Porównanie metod 2D i 3D wieloczasowego wyznaczania współczynnika widoczności nieba w kanionie ulicznym

Abstract

Współczynnik widoczności nieba (Sky View Factor -SVF) określa proporcję widocznego nieba z poziomu obserwatora do całej hemisfery. SVF uwzględniany jest w analizach klimatycznych, m.in. dotyczących zjawiska miejskiej wyspy ciepła. W pracy porównano metody wyznaczania SVF w kanionie ulicznym (w szczególności zadrzewionym) uwzględniając zmiany sezonowe. Analizowano dwa fotograficzne (2D) oparte na rejestracji kamerą sferyczną i wyznaczaniu SVF na zdjęciach, hybrydowe (3D) poprzez wirtualne fotografowanie modelu kanionu złożonego z budynków LOD2 oraz chmury punktów z różnych źródeł (ALS, z gęstego matchingu, MLS). Obie metody wiarygodnie ukazują tendencję zmian SVF, jednak różnią się precyzją i zakresem zastosowania. Metoda fotograficzna charakteryzuje się wysoką wrażliwością na zmiany sezonowe, ale jest czasochłonna i najlepiej sprawdza się w analizach lokalnych. Metoda hybrydowa, mimo niedoszacowania wyników spowodowanego uproszczeniem geometrii budynków oraz reprezentacji drzew w formie chmur, stanowi efektywne rozwiązanie w analizach wielkoobszarowych. Dodatkowo oceniono wpływ nachylenia obrazów na wartości SVF oraz zastosowano operacje morfologiczne na zdjęciach i obrazach wirtualnych w celu eliminacji nieciągłości w obrębie koron drzew.

The Sky View Factor (SVF) defines the proportion of visible sky from an observer’s perspective relative to the entire hemisphere. It is widely applied in urban climate research, including studies of the urban heat island effect. This thesis compares methods of determining SVF in urban canyons, particularly with trees, with a focus on seasonal variability. Two approaches were analysed, a photographic method (2D), based on spherical camera recordings and SVF extraction from images, and a hybrid method (3D), involving virtual photography of a canyon model composed of LOD2 buildings and point clouds from various sources (ALS, dense matching, MLS). Both approaches capture SVF variability trends, though they differ in precision and scope. The photographic method shows high sensitivity to seasonal changes but is time-consuming and best suited for local analyses. The hybrid method, despite underestimations caused by simplified building geometry and tree representation as point clouds, provides an efficient solution for large-scale studies. Additionally, the influence of image tilt on SVF values was assessed, and morphological operations were applied to photographs and virtual images to correct discontinuities in tree crowns.