一种基于热声耦合作用的广场环境舒适度评价方法

1.本发明涉及城市公共空间环境技术领域，具体涉及一种基于热声耦合作用的广场环境舒适度评价方法及系统。


背景技术：

2.随着生活水平的不断提高，城市居民对于人居环境质量的要求也在不断提升，然而城市化建设的加速推进引发了一系列环境问题，其中最严峻的是气候变化与噪声污染，二者会显著影响城市广场等公共空间的环境舒适度。当前，对于环境舒适度的关注主要集中在极端环境、大气环境等明显影响身体健康或者能够外显感知的单一环境因素，对于人居环境的改善手段也主要集中在室内环境控制。然而，随着人们对室外活动的强烈需求与室外环境的加剧恶化，如何评价和营造舒适的室外人居环境还没有系统的，完整的理论与技术。
3.现有研究多局限于室外单一热、声环境对于舒适度的影响，由于人类生活在不同因素共同作用的环境中，研究单一因素对人体环境感知的影响机制并不能够很好地代表人在环境中的真实感受，同时仅依据单一因素的影响作用机制也无法对广场室外等非稳态环境的舒适度带来有效的预测结果。


技术实现要素：

4.为了解决现有技术多局限于室外单一热、声环境对于舒适度的影响，仅依据单一因素的影响作用机制也无法对广场室外等非稳态环境的舒适度带来有效的预测结果的问题，本发明提供一种基于热声耦合作用的广场环境舒适度评价方法，该方案主要包括：采集每个季节广场的热声环境参数，并对广场的总体舒适度建立舒适度评价集；对每个热声环境参数与环境舒适度评价集进行相关性分析，获取最佳环境参数；对最佳环境参数和广场的舒适度评价集进行拟合获取显著性指标和判定系数；根据显著性指标和判定系数确定回归方法，并利用确定的回归方法建立热声耦合作用下最佳环境参数与舒适度评价集的隶属函数，对广场每个季节的环境舒适度进行评价。本发明依据热声耦合作用的影响机制对广场环境的舒适度进行评价，能够有效了解空间及环境在使用时的局限性，从而帮助进行针对性的改善提升。
5.本发明采用如下技术方案：一种基于热声耦合作用的广场环境舒适度评价方法，包括：
6.采集每个季节广场的热声环境参数，并对广场的总体舒适度建立舒适度评价集；
7.利用斯皮尔曼等级相关分析对每个热声环境参数与环境舒适度评价集进行相关性分析，获取影响广场舒适度的热声环境参数作为最佳环境参数；
8.利用曲线估计方法对最佳环境参数和广场的舒适度评价集进行拟合，获取显著性指标和判定系数，并根据显著性指标和判定系数确定回归方法，
9.利用确定的回归方法建立热声耦合作用下最佳环境参数与舒适度评价集的隶属
函数，根据隶属函数对广场每个季节的环境舒适度进行评价。
10.进一步的，所述热声环境参数包括热环境参数和声环境参数，具体包括：
11.所述热环境参数包括：空气温度、相对湿度、风速与风向、太阳辐射、生理等效温度和通用热气候指数；
12.所述声环境参数包括：声源类型、频谱特征、声压级时空分布以及等效连续a声级。
13.进一步的，获取影响广场舒适度的热声环境参数作为最佳环境参数之后，还包括：
14.利用偏相关分析法对最佳环境参数和广场的舒适度评价集进行线性相关分析；
15.利用多因子变异数分析法对最佳环境参数和广场的舒适度评价集进行热声耦合作用的影响分析，获取热声耦合作用下广场的总体舒适度变化趋势。
16.进一步的，获取广场每个季节的环境舒适度之后，还包括：
17.根据广场每个季节的环境舒适度建立ascii码格式的数据文件；
18.应用surfer软件载入建立的ascii码数据文件，选择数据范围读取ascii码数据文件并进行网格化处理；
19.利用克里金插值法生成grd文件，并对文件进行可视化设置，得到每个季节的广场环境舒适度地图。
20.进一步的，所述ascii码数据文件包含三列，分别为x列、y列以及z列；
21.其中，x列和y列分别表示广场区域网格中心点的x坐标和y坐标，z列为在坐标(x，y)处的舒适度计算值。
22.进一步的，所述曲线估计方法包括：线性模型、二次曲线模型、三次曲线模型以及对数曲线模型。
23.本发明的有益效果是：本发明首先引入了总体舒适度指标，由于特定环境条件对于相应舒适度的影响作用并不能够代表人在环境中的真实感受，本发明中提出总体舒适度更具有全面性和普适性，进而通过探究热声耦合作用对于广场环境舒适度评价的影响效应，建立热声环境参数与环境舒适度评价集的隶属函数，在此过程中还考虑到季节变化带来的影响，能够从环境的实际改善诉求出发进行舒适度的评价，能够对广场空间的效能做出有效评价，通过对于场地环境的舒适度现状进行探究，可以有效了解空间及环境在使用时的局限性并在设计时有针对性的进行改善提升，具有重要的应用价值和现实意义。
附图说明
24.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，下面将对实施例或现有技术描述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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
25.图1为本发明实施例的一种基于热声耦合作用的广场环境舒适度评价方法流程示意图；
26.图2为本发明实施例中各个季节广场的总体舒适度评价变化趋势示意图。
具体实施方式
27.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。
28.如图1所示，为本发明实施例的一种基于热声耦合作用的广场环境舒适度评价方法流程示意图，包括：
29.101.采集每个季节广场的热声环境参数，并对广场的总体舒适度建立舒适度评价集；
30.由于人类始终生活在不同因素共同作用的环境中，研究特定环境条件对于相应舒适度的影响作用并不能够代表人在环境中的真实感受，因此需要引入总体指标作为衡量环境品质的综合指标，本实施例选择总体舒适度作为广场环境舒适度的评价指标，通过问卷调查探究在多种因素的综合作用下，热声环境耦合作用对广场使用者总体舒适度评价的影响效应。考虑到不同季节的气候条件变化较大且使用者在不同季节的主观感知存在一定差异，为了使评价结果更加准确，本实施例使用7点李克特量表对总体舒适度进行评价，将评价集定义为v＝{ocv(总体舒适度)＝-3(非常不舒适)、-2(不舒适)、-1(稍不舒适)、0(适中)、1(稍舒适)、2(舒适)、3(非常舒适)}。
31.进一步使用小型气象站通过定点监测的方式采集广场不同季节(冬季、夏季与过渡季节)的热、声环境参数，其中热声环境参数包括热环境参数和声环境参数，热环境参数包括：空气温度、相对湿度、风速与风向、太阳辐射等参数，由于室外热环境并不稳定，广场使用者接受主观调查时的热环境及其衣着、运动状态等方面均存在差异，因此本实施例进一步计算了生理等效温度(pet)、通用热气候指数(utci)等热舒适指数同样作为热环境参数；声环境参数包括：声源类型、频谱特征、声压级时空分布以及等效连续a声级。
32.在一个具体实施例中，本发明为了探究热声综合作用对广场环境舒适度评价的影响，选择三个中小型休闲广场进行参数采集，在三个广场中设置四组固定测点，时间选择为冬季(1月和3月)、过渡季(5月和11月)以及夏季(7月和8月)，各选择两个具备典型气象条件的日期进行热声环境监测，环境监测时采用bes-01温度采集器记录黑球温度，bes-02温湿度采集记录器记录空气温度和相对湿度，kestrel5500小型气象站记录风速；采用bswa801型噪声振动分析仪记录交通噪声的声压级，监测前分别对仪器进行了校准检验，现场仪器均按照iso7726标准进行设置，并由三脚架固定及手持置于距地面1.2—1.5m处。
33.102.利用斯皮尔曼等级相关分析对每个热声环境参数与环境舒适度评价集进行相关性分析，获取影响广场舒适度的热声环境参数作为最佳环境参数；
34.在一个具体实施例中，首先通过斯皮尔曼等级相关分析对不同热声环境参数指标与总体舒适度评价的相关关系进行分析，从而筛选出最佳的热声环境参数指标，筛选涉及的热环境参数指标分别为空气温度、风速、相对湿度等单一指标以及平均辐射温度、通用热气候指数(utci)等综合指标；涉及的声环境参数指标为声源类型(仅以交通声为例)、声压级(spl)和等效连续a声级(laeq)，由于目前声环境感知评价缺乏相应的综合参数指标且广场周围的声源较为明确，因此评价时均采用单一指标。
35.通过斯皮尔曼等级相关分析对不同热声环境参数指标与总体舒适度评价的相关关系的分析结果如表1所示：
36.表1不同季节参数与总体舒适度的相关性分析表
[0037][0038]
表1中，**代表p(双尾)＜0.01，*代表p(单尾)＜0.05。
[0039]
由表1可以看出，在热环境参数指标中，相对湿度与总体舒适度基本无相关关系，风速的相关性较低，相关性r的绝对值均小于0.25；空气温度、平均辐射温度及utci与总体舒适度的相关性尚可，由于utci考虑了生理效应的影响，因此始终存在显著的相关关系，相关性r的绝对值在0.33-0.47之间，同时，声环境参数指标与总体舒适度始终存在显著的负相关关系，r的绝对值在0.24-0.43之间，laeq的相关性略高且更加适用于不连续且波动性较大的交通声，因此，通过对热声环境参数指标进行筛选分析，本实施例确定热声环境的最佳环境参数分别为通用热气候指数(utci)和等效连续a声级(laeq)。
[0040]
然而由于热声环境参数指标utci及laeq与不同季节的总体舒适度评价均存在显著的相关关系，说明总体舒适度评价受到热声综合作用的影响，因此需要对其进行控制性相关分析，获取影响广场舒适度的热声环境参数作为最佳环境参数之后，还包括：
[0041]
利用偏相关分析法对最佳环境参数和广场的舒适度评价集进行线性相关分析；本实施例通过偏相关分析方法发现，utci与三个季节的总体舒适度评价存在显著相关关系(p＜0.01)，相关性r的绝对值在0.71-0.93之间，utci在冬季与总舒适度中度正相关，在过渡季高度正相关，在夏季高度负相关；laeq与总体舒适度存在相关关系(p小于0.01)，相关性r的绝对值在0.60-0.71之间，说明laeq在三个季节与总体舒适度中度负相关，通过偏相关分析结果可知，utci、laeq与总体舒适度的相关性在冬季要低于其他两个季节，这应该与冬季的气候条件有关，冬季低温在一定程度上抑制了人体对于环境感知的敏感度；同时，与过渡季及夏季相比，冬季的自然环境状况也会导致声音的传播以及声环境存在一定差异。
[0042]
利用多因子变异数分析法对最佳环境参数和广场的舒适度评价集进行热声耦合作用的影响分析，从而获取热声耦合作用下广场的总体舒适度变化趋势，分析热声耦合作用影响的的显著性如表2所示：在热声耦合作用下，若utci的主效应对三个季节的总体舒适度影响显著，则体现为(p＜0.01)；laeq的主效应对过渡季及夏季总体舒适度影响显著体现为(p＜0.05)；utci与laeq的交互作用对受访者冬季的总体舒适度影响显著体现为(p＜0.05)，对于过渡季及夏季的总体舒适度无显著影响则体现为(p＞0.05)。
[0043]
表2热声耦合作用影响的显著性分析表
[0044]
[0045]
如图2所示，为热声耦合作用下各个季节广场的总体舒适度变化趋势示意图，可以看出，在热声耦合作用下，当交通声的laeq相同时，总体舒适度在冬季随utci升高而上升，在夏季则随utci升高而下降；同时，在热声耦合作用下，当utci水平相同时，总体舒适度在过渡季和夏季均随交通声laeq的增大而下降，平均极差在0.8—0.9；utci与laeq的交互作用对于广场中居民在冬季的总体舒适度影响显著，当冬季交通声的laeq较高时，无论utci如何变化，居民的总体舒适度评价始终较低。
[0046]
103.利用曲线估计方法对最佳环境参数和广场的舒适度评价集进行拟合，获取显著性指标和判定系数，根据显著性指标和判定系数确定回归方法；
[0047]
在一个具体实施例中，为了更加准确地探究热声环境参数与总体舒适度之间的数量关系，本实施例运用曲线估计方法分别对热声环境参数指标utci及laeq(自变量)与总体舒适度(因变量)的关系进行拟合，通过对拟合得到的显著性指标sig.(p值)和判定系数r2进行比较，从而确定主要考虑的拟合模型，本实施例中所考虑的曲线估计方法包括：线性模型、二次曲线模型、三次曲线模型以及对数曲线模型，其拟合结果如表3所示：
[0048]
表3热声环境参数与总体舒适度之间的拟合模型对照表
[0049][0050][0051]
表中，**代表p＜0.01(双尾)，*代表p＜0.05(单尾)；
[0052]
104.利用确定的回归方法建立热声耦合作用下最佳环境参数与舒适度评价集的隶属函数；
[0053]
通过对比utci、laeq与总体舒适度拟合模型的判定系数r2可知，不同季节时所有模型的显著性指标p值均小于0.01，表明utci、laeq与总体舒适度之间均分别具有极显著的统计学意义，在本实施例给出的四种拟合模型中，虽然二次及三次曲线模型的拟合优度要略高于线性模型，但其差异并不十分明显，判定系数r2的最大差值也仅在0.05左右，因此，本实施例综合考虑模型的简易程度、检验方法及可操作性等因素，采用线性回归方法对utci及laeq与总体舒适度的数量关系进行探究，得到的隶属函数为：
[0054]
冬季：ocv＝1.720+0.020utci-0.029laeq(r2＝0.587)
[0055]
过渡季：ocv＝4.780+0.037utci-0.074laeq(r2＝0.620)
[0056]
夏季：ocv＝6.508-0.077utci-0.058laeq(r2＝0.682)
[0057]
其中，ocv表示总体舒适度；每个季节的隶属函数中的具体数值，如冬季中的
1.720,0.020，过渡季中的4.780,0.037等均为本实施例中线性回归方法输出的参数值，其可看作一个未知常量，使用不同的回归方法则该参数值也对应不同。
[0058]
105.根据隶属函数获取广场每个季节的环境舒适度进行评价。
[0059]
根据本实施例中得到的隶属函数即可对广场每个季节的环境舒适度进行评价，三个季节舒适度评价模型的判定系数r2在0.587—0.682之间，说明总体舒适度的变异中可由utci和laeq解释的部分所占比例在58.7％—68.2％左右，由此可知，虽然总体舒适度的影响因素众多，但热声环境对于总体舒适度的影响是十分显著的。
[0060]
通过对比舒适度评价模型可以发现，utci、laeq对于总体舒适度的影响作用在不同季节存在显著差异，总体舒适度与utci在冬季及过渡季均呈正相关关系，当laeq不变时，utci每升高1.0℃，总体舒适度在冬季和过渡季分别提高0.020和0.037；但总体舒适度与utci在夏季呈负相关关系，当laeq不变时，utci每升高1.0℃，总体舒适度降低0.077，与此同时，总体舒适度与laeq在三个季节始终呈负相关关系，当utci不变时，laeq每增大1.0db(a)，总体舒适度分别降低0.029(冬季)、0.074(过渡季)和0.058(夏季)。
[0061]
获取广场每个季节的环境舒适度之后，还包括：
[0062]
根据广场每个季节的环境舒适度建立ascii码格式的数据文件；应用surfer软件载入建立的ascii码数据文件，选择数据范围读取ascii码数据文件并进行网格化处理；利用克里金法生成grd文件，并对文件进行可视化设置，得到每个季节的广场环境舒适度地图，通过生成不同季节的广场环境舒适度地图，对评价结果进行可视化表达与分析；其中，ascii码数据文件包含三列，分别为x列、y列以及z列，x列和y列分别表示广场区域网格中心点的x坐标和y坐标，z列为在坐标(x，y)处的舒适度计算值。
[0063]
本发明首先引入了总体舒适度指标，由于特定环境条件对于相应舒适度的影响作用并不能够代表人在环境中的真实感受，本发明中提出总体舒适度更具有全面性和普适性，进而通过探究热声耦合作用对于广场环境舒适度评价的影响效应，建立热声环境参数与环境舒适度评价集的隶属函数，在此过程中还考虑到季节变化带来的影响，能够从环境的实际改善诉求出发进行舒适度的评价，能够对广场空间的效能做出有效评价，通过对于场地环境的舒适度现状进行探究，可以有效了解空间及环境在使用时的局限性并在设计时有针对性的进行改善提升，具有重要的应用价值和现实意义。
[0064]
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种基于热声耦合作用的广场环境舒适度评价方法，其特征在于，包括：采集每个季节广场的热声环境参数，并对广场的总体舒适度建立舒适度评价集；利用斯皮尔曼等级相关分析对每个热声环境参数与环境舒适度评价集进行相关性分析，获取影响广场舒适度的热声环境参数作为最佳环境参数；利用曲线估计方法对最佳环境参数和广场的舒适度评价集进行拟合，获取显著性指标和判定系数，并根据显著性指标和判定系数确定回归方法；利用确定的回归方法建立热声耦合作用下最佳环境参数与舒适度评价集的隶属函数，根据隶属函数对广场每个季节的环境舒适度进行评价。2.根据权利要求1所述的一种基于热声耦合作用的广场环境舒适度评价方法，其特征在于，所述热声环境参数包括热环境参数和声环境参数，具体包括：所述热环境参数包括：空气温度、相对湿度、风速与风向、太阳辐射、生理等效温度和通用热气候指数；所述声环境参数包括：声源类型、频谱特征、声压级时空分布以及等效连续a声级。3.根据权利要求2所述的一种基于热声耦合作用的广场环境舒适度评价方法，其特征在于，获取影响广场舒适度的热声环境参数作为最佳环境参数之后，还包括：利用偏相关分析法对最佳环境参数和广场的舒适度评价集进行线性相关分析；利用多因子变异数分析法对最佳环境参数和广场的舒适度评价集进行热声耦合作用的影响分析，获取热声耦合作用下广场的总体舒适度变化趋势。4.根据权利要求1所述的一种基于热声耦合作用的广场环境舒适度评价方法，其特征在于，获取广场每个季节的环境舒适度之后，还包括：根据广场每个季节的环境舒适度建立ascii码格式的数据文件；应用surfer软件载入建立的ascii码数据文件，选择数据范围读取ascii码数据文件并进行网格化处理；利用克里金插值法生成grd文件，并对文件进行可视化设置，得到每个季节的广场环境舒适度地图。5.根据权利要求4所述的一种基于热声耦合作用的广场环境舒适度评价方法，其特征在于，所述ascii码数据文件包含三列，分别为x列、y列以及z列；其中，x列和y列分别表示广场区域网格中心点的x坐标和y坐标，z列为在坐标(x，y)处的舒适度计算值。6.根据权利要求1所述的一种基于热声耦合作用的广场环境舒适度评价方法，其特征在于，所述曲线估计方法包括：线性模型、二次曲线模型、三次曲线模型以及对数曲线模型。

技术总结
本发明涉及城市公共空间环境评价领域，具体涉及一种基于热声耦合作用的广场环境舒适度评价方法。采集每个季节广场的热声环境参数并建立舒适度评价集；对热声环境参数与环境舒适度评价集进行相关性分析，获取最佳环境参数；对最佳环境参数和广场的舒适度评价集进行拟合获取显著性指标和判定系数；根据显著性指标和判定系数确定回归方法，从而建立热声耦合作用下最佳环境参数与舒适度评价集的隶属函数对广场每个季节的环境舒适度进行评价。本发明依据热声耦合作用的影响机制对广场环境的舒适度进行综合评价，能够有效了解城市公共空间及其环境在使用时的局限性，进行有针对性的改善提升。改善提升。改善提升。


技术研发人员：金雨蒙 康健 金虹
受保护的技术使用者：苏州科技大学
技术研发日：2023.05.31
技术公布日：2023/10/7