复杂地理场景中日照亮度与热辐射分析模型研究

伴随"低碳经济"及绿色、节能、环保的居住理念逐步提高，能源开发正逐步向绿色再生、廉价丰富的太阳能源方向转移。本研究依托虚拟现实技术和地理信息系统相关理论和方法支撑，充分顾及复杂地理场景中地物对日照光线的遮挡、反射和折射影响，开展复杂地理场景下日照亮度、日照热辐射与日照遮挡的动态关联机制研究，通过把日照时数因子融入日照亮度和日照热辐射计算方法当中，构建出包含日照时数、日照亮度、日照热辐射的综合分析模型。不仅切实提高日照分析数据的科学性和实用性，而且把建筑"日照遮挡分析"拓展到复杂地理场景下的"日照亮度"和"日照热辐射"非线性综合分析之上，可从日照热辐射和日照光利用角度为能源节约利用提供一定的理论和方法支撑，为国家能源规划、"阳光权"法规顺利实施、日照相关标准的建设提供科学、先进的技术保障。

太阳辐射是地球上能源的主要来源，约占90～95%,它是地球表层进行的各种物理过程和生物过程的基本动力，地球上许多自然现象的发生和变化，主要由太阳辐射能的差异、转化和输送所引起。太阳光照是太阳辐射的主要传递途径之一，合理的日照能对人的心理、生理产生重要的影响。.本课题针对复杂地理场景开展日光照度、亮度、热辐射与日照遮挡的动态关联机制研究，通过把日照时数参数因子融入日照照度、亮度和热辐射计算方法中，最终构建出包含计算日照时数、日照照度、日照亮度、日照热辐射的综合日照分析算法模型。.（1）本课题提出了一种太阳光线大气校正算法。此算法是减少后续计算误差的前提，具有如下特点：1）对太阳光线经过大气折射带来的误差实现逆向校正；2）此校正算法在太阳低仰角具有很好的适应性；3）此算法容易编程实现，具有广泛的适应性。.（2）本课题提出一种适用于复杂地理场景的日照照度和日照亮度算法模型，并针对全晴、全阴不同的天空条件，提出了日照照度和亮度算法拟合公式，可为其他相关研究提供可借鉴的方法。.（3）本课题提出一种适用于复杂地理场景的日照热辐射算法模型，此模型充分融入了地形坡度、面积和日照时间因子，不同于传统大尺度、大区域的日照辐射研究，而是把日照热辐射锁定在一个具体的TIN三角面片上，甚至一个分析点之上。.（4）本课题最终提出基于日照时数因子的日照照度、亮度和日照热辐射综合分析模型。此模型基于地物综合DEM，在上述算法模型基础之上，通过融入日照时间因子，使得复杂的照度、亮度和热辐射计算仅与时间和地理位置相关。此外，通过构建时间片索引对有效遮挡地物TIN进行数据重构，不仅加快了分析计算效率，而且使任意一点的照度、亮度和热辐射当量计算成为可能。