一种城市绿色屋顶规划布局方法及系统

摘要

本发明公开一种城市绿色屋顶规划布局方法及系统，该方法包括根据城市高分遥感图像和街景三维地图数据建立城市绿色屋顶属性数据库；根据城市绿色屋顶属性数据库利用ArcMap对城市可建绿色屋顶进行筛选分析，确定城市绿色屋顶建设面积；根据城市绿色屋顶建设面积构建绿色屋顶基准模型；根据绿色屋顶基准模型，进行绿色屋顶规划布局多情景模拟，得到对应的绿色屋顶能源和水相关直接效益；根据绿色屋顶能源和水相关直接效益对不同情景下的绿色屋顶直接能源‑水关联效益进行计算，并确定最优绿色屋顶规划布局方案。本发明能够实现城市绿色

权利要求

1.一种城市绿色屋顶规划布局方法，其特征在于，包括：

根据城市高分遥感图像和街景三维地图数据建立城市绿色屋顶属性数据库；所述城市绿色屋顶属性数据库包括：城市气象参数和基本建筑信息；

根据城市绿色屋顶属性数据库利用ArcMap对城市可建绿色屋顶进行筛选分析，确定城市绿色屋顶建设面积；

根据城市绿色屋顶建设面积构建绿色屋顶基准模型；所述绿色屋顶基准模型的结构层包括：防水层、排水层、过滤层、基质层和植株层；

根据绿色屋顶基准模型，进行绿色屋顶规划布局多情景模拟，得到对应的绿色屋顶能源和水相关直接效益；绿色屋顶规划布局多情景模拟为：绿色屋顶基准模型中建筑位置及布局方式不变，绿色屋顶类型和绿色屋顶植被配置改变；

根据绿色屋顶能源和水相关直接效益对不同情景下的绿色屋顶直接能源‑水关联效益进行计算，将计算结果最大的方案确定为最优绿色屋顶规划布局方案；

所述根据绿色屋顶基准模型，进行绿色屋顶规划布局多情景模拟，得到对应的绿色屋顶能源和水相关直接效益，具体包括以下公式：3

其中，Q为雨水收集量，m ；为季节折减系数，取0.75；β为初期弃流系数，取0.85；H为城2

市年均降雨量，m；A为绿色屋顶面积，m ；μ为绿色屋顶径流系数，μ＝Qmeasure,max/Qenter,max，Qenter,max＝f·Ae·d·1/3600；

Qenter,max为模拟时最大降雨流量，L/s；Qmeasure,max为实测时绿色屋顶径流出口最大流量，2

L/s；f为降雨强度，mm/h；Ae为模拟绿色屋顶面积，m ；d为降雨时长，h；1/3600为时间单位s和h的折算系数；当绿色屋顶覆盖多种类型植被时，μ＝μ1·P1+μ2·P2+…+μn·Pn，Pi为植被类型i占绿色屋顶总面积的比例；μi为覆盖i类型植被绿色屋顶的径流系数；n为植被种类数量；

所述根据绿色屋顶能源和水相关直接效益对不同情景下的绿色屋顶直接能源‑水关联效益进行计算，将计算结果最大的方案确定为最优绿色屋顶规划布局方案，具体包括：利用公式 将绿色屋顶能源和水相关直接效益值归一化；

利用公式 确定绿色屋顶能源和水相关直接效益j的比重；

利用公式 确定绿色屋顶能源和水相关直接效益j的信息熵值；

利用公式 确定绿色屋顶能源和水相关直接效益j的权重；

利用公式 确定第i个情景的绿色屋顶直接能源‑水关联效益；

其中，Fij是绿色屋顶能源和水相关直接效益j的归一化数值；xij是绿色屋顶能源和水相关直接效益值；max(xij)与min(xij)分别为绿色屋顶能源和水相关直接效益j在i个情景中的最大值和最小值；Pij是绿色屋顶能源和水相关直接效益j的比重； n为情景数量；dj是绿色屋顶能源和水相关直接效益j的信息熵值；gj＝1‑dj；gj是绿色屋顶能源和水相关直接效益j的信息熵冗余度；Wj是绿色屋顶能源和水相关直接效益j的权重，直接效益j包括直接建筑节能效益和直接雨水收集效益；m是绿色屋顶能源和水相关直接效益j的数量；

DNBi表示第i个情景的绿色屋顶直接能源‑水关联效益；

所述根据绿色屋顶能源和水相关直接效益对不同情景下的绿色屋顶直接能源‑水效益进行计算，将计算结果最大的方案确定为最优绿色屋顶规划布局方案，之后还包括：根据最优绿色屋顶规划布局方案确定绿色屋顶间接能源‑水关联效益；

所述根据最优绿色屋顶规划布局方案确定绿色屋顶间接能源‑水关联效益，具体包括以下公式：NEI＝AEe+AEw；

NWI＝AWe+AWw；

NCI＝ACe+ACw；

其中，NEI为由绿色屋顶直接效益驱动避免的跨城市边界总能源足迹，MJ；NWI为避免的跨城市边界总水足迹，L；NCI为避免的跨城市边界总碳足迹，kg CO2(eq)；AE为避免的跨城市边界能源足迹，MJ；AW为避免的跨城市边界水足迹，L；AC为避免的跨城市边界碳足迹，kg CO2(eq)；下标e和w分别指绿色屋顶的直接建筑节能效益和直接雨水收集效益；AEe为由绿色屋顶直接建筑节能效益驱动避免的跨城市边界能源足迹，MJ；AEw为由绿色屋顶直接雨水收集效益驱动避免的跨城市边界能源足迹，MJ；AWe为由绿色屋顶直接建筑节能效益避免的跨城市边界水足迹，L；AWw为由绿色屋顶直接雨水收集效益避免的跨城市边界水足迹，L；ACe为由绿色屋顶直接建筑节能效益避免的跨城市边界碳足迹，kg CO2(eq)；ACw为由绿色屋顶直接雨水收集效益避免的跨城市边界碳足迹，kg CO2(eq)。

2.一种城市绿色屋顶规划布局系统，应用于权利要求1所述的一种城市绿色屋顶规划布局方法；其特征在于，包括：城市绿色屋顶属性数据库建立模块，用于根据城市高分遥感图像和街景三维地图数据建立城市绿色屋顶属性数据库；所述城市绿色屋顶属性数据库包括：城市气象参数和基本建筑信息；

城市绿色屋顶建设面积确定模块，用于根据城市绿色屋顶属性数据库利用ArcMap对城市可建绿色屋顶进行筛选分析，确定城市绿色屋顶建设面积；

绿色屋顶基准模型构建模块，用于根据城市绿色屋顶建设面积构建绿色屋顶基准模型；所述绿色屋顶基准模型的结构层包括：防水层、排水层、过滤层、基质层和植株层；

直接效益确定模块，用于根据绿色屋顶基准模型，进行绿色屋顶规划布局多情景模拟，得到对应的绿色屋顶能源和水相关直接效益；绿色屋顶规划布局多情景模拟为：绿色屋顶基准模型中建筑位置及布局方式不变，绿色屋顶类型和绿色屋顶植被配置改变；

最优绿色屋顶规划布局方案确定模块，用于根据绿色屋顶能源和水相关直接效益对不同情景下的绿色屋顶直接能源‑水关联效益进行计算，将计算结果最大的方案确定为最优绿色屋顶规划布局方案。

3.一种城市绿色屋顶规划布局系统，其特征在于，包括：至少一个处理器、至少一个存储器以及存储在所述存储器中的计算机程序指令，当所述计算机程序指令被所述处理器执行时实现如权利要求1所述的一种城市绿色屋顶规划布局方法。

说明书

一种城市绿色屋顶规划布局方法及系统

技术领域

[0001] 本发明涉及城市生态规划领域，特别是涉及一种城市绿色屋顶规划布局方法及系统。

背景技术

[0002] 能源和水资源是支撑人类发展的生命线资源。城市作为产业活动集聚地，以不足3％的陆地面积容纳了世界56％的人口，消耗了全球67％‑76％的能源和26％的淡水资源。
随着城市不断扩张、资源消耗加剧，能源危机和水资源短缺等城市生态安全问题日益严峻。

[0003] 绿色屋顶作为典型的城市立体绿化景观，能够提供与能源和水相关的生态效益，是改善城市能源和水资源管理问题的有力抓手。一方面，绿色屋顶在植被覆盖作用下可以降低屋顶温度从而促进建筑节能；同时，绿色屋顶还兼具雨水收集的功能，这些均属于绿色屋顶的直接效益。另一方面，绿色屋顶带来的直接能源和水效益，会在一定程度上替代城市的能源和水资源需求，从而间接规避了能源和水资源在城市跨边界生产供应链上隐含的环境足迹，如能源足迹、水足迹和碳足迹，即绿色屋顶的间接效益。如何建立系统的城市绿色屋顶能源和水效益评估及情景优化方法学，是城市绿色屋顶规划建设与能源‑水资源协同管理的关键所在。

发明内容

[0004] 本发明的目的是提供一种城市绿色屋顶规划布局方法及系统，能够实现城市绿色屋顶规划优化，进而为城市屋顶空间资源的高效利用及能源‑水资源协同管理提供科学支撑。

[0005] 为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

[0006] 一种城市绿色屋顶规划布局方法，包括：

[0007] 根据城市高分遥感图像和街景三维地图数据建立城市绿色屋顶属性数据库；所述城市绿色屋顶属性数据库包括：城市气象参数和基本建筑信息；

[0008] 根据城市绿色屋顶属性数据库利用ArcMap对城市可建绿色屋顶进行筛选分析，确定城市绿色屋顶建设面积；

[0009] 根据城市绿色屋顶建设面积构建绿色屋顶基准模型；所述绿色屋顶基准模型的结构层包括：防水层、排水层、过滤层、基质层和植株层；

[0010] 根据绿色屋顶基准模型，进行绿色屋顶规划布局多情景模拟，得到对应的绿色屋顶能源和水相关直接效益；绿色屋顶规划布局多情景模拟为：绿色屋顶基准模型中建筑位置及布局方式不变，绿色屋顶类型和绿色屋顶植被配置改变；

[0011] 根据绿色屋顶能源和水相关直接效益对不同情景下的绿色屋顶直接能源‑水关联效益进行计算，将计算结果最大的方案确定为最优绿色屋顶规划布局方案。

[0012] 可选地，所述根据绿色屋顶基准模型，进行绿色屋顶规划布局多情景模拟，得到对应的绿色屋顶能源和水相关直接效益，具体包括以下公式：

[0013]3

[0014] 其中，Q为雨水收集量，m；为季节折减系数，取0.75；β为初期弃流系数，取0.85；H2
为城市年均降雨量，m；A为绿色屋顶面积，m ；μ为绿色屋顶径流系数，μ＝Qmeasure,max/Qenter,max，Qenter,max＝f·A·d·1/3600；

[0015] Qenter,max为模拟时最大降雨流量，L/s；Qmeasure,max为实测时绿色屋顶径流出口最大2
流量，L/s；f为降雨强度，mm/h；Ae为模拟绿色屋顶面积，m ；d为降雨时长，h；1/3600为时间单位s和h的折算系数；当绿色屋顶覆盖多种类型植被时，μ＝μ1·P1+μ2·P2+…+μn·Pn，Pi为植被类型i占绿色屋顶总面积的比例；μi为覆盖i类型植被绿色屋顶的径流系数；n为植被种类数量。

[0016] 可选地，所述根据绿色屋顶能源和水相关直接效益对不同情景下的绿色屋顶直接能源‑水关联效益进行计算，将计算结果最大的方案确定为最优绿色屋顶规划布局方案，具体包括：

[0017] 利用公式 将绿色屋顶的能源和水相关直接效益值归一化；

[0018] 利用公式 确定绿色屋顶能源和水相关直接效益j的比重；

[0019] 利用公式 确定绿色屋顶能源和水相关直接效益j的信息熵值；

[0020] 利用公式 确定绿色屋顶能源和水相关直接效益j的权重；

[0021] 利用公式 确定第i个情景的绿色屋顶直接能源‑水关联效益；

[0022] 其中，Fij是绿色屋顶能源和水相关直接效益j的归一化数值；xij是绿色屋顶能源和水相关直接效益值；max(xij)与min(xij)分别为绿色屋顶能源和水相关直接效益j在i个情景中的最大值和最小值；Pij是绿色屋顶能源和水相关直接效益j的比重； n为情景数量；dj是绿色屋顶能源和水相关直接效益j的信息熵值；gj＝1‑dj；gj是绿色屋顶能源和水相关直接效益j的信息熵冗余度；Wj是绿色屋顶能源和水相关直接效益j的权重，直接效益j包括直接建筑节能效益和直接雨水收集效益；m是绿色屋顶能源和水相关直接效益j的数量；DNBi表示第i个情景的绿色屋顶直接能源‑水关联效益。

[0023] 可选地，所述根据绿色屋顶能源和水相关直接效益对不同情景下的绿色屋顶直接能源‑水关联效益进行计算，将计算结果最大的方案确定为最优绿色屋顶规划布局方案，之后还包括：

[0024] 根据最优绿色屋顶规划布局方案确定绿色屋顶间接能源‑水关联效益。

[0025] 可选地，所述根据最优绿色屋顶规划布局方案确定绿色屋顶间接能源‑水关联效益，具体包括以下公式：

[0026] NEI＝AEe+AEw；

[0027] NWI＝AWe+AWw；

[0028] NCI＝ACe+ACw；

[0029] 其中，NEI为由绿色屋顶直接效益驱动避免的跨城市边界总能源足迹，MJ；NWI为避免的跨城市边界总水足迹，L；NCI为避免的跨城市边界总碳足迹，kg CO2(eq)；AE为避免的跨城市边界能源足迹，MJ；AW为避免的跨城市边界水足迹，L；AC为避免的跨城市边界碳足迹，kg CO2(eq)；下标e和w分别指绿色屋顶的直接建筑节能效益和直接雨水收集效益；AEe为由绿色屋顶直接建筑节能效益驱动避免的跨城市边界能源足迹，MJ；AEw为由绿色屋顶直接雨水收集效益驱动避免的跨城市边界能源足迹，MJ；AWe为由绿色屋顶直接建筑节能效益避免的跨城市边界水足迹，L；AWw为由绿色屋顶直接雨水收集效益避免的跨城市边界水足迹，L；ACe为由绿色屋顶直接建筑节能效益避免的跨城市边界碳足迹，kg CO2(eq)；ACw为由绿色屋顶直接雨水收集效益避免的跨城市边界碳足迹，kg CO2(eq)。

[0030] 一种城市绿色屋顶规划布局系统，包括：

[0031] 城市绿色屋顶属性数据库建立模块，用于根据城市高分遥感图像和街景三维地图数据建立城市绿色屋顶属性数据库；所述城市绿色屋顶属性数据库包括：城市气象参数和基本建筑信息；

[0032] 城市绿色屋顶建设面积确定模块，用于根据城市绿色屋顶属性数据库利用ArcMap对城市可建绿色屋顶进行筛选分析，确定城市绿色屋顶建设面积；

[0033] 绿色屋顶基准模型构建模块，用于根据城市绿色屋顶建设面积构建绿色屋顶基准模型；所述绿色屋顶基准模型的结构层包括：防水层、排水层、过滤层、基质层和植株层；

[0034] 直接效益确定模块，用于根据绿色屋顶基准模型，进行绿色屋顶规划布局多情景模拟，得到对应的绿色屋顶能源和水相关直接效益；绿色屋顶规划布局多情景模拟为：绿色屋顶基准模型中建筑位置及布局方式不变，绿色屋顶类型和绿色屋顶植被配置改变；

[0035] 最优绿色屋顶规划布局方案确定模块，用于根据绿色屋顶能源和水相关直接效益对不同情景下的绿色屋顶直接能源‑水关联效益进行计算，将计算结果最大的方案确定为最优绿色屋顶规划布局方案。

[0036] 一种城市绿色屋顶规划布局系统，包括：至少一个处理器、至少一个存储器以及存储在所述存储器中的计算机程序指令，当所述计算机程序指令被所述处理器执行时实现所述的一种城市绿色屋顶规划布局方法。

[0037] 根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

[0038] 本发明所提供的一种城市绿色屋顶规划布局方法及系统，根据城市高分遥感图像和街景三维地图数据建立城市绿色屋顶属性数据库；根据绿色屋顶基准模型，进行绿色屋顶规划布局多情景模拟，得到对应的绿色屋顶能源和水相关直接效益。根据情景绿色屋顶的直接能源‑水关联效益模拟结果，确定最优的城市绿色屋顶规划方案，并对该方案进行间接能源‑水关联效益核算，以系统评估和验证绿色屋顶具有的效益，进而为城市提供绿色屋顶规划布局准则与行动指引。本发明在构建基准绿色屋顶进行模拟的基础上，设定了不同绿色屋顶规划布局多情景，并进行模拟运行。在定量分析结果的基础上，筛选最优绿化设计方案，利用最优绿色屋顶规划方案对城市屋顶资源开发提供方向。本发明具有适用范围广、精度高以及成本低等优点，对于城市屋顶空间资源的高效利用具有重要的理论及应用价值。

附图说明

[0039] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

[0040] 图1为本发明所提供的一种城市绿色屋顶规划布局方法流程示意图；

[0041] 图2为本发明所提供的一种城市绿色屋顶规划布局系统结构示意图。

具体实施方式

[0042] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0043] 本发明的目的是提供一种城市绿色屋顶规划布局方法及系统，能够实现城市绿色屋顶规划优化，进而为城市屋顶空间资源的高效利用及能源‑水资源协同管理提供科学支撑。

[0044] 为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

[0045] 如图1所示，本发明所提供的一种城市绿色屋顶规划布局方法，包括：

[0046] S101，根据城市高分遥感图像和街景三维地图数据建立城市绿色屋顶属性数据库；所述城市绿色屋顶属性数据库包括：城市气象参数和基本建筑信息；

[0047] 所述气象数据包括：太阳辐射量、空气温度、降雨量和风速风频；基本建筑信息包括建筑属性信息、屋顶特性信息和建筑功能需求信息。

[0048] 所述建筑属性信息包括：建筑类型、建筑年代、建筑高度和建筑区位。所述屋顶特性信息包括：屋顶材料、屋顶坡度、屋顶可达性、屋顶遮蔽度和屋顶可用面积。所述建筑功能需求信息包括：建筑用电需求和雨水收集需求。

[0049] S102，根据城市绿色屋顶属性数据库利用ArcMap对城市可建绿色屋顶进行筛选分析，确定城市绿色屋顶建设面积；

[0050] S102具体包括：

[0051] 建筑类型考虑公共建筑、居住建筑和工业建筑，建筑房龄小于20年，建筑高度小于50米，建筑位于附近公共交通较方便区域，屋顶坡度小于5度，屋顶无阴影或部分遮挡，屋顶为钢筋混凝土结构屋顶，建筑中有电梯或楼梯可直接或间接到达屋顶，以此剔除不宜开发的建筑屋顶，从而确定城市绿色屋顶建设面积。

[0052] S103，根据城市绿色屋顶建设面积构建绿色屋顶基准模型；所述绿色屋顶基准模型的结构层包括：防水层、排水层、过滤层、基质层和植株层；根据实际情况选择绿色屋顶设计参数，如防水层采用聚乙烯丙纶防水材料，排水层由卵石、瓦砾和粗砂组成，过滤层使用土工布，基质层采用本地自然土壤(农用)等。

[0053] S104，根据绿色屋顶基准模型，进行绿色屋顶规划布局多情景模拟，得到对应的绿色屋顶能源和水相关直接效益；绿色屋顶规划布局多情景模拟为：绿色屋顶基准模型中建筑位置及布局方式不变，绿色屋顶类型和绿色屋顶植被配置改变；其中绿色屋顶植被配置的改变，对佛甲草、麦冬草和筋骨草三种植被类型进行不同组合并改变其搭配比例，绿色屋顶类型保持不变；绿色屋顶类型的改变，对密集型、半密集型和粗放型这三种类型的绿色屋顶分别进行模拟，绿色屋顶植被配置及比例保持不变。

[0054] 绿色屋顶能源和水相关直接效益指绿色屋顶的直接建筑节能效益与直接雨水收集效益。绿色屋顶对建筑产生的节能效益使用建筑能耗分析工具EnergyPlus模拟。绿色屋顶雨水收集效益通过铺设雨水收集系统实现，雨水收集系统直接将收集的雨水回用于建筑内部。所述绿色屋顶雨水收集系统由雨水收集管道和蓄水池组成，所述蓄水池设置在建筑一旁的地面上。

[0055] S104具体包括以下公式：

[0056]3

[0057] 其中，Q为雨水收集量，m ；为季节折减系数，取0.75；β为初期弃流系数，取0.85；H2
为城市年均降雨量，m；A为绿色屋顶面积，m ；μ为绿色屋顶径流系数，μ＝Qmeasure,max/Qenter,max，Qenter,max＝f·A·d·1/3600；Qenter,max为模拟时最大降雨流量，L/s；Qmeasure,max为实
2
测时绿色屋顶径流出口最大流量，L/s；f为降雨强度，mm/h；Ae为模拟绿色屋顶面积，m ；d为降雨时长，h；1/3600为时间单位s和h的折算系数；当绿色屋顶覆盖多种类型植被时，μ＝μ1·P1+μ2·P2+…+μn·Pn，Pi为植被类型i占绿色屋顶总面积的比例；μi为覆盖i类型植被绿色屋顶的径流系数；n为植被种类数量。

[0058] S105，根据绿色屋顶能源和水相关直接效益对不同情景下的绿色屋顶直接能源‑水关联效益进行计算，将计算结果最大的方案确定为最优绿色屋顶规划布局方案。

[0059] S105具体包括：

[0060] 利用公式 将绿色屋顶的能源和水相关直接效益值归一化；

[0061] 利用公式 确定绿色屋顶能源和水相关直接效益j的比重；

[0062] 利用公式 确定绿色屋顶能源和水相关直接效益j的信息熵值；

[0063] 利用公式 确定绿色屋顶能源和水相关直接效益j的权重；

[0064] 利用公式 确定第i个情景的绿色屋顶直接能源‑水关联效益；

[0065] 其中，Fij是绿色屋顶能源和水相关直接效益j的归一化数值；xij是绿色屋顶能源和水相关直接效益值；max(xij)与min(xij)分别为绿色屋顶能源和水相关直接效益j在i个情景中的最大值和最小值；Pij是绿色屋顶能源和水相关直接效益j的比重； n为情景数量；dj是绿色屋顶能源和水相关直接效益j的信息熵值；gj＝1‑dj；gj是绿色屋顶能源和水相关直接效益j的信息熵冗余度；Wj是绿色屋顶能源和水相关直接效益j的权重，直接效益j包括直接建筑节能效益和直接雨水收集效益；m是绿色屋顶能源和水相关直接效益j的数量；DNBi表示第i个情景的绿色屋顶直接能源‑水关联效益。

[0066] 如表1所示，对各情景案例景观设计因子进行设置。

[0067] 表1

[0068]

[0069]

[0070] S105之后还包括：

[0071] 根据最优绿色屋顶规划布局方案确定绿色屋顶间接能源‑水关联效益。间接效益指由于绿色屋顶带来的直接建筑节能量和直接雨水收集量，可一定程度上缓解城市对于能源和水资源的外调需求(通常，城市发展所需的能源和水资源来自于城市边界外的供应)，进而避免隐含在城市上游能源和水供应链上的环境足迹，如能源足迹、水足迹和碳足迹。

[0072] 这些进口能源和水资源隐含在城市上游生产供应链中的能源足迹、水足迹和碳足迹可间接避免，即所述绿色屋顶的间接效益。间接效益采用如下公式计算：

[0073] AFj,y＝DEj*Cj‑y

[0074] 式中，AFj,y表示由绿色屋顶直接效益j间接驱动避免的环境足迹y，包括能源足迹、水足迹和碳足迹；DEj表示绿色屋顶的直接效益j，包括直接建筑节能效益和直接雨水收集效益；Cj‑y表示1单位绿色屋顶直接效益j与其间接避免的环境足迹y之间的转换因子。

[0075] 所述转换因子可以通过生命周期评价法(LCA)或经济投入产出生命周期评价法(EIO‑LCA)确定。LCA方法是一种自下而上的方法，计算过程精细，参数准确性高，适用于微观产品尺度，但是由于LCA系统边界的无限拓展性及存在循环性投入问题，使得该方法存在较大的截断误差；且LCA方法对于数据的需求极高，在无法获取研究一手数据时，次级数据的采用可能无法反映城市当地实际情况，存在一定的时间误差和空间误差。EIO‑LCA模型是上世纪70年代由Leontief研究开发的，综合了生命周期评价方法和经济投入产出两种方法，用于分析产品或服务生产链中的环境影响，该方法是一种自上而下的方法，以整个经济系统为边界，具有综合性和系统性，可以反映城市本地特性和实际供应链情况。但EIO‑LCA的计算过程比较粗略，存在聚合误差；且投入产出表编制频率低，数据不易获取。实际计算时，应根据数据可得性和研究范围选取相应方法。以核算1单位直接能源效益(如1kWh节电量)的隐含碳足迹为例，下面分别介绍LCA和EIO‑LCA的计算方法。

[0076] 使用LCA模型时，第一步，首先确认评价目标，即1功能单位电力产品的生命周期碳足迹，并将该功能单位设置为1kWh。第二步，确立电力产品生命周期系统边界，并通过查阅资料和调研等形式构建符合城市本地实际情况的电力产品生命周期物质清单。第三步，将LCA数据库和评价方法导入至LCA软件中，将清单物质与数据库进行关联，在LCA软件中建立1kWh电力产品生产系统。第四步，根据评价指标内容选择相应评价方法，从而追溯1kWh电力产品生产系统的生命周期环境足迹。即采用ReCiPe Midpoint评价方法计算1kWh电力的生命周期碳足迹和水足迹，具体指标分别为climate change‑GWP100/kg CO2(eq)和water 
3
depletion/m water(eq)；采用Cumulative Energy Demand评价方法计算1kWh电力的生命周期能源足迹，具体指标为cumulative energy demand/MJ。

[0077] 采用EIO‑LCA模型核算城市外调电力上游供应链隐含的碳足迹时，基于的前提假设是，城市所用电力产品基本上是来自跨边界调入(如该电力产品来自城市所在省份的调入)。因此，采用城市所在省份的价值型投入产出表，构建该省电力产品的EIO‑LCA模型，核算1单位电力产品需求量所驱动的上游产业链隐含碳排放(碳足迹)。

[0078] 首先，将电力产品与省份价值型投入产出表中的产业部门(电力部门)进行匹配，若投入产出表中产品所对应部门高度聚合，则需要采用投入产出表部门拆分技术，将聚合部门拆分。

[0079] 基于EIO‑LCA模型可以建立电力产品最终需求所驱动的碳排放矩阵B，具体的计算公式如下：

[0080] B＝R(I‑A)‑1Y

[0081] 式中，B为电力产品的最终需求所驱动的碳排放矩阵；R为各经济部门碳排放强度矩阵；I为单位矩阵；A为直接消耗系数矩阵；Y为对角矩阵，对角元素Yj，表示j部门产品及服务的最终需求量，万元；在本模型中，电力部门对应的最终需求量取值为城市的国内市外调入电力价值量，其他部门对应的Y值均为0。

[0082] R是对角矩阵，对角元素为各部门单位货币产出的直接碳排放量，计算公式如下：

[0083] Ri＝ci/xi

[0084] 式中：对角元素Ri为部门i的直接排放系数；ci为该部门的直接碳排放量；xi为该部门的总产出。

[0085] 基于以上数据及公式，城市所在省份电力产品的经济投入产出模型(EIO‑LCA)已经建立。将城市电力产品代表部门的国内市外进口价值量输入模型中，即可得出电力产品上游产业链隐含的碳排放，且可从最终需求的视角分析该碳足迹在产业部门间的分布结构。

[0086] 城市的国内市外调入电力价值量，有两种来源：第一，可直接来自城市投入产出表中电力部门的国内市外调入价值量，但由于投入产出表仅在特定年份编制，需要通过城市地区生产总值(GDP)年度比例，转换为研究年份的国内市外调入电力实际价值量，再通过消费价格指数(CPI)，将该值折算为EIO‑LCA模型中投入产出表所对应的年份价值量，将该值代入EIO‑LCA模型便能得到结果；另一种则是来自城市外调电力的实物量数据，将该值根据电价换算为价值量，依据上述折算方法进行处理，得到EIO‑LCA模型相匹配的城市国内市外调入电力价值量，模型运转后即可得到结果。

[0087] 特别地，构建Nexus Index指标计算绿色屋顶的总间接能源‑水关联效益，将绿色屋顶的直接效益所避免的各类跨城市边界环境足迹分别加和，得到绿色屋顶避免的总能源足迹、总水足迹和总碳足迹，即绿色屋顶的总间接能源‑水关联效益，用Nexus Index表示，具体来说，避免的跨边界总能源足迹、总水足迹和总碳足迹分别表示为Nexus Energy Index(NEI)、Nexus Water Index(NWI)、Nexus Carbon Index(NCI)。

[0088] 所述根据最优绿色屋顶规划布局方案确定绿色屋顶间接能源‑水关联效益，具体包括以下公式：

[0089] NEI＝AEe+AEw；

[0090] NWI＝AWe+AWw；

[0091] NCI＝ACe+ACw；

[0092] 其中，NEI为由绿色屋顶直接效益驱动避免的跨城市边界总能源足迹，MJ；NWI为避免的跨城市边界总水足迹，L；NCI为避免的跨城市边界总碳足迹，kg CO2(eq)；AE为避免的跨城市边界能源足迹，MJ；AW为避免的跨城市边界水足迹，L；AC为避免的跨城市边界碳足迹，kg CO2(eq)；下标e和w分别指绿色屋顶的直接建筑节能效益和直接雨水收集效益；AEe为由绿色屋顶直接建筑节能效益驱动避免的跨城市边界能源足迹，MJ；AEw为由绿色屋顶直接雨水收集效益驱动避免的跨城市边界能源足迹，MJ；AWe为由绿色屋顶直接建筑节能效益避免的跨城市边界水足迹，L；AWw为由绿色屋顶直接雨水收集效益避免的跨城市边界水足迹，L；ACe为由绿色屋顶直接建筑节能效益避免的跨城市边界碳足迹，kg CO2(eq)；ACw为由绿色屋顶直接雨水收集效益避免的跨城市边界碳足迹，kg CO2(eq)。

[0093] 如图2所示，本发明所提供的一种城市绿色屋顶规划布局系统，包括：

[0094] 城市绿色屋顶属性数据库建立模块201，用于根据城市高分遥感图像和街景三维地图数据建立城市绿色屋顶属性数据库；所述城市绿色屋顶属性数据库包括：城市气象参数和基本建筑信息；

[0095] 城市绿色屋顶建设面积确定模块202，用于根据城市绿色屋顶属性数据库利用ArcMap对城市可建绿色屋顶进行筛选分析，确定城市绿色屋顶建设面积；

[0096] 绿色屋顶基准模型构建模块203，用于根据城市绿色屋顶建设面积构建绿色屋顶基准模型；所述绿色屋顶基准模型的结构层包括：防水层、排水层、过滤层、基质层和植株层；

[0097] 直接效益确定模块204，用于根据绿色屋顶基准模型，进行绿色屋顶规划布局多情景模拟，得到对应的绿色屋顶能源和水相关直接效益；绿色屋顶规划布局多情景模拟为：绿色屋顶基准模型中建筑位置及布局方式不变，绿色屋顶类型和绿色屋顶植被配置改变；

[0098] 最优绿色屋顶规划布局方案确定模块205，用于根据绿色屋顶能源和水相关直接效益对不同情景下的绿色屋顶直接能源‑水效益进行计算，将计算结果最大的方案确定为最优绿色屋顶规划布局方案。

[0099] 本发明针对主要城市会遇到的挑战，如电力紧张、水资源紧张等提供适宜的潜在的屋顶场所资源。在搭建城市绿色屋顶属性数据库的基础上，构建基准案例方案，并设定不同绿色屋顶布局的情景系列，逐一进行了模拟运行；在定量分析模拟结果的基础上，筛选出最优的绿色屋顶规划设计方案，利用最优绿色屋顶规划方案对城市建筑进行绿色屋顶规划。本发明具有适用范围广、精度高以及成本低等优点，对于城市能源和水资源协同管理以及屋顶资源高效利用具有重要的理论及应用价值。

[0100] 为了执行上述实施例一对应的方法，以实现相应的功能和技术效果，本发明所提供的一种城市绿色屋顶规划布局系统，包括：至少一个处理器、至少一个存储器以及存储在所述存储器中的计算机程序指令，当所述计算机程序指令被所述处理器执行时实现所述的一种城市绿色屋顶规划布局方法。

[0101] 本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

[0102] 本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。