[發明專利]基于BIM的地表建筑太陽輻射估算方法

有效

• 申請號: 201811031896.4
• 申請日: 2018-09-05
• 公開（公告）號: CN109165458B
• 公開（公告）日: 2023-07-11
• 發明（設計）人: 楊強;鄭加柱;陳動;陳紅華;何立恒;陳健;何龍江;周權平;姜月華;張潔;蔡逸濤;劉林
• 申請（專利權）人: 南京林業大學;中國地質調查局南京地質調查中心
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F30/13;G06Q50/08
• 代理公司: 南京君陶專利商標代理有限公司 32215
• 代理人: 沈根水

1.基于BIM的地表建筑太陽輻射估算方法，其特征在于包括如下步驟：

(1)多尺度精細地表曲面模型構建與優化；

在構建城鎮建成區或規劃建設區的數字地表模型時，結合工作區高分遙感影像上不同地物的光譜特征、形狀特征、紋理特征和空間位置特征信息，確定地理對象分割的異質度因子和最合適分割尺度，建立不同地物目標的判別規則，進而利用多尺度分割算法對工作區遙感影像數據進行圖像分割，提取城鎮建設區建筑的空間分布信息，同時基于Douglas-Peucker算法提取建筑物特征點和重要拐點信息；以工作區大比例尺地形圖、激光雷達Lidar探測數據或立體像對數據為數據源，利用Delaunay三角網構建方法生成工作區數字高程模型；對大比例尺地形圖數據、所生成的工作區數字高程模型數據和工作區遙感影像信息的提取結果進行空間疊加分析，確定建筑物的邊緣水平位置信息，進而綜合利用多元地形數據，通過空間插值的方法計算建筑物特征點和重要拐點的高程信息；

以建筑物空間分布的矢量界線為限制邊界EOD，依據建筑特征點和重要拐點的高程信息與工作區數字高程模型數據，采用薄板樣條算法對除建筑物以外的數字高程模型數據進行空間插值和數據優化，同時利用BIM模型構建建筑空間模型，對非建筑區數字地表模型和建筑區BIM模型進行分區和分塊管理，實現多尺度精細地表曲面模型的構建與優化；其中，薄板樣條空間插值算法表示為：

式中：S(x,y)為(x,y)坐標位置處的曲面值；j為參與每個插值單元的采樣點數量，取值范圍為(1，N)；a₁、a₂、a₃和λ_j均為線性系數；r_j為到第j個點的距離；τ²為權重因子；K₀為修正的Bessel函數；c＝0.577215為常數；

數字高程模型的分區、分塊管理方法表示為：

f(x_n,m,y_n,m,z_n,m)＝f_非建筑區(x_n,y_n,z_n)+f_建筑區(x_m,y_m,z_m)；

式中：f(x_n,m,y_n,m,z_n,m)為工作區數字高程模型；f_非建筑區(x_n,y_n,z_n)為非建筑區的數字高程模型；f_建筑區(x_m,y_m,z_m)為建筑區的數字高程模型；

(2)基于BIM的城鎮建筑信息空間規劃與表達；

在Visual?Studio平臺基礎上通過搭建ArcGIS?Engine和BIM?API運行環境，構建地理實體與BIM模型中圖組和圖元建筑要素信息之間的數據關聯，且采用Industry?FoundationClasses標準格式，通過調用語義特征所對應的空間屬性信息和BIM?API控件，實現在地理框架下BIM模型的多尺度、多層次管理和空間分析；

(3)基于BIM的城鎮建筑基本天然采光評估；

針對獨棟建筑和建筑群的頂部采光和側面采光，計算目標建筑與周圍建筑間的最大遮擋角度，計算目標建筑室內不同季節的采光空間范圍，確定目標建筑內部太陽直射的最大覆蓋空間范圍，計算建筑物內部所獲取的太陽輻射能量總和；

(4)太陽輻射空間曲面模擬預測模型的構建；

以地物目標為原點，以過該原點的法線和切線為坐標起算位置，構建站心坐標系，分析太陽在一年內的運行軌跡根據日地距離、太陽天頂角和方位角的時空變化規律，構建以站心坐標原點為中心的太陽輻射半球曲面模型，繼而轉換成IAG75橢球體上不同空間位置的太陽輻射空間曲面；

(5)基于BIM的太陽輻射時空分布定量評估；

分別從太陽直接輻射和太陽散射輻射出發，結合天頂角和方位角，構建太陽直接輻射和太陽散射輻射模型，同時進一步修正太陽直接輻射和太陽散射輻射模型中所使用的日地距離，從而提高地表空間范圍上任何建筑物和建筑附屬景觀太陽輻射量估算的精度；

(6)基于BIM的建筑表皮響應設計策略；

從太陽輻射空間分布特征出發，開展基于BIM的建筑表皮響應設計策略，關注建筑內外能量循環與平衡、減少建筑表皮空間配置對環境的干擾、提高人類的舒適度、改善和優化生態環境結構與功能。