城市光污染立体地图的空间模型与构建理论研究

With the development of new technologies of light source and urban demand, urban environment and energy problems caused by light pollution are increasing. Light pollution map played an important role to grasp the global process of light pollution and urbanization pattern changes. Compared with the international research platform, there are few efforts and results of pollution map research in China. Light pollution map conforming to China's national conditions is established, which will be a major contribution to the policy formulation and the international comparison. .The research makes a breakthrough in the sky light map mode and expands its range from the night sky to the city circle. The study will establish the tridimensional map of light pollution in the urban inner space through dynamic monitoring, model construction and mechanism analysis, based on three levels including surface layer, urban canopy, and the sky zenith layer. From state space modes for light pollution, difference and relevance of the spectrum, photometry and chrominance of different space in the city are studied. Multimode light pollution map distribution characteristics and mechanism, numerical models and image models, quantitative evaluation index and hierarchies of light pollution will be researched under the influence of particle concentration and meteorological elements. It makes night light pollution tridimensional map realize informationization and visualization which will become a new theoretical research method for light pollution control. Therefore, the method from quantitative research to visualization analyses base on a large number of data will have a certain application value to the regional, urban and global scale in city plan and management.

随着新光源技术和城市需求的发展，光污染引发的环境和能源问题日益突出，光污染地图对掌握全球光污染进程、城市化格局变化起到了重要作用。与国际相比，我国光污染地图研究的深入力度和成果不多，建立符合我国国情的光污染地图，对制定其政策和开展国际化比较具有重要贡献。.本项目突破以夜天空光为主的地图模式，将光污染地图研究从天空光扩展到城市圈，立足城市地表层、冠层、夜空层三个层次，通过动态监测、模型构建和机理剖析,建立城市光污染立体地图。挖掘光污染地图的状态空间模型，研究空间光谱、光色度分布的差异性和关联性，探讨其评价指标。重点研究气象信息和颗粒物影响下，多状态光污染地图非线性特征和发亮机理，建立数值和图像模型，并最终实现立体光污染地图的信息化、可视化，从而为光污染研究提供一种新的理论研究方法。因此，这种将大量数据资料的定量分析转向城市可视化的研究，在区域、城市和全球等尺度的城市规划与管理都具有应用价值。

随着现代化城市的发展，智能夜间光环境监测已经成为城市建设发展中重要内容之一。课题组通过多地实测、长期监测、机理分析、典型区域模拟与对比等工作，从光环境分层监测方案、模型构建以及空间地图的可视化，逐步深入完成相关任务。.本课题是通过城市分层次依次进行光环境研究的。对城市夜空层的分析中，发现城市夜间天空的亮度是随时间呈现规律性变化，典型夜天空亮度大致分成五个阶段，每个阶段均有各自的变化的特点和主要照明源。在对影响因子的分析中，云层对天空夜间光环境影响最大，会成倍增强城市光污染程度；空气颗粒物浓度会影响城市光环境观测，空气质量为轻度污染时亮度为空气质量为优时亮度值约4.5倍左右；月相主要造成城市夜空光环境整体呈现阶段性变化。.在冠层观测中，城市整体空间的光环境各层次之间是存在相互影响关系的，其中城市冠层受到的影响最大，并且在城市整体空间光环境中，不仅亮度，色温、色度分布均会随夜间时间呈现规律性变化。单色光对于区域天空光污染有一定的影响，其中红色光较复合光的影响最大，绿色光影响最小。.在地表层观测中，发现城市各功能区域的空间光环境明显存在差异性，其中商业街区的光环境呈现高亮度、低色温的光污染分布；居民区呈现低亮度、高色温的分布状体；商业功能区域的照明对其他区域的照明影响最大；城市广场的光谱集中分布在橙色光范围590-610nm，在LED影响下，还有部分短波光谱成分，与区域建设时间和主要光源类型有关。.将城市光污染进行可视化，结合地理信息、ArcGis系统以及遥感技术，提出了光污染结合地理信息系统可视化表达方法。在此基础上，并拓展研究了遥感观测的城市夜间光环境趋势问题，星海湾、青泥洼桥、海军广场、港湾广场街道在三个夜间灯光参量中都属于数值较高的区域；而黑石礁、马栏、春柳街道在三个参量中都属于数值较低的街道，利用遥感夜光数据研究了大连市城市中心区域和城市边缘区域夜间光环境分布及衰减趋势。.本课题的研究，取得了系列成果，发表论文10篇，其中期刊论文8篇，会议论文2篇，SCI检索2篇；获发明专利1项；培养研究生4人，其中1人次获得校级优秀硕士论文。该研究成果对未来可持续的智慧城市的光污染监测具有重要的推广价值和应用价值。