建筑节能遥感监测的价值阐述

作者：施一明 邹骁 谈曦 赖春林 单位：浙江大学智能系统和控制研究所

遥感影像数据预处理主要包括对遥感影像的几何精纠正、遥感影像的镶嵌、遥感影像的配准以及规划专题图和遥感影像的匹配。建筑基础数据主要包括建筑物的坐标、围保、类型等基础数据，主要通过人工统计及其他系统导入的方式获取；建筑能耗数据通过建立在建筑用能体系内的实时能耗采集系统，对建筑的分类分项能耗进行实时采集，并通过网络传输至数据中心。汇总了遥感影像数据和建筑能耗及基础数据后，根据建筑监管业务的不同需要，按照不同的数据颗粒度，对建筑进行建模，并建立建筑节能与绿色建筑模型数据库。在建筑节能评价指标体系的基础上，根据节能及舒适度特征量化描述的集合，并从数据指标体系中选取适当的数据指标进行组合，对建筑的节能数据指标体系定量评价，判断建筑综合能效水平的高低，数据分析与挖掘的结果主要包括：①建筑围保与空调能耗的评估；②城市建筑屋顶可再生能源现状的潜力评估；③城市热岛与城市建筑能耗关联分析；④城市建筑能耗密度分析；⑤城市建筑能耗趋势预测。节能监察大队在数据分析的基础上，对管辖区域内的建筑节能工作开展现状进行评估，并对节能工作效果进行监察。建筑节能主管部门通过监测数据和分析结果，了解建筑节能工作开展的薄弱环节和工作重点，并以监测数据为依据，制定下一阶段的节能政策。

监测对象

监测对象主要包括空间信息数据、建筑动态信息数据、建筑静态信息数据3种。空间信息数据主要包括遥感数据和地理信息数据。建筑动态信息数据主要包括建筑能耗数据和建筑环境气象数据。建筑静态信息数据主要包含建筑物围保系统信息和房地产信息。而监测要素则主要包括以下几种。

1遥感数据热红外遥感影像主要包括地表温度反演和热岛效应反演要素。地表温度反演和热岛效应反演可通过单一热红外通道方法、分裂窗方法、基于MODIS探测仪的白天/夜间MODISLST方法实现。

2建筑能耗主要检测以下要素：(1)建筑围保与空调能耗评估是指通过分析空调冷热负荷所消耗的能量与建筑围保系统的关系，改善建筑围保系统降低空调能耗。(2)可再生能源利用现状及开发潜力评估是指通过对城市建筑物屋顶的光伏、光热、空气源热泵等可再生能源分布的现状普查、分布情况及潜力评估，结合高分遥感技术，对建筑屋顶进行分类识别，筛选出可利用可再生能源的建筑，便于未来开发利用。(3)城市热岛与城市建筑能耗关联分析是指利用分辨率较低的红外遥感图，结合建筑的耗能热岛的分布情况，分析出典型季节和典型时间段(白天、黑夜、冬季、夏季)城市能耗的高密度点与温度高点的关系。(4)城市建筑能耗密度分析是指通过分析城市建筑能耗密度图(白天、夜间)、总能耗/建筑面积、总能耗/占地面积之间的关系，总结出典型城市建筑的能耗密度。(5)城市建筑能耗趋势预测是指通过分析各类建筑的典型建筑能耗，利用地面的房产信息，对建筑物分布做类别区划，通过计算每类建筑的用能特点和面积，计算整个城市的用能情况，对城市未来的能耗趋势做出预测。(6)地表温度反演要素：利用热红外遥感波段数据，采用热红外辐射传输模型反演得到地表温度，具体应用时可根据遥感热红外波段的设置采用单窗或分裂窗算法进行地表温度反演。(7)城市热岛要素：利用地表温度遥感反演数据，分析比较得出城市冷热源分布情况，根据冷然源分布确认城市热岛要素信息。(8)城市建筑物与周边环境要素：利用高分遥感数据，采用面向对象的分类技术，实现建筑物与周边环境要素的空间分布要素信息。

监测数据获取

监测数据的获取应遵循真实性、准确性、时效性、连续性、保密性等原则。(1)真实性原则：监测数据的获取必须遵循客观、真实的工作原则，实行现场、实点、准确采集、填报和集成。(2)准确性原则：数据的准确性主要包括数值的准确性、采集时间的准确性、计量单位的准确性。为确保监测数据的准确性，必须对获取的数据进行审核。(3)时效性原则：监测数据要按照规定的获取周期及时采集、及时审核、快速传输，及时反映建筑能耗和绿色建筑发展趋势，发挥其分析预测效能。(4)连续性原则：一定时期内获取的同一城市的监测数据保证前后连贯，具有相对稳定性和前后可比性，从而保证预测分析的科学性、有效性。(5)保密性原则：通过合法监控、管理监控和技术监控，对获取的监测数据进行保护，保证数据在外界非法侵入和使用、被故意/无意地改造或破坏、被故意或无意地泄漏以及盗窃的情况下得到保护。

可用于建筑能耗监测的遥感数据主要有热红外波段数据和可见光高分数据，包含3种数据类型：BSQ(bandsequential)格式、BIP(bandinterleavedbypix-el)格式、BIL(bandinterleavedline)格式。

(1)建筑动态信息数据。建筑动态信息数据主要包括建筑分项实时能耗数据和建筑环境气象数据。建筑分项实时能耗数据是指能量在建筑内主要用于采暖、供冷、供生活热水，以及风机、炊事设备、照明设备、家电/办公设备、电梯、机房设备、建筑内服务设备和其他特殊功能设备等消耗。建筑环境气象数据是指中国建筑热环境气象数据集中用于热环境分析的地面气候资料，主要包括气温、相对湿度、地面温度、风向风速、日照时数等参数。

(2)建筑静态信息数据。建筑静态信息数据主要包括房地产信息、围保系统信息、空调设备信息、可再生能源系统信息、空间地理信息。房地产信息是指建筑物的类别、用途、占地面积、建筑面积等数据；围保系统信息是指建筑物围保系统的结构、围保材料类别等；空调设备信息是指空调的类型、功率等；可再生能源系统信息是指太阳能光热、太阳能光电、空气源热泵等系统的信息；空间地理信息是指与建筑物空间地理分布有关的信息，表示地表建筑体及环境固有的数量、质量、分布特征、联系和规律。(3)热红外遥感数据。地表物体的温度一般在±40℃之间，平均环境温度为27℃，其辐射峰值位于8～14μm。因此，热红外波段的大气窗口可选为8～14μm之间的波段。(4)高分遥感数据。要能够实现城市建筑物的提取，高分遥感数据的空间分辨率要求达到米级或亚米级要求，波段要求在可见光波段范围内。

监测数据处理与加工

专题数据源有可见光波段高分遥感数据、热红外波段遥感数据、NDVI求取相关波段数据3种。专题数据的基本内容包括建筑物与周边环境分布专题产品、城市冷热源分布专题产品、城市热岛分布专题产品。专题数据算法模型包括面向对象信息提取算法与技术、大气纠正模型、地表反射率算法、地表温度反演单窗算法。对于加工完的数据产品可以分成建筑物与周边环境信息原始矢量产品、地表温度数据两类。