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

/用地面积 容积率?建筑面积 （公式1）

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： ??0.006894-0.399512cos??0.072075sin?-0.006799cos2??0.00089sin2? （公式2）式中，θ为日角，即??2?t0，t0=N-1，N为积日，即为日期在年内的顺序号（1

365.2422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

h?arcsin（sin?sin??cos?cos?cost） （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

A?arccos??sinhsin??sin??/coshcos?? （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：