第七届青年地学论坛

       城市开敞空间是指城市或城市群中，存在于建筑实体之外的空间体，是城市居民与自然环境直接接触的重要场所。作为城市生境的重要组成部分，城市开敞空间的三维形态与城市微气候变化、城市景观特征密切相关，因此，对城市开敞空间的量化和评价逐渐成为景观规划学、城市生态学等学科的研究热点之一。在城市开敞空间的量化研究上，开阔度是目前主流的形态学量化指标，已经被广泛应用于城市热岛现象和可视分析等诸多研究中。然而，现有的开阔度算法，如SVF (sky view factor)将三维开敞空间投影成二维表面，极大的简化和压缩了三维空间及形态特征，SOI (spatial openness index)虽然能表达三维开敞空间形态，但是存在计算量大、存储成本高以及运算效率低等局限，且计算结果不够准确、难以大范围应用。
       为此，本研究提出了一种基于城市数字高程模型的三维开阔度计算算法。该算法首先以每一视点为球心构造全域空间球体。其次，以视线为中心，按照一定的水平及竖直增量角对全域空间球体进行剖分，从而获得多个离散的可视棱锥。在此基础上，计算受地表及建筑遮挡后的每一视线方向上可视棱锥体积，进而利用积分原理计算整个三维可视空间的体积，并得到能直观反映城市三维开阔度的指标—可视空间比。
基于城市数字高程模型（UDEM），以南京市马府新村住宅小区为例，以三维空间规则间隔分布的采样点为计算视点，实现了所有视点的可视空间比的计算，得到了以可视空间比为指标的开敞空间定量表达三维体。结果显示城市空间三维开阔度与城市建筑密集程度呈负相关，与视点高度呈正相关，并找出了马府新村小区开阔度最小的区域，为城市物理环境评价、城市景观特征评价以及居民住房选择提供参考。
       与现有算法的对比分析显示，本文的算法在极大地减少有限元的数量、消除部分边界效应的基础上，极大的提高了计算精度和效率。算法具有普适性，可应用于其他城市区域。
 

城市开阔度,城市数字高程模型,可视空间比,空间分布