基于复杂网络理论的城市风道拓扑特性研究

论文摘要

近年来,我国大力发展城市经济,人口大量聚集在市区内,城市土地日益紧张,城市建设朝建筑高度的升高和建筑密度的增大两个方向发展,能高效的利用土地资源,在一定程度上缓解用地紧张的局面,但也引发了许多环境问题。城市大规模的开发,其下垫面变得更加粗糙,城市通风效率受到了极大的影响。同时,工业生产和人类生活产生的废气、烟尘和汽车尾气等在城市中滞留得不到及时排出,造成了城市空气质量的下降,由此引发了许多城市气候问题,比如城市热岛效应、空气污染等。城市风环境直接影响城市的空气循环和城市气候。所以,在城市规划设计中,合理的规划城市通风道,有助于改善城市内部通风情况,使得城市内部污染物得到及时的扩散,对城市气候进行及时调控,从而减少空气污染和热岛效应等气候问题的发生。随着现代化城市内部结构越来越复杂多样,简单传统、角度单一的城市通风模型越来越不适用。21世纪是复杂性的世纪,系统也成为主要的研究对象,而复杂网络是能够描述复杂系统的一种工具。鉴于此,为了更加系统、科学、全面地展开研究,本文选择复杂网络对城市风道进行深入的探讨与分析,主要工作如下:首先,详细阐述了建筑物及其阴影成像的几何关系原理,基于Google Earth影像提取模拟区域建筑的高度,为下一步模拟区域三维模型的建立提供理论基础和数据基础。然后,在CFD相关理论和软件的支持下,结合模拟区域的实际情况,对模拟区域进行了风环境数值模拟,得到该区域内的风环境状况分布云图。最后,基于ArcGIS软件构建了城市通风道的复杂网络模型,并以CFD模拟结果为基础对每条通风道进行了定量描述,将城市通风道划分成了五个等级。基于复杂网络理论,运用复杂网络的统计参数,全面、深入地分析了不同等级通风道之间的拓扑关系及演变规律。最后对无权和加权通风道网络的特性进行了比较分析。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
•   1.1 研究背景
•   1.2 基于遥感的建筑物高度提取现状
•     1.2.1 基于光学遥感影像的建筑物高度提取
•     1.2.2 基于SAR影像的建筑物高度提取
•   1.3 城市风环境研究现状
•     1.3.1 现场实测法
•     1.3.2 WRF气象模拟法
•     1.3.3 GIS地理信息系统及RS技术法
•     1.3.4 CFD数值模拟法
•     1.3.5 风洞试验法
•   1.4 复杂网络研究现状
•   1.5 研究内容和技术路线
•     1.5.1 研究内容
•     1.5.2 技术路线
• 第2章 城市通风设计理论
•   2.1 城市通风理论
•     2.1.1 城市通风系统构成
•     2.1.2 城市通风道作用
•   2.2 计算流体动力学理论
•     2.2.1 流体动力学的控制方程
•     2.2.2 湍流数值模拟方法
•     2.2.3 湍流模型
•   2.3 复杂网络理论
•     2.3.1 图论的基本理论
•     2.3.2 复杂网络模型
•     2.3.3 复杂网络的统计特性
•   2.4 本章小结
• 第3章 城市通风廊道的数值模拟
•   3.1 模拟区域概况
•   3.2 建筑高度的提取
•     3.2.1 阴影估计建筑物高度原理
•     3.2.2 阴影长度测量
•   3.3 CFD风环境数值模拟
•     3.3.1 模型的建立
•     3.3.2 网格的划分及边界条件
•     3.3.3 湍流模型的选择
•     3.3.4 模拟结果
•   3.4 本章小结
• 第4章 基于复杂网络的城市通风廊道拓扑特性研究
•   4.1 网络的构建
•     4.1.1 数据预处理
•     4.1.2 拓扑关系的生成
•   4.2 城市通风道分级
•   4.3 城市风道网络的拓扑特性
•     4.3.1 不同等级通风道网络拓扑特性比较分析
•     4.3.2 通风道无权网络与加权网络比较分析
•   4.4 本章小结
• 第5章 总结与展望
•   5.1 总结
•   5.2 研究不足及展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录 攻读硕士研究生期间科研成果

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 邹容

导师: 游世辉

关键词: 建筑高度,城市风道,复杂网络,拓扑

来源: 湘潭大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

专业: 气象学,环境科学与资源利用

单位: 湘潭大学

分类号: X51;P463.3

DOI: 10.27426/d.cnki.gxtdu.2019.001550

总页数: 63

文件大小: 3248K

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