Określenie zacienienia zabudowy jednorodzinnej na podstawie danych z lotniczego skaningu laserowego

Streszczenie

Promieniowanie słoneczne jest kluczowym składnikiem procesów: fizycznych i biologicznych, które mają miejsce na naszej planecie. Jednocześnie jest ono silnie związane zarówno z topografią terenu, jak również z samym otoczeniem: zabudową, drzewami czy roślinami znajdującymi się w bezpośrednim sąsiedztwie. Zacienie dowolnej powierzchni jest spowodowane przez osłabienie docierającego do niej strumienia promieniowania i może być całkowite lub częściowe. Gdy obiekt utrudniający dostęp promieniowania słonecznego nie jest przeźroczysty, na przykład sąsiednie budynki, mówimy o zacienieniu całkowitym. W przypadku gdy przeszkodę charakteryzuje określona przepuszczalność promieniowania, wówczas mówimy o zacienieniu częściowym. Przykładem obiektów, które cechują się określoną transmisyjnością są drzewa. W zależności od gatunku, wysokości i rozpiętości korony charakteryzują się one większą lub mniejszą zdolnością do przepuszczania promieniowania słonecznego.
Literatura związana z energetyką słoneczną przy wyznaczaniu zacieniania opiera się na wykorzystaniu diagramów drogi słońca. Diagram drogi słońca w sposób graficzny prezentuje położenie słońca na nieboskłonie. Za jego pomocą jest zilustrowana pozycja słońca w funkcji czasu różnych dni roku. Po raz pierwszy diagramy drogi słońca zostały wprowadzone przez Olgayay A. i Olgyay V., zaś ich rozpowszechnienie spowodował Mazria. Diagramy słońca są powszechnie stosowaną metodą przy wyznaczaniu zacienienia promieniowania bezpośredniego dla dowolnej powierzchni zwróconej w kierunku południowym, co zostało osiągnięte przez połączenie geometrii ruchu słońca oraz natężenia promieniowania słonecznego.
W artykule podjęto próbę opracowania modelu zacienienia przy wykorzystaniu narzędzi GIS oraz w oparciu o numeryczny model pokrycia terenu. Indywidualna analiza została przeprowadzona na przykładzie osiedla domów jednorodzinnych. Narzędzie, które wykorzystano w opracowaniu to moduł Spatial Analyst, który jest zarazem częścią środowiska ArcGIS. Narzędzie to ma zastosowanie przy obliczaniu nasłonecznienia [Wh/m2] ale w swoich kalkulacjach nie uwzględnia promieniowania odbitego. W badaniu nad zagadnieniem zacienienia wygenerowano przestrzenny rozkład nasłonecznienia dla promieniowania bezpośredniego i rozproszonego oraz ich sumę – nasłonecznienie całkowite. Na jej podstawie stworzono symulację zmian zacienienia zabudowy jednorodzinnej z uwzględnieniem występowania elementów tworzących otoczenie. Zmiany zacienienia prześledzono w funkcji czasu na przykładzie wybranego dnia oraz na przestrzeni roku kalendarzowego z interwałem trzech miesięcy. Publikacja ponadto skupia się na potencjalnych korzyściach wykorzystania technik GIS w opracowaniu modelu zacienienia.