Obliczanie szorstkości w warunkach miejskich

Paweł NetzelJacek Ślopek

2

Szorstkość terenu

Co to jest szorstkość terenu?Wpływ szorstkości na jakość życiaProfil pionowy wiatruPrzewietrzanieTransport zanieczyszczeńParametr modeli transportuProblemy przy ocenie szorstkości

3

Specyfika warunków miejskich

Mozaika budynkówKaniony ulicZłożony kształt budynkuWysokie wartości szorstkościPrzeszkody

4

Dane wejściowe

Model terenu (płaski)Wysokości budynkówSkan lidarowyWysokości średnie dla budynkówKompleksy budynków

5

Metoda obliczeniowaWyznaczanie obszarów przypisywanych do budynków (lub ich grup), zgodne z podejściem Gala, Sümeghy i Ungera oraz Grimmonda i Oke'a (ilustracje na podstawie rycin z prac Gala i Ungera (Gal, Unger, 2009))

6

Metoda obliczeniowa cd

7

Metoda obliczeniowa cd

Współczynnik z0 – długość szorstkości definiuje się następująco:

gdzie– κ - stała von Karmana wynosząca 0,4;

– Cdh

- współczynnik oporu dla odosobnionych przeszkód

wynoszący 0,8;– h – uśredniona wysokość;

– λF - stosunek bocznej powierzchni budynków normalnej

do kierunku napływu;

– zd – wysokość nowej płaszczyzny zerowej dla danego

obszaru;

z0=h−z dexp −

0,5CdhF =h−zdexp − 0,4F

8

Metoda obliczeniowa cd

h=∑i=1

n

V i hi

∑i=1

n

V i

F =AF

AT

zd=h P0,6

P=AP

AT

gdzie– A

F(Θ) – suma pól rzutów powierzchni bocznych

budynków;

– AT – pole powierzchni obszaru przypisanego do danego

obiektu;

– AP – pole powierzchni rzutu budynków (lub grupy) na

płaszczyznę poziomą;

9

Uproszczenie modelu

Średnia wysokośćNapływy z 8 kierunkówŁatwość w obliczaniu powierzchni poprzecznejMożliwość użycia funkcji x() i y() z r.mapcalcSkrypt w GRASS

10

Identyfikacja budynków

Przypisanie każdemu budynkowi/kompleksowi budynków unikalnego identyfikatora

r.clump input=bud output=bud.clump

11

Obliczanie powierzchni oddz.

Obliczanie powierzchni oddziaływaniawarstwa=$1d=$2r=$3max=$4

while [ $d -lt $max ]doecho "$d / $max"d1=$(($d+$r))r.grow input=$warstwa$d output=$warstwa$d1

radius=$rd=$d1done

12

Obliczanie pow. pionowej

Powierzchnia prostopadła do kierunku napływu:

gdzie:h – wysokośc budynkul – długość rzutu budynku w kierunku napływu

Pk=h⋅l

13

Obliczanie pow. pionowej cd.

Powierzchnia prostopadła do kierunku napływu:

r.mapcalc 'Y=round(100*(y()-232617.5))'r.mapcalc 'X=round(100*(x()-553717.5))'r.mapcalc 'XY=round((Y-X)/sqrt(2))'r.mapcalc 'YX=round((Y+X)/sqrt(2))'

14

Obliczanie pow. pionowej cd.

Powierzchnia prostopadła do kierunku napływu:

r.statistics base=bud.clump cover=X method=min output=bud.clump.Xmin

r.statistics base=bud.clump cover=X method=max output=bud.clump.Xmax

......

15

Zestawienie statystyk

Składanie wynikowych plików tekstowych w tabelę statystyk układ wynikowy: clump, H, S_budynku, S_łatki, minX, maxX, minY, maxY, minXY, maxXY, minYX, maxYX

pr -tm J bud.clump.H bud.clump.S bud.clump.grow.S bud.clump.Xmin bud.clump.Xmax bud.clump.Ymin bud.clump.Ymax bud.clump.XYmin bud.clump.XYmax bud.clump.YXmin bud.clump.YXmax | awk '{print $1" "$2" "$4" "$6" "$8" "$10" "$12" "$14" "$16" "$18" "$20" "$22}' > bud.stats

16

Obliczanie Z0 i Z

d

Wyliczanie zd i z0, kład wynikowy: clump,zd,z0

awk '{dX=($6-$5)/100; dY=($8-$7)/100; dXY=($10-$9)/100; dYX=($12-$11)/100; if((dX>0) && (dY>0) && (dXY>0) && (dYX>0) && ($4>0)) {h=$2; lp=$3/$4; zd=h*lp^0.6; lfX=h*dX/$4; z0X=(h-zd)*exp(-sqrt(0.4/lfX)); lfY=h*dY/$4; z0Y=(h-zd)*exp(-sqrt(0.4/lfY)); lfXY=h*dXY/$4; z0XY=(h-zd)*exp(-sqrt(0.4/lfXY)); lfYX=h*dYX/$4; z0YX=(h-zd)*exp(-sqrt(0.4/lfYX)); print $1" "zd" "(z0X+z0Y+z0XY+z0YX)/4;}}' bud.stats >bud.zdz0

17

Obliczanie Z0 i Z

d cd.

Reklasyfikacja

awk '{print $1"="int($2*1000000)}' bud.zdz0 >bud.zd.rules

awk '{print $1"="int($3*1000000)}' bud.zdz0 >bud.z0.rules

r.mapcalc 'bud.grow250.zd=bud.grow250.reclass.zd/1000000.0'

r.mapcalc 'bud.grow250.z0=bud.grow250.reclass.z0/1000000.0'

18

Tereny niezabudowane

Łączenie wynikowej szorstkości w jedną warstwę - dodatkowe wartości zgodnie z klasyfikacja Davenporta (2000):

– woda (pokr=1) - z0=0.0002– zieleń srednia (pokr=3) - z0=0.5– zieleń wysoka (pokr=2) - z0=1.5– budynki (bud_z0) - z0=bud.z0– pozostałe tereny (trawa) - z0=0.01

r.mapcalc 'z0=if(pokr==1,0.0002,if(pokr==3,0.5,if(pokr==2,1.5,if(!isnull(bud.grow250.z0),bud.grow250.z0,0.01))))'

19

Mapa wynikowa Zd

20

Mapa wynikowa Z0

21

Wykorzystane polecenia

System GRASS– r.clump– r.grow– r.mapcalc– r.statistics– r.reclass

System operacyjny– pr– Awk

Potokowanie wynikówbash

22

Dziękuję!