ARCGIS-空间分析-实习五说明(DOC)资料

城市建筑日照分析

1.背景

随着城市建筑密度越来越大，建筑物的日照规范也被纳入城市规划的指标之中，一方面要衡量现有建筑是否符合规范，另一方面又要对未来城市规划提供参考依据。应用GIS 空间分析方法可以方便的找出不符合建筑日照规范的建筑。

2.数据

（1）某一城区建筑数据buildings.shp；

（2）地块单元数据parcel.shp。

图1. 建筑数据（左）和地块单元数据（右）

3.要求

（1）计算该地区各个单元的容积率

（公式1）

容积率/

用地面积

建筑面积

式中，建筑面积为各楼层建筑面积之和；用地面积为各地块单元（parcels.shp）面积。

（2）请找出不符合国家规定日照标准的建筑。

我国建筑日照标准有如下规定：一个建筑底层日照要至少满足在冬至这一天，在12:00-14:00能接受到太阳照射。已知该地区纬度¢为32°，太阳赤纬计算公式为：

θθθθδ2sin 00089.02cos 006799.0-sin 072075.0cos 399512.0-006894.0++= （公式2）

式中，θ为日角，即365.2422

t 20πθ=，t 0=N -1，N 为积日，即为日期在年内的顺序号（1月1日为1，以此类推，非闰年的12月31日为365）。

时角t 为

t=(s+f /60-12)*15 （公式3） 式中，s 为时，f 为分。

太阳高度角h ，即

）（cost cos cos sin sin arcsin h ϕδϕδ+= （公式4） 太阳方位角A （方位角是以正南方向为0，顺时针为正，逆时针为负），即

()[]ϕδϕcos cosh /sin sin sinh arccos A -= （公式5）

（3） 注意：弧度与角度的转换（在三角函数中统一使用弧度）

4. 工作流程

⑴ 计算容积率

根据给定的容积率计算公式,需要计算各地块的面积和地块内的建筑物的建筑总面积,而地块内建筑物的建筑总面积又与每个建筑物的建筑面积相关。因此，首先计算每个建筑物的建筑面积，然后将不同建筑物标识到其所属的地块内，以此得到地块内的建筑物的总建筑面积。同时，计算出各个地块的面积，依据公式1计算得到地块的容积率。 ⑵找出不符合日照标准的建筑

在ArcGIS 10的三维分析工具中，提供了阴影分析的功能，该分析工具的光源为点状光源，而本例的太阳光源属于平行光光源，因此该阴影分析的功能无法满足本例的需要。ArcGIS 提供的山体阴影工具，模拟的是太阳平行光源，可以用于本例的分析。因此，采用山体阴影工具（Hillshade ）进行日照分析。

要提取太阳在规定时间内、不同方位角生成的建筑物阴影，必须获得建筑物的高度。因此，① 将矢量建筑物数据转为栅格，属性为建筑物高度。② 由于建筑物是体模型，在空间上具有一定的宽度，如果直接对建筑物提取山体阴影会造成判断错误。例如假设建筑物A 与建筑物B 在空间上存在阴影遮挡（即A 挡住了B ），则A 在B 向阳向的前方，B 的房顶会遮盖住A 的阴影，给遮蔽判断带来困难，如下图所示：

图2. 投影缺失（左）和正确情况（右）

因此，为解决这个问题，首先需要提取建筑物的背光面高度数据，由此提取[12:00 - 14:00]这段时间的“山体阴影”，并与建筑物进行叠加分析，从而判断建筑物是否满足日照标准。

要判断12:00–14:00建筑物的遮挡情况，还需要对太阳高度和角度的变化逐时刻模拟太阳日照，这是一个积分过程，微分时刻划分的越细，计算量越大，工作越复杂。在保证结果正确性的前提下，为了提高效率，我们只计算3个时刻（即12:00、13:00、14:00）的日照情况，如果这3个时刻都没有遮挡，则说明建筑物满足日照要求。

最后通过分析阴影与建筑物的空间叠加关系，找出不符合日照标准的建筑物。

工作流程图如下：

图3. 工作流程图

5.操作步骤

⑴求解地块容积率。

①计算地块用地面积。

方法一：选择【空间统计工具】|【工具】}【计算面积】工具，打开对话框如下图：

图4. 面积计算工具对话框

图5. parcel_area属性表及面积计算结果

方法二：打开parcel文件属性表，选择add field命令，如下图：

图6. parcel属性表add field命令

添加“area”字段，设置“字段类型”为double。右键该字段名，在菜单中选择【calculate geometry】命令

图7. 选择calculate geometry命令

图8. 计算结果

②计算各建筑物的总面积（建筑总面积=每层建筑面积×楼层数）。

打开buildings属性表，新建一个双精度字段“T_area”表示建筑物总面积（方法同上），右键该字段，选择【filed calculator】命令，在对话框中输入公式：[FLOOR]*[area]，得

到建筑物总面积，如下图：

图9. field calculator对话框及总面积计算结果

③标识各个建筑所属地块，便于下一步计算各个地块内的建筑总面积。

选择【分析工具】|【叠加分析】|【标识】工具，打开对话框如图：

图10. Identity工具对话框

输入要素:buildings；

标识要素：parcel；

输出要素类：buildings_ID;

连接属性：ALL；

其它参数选择默认，生产结果属性表如图：

图11. 标识结果

④通过建筑物所属地块的ID属性来统计每个地块内的总建筑面积。

打开building_ID的属性表，右击ID_1字段,选择【summarize】命令，打开对话框及输出结果如图：

图12. 汇总工具对话框及汇总结果

⑤关联表Sum_Area和parcel_area的属性表。

右键parcel_area（或parcel）图层，选择【连接和关联】|【连接】工具，打开工具对话框如图：