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《南京师范大学》 2017年
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顾及地理分析的城市小区场景建模方法研究

陶虹  
【摘要】:近年来,在数字城市、智慧城市、海绵城市等相关理念的推动下,城市三维建模与城市环境模拟分析越来越受到重视,相关研究在对城市区域进行整体建模分析的同时,也逐渐朝着精细化的城市局部模拟方向发展。城市空间由数个城市居住小区(以下简称城市小区)、工厂以及道路、河道、公园、商业区等公共区域共同构成。其中,城市小区从城市规划、建设到建成管理,都是相对独立的典型管理区域。相较于城市整体区域的宏观尺度建模研究,城市小区无论是三维场景建模,还是小区内部的模拟分析研究都比较缺乏。然而,城市小区内部多种功能系统协同,对外有明确的界线,是城市空间典型的地理单元,理应成为当下数字城市、乃至智慧城市分析建模的基本空间单元。基于城市人居环境提升需求以及城市小区建模分析研究匮乏的现状,本文以构建顾及地理分析的城市小区场景建模方法为着眼点,通过对城市小区可视化建模和地理分析建模特征的总结,梳理出城市小区场景的整体层次和结构,进行城市小区场景对象概念模型设计,并进一步组织小区场景信息,以满足城市小区建模场景表达与地理分析模型集成的需求,最后从实际建模应用的角度出发,构建原型系统,并通过实验验证了本文研究的可行性。本文的主要研究内容与成果包括:(1)顾及地理分析的城市小区场景对象概念建模研究。从城市小区场景的可视化表达与地理分析特征出发,总结了城市小区场景建模的需求;建立了基于系统-要素-关系的城市小区场景对象抽象;构建了层次化的场景系统对象,建立了要素与关系的对象表达;梳理了城市小区主要的功能系统与对应的系统要素。场景对象概念建模为城市小区的场景建模提供了统一的数据视图。(2)城市小区场景的信息组织与结构映射方法研究。基于统一数据表达交换模型(UDX),结合场景对象概念建模,设计了场景中系统、要素、关系对象的信息组织模型;基于场景可视化建模的需要,构建了位置信息、外观信息与属性信息的结构映射方法;基于场景地理现象的抽象方法,构建了几何信息、拓扑信息与网格信息的结构映射方法。场景的信息组织为场景建模数据抽取与模型集成方法研究奠定了基础。(3)城市小区场景与地理分析模型的集成模拟方法研究。基于城市小区地理分析模型在集成运行层面的流程特征分析,按照集成运行时的装配式集成模拟与逻辑控制策略,设计了建模框架、建模视图、建模视角、数据上下文和模型上下文等关键接口方法,实现了模型资源的统一封装以及场景对象、模型资源、数据资源三者的相互解耦。(4)城市小区场景构建与分析模型集成运行的原型系统实验。构建了城市小区场景集成建模框架的原型系统;基于某实验小区对象,验证了对规划设计、点云和倾斜摄影等数据源的场景数据组织与可视化表达能力;验证了实验小区场景与雨洪模型、噪音模型以及爆炸模型等面向小区环境分析的模型集成能力。本文提出了一套顾及地理分析的城市小区场景建模方法,在宏观城市模拟和微观建筑模拟之间形成中观尺度的城市小区场景建模与模拟方法。本文工作是城市小区综合环境地理分析研究的基础性工作,相关成果有望促进城市小区综合性问题的解决,并能推动BIM技术、地理设计理念在城市小区尺度的开展和应用,最终服务于城市小区的品质提升与更加美好的人居环境的构建。
【学位授予单位】:南京师范大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TU984.12;TU992

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