珠海日照分析系統(tǒng)設(shè)計(jì)文檔

1、珠海日照分析系統(tǒng)設(shè)計(jì)文檔系統(tǒng)設(shè)計(jì)文檔1、需求分析隨著城市建立的不斷推動，人類對土地資源的需求越來越大，各種環(huán)境資源的合理利用已成為城市建筑的一個主旨。為保證日照環(huán)境質(zhì)量，制造良好的學(xué)習(xí)、工作環(huán)境，合理地設(shè)計(jì)建筑物的朝向、間距以及討論房屋體形和房屋陰影造成的影響是當(dāng)代城市建立中一個重要問題。因此，開發(fā)具有計(jì)算日照相關(guān)指標(biāo)功能的專業(yè)軟件、實(shí)現(xiàn)城市高層建筑的日照分析和動態(tài)顯示，并將其應(yīng)用到快速進(jìn)展的城市建立中極具實(shí)際意義。目前國內(nèi)應(yīng)用于實(shí)際的日照分析軟件大局部都是基于cad實(shí)現(xiàn)的，它們在進(jìn)展日照分析和陰影分析時只能基于二維圖形根底，不能在三維場景中直觀地進(jìn)展分析。然而對于某一建筑來說，它的日照時間、

2、建筑陰影的改變都隨討論地點(diǎn)、季節(jié)(日期)、時間及四周環(huán)境的不同而不斷改變，對于用戶或者是建立審批部門他們更關(guān)懷的是同一建筑不同高度日照環(huán)境，新建建筑物對四周環(huán)境遮擋狀況等。傳統(tǒng)的軟件很難滿足規(guī)劃方案中快速、精確、直觀的日照分析計(jì)算要求，隨著地理信息系統(tǒng)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的進(jìn)展,用戶盼望在三維場景中生動、直觀地再現(xiàn)建筑物的陰影遮擋效果,便于進(jìn)展遨游、規(guī)劃和設(shè)計(jì)。綜上所述，建立一個完善有用的三維場景的日照分析系統(tǒng)非常必要。它不但可以完成以往基于cad圖形軟件的日照分析系統(tǒng)的根本日照分析功能，而且可以結(jié)合gis軟件獵取、存儲、顯示、編輯、處理、分析、輸出和應(yīng)用空間數(shù)據(jù)，更好更有效的表達(dá)其日照分析功能。基

3、于arcglobe平臺開發(fā)實(shí)現(xiàn)三維場景中的日照分析系統(tǒng)適用于城市大范圍海量數(shù)據(jù)，滿足如今城市規(guī)劃設(shè)計(jì)需求。主要有以下幾個方面應(yīng)用：對建筑規(guī)劃、設(shè)計(jì)部門：可以規(guī)劃設(shè)計(jì)方案，進(jìn)展日照分析與調(diào)整，生成日照分析報(bào)告書。對房地產(chǎn)開發(fā)公司：可以顯示各住宅單元日照分析狀況，結(jié)合三維動態(tài)建筑陰影分析，為住宅銷售供應(yīng)日照技術(shù)根據(jù)。對規(guī)劃管理部門：有助于日照技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)制定，準(zhǔn)確日照分析作為規(guī)劃審批的技術(shù)根據(jù)，可供應(yīng)滿足規(guī)劃條件以及現(xiàn)有建筑周邊建立新建筑高度分析模型。日照糾紛技術(shù)鑒定：結(jié)合國家相關(guān)政策標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)定，定量的分析得到日照糾紛雙方涉及到的相關(guān)指標(biāo)、數(shù)據(jù)，為糾紛沖裁部門供應(yīng)最有效有力的仲裁根據(jù)。2、任務(wù)概述2.

4、1 目的本系統(tǒng)目的是利用arcengine和opengl技術(shù)，基于arcglobe平臺設(shè)計(jì)開發(fā)出一個c/s形式日照分析系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)對各種樣子建筑的累計(jì)日照時間計(jì)算、建筑陰影模擬、建筑之間遮擋狀況分析和日照報(bào)表等功能。2.2 解決思路本工程主要通過以下思路解決上述目的：數(shù)據(jù)源處理：各功能模塊對數(shù)據(jù)屬性需求不同，將原始數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)為具有point、polygon、multipatch三種屬性格式。point用于建模，polygon用于日照時間分析，multipatch用于建筑物陰影模擬。累計(jì)日照時間計(jì)算：現(xiàn)實(shí)世界中，建筑被設(shè)計(jì)成為各種不同樣子。計(jì)算不同樣子建筑物日照時間，通過polygon獲得建筑物冗雜

5、輪廓，依據(jù)建筑挺直投影遮擋關(guān)系，推斷建筑在某一時刻是否被遮擋。這種方法可以削減計(jì)算量，高效地計(jì)算冗雜建筑日照時間。陰影模擬：為到達(dá)真實(shí)高效地模擬冗雜樣子建筑陰影，本系統(tǒng)采納opengl計(jì)算繪制建筑陰影。將建筑模型轉(zhuǎn)為mulitpatch格式，真實(shí)獵取建筑物各個邊緣輪廓點(diǎn)，重繪建筑物，實(shí)現(xiàn)對建筑物陰影的真實(shí)模擬。日照報(bào)表：日照分析相關(guān)數(shù)據(jù)，包括：日照時間、建筑物之間遮擋關(guān)系等，采納報(bào)表數(shù)據(jù)形式直觀呈現(xiàn)給用戶，便利用戶各種不同需求用法。3、總體設(shè)計(jì)3.1 總體構(gòu)造設(shè)計(jì)系統(tǒng)的總體構(gòu)造設(shè)計(jì)采納c/s形式，遵循軟件體系構(gòu)造的層次化模型。底層為數(shù)據(jù)庫，用于存儲管理空間數(shù)據(jù)、日照分析相關(guān)數(shù)據(jù)等；中間層用于處

6、理客戶端相關(guān)指令；客戶端用于用戶設(shè)置相關(guān)信息。3.2 系統(tǒng)環(huán)境體系構(gòu)造：c/s 架構(gòu)開發(fā)平臺：.net開發(fā)工具：microsoft visual studio 2008、arcengine9.3、opengl 開發(fā)語言：c#運(yùn)行環(huán)境：microsoft windows 2000/xp/vista數(shù)據(jù)庫：arcgis personal geodatabase其他：arcgis engine(runtime)、arcglobe9.3 for the microsoft .net framework。3.3 數(shù)據(jù)說明本系統(tǒng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)用法的是珠海地區(qū)局部真實(shí)房屋數(shù)據(jù)，系統(tǒng)中相應(yīng)日照分析功能模塊中關(guān)于經(jīng)緯

7、度設(shè)置，均默認(rèn)為珠海地區(qū)當(dāng)?shù)亟?jīng)緯度?？梢酝ㄟ^更改經(jīng)緯度設(shè)置使本系統(tǒng)適用于不同地區(qū)數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)中multipatch數(shù)據(jù)層只供應(yīng)房屋相應(yīng)點(diǎn)數(shù)據(jù)，在系統(tǒng)各功能操作中，需要關(guān)掉此圖層。3.4 功能設(shè)計(jì)3.4.1 日照分析模塊此功能模塊主要包括單點(diǎn)日照分析和多樓多點(diǎn)分析兩項(xiàng)。單點(diǎn)日照分析可以計(jì)算建筑上任意高度在中心點(diǎn)處任意一天所受到的累積日照時間。多樓多點(diǎn)分析可以計(jì)算肯定范圍內(nèi)多個建筑在任意一天，每個建筑底部、中部和頂部三個高度的累積日照時間。3.4.2 建筑陰影建筑陰影模擬繪制是本系統(tǒng)中一項(xiàng)重要功能。此功能可以靜態(tài)顯示建筑在全天中任意時刻的建筑陰影，動態(tài)顯示建筑陰影在任意一天中的全天改變狀況，及一年中

8、建筑陰影動態(tài)改變過程。其繪制的陰影是模擬真實(shí)冗雜建筑的陰影，并到達(dá)快速顯示的效果。3.4.3 建筑規(guī)劃分析建筑規(guī)劃模塊主要包括區(qū)域規(guī)劃分析、新建建筑規(guī)劃和建筑遮擋分析。區(qū)域規(guī)劃分析首先勾選感愛好的選址規(guī)劃區(qū)域，通過分析得到現(xiàn)有建筑不會遮擋的區(qū)域供客戶進(jìn)展新建建筑選址，也可以結(jié)合本系統(tǒng)供應(yīng)的新建建筑規(guī)劃功能進(jìn)展進(jìn)一步規(guī)劃分析。新建建筑規(guī)劃可以規(guī)劃設(shè)計(jì)新建建筑的模型款式、高度、方向和位置，以及計(jì)算新建建筑所受到的累積日照時間，為建筑規(guī)劃部門供應(yīng)挺直的數(shù)據(jù)參考。建筑遮擋分析可以計(jì)算建筑在某一天內(nèi)被哪些建筑遮擋及遮擋時間，建筑在某一天內(nèi)會遮擋哪些建筑物及遮擋時間。3.4.4 日照報(bào)表日照報(bào)表功能主要是

9、將日照時間分析、建筑日照遮擋與被遮擋分析的結(jié)果以數(shù)據(jù)報(bào)表、圖表的形式表現(xiàn)出來，從而使得分析結(jié)果更加直觀、數(shù)據(jù)更加清楚，以供用戶進(jìn)展城市規(guī)劃、日照糾紛仲裁。同時，本系統(tǒng)用法的crystalreport報(bào)表可以將產(chǎn)生的報(bào)表轉(zhuǎn)換成pdf、word、excel等各種格式，便利用戶的各種不同需求用法。3.5 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)本系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)庫personal geodatabase空間數(shù)據(jù)庫。建筑累計(jì)日照時間與建筑遮擋關(guān)系分別存儲在三個屬性表中，其中遮擋關(guān)系分為建筑物遮擋與被遮擋兩個屬性表。3.6 關(guān)鍵技術(shù)3.6.1 日照時間分析日照時間分析模塊是本系統(tǒng)中的重要模塊之一。在計(jì)算建筑物日照時間時，需要首先計(jì)算待測

10、點(diǎn)在某一時刻是否被遮擋，事實(shí)上就是推斷待測點(diǎn)在某一時刻是否在建筑物的影域陰影內(nèi)。逐一推斷待測點(diǎn)是否在任意建筑物待測點(diǎn)肯定范圍內(nèi)建筑物的某一面的影域內(nèi)，假設(shè)落在其中任一影域內(nèi)，那么待測點(diǎn)在這一時刻即被遮擋。建筑物遮擋狀況推斷本系統(tǒng)中日照時間計(jì)算對冗雜樣子建筑同樣適用。對于冗雜樣子建筑計(jì)算日照時間的解決方法是需要獲得建筑各個外表的法向量。本系統(tǒng)中對算法作簡化處理，依據(jù)多邊形底面挺直獲得建筑物底面輪廓。通過遍歷記錄底面各相鄰兩點(diǎn)向量方向，獲得建筑物各側(cè)面法向量方向。由于建筑只有陽面才會產(chǎn)生陰影，首先推斷每個面的性質(zhì)是陽面還是陰面，只對建筑的陽面進(jìn)展遮擋狀況分析。當(dāng)推斷得到建筑有一個面遮擋這個分析點(diǎn)時

11、，即表示這個建筑在此刻遮擋分析點(diǎn)，停頓其他面推斷。3.6.2 建筑陰影為實(shí)現(xiàn)快速高效地繪制冗雜樣子建筑物的陰影，本系統(tǒng)采納opengl中深度紋理技術(shù)。深度紋理的是1978年lance williams提出來的，是一種通用的陰影解決方案，對自我陰影供應(yīng)了較完善的支持。比擬合適生成非照片真實(shí)性陰影。對于像上圖一樣的場景，陰影就是在于可以被觀看者看到，卻無法在光源點(diǎn)看到的地方。在圖形學(xué)中，已經(jīng)有一種算法，可以獵取在視點(diǎn)看場景，哪些地方是可見的，哪些地方是不行見的，這就是深度測試算法。所以，我們將視點(diǎn)轉(zhuǎn)換到光源點(diǎn)，那么，可以看到的地方，都不在陰影之中。假如我們從光源點(diǎn)繪制一遍場景，并保存深度緩存，然后

12、，從觀看者的位置觀看場景，然后用保存的深度緩存作為紋理映射到場景。在一個給定點(diǎn)，我們就可以將紋理中的值與該點(diǎn)到光源點(diǎn)的值進(jìn)展比擬，就可以推斷該點(diǎn)是否在陰影中。3.6.3 規(guī)劃分析規(guī)劃分析主要包括新建建筑規(guī)劃與建筑遮擋分析。分析建筑無論是它遮擋其他建筑狀況，還是被其他建筑遮擋，原理一樣。建筑遮擋關(guān)系如上圖，建筑b落在建筑a的影域內(nèi)，說明此時建筑b被建筑a遮擋，同時說明建筑a的遮擋范圍內(nèi)包括建筑b。逐一推斷以分析建筑為圓心，肯定范圍為半徑的緩沖區(qū)范圍內(nèi)，建筑與其他建筑之間的這種遮擋關(guān)系，即獲得最終結(jié)果。3.6.4 日照報(bào)表日照報(bào)表中主要內(nèi)容包括了建筑物全年各月中旬一日日照時間統(tǒng)計(jì)與建筑物在冬至日時

13、受到其他建筑遮擋的以及遮擋其他建筑物的狀況統(tǒng)計(jì)。報(bào)表數(shù)據(jù)方面是通過工程建立的dataset將數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)讀入dataset，然后利用vs自帶的crystalreport軟件的相關(guān)組件，構(gòu)建一個push形式基于dataset的很多據(jù)庫連接的報(bào)表，動態(tài)的將日照時間計(jì)算、日照分析的數(shù)據(jù)錄入報(bào)表，解決了報(bào)表在pull形式下綁定數(shù)據(jù)庫的問題。報(bào)表設(shè)計(jì)方面運(yùn)用組功能，以地物fid為標(biāo)識，對不同地物進(jìn)展分組顯示；同時由于數(shù)據(jù)庫中存在主鍵的限制，我們選擇了子報(bào)表替代一般報(bào)表，完成了對于遮擋、被遮擋分析數(shù)據(jù)的加載，從而解決了數(shù)據(jù)冗余重復(fù)的問題。3.7 接口設(shè)計(jì)ifrmmain接口方法：anglesunlati

14、tude(datetime) :計(jì)算太陽赤緯角, 留意日期要求用戶輸入construcpoint ： 獲得鼠標(biāo)點(diǎn)選的地物的點(diǎn)坐標(biāo) construcpolygon() 獲得鼠標(biāo)點(diǎn)選的地物輪廓坐標(biāo)deletelist()： 刪除顯示列表getproject(): 將經(jīng)緯度點(diǎn)轉(zhuǎn)換為平面坐標(biāo)includeangle ：計(jì)算太陽光方向向量與建筑面法向量的夾角initcomboxlayer: 下拉框獲得圖層normalvector計(jì)算太陽光方向向量與建筑面法向量的夾角plantvector ： 計(jì)算兩點(diǎn)組成的方向向量pointproject ：將一個點(diǎn)沿著太陽光的方向向投影面作投影，并返回投影點(diǎn)setef

15、fect ： 重置參數(shù) setlightposition ： 設(shè)置太陽位置 showdyashaodow ： 顯示選中房屋的動態(tài)陰影 showselecthouseshadow: 顯示選中房屋的靜態(tài)陰影 sundevector: 設(shè)置太陽光方向向量 ifrmdynamicshadow 方法getlayerfromname ： 獵取分析圖層 ifrmload 屬性：successful 用戶輸入勝利 ifrmparameter 方法： accudate ： 獵取日期 calparameter ： 計(jì)算日照參數(shù)creatbuffer ：制造緩沖區(qū)函數(shù)鼠標(biāo)點(diǎn)為中心，肯定范圍內(nèi)的圓形緩沖區(qū)geodat

16、eabase ： 數(shù)據(jù)入庫 getlayerfromname: 獵取分析圖層 init():設(shè)置圖層性質(zhì)point_accumulative :用于計(jì)算單點(diǎn)累計(jì)日照時間 ifrmreport 方法: geodatabase1:數(shù)據(jù)入庫 ifrmshelter: 方法： geodatabase 數(shù)據(jù)入庫 id:房屋id 號 point_accumulati ve:計(jì)算房屋累計(jì)日照時間pvector: 方向向量 ifrmstaticshadow: 方法：getlayerfromname ：獲得圖層名稱 4、系統(tǒng)設(shè)計(jì)亮點(diǎn)1) 建筑日照時間計(jì)算可以針對冗雜樣子建筑適用，可以依據(jù)用戶需求，計(jì)算任意一個建筑任意高度的累計(jì)日照時間。2) 建筑陰影模擬顯示可以真實(shí)地反映冗雜樣子建筑陰影。顯示任意時刻的建筑靜態(tài)陰影、