基于arcgis的建筑日照分析

1、<p><b>　　龍巖學(xué)院</b></p><p><b>　　畢業(yè)論文</b></p><p>　　題 目：基于ArcGIS的建筑日照分析 </p><p>　　——以綿陽市涪城區(qū)為例 </p><p>　　二0一六年五月三十一日</p><p>　

2、　基于ArcGIS的建筑日照分析</p><p>　　——以綿陽市涪城區(qū)為例</p><p>　　摘要：隨著我國城市化進程的不斷加快，城市人口急劇增長，建筑物的高度、密度不斷增加，使得建筑物之間的相互遮擋問題越發(fā)嚴重，加之人們對高品質(zhì)生活的追求與維權(quán)意識的增強，日照分析已得到全社會的高度重視。本文通過對日照分析發(fā)展現(xiàn)狀的研究，旨在探討出一種新的日照分析方法，就是在ArcGIS10.2平臺上

3、，以收集到的建筑物數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，應(yīng)用ArcGIS的空間分析功能，用地形因子提取工具與地圖代數(shù)工具，提取和計算出建筑物的坡向數(shù)據(jù)、背光面輪廓及高度數(shù)據(jù)，在此基礎(chǔ)上，應(yīng)用山體陰影工具模擬生成建筑物的陰影，疊加不同時刻的建筑陰影，并與建筑物進行疊置分析，如此便可找出不符合日照標準的建筑。結(jié)果表明，這是一種快速、簡便且易于操作的分析方法，分析結(jié)果直觀可靠，可為城市規(guī)劃管理部門提供參考依據(jù)，以提出適合未來城市發(fā)展的方案，同時也為人們在選擇居住地時提

4、供最直觀的分析結(jié)果，以便于做出最佳決策。</p><p>　　關(guān)鍵詞：日照分析；空間分析；疊置分析；建筑陰影；ArcGIS10.2</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　1 引言1</b></p><p>　　1.1研究背景及意義1</p><

5、p>　　1.2相關(guān)研究發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢1</p><p>　　1.2.1現(xiàn)有的日照規(guī)范與研究方法1</p><p>　　1.2.2發(fā)展趨勢2</p><p>　　2 ArcGIS在建筑日照分析中的應(yīng)用2</p><p>　　2.1現(xiàn)有日照分析方法的評價2</p><p>　　2.2基于ArcGIS的建筑

6、日照分析方法及技術(shù)路線3</p><p><b>　　3 實例分析4</b></p><p><b>　　3.1數(shù)據(jù)來源4</b></p><p><b>　　3.2技術(shù)要求4</b></p><p><b>　　3.3分析流程4</b><

7、/p><p>　　3.3.1數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換與太陽位置的計算4</p><p>　　3.3.2建筑物坡向提取5</p><p>　　3.3.3建筑物背光面輪廓提取6</p><p>　　3.3.4建筑物背光面高度提取8</p><p>　　3.3.5提取建筑物在不同時刻的陰影9</p><p>　

8、　3.3.6疊加不同時刻的陰影柵格12</p><p>　　3.3.7分析建筑物與陰影區(qū)的遮擋關(guān)系13</p><p>　　3.3.8結(jié)果分析13</p><p><b>　　4 總結(jié)14</b></p><p><b>　　參考文獻：15</b></p><p>

9、<b>　　致謝語17</b></p><p><b>　　1 引言</b></p><p>　　1.1研究背景及意義</p><p>　　隨著我國城市化進程的不斷加快，大大小小的城市建筑如雨后春筍般拔地而起，城市建筑用地日益緊張，很多開發(fā)商為了謀取更多的利益，不合理的規(guī)劃、使用土地，使得建筑之間相互遮擋的問題越來越嚴重

10、，出現(xiàn)了大批不符合日照標準的建筑。與此同時，隨著人們對高品質(zhì)生活的追求，人們對生存條件的要求越來越嚴格，特別是對居住條件的要求，在選擇居住地時，優(yōu)美的自然環(huán)境是人們首要考慮的要素，因此居住地能夠得到充足的陽光照射是必不可少的條件，充足陽光照射不僅可以為人們帶來賞心悅目的生態(tài)環(huán)境，還能夠消毒殺菌、預(yù)防疾病，使得人們心情舒暢，內(nèi)心愉悅，充滿希望，積極向上[1]。</p><p>　　所以，對城市建筑進行日照分析，找出

11、不符合日照標準的建筑物對城市規(guī)劃管理與人們選擇工作、居住地具有十分重要的意義。它有利于城市資源的集約利用，在當前城市土地日趨短缺的情況下，必須合理規(guī)劃利用土地，在提高土地容積率的同時，也要注意建筑物之間距離的合理性，以免造成土地資源的浪費。城市人口與日俱增，商品房開發(fā)搞得紅紅火火，在房價不斷攀高，獲取高額利潤的驅(qū)使下，開發(fā)商見縫插針的行為早已司空見慣，建筑物密度、層數(shù)不斷增加，建筑的日照水平持續(xù)降低不說，更在一定程度上造成了城市土地資源

12、的浪費[2]。日照分析則可以為規(guī)劃設(shè)計部門提供依據(jù)，從而對建筑物的高度、密度、形狀、朝向、位置、數(shù)量等進行合理的設(shè)計與布局，能夠保證建筑物在達到相應(yīng)的日照標準的前提下、在土地容積率允許的范圍內(nèi)使建筑物數(shù)量達到最大，進而可以減少建筑物之間不科學(xué)的富余間距，實現(xiàn)城市土地集約化利用的目的，節(jié)約寶貴的土地資源。</p><p>　　日照分析還可提高城市管理水平，因為日照分析報告是在計算機基礎(chǔ)上，采用專業(yè)的日照分析軟件得出

13、的結(jié)果，減少了人為因素的影響，具有較高的客觀性、準確性與應(yīng)用性，從而提高了城市的科學(xué)管理水平。</p><p>　　通過日照分析還能最直觀的反映出建筑物之間的遮擋情況，從而在人們選擇居住地時，根據(jù)個人對環(huán)境的不同要求，選擇出自己理想的住宅，同時也可以避免在購房時開發(fā)商對消費者的誤導(dǎo)，特別是習慣居住在較低層的居民，一定要考慮在冬季時住宅是否能夠得到充足的陽光照射，所以購房之前對居住小區(qū)進行日照分析，這樣可以減少個人

14、的經(jīng)濟損失，維護好自己的采光權(quán)，有效避免民事糾紛的發(fā)生。</p><p>　　日照分析越來越受到人們重視，通過收集與查閱了大量有關(guān)日照分析方法的資料與文獻后發(fā)現(xiàn)，我國的日照分析方法大多比較繁瑣復(fù)雜，普通民眾理解與應(yīng)用起來比較困難，專業(yè)性很強，很多時候需尋求專業(yè)機構(gòu)進行操作，然而這一過程，要耗費大量的時間、人力和財力。同時，目前市場上的日照分析軟件也是參差不齊，分析結(jié)果各不相同，究竟哪款軟件計算精度高、誤差小、最接

15、近實際等，都沒有一個權(quán)威部門進行分析比較，因此日照分析的研究還在不斷的探索進步當中。基于以上現(xiàn)狀，本論文利用GIS空間分析功能，總結(jié)出一套簡單易學(xué)的建筑日照分析方法。</p><p>　　1.2相關(guān)研究發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢</p><p>　　1.2.1現(xiàn)有的日照規(guī)范與研究方法</p><p>　　目前我國有關(guān)日照標準的法律法規(guī)并不健全，絕大多數(shù)的日照規(guī)范具有宏觀性，不夠

16、具體，殊不知，不同地方，經(jīng)度、緯度、氣候等都不相同，因此日照標準應(yīng)該因地制宜，根據(jù)實地情況，制定出各自的日照標準?，F(xiàn)行的《城市居住區(qū)規(guī)劃設(shè)計規(guī)范》（2002年版）的相關(guān)規(guī)定如表1-1，此外針對特定情況還有如下規(guī)定[3-4]：</p><p>　?。?）要求在冬至日時，老人居住的住宅要享受到不低于2小時的光照時間；</p><p>　　（2）在已經(jīng)修建設(shè)計好的建筑外面增設(shè)其它設(shè)備時，不得降低

17、其周圍建筑物原有的日照標準[5]；</p><p>　?。?）在老住宅區(qū)新建住宅時，日照標準可以按照實際情況酌情降低，但必須保證新建住宅在大寒日獲得不低于1小時光照[6]。 </p><p>　　表1-1 住宅日照標準</p><p>　　在二十世紀五六十年代，我國開始流行的日照分析方法主要有兩類：一類是作圖法，主要包括正日影圖、分時陰影疊合圖、棒影圖與瞬

18、時陰影圖，這種方法非常繁瑣，費時又費工，且應(yīng)用場合有限，為了提高工作效率，工作人員需要參考日照間距系數(shù)表，所以這種方法只適用于建筑布局是嚴格符合日照間距系數(shù)表的測算條件的情況。第二類是模擬測試法，這種方法需要建筑物的縮尺模型，并應(yīng)用日規(guī)儀進行日照分析，這種方法已較為落后，現(xiàn)較少使用[7]。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，目前比較常用的方法是收集相關(guān)資料，創(chuàng)建建筑物的三維模型，并利用日照分析軟件模擬現(xiàn)實場景，進行三維可視化分析。另一種比較創(chuàng)新的分析

19、方法是利用天際線照片對建筑物進行日照分析，因為它不要建筑物的三維數(shù)據(jù)，只需要用相機在實驗區(qū)拍攝數(shù)張照片，并記錄相機、照片的相關(guān)參數(shù)作為分析的依據(jù)，從而大大減少了工作量，針對這種方法，也開發(fā)了專門的日照分析軟件。</p><p>　　早在上個世紀八十年代國外就開發(fā)了日照分析軟件，而我國現(xiàn)有的相關(guān)軟件則大多是基于國外軟件開發(fā)的成果，由于對軟件版權(quán)保護的要求高，所以應(yīng)用成本也相對較高，且操作專業(yè)性強，技術(shù)要求高，然而分

20、析結(jié)果卻不具權(quán)威性。針對這種情況，本課題選擇一款性價比較高GIS軟件，只需在ArcGIS10.2平臺上就能滿足對建筑物進行基本的日照分析[8]。</p><p><b>　　1.2.2發(fā)展趨勢</b></p><p>　　由于傳統(tǒng)的人工作圖法已經(jīng)難以在規(guī)劃設(shè)計中對居住區(qū)日照進行優(yōu)化，難以對復(fù)雜布局的建筑環(huán)境做多個節(jié)氣的綜合分析，并且無法從能源角度進行更深入的研究，因此

21、計算機輔助日照分析已成為發(fā)展的必然趨勢[9]。伴隨著計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，日照分析軟件層出不窮，其功能不斷優(yōu)化升級，提高計算的速度與精確度是日照軟件開發(fā)的重點方向，可以預(yù)見，隨著日照軟件內(nèi)部計算速度的不斷提高，日照分析的功能會更加智能化，輔助分析計算能夠更準確、更自動化地提供日照分析計算結(jié)果，日照軟件會從最初只能進行單一的日照分析計算發(fā)展到能夠提供多種靈活智能的自動分析工具，從而能確定出建筑物的最佳高度、最佳位置、最佳形狀體量等，能為城

22、市規(guī)劃設(shè)計部門提供更為合理的參考依據(jù)，并能夠在分析如何充分利用太陽能、節(jié)約土地資源等方面發(fā)揮更重要的作用[10]。</p><p>　　2 ArcGIS在建筑日照分析中的應(yīng)用</p><p>　　2.1現(xiàn)有日照分析方法的評價</p><p>　　如早期的作圖法與模擬測試法費工又費時，且分析結(jié)果可靠性低，現(xiàn)行的日照分析方法主要是利用各種日照分析軟件創(chuàng)建建筑物三維模型

23、，并且模擬現(xiàn)實場景，能在一定時間段內(nèi)對建筑物的日照情況進行動態(tài)分析，分析過程形象直觀，分析結(jié)果也較為可靠，但是在這之前需要做許多繁瑣的準備工作，因為要對建筑物進行三維建模，需要收集研究區(qū)的地形圖與建筑物的設(shè)計圖紙，這些都是由人工完成，許多老城區(qū)現(xiàn)已沒有建筑圖紙，則還要進行現(xiàn)場測繪，而且對普通民眾民眾來說，這些資料也難以獲取，或是需要經(jīng)過漫長的審批過程，亦或會花費高額的價錢去購買[11]。然而，隨著數(shù)字化城市的建設(shè)，獲取一定量的建筑物數(shù)據(jù)

24、卻變得容易，這些數(shù)據(jù)中包含了大量的空間信息，基于GIS強大的空間分析功能，在ArcGIS平臺上可以提取出建筑物數(shù)據(jù)中隱含的空間信息，進而利用這些新信息便可進行日照分析，由于該方法不需要對建筑物進行三維建模，工作量與技術(shù)要求大大降低，分析結(jié)果也直觀可靠，應(yīng)用性較強。</p><p>　　2.2基于ArcGIS的建筑日照分析方法及技術(shù)路線</p><p>　　GIS空間分析的數(shù)據(jù)來源主要包括矢

25、量數(shù)據(jù)、柵格數(shù)據(jù)兩類，它們可相互轉(zhuǎn)換，且柵格數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)簡單、獲取方便、能滿足各種復(fù)雜的空間分析，可以方便地對空間數(shù)據(jù)進行組合和疊加等操作，基于這些優(yōu)點，考慮到對建筑物進行日照分析過程中，需要提取出建筑物在不同時刻的陰影范圍，而建筑陰影生成與建筑物的坡向、背光面的輪廓、高度直接相關(guān)，因此需要將這些隱含在建筑數(shù)據(jù)中空間信息提取出來，然后就能模擬生成建筑的陰影，并判斷出建筑陰影對其周圍建筑的遮擋情況[12-13]。在ArcGIS 10.2空間

26、分析模塊中，就有一個功能非常強大的空間分析工具集ArcToolbox，這個工具集中又包含了針對柵格數(shù)據(jù)進行空間分析的工具箱Spatial Analyst Tool，在這個工具箱中，我們可以方便的找到相應(yīng)的提取工具，并且在整個日照分析過程中，這個工具箱都能發(fā)揮巨大的作用，而且在ArcGIS中，每一次提取都會生成一個新的圖層，來專門表達我們所提取的柵格要素，這有利于我們進行柵格計算或疊置分析等操作，從而找出被遮擋的建筑物[14]。</

27、p><p>　　基于ArcGIS的建筑日照分析是一種非常實用且易于操作的方法，首先，應(yīng)用ArcGIS中的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換工具，根據(jù)需求，將三維顯示的建筑物數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為柵格數(shù)據(jù)，以便對數(shù)據(jù)隱含的空間信息進行提取，并且要計算出不同時刻的太陽位置；接著要用Spatial Analyst Tool工具箱中的表面分析工具與地圖代數(shù)工具，提取出建筑物的坡度、計算出不同時刻背光面輪廓與背光面高度數(shù)據(jù)；然后結(jié)合不同時刻建筑物的背光面高度數(shù)據(jù)與

28、相應(yīng)的太陽位置模擬生成不同時刻的建筑陰影；再接著就是提取出不同時刻建筑物生成的陰影柵格，并且疊加生成該時間段內(nèi)的陰影柵格；最后將該時間段內(nèi)建筑物生成的陰影數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成矢量數(shù)據(jù)，并與矢量表示的建筑物數(shù)據(jù)進行疊置分析，通過矢量包含關(guān)系，找出不符合日照標準的建筑物。具體的技術(shù)路線圖如圖2-1所示。</p><p>　　圖2-1 技術(shù)路線圖 </p><p><b>　　3 實例分

29、析</b></p><p><b>　　3.1數(shù)據(jù)來源</b></p><p>　　對建筑物進行日照分析，顧名思義，需要收集一定區(qū)域內(nèi)的建筑物數(shù)據(jù)來作為日照分析的依據(jù)，因此在四川省綿陽市城市規(guī)劃管理網(wǎng)站上收集到綿陽市涪城區(qū)部分建筑數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)為矢量數(shù)據(jù)，為了滿足實驗需求，要將其轉(zhuǎn)換為柵格數(shù)據(jù)以備用。</p><p><b>

30、;　　3.2技術(shù)要求</b></p><p>　　基于ArcGIS的建筑日照分析方法雖然簡單易學(xué)，但是操作起來仍然有許多值得注意的地方。首先要明確操作的目的與對象，以及想要得到的結(jié)果，同時對整個操作過程要了然于心，從而針對不同問題來采取適宜的解決辦法。于是，要采用本文介紹的日照分析方法，必須注意以下幾點。</p><p>　?。?）由于矢量數(shù)據(jù)主要是針對點、線、面這些地理實體進

31、行空間分析，如緩沖區(qū)分析、網(wǎng)絡(luò)分析、疊置分析等，而建筑物日照分析要對建筑物產(chǎn)生的陰影進行分析，需要建筑的高度，因此要提取原始數(shù)據(jù)中隱含的空間信息，而在矢量表示的建筑數(shù)據(jù)中無法實現(xiàn)相關(guān)要素的提取和柵格計算，因此必須將矢量數(shù)據(jù)集轉(zhuǎn)換為屬性為建筑物高度的柵格數(shù)據(jù)集。</p><p>　?。?）由于建筑物是有長、高、寬的立體物體，直接對柵格化的建筑物數(shù)據(jù)提取山體陰影會對日照分析結(jié)果造成極大的誤差。例如在實際中有兩棟建筑物

32、，其中向陽的一棟建筑的陰影對其后面的建筑有完全遮蓋情況，但在ArcGIS空間分析中，直接對建筑物提取山體陰影就會造成背光建筑物的屋頂覆蓋住向陽建筑生成的陰影。針對上述情況，必須提前計算出建筑物背光面的高度，之后提取的建筑陰影才能準確的反映建筑物之間的遮擋情況。</p><p>　　疊置分析分兩種，一種是基于柵格數(shù)據(jù)的疊置分析，一種是基于矢量數(shù)據(jù)的疊置分析，剛好在本實驗涉及到這兩種方式的疊置分析，要根據(jù)實際需要選擇

33、合適的數(shù)據(jù)源。例如，在累加三個時刻的陰影柵格時，就要對柵格數(shù)據(jù)進行疊置分析，在判斷陰影對建筑物遮擋情況時，又要采用矢量數(shù)據(jù)進行疊置分析[15]。</p><p><b>　　3.3分析流程</b></p><p>　　3.3.1數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換與太陽位置的計算</p><p>　　由于此次的日照分析主要是基于柵格數(shù)據(jù)進行的，所以首先要將表示建筑物邊界的

34、矢量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為柵格數(shù)據(jù)。建筑物屬于面實體，面的柵格化其目的就是要生成柵格數(shù)據(jù)陣列，它是通過向矢量表示的多邊形邊界內(nèi)部的所有柵格上賦予相應(yīng)的多邊形編號（屬性）來實現(xiàn)的。在長期探索中，已經(jīng)產(chǎn)生許多種矢量轉(zhuǎn)柵格的方法，如：邊填充法、掃描法、內(nèi)部點擴散法、復(fù)數(shù)積分法等[16]。本次實驗是在ArcGIS 10.2平臺上，在ArcToolbox中，有需要的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換工具箱，里面包含轉(zhuǎn)化為各種格式的轉(zhuǎn)換工具，本次實驗需要屬性為高度的柵格數(shù)據(jù)，因此選擇“

35、轉(zhuǎn)為柵格”這個工具箱，由于本次實驗是對矢量表示的多邊形的柵格化，所以用到“面轉(zhuǎn)柵格”，選擇待轉(zhuǎn)換要素所在的圖層進行轉(zhuǎn)換，根據(jù)需要將值字段設(shè)置為高度，轉(zhuǎn)換結(jié)果會自動添加一個新的圖層來顯示。需要注意的是，要根據(jù)實際情況設(shè)置好輸出像元的大小，若是面實體顯示的面積越小，相應(yīng)像元大小的數(shù)值就應(yīng)該越小，若表示的面積大，像元大小可酌情增加，由于轉(zhuǎn)換的柵格數(shù)據(jù)屬性為建筑物的高度，因此，要把沒有數(shù)據(jù)的地方用重分類工具把新值修改為0，否則后面獲得的陰影數(shù)據(jù)

36、將不完整。轉(zhuǎn)換結(jié)果如圖3-1所示。</p><p>　　對建筑的日照分析跟太陽位置直接相關(guān)，因為不同時刻太陽位置不同，形成的建筑陰影方向、輪廓、范圍也不相同，所以必須提前計算出不同時刻的太陽位置。這里說的太陽位置主要由太陽高度角h和方位角A這兩個參數(shù)決定。該實驗區(qū)緯度Φ為32°，因此用公式3-1來計算太陽高度角，用公式3-2來計算太陽方位角，需要注意是，實際的太陽方位角與ArcGIS中方位角相差180&

37、#176;[17-18]。綿陽市屬于第Ⅲ氣候區(qū)，根據(jù)當?shù)匾?guī)定的日照標準，在冬至日這天必須滿足至少3小時的光照，由于在正午時分，太陽高度角最大，太陽方位角也趨近0°，這時生成的建筑陰影對其周圍的建筑物能達到最低限度的遮擋，這對建筑日照分析最具參考價值，因此本次實驗選擇的時間段就選在正午十二點到下午十四點。計算結(jié)果如表3-1所示。 </p><p>　　圖3-1 矢量數(shù)據(jù)→柵格數(shù)據(jù)</p>&

38、lt;p>　　Sinh=sinΦsinδ+cosΦcosδcost （3-1）</p><p><b>　　式中δ表示太陽赤緯</b></p><p>　　cosA=(sinhsinΦ-sinδ)/coshcosΦ （3-2）</p><p>　　表3-1 太陽位置計算結(jié)果</p><

39、;p>　　3.3.2建筑物坡向提取</p><p>　　坡向是地形因子的一種，通常理解為由高到低的方向。坡向數(shù)據(jù)提取一般是對地形、地貌的操作，在這里，完全可以把建筑物看作是一種地貌，因為同樣有體積，占據(jù)著空間位置，提取方法與基于地形、地貌的提取方法一樣，都是屬于空間分析中的表面分析，用表面分析工具箱中坡向提取工具，選擇源數(shù)據(jù)所在的圖層，作為輸入柵格，最后輸出一個新的圖層來表達提取的坡向數(shù)據(jù)，假設(shè)將該圖層命名

40、為PX，輸出結(jié)果如圖3-2所示。圖中，彩色顯示部分就代表是建筑物的坡向，且不同顏色就代表是不同方向上的坡向。</p><p>　　圖3-2 建筑物坡向</p><p>　　3.3.3建筑物背光面輪廓提取</p><p>　　建筑物背光面的輪廓直接影響到建筑陰影的形狀和大小，在提取的建筑物坡向數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，可以通過柵格計算提取建筑物背光面的輪廓。在ArcGIS空間分析

41、工具中，柵格計算器可以分別把位于不同圖層的柵格數(shù)據(jù)當作是一個函數(shù)關(guān)系中的變量，通過調(diào)用ArcGIS內(nèi)部自帶的函數(shù)關(guān)系或者編輯自己需要的函數(shù)關(guān)系來進行邏輯運算或數(shù)學(xué)運算，并且能把計算結(jié)果輸出在一個新的圖層上[19]。由于在不同時刻太陽的方位角不相同，因此建筑物背光面輪廓也不相同，需要分別計算三個時刻的背光面輪廓。以正午十二點為例，此時太陽方位角在ArcGIS中的方位角為180°，根據(jù)原理，若某時刻太陽方位角為Φ，建筑物向陽面的坡

42、向則在Φ-90°到Φ+90°之間，因此推算出正午十二點建筑物向光面的坡向是在90°到270°之間。計算的柵格數(shù)據(jù)是在坡向（PX）這個圖層中，于是在柵格計算器中編輯公式如3-3所示，計算出建筑物在十二點時背光面輪廓，同理計算出建筑物在十三點、十四點的背光面輪廓，分別編輯公式如（3-4)和(3-5）所示，輸出結(jié)果如圖3-3所示，為建筑物在十二點整、太陽方位角為180°時的背光面輪廓，相應(yīng)其它

43、兩時刻的背光面輪廓如圖3-4和圖3-</p><p>　　~(("PX" >= 90) & ("PX" <= 270)) & ("PX" >= 0) (3-3）</p><p>　　~(("PX" >= 106.4569) & ("PX

44、" <= 286.4569)) & ("PX" >= 0) （3-4）</p><p>　　~(("PX" >= 121.2727) & ("PX" <= 301.2727)) & ("PX" >= 0) （3-5）</p>

45、<p>　　圖3-3 建筑物背光面輪廓（12:00）</p><p>　　圖3-4 建筑物背光面輪廓（13:00）</p><p>　　圖3-5 建筑物背光面輪廓（14:00）</p><p>　　3.3.4建筑物背光面高度提取</p><p>　　要獲取建筑物背光面高度數(shù)據(jù)，必須建立建筑物背光面輪廓與建筑高度的關(guān)系。同樣以十二點建

46、筑物背光面輪廓數(shù)據(jù)為例，假設(shè)把屬性為建筑物高度的柵格數(shù)據(jù)所在圖層命名為GD(數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換階段已經(jīng)輸出）,把十二點建筑物背光面輪廓數(shù)據(jù)所在圖層命名為LK，求算建筑物背光面輪廓的高度，這是一個基于不同圖層的柵格數(shù)據(jù)之間的運算，空間分析工具中的“地圖代數(shù)”為位于不同圖層的柵格數(shù)據(jù)提供了運算平臺，通過分析，在柵格計算器中編輯公式“"LK" * "GD"”，柵格運算后輸出建筑物在正午十二點的背光面高度數(shù)據(jù)，結(jié)果

47、如圖3-6所示。同理可計算出其它兩時刻的建筑物背光面高度，結(jié)果如圖3-7與圖3-8。圖中，不同顏色表示不同高度的背光面。</p><p>　　圖3-6 建筑物背光面高度（12:00）</p><p>　　圖3-7 建筑物背光面高度（13:00）</p><p>　　圖3-8 建筑物背光面高度（14:00）</p><p>　　3.3.5提取建

48、筑物在不同時刻的陰影</p><p>　　雖然在ArcGIS 10.2中有專門生成陰影的工具，但并不適用于本例的分析，因為該分析工具只適合點狀光源照射的物體，它的光線是中心發(fā)散式的放射光線，而實際中太陽發(fā)出的光為平行光線，所以該陰影生成工具不能應(yīng)用于本實驗。但是，在ArcGIS空間分析工具中的“表面分析”模塊中，有一個“山體陰影”工具，該工具的光源就是模擬太陽發(fā)出的平行光線，符合實際情況[20]。應(yīng)用山體陰影工具

49、，根據(jù)不同時刻的太陽位置，模擬生成三個時刻的建筑陰影。同樣以正午十二點為例，將輸出圖層命名為YY-12，結(jié)果如圖3-9所示。其它兩時刻皆同此原理，輸出結(jié)果如圖3-10與圖3-11所示。</p><p>　　圖3-9 建筑陰影（12:00)</p><p>　　圖3-10 建筑陰影（13:00）</p><p>　　圖3-11 建筑陰影（14:00）</p>

50、;<p>　　如上圖所示，黑色部分為建筑陰影，陰影柵格的值為0，要把三個時刻的陰影柵格單獨提取出來，提取目標柵格同樣是關(guān)于柵格的計算，使用柵格計算器，編輯公式如“目標圖層==0”，以十二點的建筑陰影數(shù)據(jù)為例，編輯公式“"YY-12" == 0”提取出建筑在十二點的陰影柵格，結(jié)果如圖3-12所示。同理可提取出其它兩時刻的陰影柵格，輸出結(jié)果如圖3-13與3-14所示。圖中值為0的柵格表示沒有數(shù)據(jù)的地方，值為

51、1的柵格就表示建筑陰影。</p><p>　　圖3-12 陰影柵格（12:00）</p><p>　　圖3-13 陰影柵格（13:00）</p><p>　　圖3-14 陰影柵格（14:00）</p><p>　　3.3.6疊加不同時刻的陰影柵格</p><p>　　因為要判斷建筑物在冬至日時是否滿足至少三小時的光照標

52、準，就要把這三個時刻的陰影柵格進行疊加，使得陰影柵格全部在一個新的圖層中表達出來，如果建筑物在陰影中，則不符合日照標準。這是一個基于柵格數(shù)據(jù)的疊置分析過程，在柵格數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，地理實體都是通過規(guī)則的柵格單元來表示，對多個圖層的疊加操作都是根據(jù)每個柵格單元所對應(yīng)的數(shù)值之間的運算來實現(xiàn)的[21]。所以本例要把三個時刻的陰影柵格累加到一個圖層上，只需對三個圖層的陰影柵格進行代數(shù)運算，計算原理如圖3-15所示，計算結(jié)果如圖3-16所示。</

53、p><p>　　+ + = </p><p>　　圖3-15 柵格運算原理</p><p>　　圖3-16 三個時刻的建筑陰影</p><p>　　如圖3-16中所示，圖中有值為0、1、2、3的四種柵格，其中，定義沒有數(shù)據(jù)的地方

54、值為0，值為1的柵格表示有一個小時存在建筑陰影的地方，值為2的柵格表示連有兩個小時存在建筑陰影的地方，值為3的柵格表示三個小時都存在建筑陰影的地方。為了方便接下來判斷建筑物是否位于陰影區(qū)內(nèi)，要采用ArcGIS的空間選擇功能，該功能是基于矢量數(shù)據(jù)進行操作的，因此要把陰影柵格全部轉(zhuǎn)換為屬性為面的矢量數(shù)據(jù)，為了轉(zhuǎn)換方便就要統(tǒng)一陰影柵格的數(shù)值，在這里值大于0的柵格都為陰影柵格，因此采用重分類工具，把值為2、3的柵格的新值改為1即可，輸出結(jié)果如圖

55、3-17所示。同樣，值為0的柵格表示沒有數(shù)據(jù)的地方，值為1的柵格就表示建筑物在三個小時內(nèi)生成的陰影范圍。</p><p>　　圖3-17 陰影重分類</p><p>　　3.3.7分析建筑物與陰影區(qū)的遮擋關(guān)系</p><p>　　要分析建筑陰影對建筑物的遮擋情況，必須把建筑物數(shù)據(jù)層與陰影數(shù)據(jù)層進行疊置分析，前面有提到，應(yīng)用ArcGIS的空間選擇功能要基于矢量數(shù)據(jù)

56、來操作，通過分析建筑物與陰影的矢量包含關(guān)系，來找出被遮擋的建筑物。首先利用“柵格轉(zhuǎn)面”工具，將柵格數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為矢量面數(shù)據(jù)，后再與矢量表示的建筑數(shù)據(jù)進行疊置分析，按照目標圖層要素（建筑物）在源圖層要素（陰影）中的位置，采用不同的空間選擇方法，高亮顯示出不符合日照標準的建筑物。結(jié)果如圖3-18和3-19所示。</p><p>　　圖3- 18

57、 圖3-19</p><p><b>　　3.3.8結(jié)果分析</b></p><p>　　如上圖所示，圖3-18是按目標圖層要素（建筑物）的質(zhì)心在源圖層（陰影）要素內(nèi)的空間選擇方法來選擇出不符合日照標準的建筑。高亮顯示出的建筑物表示在冬至日這天，該棟建筑的大部分區(qū)域在12:00-14：00這段時間內(nèi)一直受到建筑陰影的遮擋，多數(shù)住宅不能達到日照標準，因此人們在購房

58、時，就要慎重選擇，特別是對低層住宅的選擇，這時，需要要進行更深一步的日照分析，找出不符合日照標準住宅的具體位置（樓層），進而為人們提供可靠的依據(jù)，以免上當受騙。</p><p>　　同理，圖3-19是按目標圖層要素（建筑物）完全位于源圖層要素（陰影）范圍內(nèi)的空間選擇方法得出的結(jié)果，圖中高亮顯示的建筑物表明，在冬至日這天，這些建筑在12:00-14:00這段時間內(nèi)整棟都位于陰影之中，完全不能接受陽光的照射，此為不符

59、合日照標準的建筑，人們購房時可將其直接排除，同時，對城市規(guī)劃管理部門來說，這些建筑都是可以拆除的建筑物，或者可以改變其周圍建筑的高度，來使這些建筑達到日照標準。通過重新規(guī)劃設(shè)計，調(diào)整布局方式，找出最適宜的建筑高度和密度等，盡可能的達到科學(xué)的建筑設(shè)計，以實現(xiàn)維護公民權(quán)益、節(jié)約土地資源的目標。</p><p><b>　　4 總結(jié)</b></p><p>　　本文基于對G

60、IS空間分析功能的認識，通過對傳統(tǒng)日照分析方法的研究，探討出這種基于ArcGIS的建筑日照分析方法，并結(jié)合實例分析，從基本原理、技術(shù)要求、工作流程等方面進行詳細說明，結(jié)果證明這是一種比較簡便實用的分析方法，其工作量少、技術(shù)要求低、分析結(jié)果直觀可靠，最重要就是對于普通民眾來說容易理解，易于操作，可以大大降低日照分析的成本，達到既經(jīng)濟又省時、省力的目的。但是這種方法的不足之處就是具有籠統(tǒng)性，第一，該方法只能分析出不符合日照標準的建筑物，而不

61、能具體落實到對某間住宅或某個樓層進行較為詳細的日照分析，這需要利用更先進的日照分析軟件和更成熟的分析方法。第二，對建筑物進行日照分析是一個復(fù)雜繁瑣的過程，除了要考慮太陽位置、日照間距、建筑物的高度、外形和布局對日照情況的影響外，還要考慮不同建筑物的材質(zhì)，不同地方的小氣候等因素對日照情況的影響[22]。因此，在未來的日照分析發(fā)展中，要結(jié)合實地情況，綜合所有的影響因素，進行更深入的研究，使日照分析結(jié)果更具參考價值，進而為現(xiàn)代化城市建設(shè)、解決

62、民生問題，構(gòu)建社會主義和諧社會、實施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略作出更大的貢獻。</p><p><b>　　參考文獻：</b></p><p>　　[1] 魏鑫, 王天棟, 劉彥花. 居住區(qū)規(guī)劃和建筑設(shè)計中日照分析的問題解析[J]. 科技展望, 2015, 05: 25-29.</p><p>　　[2] 劉經(jīng)緯. 我國城市土地資源管理的現(xiàn)狀和對策[J].

63、 大觀周刊, 2012, 08: 84.</p><p>　　[3] 馬強. 關(guān)于居住區(qū)公共建筑規(guī)劃設(shè)計的規(guī)范解析[J]. 建材發(fā)展導(dǎo)向（上）, 2015, 02: 95-97.</p><p>　　[4] 王曉輝. 當前建筑日照分析實踐的思考[J]. 山西建筑, 2010, 24: 25-26.</p><p>　　[5] 王佳瑩. 哈爾濱高層住宅日照分析研究[D

64、]. 哈爾濱工業(yè)大學(xué), 2010.</p><p>　　[6] 郭志浩. 住宅采光權(quán)--日照計算的通俗顯示[J]. 建材發(fā)展導(dǎo)向（下）, 2014, 11: 74.</p><p>　　[7] 于洪偉,丁元寶. 建筑日照分析[J].中國房地產(chǎn)業(yè),2011,03:287.</p><p>　　[8] 江文濤,于貴有,郭軼,王建鋒. 三維CAD在建筑日照分析中的應(yīng)用[A

65、]. 中國土木工程學(xué)會計算機應(yīng)用分會、中國建筑學(xué)會建筑結(jié)構(gòu)分會計算機應(yīng)用專業(yè)委員會.第十三屆全國工程建設(shè)計算機應(yīng)用學(xué)術(shù)會議論文集[C].中國土木工程學(xué)會計算機應(yīng)用分會、中國建筑學(xué)會建筑結(jié)構(gòu)分會計算機應(yīng)用專業(yè)委員會: 建筑工業(yè)出版社, 2006, 4.</p><p>　　[9] 趙晶, 陳云, 李治娟. 日照分析技術(shù)在規(guī)劃管理實踐中的應(yīng)用——以蘇州工業(yè)園區(qū)為例 [J]. 企業(yè)科技與發(fā)展, 2012, 22:

66、29-31.</p><p>　　[10] 王會一, 董毅, 張雷, 劉志海. 計算機在日照分析領(lǐng)域的應(yīng)用與發(fā)展[A]. 中國土木工程學(xué)會計算機應(yīng)用分會、中國建筑學(xué)會建筑結(jié)構(gòu)分會計算機應(yīng)用專業(yè)委員會、浙江省土木建筑學(xué)會.第十四屆全國工程設(shè)計計算機應(yīng)用學(xué)術(shù)會議論文集[C]. 中國土木工程學(xué)會計算機應(yīng)用分會、中國建筑學(xué)會建筑結(jié)構(gòu)分會計算機應(yīng)用專業(yè)委員會、浙江省土木建筑學(xué)會: 電子工業(yè)出版社, 2008, 8.<

67、/p><p>　　[11] 王詁, 榮浩磊. 天際線照片在建筑日照分析中的應(yīng)用[J]. 建筑學(xué)報, 2002, 07: 37-38.</p><p>　　[12] ZHANG Zuo, TAN Shukui, TANG Wenwu. A GIS-based Spatial Analysis of Housing Price and Road Density in Proximity to Ur

68、ban Lakes in Wuhan City, China[J]. Chinese Geographical Science, 2015, 06: 775-790.</p><p>　　[13] 楊慧. 空間分析與建模[M]. 北京: 清華大學(xué)出版社, 2013 ,18-19.</p><p>　　[14] 石偉等. ArcGIS地理信息系統(tǒng)詳解[M]. 北京: 科學(xué)出版社, 2009,

69、 335-338.</p><p>　　[15] 湯國安, 劉學(xué)軍, 閭國年, 盛業(yè)華, 王春, 張婷. 地理信息系統(tǒng)教程[M]. 北京: 高等教育出版社, 2007, 209-213.</p><p>　　[16] 王建, 杜道生. 矢量數(shù)據(jù)向柵格數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的一種改進算法[J]. 地理與地理信息科學(xué), 2004, 01: 31-34.</p><p>　　[17]

70、姜立, 王會一, 任燕翔, 張雷. 建筑日照分析原理與計算方法的研究[J]. 土木建筑工程信息技術(shù), 2009, 02: 63-69.</p><p>　　[18] 徐豐, 王波, 張海龍. 建筑日照分析中太陽位置計算公式的改進研究[J]. 重慶建筑大學(xué)學(xué)報, 2008, 05: 130-134.</p><p>　　[19] 趙軍, 劉勇. 地理信息系統(tǒng)ArcGIS實習教程[M]. 北京

71、: 氣象出版社, 2009, 185-189.</p><p>　　[20] 湯國安, 楊昕等. ArcGIS地理信息系統(tǒng)空間分析實驗教程[M]. 北京: 科學(xué)出版社, 2012, 567.</p><p>　　[21] 黎夏, 劉凱. GIS與空間分析—原理與方法[M]. 北京: 科學(xué)出版社, 2006, 59-60.</p><p>　　[22] 吳萍莉. 基于

72、ArcGIS的三維建筑日照時態(tài)模擬[J]. 地理空間信息, 2012, 06: 94-96.</p><p>　　Analysis of building sunshine based on ArcGIS</p><p>　　—Taking Fucheng District of Mianyang as an example</p><p>　　College of

73、 Resource Engineering Surveying and Mapping Engineering</p><p>　　2012092531 Tang Huatian Instruct teacher: Gao Peng</p><p>　　Abstract: With the accelerating process of urbanization in our cou

74、ntry, the rapid growth of urban population, the height and density of the building increasing, the problem that buildings block the others’ sight becomes more and more serious. Coupled with people of high quality of life

75、 and the pursuit of rights-protection consciousness, sunshine analysis has been attracting attention of the whole society.This paper aims to explore a new method for the analysis of sunlight through the study of th</p

76、><p>　　Key words: Sunshine analysis; spatial analysis; overlapping-analysis; ArcGIS10.2</p><p><b>　　致謝語</b></p><p>　　時光飛逝，不知不覺中，我的大學(xué)生活已接近尾聲，回首過往，難免心生感慨，依依不舍。四年中既有歡暢，也有失意、有成

77、功，也有失敗，這都是我人生中一筆寶貴的財富。四年大學(xué)生活，讓我學(xué)會了獨立自強、勵精圖治、奮發(fā)向上，更讓我學(xué)會了感恩。在這里我要感謝那些在這四年中一直伴我成長的可愛、可敬的人兒。</p><p>　　我要感謝我的老師們，是他們辛勤無私地教導(dǎo)，才讓我學(xué)到了一生受益的生存本領(lǐng)，是他們苦口婆心的教誨，領(lǐng)著我們走上正確的道路；是他們無微不至的關(guān)懷，才讓我們在逆境中感受到溫暖，給予我們力量，讓我們勇往直前。要特別感謝我的論文

78、指導(dǎo)老師，高鵬老師，是她無私的講解和悉心的指導(dǎo)，才使我能順利地完成畢業(yè)論文，讓我收獲頗多，受益匪淺。</p><p>　　我要感謝我的同學(xué)們，感謝他們陪我一起成長，讓我成長之路豐富多彩。是他們教會我怎樣與一群性格迥異的人和平共處、友愛互助、攜手共進，是他們讓我發(fā)現(xiàn)自己的亮點與不足，讓我在學(xué)習生活中學(xué)會時刻反省，不斷完善自我，因為有他們，讓我收獲了一份真摯的同學(xué)情誼。</p><p>　　我