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内蒙古地区城镇夜空广域光形态定量模型探讨

  • 论文价格:150
  • 用途: 硕士毕业论文 Master Thesis
  • 作者:上海论文网
  • 点击次数:1
  • 论文字数:72555
  • 论文编号:el2022011419282528239
  • 日期:2022-01-14
  • 来源:上海论文网

建筑硕士论文哪里有?本文对城镇夜空发亮发展趋势从影响范围、内部区域分布特征和发亮强度三方面进行分析后得出以下结论:就影响范围而言,大型和中型城镇的夜空发亮影响范围呈减小趋势,小型城镇则变化趋势各异;就区域分布特征而言,大型和中型城镇夜空发亮区域的分布趋于集中但并不趋于圆形分布,小型城镇情况各异;就夜空发亮强度而言,不同城镇情况各异,无统一发展趋势。


第一章  绪论


1.3.1 夜空发亮研究现状

通过文献检索发现目前对于夜空发亮的研究主要集中于四个方面:造成夜空发亮的原因;夜空发亮对环境及动植物生存等诸多方面的危害性;控制夜空发亮;减轻其危害性的策略;定量描述夜空发亮水平的评价体系。

造成夜空发亮的根本原因为大量人工照明的使用[33]。在现代城市中,由于城市建设的需要,城市景观照明、建筑立面照明、道路照明等室外夜间照明数量增多,同时由于人们工作、生活方式的改变,室内照明数量也呈增长趋势,从而使城市夜间光源数量增加,诸多光源发出的光线在城市表面经过一系列的反射更多的向上扩散。并且随着照明技术的不断发展,灯具的类型繁多,如果设计不当将一步提高城市夜间亮度。 夜空发亮的危害主要体现在以下四个方面:破坏夜空环境、干扰人的生理与心理、威胁动植物生存[34-40]。对夜空环境的影响方面,由于夜空亮度的不断提高,人们在城市中越来越难观察到美丽夜空,甚至导致部分地区无法进行天文观测,天文台被迫搬迁新址。对人的影响方面,由于常用的照明光源许多为非全光谱光源,长期处于此类光源的照射下,人的生理节律会受到干扰,体温、心跳、血压等均可能出现紊乱,长期积累的生理不适可能进一步引发情绪低落、心烦意乱等心理问题。对动植物的影响方面,夜间城市照明产生的光把动植物生活的环境照得很亮,动植物的生理节律遭到干扰,使其生长、活动无法正常进行,甚至可能导致部分物种灭绝,从而破坏生态平衡。

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第三章  夜空广域光形态影响因素分析


3.1 广域光影响因素筛选

3.1.1 筛选原则

通过相关文献调研发现,对夜空发亮影响因素的研究主要从夜空发亮的成因,自然和人为两方面考虑,集中于自然条件、城镇建设、照明情况等因素对夜空发光亮度影响的定性研究。其中自然条件包括自然背景光强弱、云层厚度、大气透明度等;城镇功能包括城镇的人口规模、功能区类型、城镇表面反射能力等;照明情况包括灯具类型、照明形式等。这些因素对夜空发亮的亮度有明显影响,但多数难以对其进行定量,因此难以用于定量研究。且夜空发亮的亮度的强弱与夜空发亮形态即广域光形态的复杂程度并不等同。因此,本文选择从广域光复杂形态的成因出发来筛选广域光形态的影响因素。

广域光形态上的复杂性实质上即为城镇内诸多光源分布不均匀导致照明并非均质的结果。不同形式的单一点光源按照其类型分类不同具有不同的配光曲线,将该光源规则均质组合形成面光源,此面光源的配光曲线也是规则的,但在广域光形态的研究中,整个城镇内的所有光源视被为一个面光源,但这一面光源内部的点光源类型并不统一,且排布方式也并非均质,因此广域光的形态表现出极大的复杂性。从这一角度出发,本文以广域光内部点光源的分布不均匀为出发点探究广域光形态的影响因素。


第五章  夜空广域光形态模型应用示例


5.1 模型应用概况

5.1.1 模型与夜空发亮实际问题

广域光形态即为夜空发亮的整体外观形态,本文选择多个参数来定量描述广域光形态,各个参数不仅具有数学层面的理论意义,也可反映与夜空发亮相关的实际问题,具有现实意义。其中,面积和周长作为描述广域光平面尺寸的参数,其大小直接反映广域光地面投影的大小,即城镇夜空发亮对地面影响范围的大小。广域光的平面尺寸越大,则表明城镇夜空发亮扩散越广,影响范围越大,反之越小。因此,可将广域光平面的面积与周长两个广域光平面尺寸参数作为研究城镇夜空发亮影响范围大小这一实际问题的相关参数,综合两者的数值变化,可分析城镇夜空发亮影响范围的变化情况。

广域光形态平面的长宽比、圆形度和计盒维数属于形状描述参数。由于城镇内部发光区域分布不均,导致广域光平面形状不规则,反之城镇发亮区域越集中,则广域光平面形状越规则,广域光平面形状的差异可反映城镇夜空发亮区域的分布特征。上述形状描述参数中,长宽比反映广域光平面整体形态比例;圆形度反映广域光平面接近圆形的程度;计盒维数从分形角度描述广域光平面形态整体的分布特征。对同一对象的形状分别用以上三种方式进行分析,可以对其形状的复杂程度有较为全面的表述,较为全面的描述城镇夜空发亮区域分布特征。因此,将广域光平面长宽比、圆形度和计盒维数三个形状参数作为研究城镇夜空发亮区域分布特征这一实际问题的相关参数,分析城镇夜空发亮区域分布的变化情况。

除以上两类平面尺寸和形状参数外,剖面灰度值衰减率作为描述广域光剖面形态的参数,依据其定义——广域光剖面边缘衰减距离与顶点灰度值之比,其实际意义为城镇内部高亮度区域边缘与广域光外形边界之间的距离。当城镇内部高亮度区域,即夜空发亮严重区域面积越大,亮度越高时,剖面衰减距离随之增大,当顶点灰度值固定时,剖面灰度值衰减率越大,则表明夜空发亮越强,且从广域光卫星图像可知,各调研区域剖面的定点灰度值基本不变。


5.2 广域光形态历史变化分析

5.2.1 夜空发亮影响范围相关形态变化

(1)广域光平面面积变化

将表  5-2 所示的城镇内部高亮度区域面积(H-AREA)数据的代入广域光平面面积公式 4-1 进行计算,得到广域光平面面积(Ya)历史变化数据,其中川井苏木和锡尼河西苏木由于城镇内部高亮度区域面积过小不适用于公式计算,通过软件测量获得,并将表  2-4 中 2019 年相关数据与以上数据进行汇总,结果如表  5-3: 

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结论与展望

本文为研究内蒙古地区城镇广域光形态,首先选取典型的位于草原腹地的城镇广域光进行实地调研,并结合相应的夜空卫星图像,对这些城镇的广域光形态现状进行分析,得到广域光形态的现状数据;然后基于经实地调研所明确的城镇内部照明情况与天顶亮度的定量关系,从照明现状对广域光的影响出发对广域形态的影响因素进行筛选,并分析各因素与广域光形态之间的定量关系;之后对诸多影响因素指标之间的相关性进行分析,筛选出广域光形态定量模型的自变量参数建立相应的数学模型,并选取多个实地调研区域之外的城镇广域光,通过对比模型计算结果与软件测量结果的差异,对建立的广域光形态模型进行验证,证明了模型的有效性;最后将广域光形态对应实际的夜空发亮问题相对应,利用所建模型对广域光形态历史变化进行分析,从而对内蒙古地区城镇夜空发亮的发展趋势做出预测。通过上述研究得到如下结论:

本文对城镇夜空发亮发展趋势从影响范围、内部区域分布特征和发亮强度三方面进行分析后得出以下结论:就影响范围而言,大型和中型城镇的夜空发亮影响范围呈减小趋势,小型城镇则变化趋势各异;就区域分布特征而言,大型和中型城镇夜空发亮区域的分布趋于集中但并不趋于圆形分布,小型城镇情况各异;就夜空发亮强度而言,不同城镇情况各异,无统一发展趋势。

针对本研究中存在的不足作出如下展望:

(1)广域光形态模型精确度提高。本文选择的研究样本数量有限,后续可通过增加样本数量进一步提高广域光形态定量模型的精确度。

(2)广域光形态影响因素筛选。本文对广域光形态影响因素的研究是从城镇照明与其天顶发亮之间的关系出发,用于筛选的因素均为照明的宏观结果,包括城镇照明总体强度和总体分布特征,在后续的研究中可尝试更为深入的研究或从其他角度选择用于筛选的影响因素。

(3)广域光形态描述参数选择。本文选择的用于描述广域光形态的参数在建立模型的过程中存在无法筛选出其有效影响因素的情况,在后续的研究中可尝试选择更多形态参数或对数据进行转换后再进行分析。

参考文献(略)

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