【成果推介】一种用于表征城市立体聚集度的最小三维生成树方法

【应用行业】城市建设

【技术领域】遥感技术

【知识产权】发明专利

【成果完成单位】华中师范大学

【成果完成人姓名】林安琪、罗文庭、吴浩、刘恒源

【完成人团队简介】团队主要研究地理信息时空大数据挖掘与信息决策、城市环境遥感动态监测与模拟分析、高精度卫星导航定位与应急服务

【成果完成时间】2024-06-11

【专利号】CN2024107451570

【授权日期】2024-08-09

【技术成熟度】研发阶段

【应用背景】城市区域占据全球地表不超过3%的面积，却为超过50%的全球人口提供了生活和生产空间，是人为活动改变地表形态最为活跃的区域。城市形态是城市在地理环境约束和社会经济发展交互作用的综合体现，对区域的能源消耗、空气质量、噪音水平以及热岛效应等环境因素产生了重要影响。城市形态研究不仅包含宏观尺度下城市边界的空间形态，更需要深入探究其内部的分区形态，才能深入掌握城市发展规律，为揭示城市发展的环境效应提供科学参考。

测度城市形态的传统方式主要依赖于遥感影像解译的土地利用/覆盖数据，借助城市景观生态学的原理，通过计算城市土地利用扩张面积、不同土地利用类型覆盖度、城市土地利用连通性和城市边界的不规则性等指标，来反映城市形态在二维平面上的蔓延性、多样性、聚集度和不规则性等特征。然而，城市化进程的不断加剧，城市形态不仅在水平方向上不断扩张，而且在垂直方向上也发生了巨大变化，直接和间接影响到人居环境。因此，对城市形态的研究逐渐从二维平面向三维立体视角延伸。

随着遥感、地理信息技术的飞速发展，诸如激光雷达扫描、立体像对和大数据挖掘等技术的涌现，为获取城市的三维信息提供了丰富的数据源，为深入分析城市的立体结构提供了良好契机。建筑物作为城市的核心组成部分，其分布形态直观反映了城市发展水平，一直是城市研究的热点。现有研究通过计算建筑物平均高度、高度标准差、总体积和容积率等指标，量化城市三维形态，是目前测度城市立体特征的常用方法。然而，这些经典指标只能反映单栋建筑物的立体几何差异，无法反映局部连片区域内建筑物的空间分布模式，更缺乏建筑物足迹平面分布与立体高度信息相结合的综合测度指标，导致难以量化建筑物在三维空间上的布局紧凑度。

为此，本发明构建了最小三维生成树指标，用于表征城市立体局部聚集程度。通过将建筑物屋顶的中心抽象为节点，邻近建筑物中心的连线抽象为边构建连通图，同时引入建筑物的二维距离和三维高度测算边的权重，使用Kruskal算法来索引边权重值最小的树形结构，以量化城市三维建筑物模型的局部聚集特征，为揭示复杂城市环境立体结构的聚集模式提供了新的视角。

【成果简介】本成果发明了一种用于表征城市立体聚集度的最小三维生成树方法，基于建筑物足迹数据建立城市建筑物的三维模型，生成各街区内的建筑物三维模型对应的矢量不规则三角网；建立空间连通图；根据最小三维生成树计算立体形态聚集度指标；生成城市立体形态空间聚集度结果专题图。本成果在量化城市立体聚集度方面表现出更高的敏感性。相对于传统的遍历形成完全图的方法，大大降低了最小三维生成树的求解成本。

【成果图片】

【联系方式】段治国、安红高、刘树楠、吴涛，02767868068，02767868067，02767862769