第十届全国大学生GIS应用技能大赛下午（试题及参考答案）

一、试题

1. 案例背景

太阳能是一种可再生能源，是指太阳的热辐射能。太阳能资源丰富，既可免费使用，又无需运输，对环境无任何污染。太阳能的利用目前还不是很普及，太阳能的使用受到昼夜、季节、地理纬度和海拔高度等自然条件的限制以及晴、阴、云、雨等随机因素的影响。
某住宅小区希望在屋顶安装太阳能，供给家庭日常用电。你将为该小区评估是否适合安装太阳能电池板。

2．分析要求

（1）根据建筑物修正DTM

1）为 Building添加属性字段【基本高度】，并计算数值。
基本高度指建筑物底部高程值，计算每栋建筑物范围的DTM的平均值，保留2位小数位数。
2）修正DTM 数据，将结果命名为“DTM 修正”。
建筑物所在位置对应的DTM应是平整的，高程值为建筑物的基本高度。

（2）计算每栋房屋的其它基础信息

1）请为 Building 添加属性字段【最大高度】，并计算数值）
最大高度指建筑物屋顶的最大高程值，保留2位小数位数。
2）请为 Building 添加属性字段【建筑物高度】，并计算数值
建筑物高度指建筑物本身高度，保留 2 位小数位数 。
3）填写建筑物屋顶形态。
屋顶形态分为平屋顶、双坡屋顶、四坡屋顶。屋顶朝向分为平面、东、南、西、北、东南、西南、东北和西北。如果建筑物是双坡屋顶，请填写 2个屋顶朝向；如果建筑物是四坡屋顶，请填写 4个屋顶朝向。

（3）创建房屋屋顶区域 2021 年每月预计获得太阳辐射量栅格数据，在环境设置中，将Building作为掩膜

1）【太阳辐射区域】工具可以计算从栅格表面获得的入射太阳辐射。输出总辐射栅格用于表示为输入表面的每个位置所计算的全局辐射或全部日照入射量（直射 + 散射）的输出栅格。输出单位为瓦特小时每平方米 (WH/m2)。
a）本题工具主参数中天空大小为 200，间隔小时数 0.5，其它主参数请自行研究。
b）本题工具地形参数中地形方向为 16，其它保持不变。
2）太阳辐射区域工具计算的太阳辐射量为假设该区域全部晴天可以获得的太阳辐射量。实际太阳辐射受晴、阴、云、雨等随机因素的影响。为了简化计算，我们把天气分为晴天和非晴天，晴天可以获得太阳辐射区域工具计算的全部太阳辐射量，非晴天则无法获得任何太阳辐射量。
3）该区域 2021年每月晴天数据如下：

4）根据每月晴天数据，创建房屋屋顶范围内 2021年每月太阳辐射量栅格数据，像元值表示瓦特小时每平方米 (WH/m2)。请命名为“太阳辐射 1月”、“太阳辐射 2月”、“太阳辐射 3月”，以此类推，并完成下表。

（4）计算 8 月份可用房屋屋顶范围内的太阳辐射量，在环境设置中，将 Building作为掩膜

考虑到太阳能电池板的能效，符合以下条件的屋顶才适合安装电池板。
1）如果屋顶坡度小于等于 15度，则任何屋顶方向都可以安装太阳能电池板。
2）如果屋顶坡度大于 15度，且小于等于 30度，则屋顶朝向不可以朝北（北方为大于等于 337.5，或者小于等于 22.5度）。
3）如果屋顶坡度大于 30度，且小于等于 45度，则屋顶朝向不可以朝北、东北和西北（东北为大于 22.5度且小于等于 67.5度，西北为大于等于 292.5且小于 337.5度）。
4）创建 2021年 8月，符合以上条件要求的房屋屋顶范围内的太阳辐射量栅格数据，命名为“可用辐射 8月”，像元值表示瓦特小时每平方米 (WH/m2)。

（5）计算 8 月份每栋房屋可接收的太阳辐射量，在环境设置中，将 Building作为掩膜

1）为 Building添加属性字段【可用面积】，计算每栋房屋屋顶可用太阳辐射区域的面积。
面积单位为平方米，保留
2位小数位数。 1平方英尺 =0.093平方米。
2）为 Building添加属性字段【可用辐射量 8月】，计算每栋房屋屋顶 8月可接收太阳辐射量。
a）如果该栋房屋可用面积小于 25平 方米，则该栋房屋不适合安装太阳能电池板，无需计算可接收太阳辐射量。
b）可用辐射量单位为千瓦时（ kWH），保留 2位小数位数。

二、数据说明

数据名称	数据类型	数据说明
Building	.shp	建筑物数据
DSM	.tif	数字表面模型
DTM	.tif	数字地面模型

三、解题步骤

1. 根据建筑物修正DTM

（1）添加【基本高度】并计算数值

打开“Building”属性表，添加【基本高度】字段，如图1.1所示。用【以表格显示分区统计】工具统计平均值，如图1.2所示，然后将“Building”和输出的表格连接，用计算字段将值赋给基本高并保留两位小数，如图1.3所示，结果如图1.4所示。

图1.1 添加【基本高度】字段

图1.2 统计平均值

图1.3 保留两位小数赋值

图1.4 基本高度结果图

（2）修正DTM数据

将“Building”以值“基本高度”面转栅格，如图1.5所示，然后将面镶嵌到“DTM修正”栅格上，结果如图1.6所示。

图1.5 面转栅格

图1.6 DTM修正图

2. 计算每栋房屋的其它基础信息

（1）为 Building 添加字段并计算数值

创建“最大高度”和“建筑物高度”，如图2.1所示。用【以表格显示分区统计】工具统计最大值，将值赋给最大高度并保留两位小数，接着计算建筑物高度，建筑物高度=最大高度-基本高度，结果如图2.2所示。

图2.1 添加字段

图2.2 结果图

（2）确定建筑物屋顶形态

对DSM做坡向，掩膜为“Building”，如图2.3所示。做出来后依次查看这5栋房屋的坡向，如图2.4所示，填表如图2.5所示。

图2.3 坡向掩膜

图2.4 坡向结果图

图2.5 填表

3. 创建屋顶区域 2021 年每月预计获得太阳辐射量栅格数据

（1）计算太阳辐射

打开【空间分析工具】|【太阳辐射】|【太阳辐射区域】工具，设置如图3.1所示，并将掩膜设置为“Building”，结果如图3.2所示

图3.1 【太阳辐射区域】

图3.2 太阳辐射结果

（2）计算每月太阳辐射

“太阳辐射”分别创建了12个月的值。用每个月的值乘以晴天数除以每月天数可得每月太阳辐射量栅格数据，我们利用【栅格计算器】来计算，1月的如图3.3所示，结果如图3.4所示，依次计算剩下11个月的太阳辐射量。

图3.3 【栅格计算器】计算

图3.4 太阳辐射1月

4. 计算 8 月份可用房屋屋顶范围内的太阳辐射量

（1）计算坡度

对DSM使用坡度，掩膜为“Building”，结果如图4.1所示。

图4.1 坡度图

（2）分类

利用栅格计算器进行分类，分别创建低坡度、中坡度非北和大坡度非北西北东北，如图4.2~4.7所示。

图4.2 低坡度栅格计算器设置

图4.3 计算结果

图4.4 中坡度非北栅格计算器设置

图4.5 计算结果

图4.6 大坡度非北西北东北栅格计算器设置

图4.7 计算结果

（3）计算最终结果

用栅格计算器得到可用屋顶，如图4.8所示，然后用条件函数计算最终结果，如图4.9所示，结果如图4.10所示。

图4.8 计算可用屋顶

图4.9 条件函数设置图

图4.10 八月可用辐射图

5. 计算 8 月份每栋房屋可接收的太阳辐射量

（1）计算每栋房屋总辐射量

添加“可用面积”和“可用辐射8月”字段，用【以表格显示分区统计】工具计算面积和辐射量，如图5.1所示，结果如图5.2所示。

图5.1 【以表格显示分区统计】

图5.2 结果图

（2）计算可用面积

表格连接“Building”和上表，然后用计算字段计算可用面积，如图5.3所示，结果如图5.4所示。

图5.3 【计算字段】

图5.4 可用面积结果图

（3）选择可用房屋

按属性选择出可用面积大于等于25的房屋，结果如图5.5所示。

图5.5 选择可用面积>=25的房屋

（4）计算八月可用辐射

用【计算字段】计算出可用辐射8月，如图5.6所示，结果如图5.7所示。

图5.6 【计算字段】

图5.7 可用辐射8月计算结果

四、随笔

笔者有些懒，矢量化就没做，大家多多体谅。
有问题欢迎留言讨论。
有问题的地方敬请批评指正。

五、数据下载

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