120m尺度的地表熱島，多是基于NDBI、DNVI等指數，無法與真實的城市實現真實大氣溫度的對接，也很難與實際規劃設計項目的指標銜接，更談不上實際應用了。而且，目前采用神經網絡和灰色系統研究熱島，絕大部分是采用基于時間GM(1,1)模型，而該模型對基于現狀地物的模擬預測也非常不適合，因為GM(1,1)模型是基于時間序列數據對未來進行的預測，而熱島的預測是基于同一時刻的多種因素疊加綜合影響的預測。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于灰色神經網絡CA(cellular automata元胞自動機)模型的城市規劃方案熱島模擬預測方法，可以基于規劃的控制性指標進行模擬評價。

本發明的技術方案為：一種基于灰色神經網絡CA模型的城市規劃方案熱島模擬預測方法，其步驟包括：

1)收集待評估的規劃區數據資料：對影響熱島模擬預測的城市綠地、硬化地面、建筑布局、容積率、建筑密度、水體數據進行收集；