Określenie zacienienia zabudowy jednorodzinnej na podstawie danych z lotniczego skaningu laserowego

• Autorzy: Witkowska A.

Warianty tytułu

EN

Determining of shading of single – family detached houses on the basis of data from airborne laser scaning

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Promieniowanie słoneczne jest kluczowym składnikiem procesów: fizycznych i biologicznych, które mają miejsce na naszej planecie. Jednocześnie jest ono silnie związane zarówno z topografią terenu, jak również z samym otoczeniem: zabudową, drzewami czy roślinami znajdującymi się w bezpośrednim sąsiedztwie. Zacienie dowolnej powierzchni jest spowodowane przez osłabienie docierającego do niej strumienia promieniowania i może być całkowite lub częściowe. Gdy obiekt utrudniający dostęp promieniowania słonecznego nie jest przeźroczysty, na przykład sąsiednie budynki, mówimy o zacienieniu całkowitym. W przypadku gdy przeszkodę charakteryzuje określona przepuszczalność promieniowania, wówczas mówimy o zacienieniu częściowym. Przykładem obiektów, które cechują się określoną transmisyjnością są drzewa. W zależności od gatunku, wysokości i rozpiętości korony charakteryzują się one większą lub mniejszą zdolnością do przepuszczania promieniowania słonecznego. Literatura związana z energetyką słoneczną przy wyznaczaniu zacieniania opiera się na wykorzystaniu diagramów drogi słońca. Diagram drogi słońca w sposób graficzny prezentuje położenie słońca na nieboskłonie. Za jego pomocą jest zilustrowana pozycja słońca w funkcji czasu różnych dni roku. Po raz pierwszy diagramy drogi słońca zostały wprowadzone przez Olgayay A. i Olgyay V., zaś ich rozpowszechnienie spowodował Mazria. Diagramy słońca są powszechnie stosowaną metodą przy wyznaczaniu zacienienia promieniowania bezpośredniego dla dowolnej powierzchni zwróconej w kierunku południowym, co zostało osiągnięte przez połączenie geometrii ruchu słońca oraz natężenia promieniowania słonecznego. W artykule podjęto próbę opracowania modelu zacienienia przy wykorzystaniu narzędzi GIS oraz w oparciu o numeryczny model pokrycia terenu. Indywidualna analiza została przeprowadzona na przykładzie osiedla domów jednorodzinnych. Narzędzie, które wykorzystano w opracowaniu to moduł Spatial Analyst, który jest zarazem częścią środowiska ArcGIS. Narzędzie to ma zastosowanie przy obliczaniu nasłonecznienia [Wh/m2] ale w swoich kalkulacjach nie uwzględnia promieniowania odbitego. W badaniu nad zagadnieniem zacienienia wygenerowano przestrzenny rozkład nasłonecznienia dla promieniowania bezpośredniego i rozproszonego oraz ich sumę – nasłonecznienie całkowite. Na jej podstawie stworzono symulację zmian zacienienia zabudowy jednorodzinnej z uwzględnieniem występowania elementów tworzących otoczenie. Zmiany zacienienia prześledzono w funkcji czasu na przykładzie wybranego dnia oraz na przestrzeni roku kalendarzowego z interwałem trzech miesięcy. Publikacja ponadto skupia się na potencjalnych korzyściach wykorzystania technik GIS w opracowaniu modelu zacienienia.

EN

Solar radiation is the fundamental component of physical and biological processes taking place on our planet. It is strongly connected both with the topography of the terrain and with the surroundings: buildings, trees or plants in the direct neighborhood. Shading of any surface is caused by the weakness of stream radiation which can be total or partial. When the object obstructing solar radiation is not transparent, e.g. neighboring buildings, we talk about total shading. In the case when the obstruction is transparent, we talk about partial shading. Trees are an example of objects which are transparent. They are characterized by greater or smaller ability of letting through the solar radiation in dependence from species, height and the crown span. The literature connected with the solar radiation and determining of shading is based on utilization of diagrams of Sun position. The diagram of Sun position in a graphic way of presenting the position of Sun on the horizon. It illustrates the position of the Sun in the function of time in various days of the year. The first diagrams of the Sun position were introduced by Olgayay A. and Olgyay V. and Mazria caused their dissemination. The diagrams of the Sun position are a universal method of marking the shading of direct radiation for any surface turned in the southern direction, what was reached by the connection to the geometry of Sun position and the intensity of solar radiation. In the paper, I tried to model shading using GIS tools and the Digital Surface Model (DSM). The individual analysis was conducted for single family houses. The module Spatial Analyst was used which is also a part of ArcGIS environment. This tool can calculate the insolation [Wh/m2] but it does not take into account the reflected radiation. The spatial schedule of shadow was generated from the direct and diffused radiation and their sum – the total insolation. The simulation of changes in shading of single family buildings was created with the regard to the occurrence of elements of the surroundings. The changes of shading were traced in the function of time on the example of a selected day and on span of the calendar year with three month intervals. In addition, the publication concentrates on the potential advantages of using the GIS techniques in the study of the model of shading.

Słowa kluczowe

PL

zacienienie; numeryczny model pokrycia terenu (NMPT); promieniowanie słoneczne; diagram drogi słońca

EN

shading; digital surface model (DSM); solar radiation; sun path diagram

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Informacji Przestrzennej
• Czasopismo: Roczniki Geomatyki
• Rocznik: 2012
• Tom: T. 10, z. 4
• Strony: 157--164
• Opis fizyczny: Bibliogr. 10 poz., rys., wykr., tab.

Twórcy

autor

Witkowska A.

• Wydział Inżynierii Lądowej i Geodezji, Wojskowa Akademia Techniczna w Waeszawie

Bibliografia

• 1.Anderson B., Wells M., The Passive Solar Energy Book, (02-08-2012) http://www.scribd.com/doc/86767416/Passive-Solar-Energy-Book
• 2.Borowiecki I., 2010: Lotniczy skaning laserowy LIDAR Miasta Krakowa (ocena dokładnościowa), Infrastruktura i ekologia terenów wiejskich, Polska Akademia Nauk, Oddział w Krakowie 3/2010: 127-137, Kraków.
• 3.Chwieduk D., 2004: Zacienienie budynków. Wykorzystanie diagramów drogi Słońca przy określeniu zacienienia, Polska Energetyka Słoneczna, 2-4: 18-22, Warszawa.
• 4.Chwieduk D., 2008: Dostępność promieniowania słonecznego do obudowy budynku zlokalizowanego w Polsce Centralnej, Polska Energetyka Słoneczna, 1-4: 46-56, Warszawa.
• 5.Erley D., Jaffe M. with the assistance of Living Systems Winters, California, Site Planning For Solar Access. A Guide for Residential Developers and Site Planners. (02-08-2012) http://books.google.pl/books?id=4Wbc46X_SjEC&pg=PA95&lpg=PA95&dq=solar+blocking+by+common+trees&source=bl&ots=YTt5Y6pjXv&sig=5aD3ZnPgLzau4VPiY4DPl3yuLkU&hl=pl&sa=X&ei=TqumT-q-JcOLswblh6GdBQ&ved=0CFwQ6AEwAw#v=onepage&q=solar%20blocking%20by%20common%20trees&f=false
• 6.ESRI, Desktop 9.3 Help, (02-08-2012) www.webhelp.esri.com
• 7.Ickiewicz I., 2005: Kolektory słoneczne – analiza opłacalności, Polska Energetyka Słoneczna, 1: 13-15, Warszawa.
• 8.Mazria E., 1979: The Passive Solar Energy Book, PA, Rondale Press, Emmaus.
• 9.Pietras M., 2011: Moduł r.sun – wykorzystanie do obliczania wydajności kolektorów słonecznych, Rozprawy Naukowe Instytutu Geografii i Rozwoju Regionalnych Uniwersytetu Wrocławskiego, Analizy przestrzenne z wykorzystaniem GRASS: 25 – 34, Wrocław.
• 10.Olgyay A., Olgyay V., 1957: Solar Control and Shading Devices, Ch 8, NJ Princenton University, Princeton.