【UMEP第3.2期】预处理器 Pre-Processor 总结：地理数据下载及处理

UMEP 预处理器 Pre-Processor 总结

[3.4. Spatial Data: DSM Generator](#3.4. Spatial Data: DSM Generator)
- 主要输入数据说明
[3.5. Spatial Data: LCZ Converter](#3.5. Spatial Data: LCZ Converter)
- 使用方法详解
[3.6. Spatial Data: Spatial Data Downloader（空间数据下载器）](#3.6. Spatial Data: Spatial Data Downloader（空间数据下载器）)
- 插件界面与操作说明
[3.7. Spatial Data: Tree Generator（树木生成器）](#3.7. Spatial Data: Tree Generator（树木生成器）)
- 输入参数说明
- 插件操作流程
[3.8. Spatial Data: URock Prepare（城市风场建模前的数据预处理）](#3.8. Spatial Data: URock Prepare（城市风场建模前的数据预处理）)
- 可用的数据输入与用途
参考

气象数据下载及处理相关总结课参考另一博客- 【UMEP第3.1期】预处理器 Pre-Processor 总结：气象数据下载及处理。

3.4. Spatial Data: DSM Generator

DSM（数字表面模型） 是城市环境建模中不可或缺的数据图层，用来表示地表之上的物体（如建筑、树木等）高度。DSM Generator 是 UMEP 插件中的一个模块，用于从建筑矢量图层生成 DSM 栅格数据，适用于以下情况：

本地无现成 DSM 数据；
需要结合本地 DEM 数据与建筑高度生成 DSM；
希望从 OpenStreetMap 获取建筑轮廓和高度创建 DSM。

用户界面（对话框）组成部分

DSM Generator 插件的界面分为以下几个区域：

顶部区域
- 输入 DEM（数字高程模型） 数据。
中上部分
- 输入带高度属性的建筑矢量图层，或选择使用 OpenStreetMap 数据。
中部
- 设置输出 DSM 的空间范围（Map Extent），必须小于或等于 DEM 范围。
中下部分
- 设置输出 DSM 的位置与分辨率。
底部
- 执行计算，生成 DSM 文件。

主要输入数据说明

数字高程模型（DEM）

必填。
类型：栅格格式（如 GeoTIFF）。
来源：例如 OpenDEM 提供的 DEM 数据。
必须采用以米为单位的投影坐标系。

建筑矢量图层（Polygon Vector File）

包含建筑边界的 polygon 图层。
要求字段：建筑高度值（单位：米）。
可选来源替代：OpenStreetMap 数据。

OpenStreetMap（OSM）选项

若本地无建筑图层，可启用此选项自动从 OSM 获取建筑数据。
如果建筑没有实际高度值，则按建筑层数（levels）乘以一个指定的层高因子（默认如 3 米）来计算总高度。
可选择是否保存 OSM 数据为 shapefile，方便后续手动编辑或查验。

使用步骤总结

准备一个 DEM 栅格图层。
提供一个包含建筑高度的 polygon 图层（或启用 OSM 模式）。
定义生成 DSM 的空间范围。
指定输出路径与分辨率。
点击 Run 开始生成 DSM。
一个 DSM 格式的 GeoTIFF 文件，含建筑物叠加于地面的高度值。

空间范围设置（Map Extent）

用户需设定目标 DSM 的空间范围：

可选择当前地图画布的范围；
或从现有图层中读取范围；
DEM 范围必须包含整个 DSM 生成范围。

输出 DSM

格式：GeoTIFF
参数设置：
- 输出文件保存位置；
- 栅格分辨率（例如 1 米，5 米）。
输出数据将包含建筑叠加在地表上的数值高度信息。

⚠ 注意事项与建议

输入栅格与地图画布必须使用以米为单位的坐标系统；
若使用 OSM 数据，请确保理解其授权条款（© OpenStreetMap Contributors）；
可通过"保存 OSM 数据为 shapefile"进行后续可视化和编辑；
生成结果为 DSM 格式的 GeoTIFF 文件，适合与其他 UMEP 模块联合使用。

3.5. Spatial Data: LCZ Converter

LCZ（Local Climate Zones，局地气候区） 是根据城市形态学特征和地表覆盖进行分类的一种系统，由 Stewart 和 Oke（2012）提出，广泛应用于城市气候研究。LCZ Converter 用于将这些 LCZ 分类转换为：

土地覆盖比例数据（如建筑、铺装、透水地表）
建筑和植被的几何参数（如高度）

这些数据是如 SUEWS 、UWG 等城市气候模型的基础输入数据。

使用方法详解

输入数据准备

LCZ 栅格影像

来源：通常从 WUDAPT 数据门户获取。
类型：GeoTIFF 推荐。注意 .sdat 格式可能存在兼容性问题。

矢量网格（Vector Grid）

类型：多边形网格（不可使用线或点）

插件界面组成

顶部（上部区域）

选择 LCZ 栅格图
选择 矢量网格图层
是否启用"编辑默认参数"

中部（两个标签页）

标签 1：「Table」

显示默认的 土地覆盖比例 和 形态学参数（如建筑/植被高度）；
用户可直接编辑每个 LCZ 类型的数值。

默认使用以下参数来源：

土地覆盖比例：Stewart et al. (2014)
- 建筑比例
- 铺装比例
- 透水比例（需用户进一步细分！）

标签 2：「Pervious distribution」

透水地表（pervious）部分用户需要人工提示其构成类型：

🟢 草地（Grass）
🌳 灌木/树木（Tree）
🟤 裸土（Bare Soil）
💧 水面（Water）

两种方式可设定：

Separate LCZ's（分别设定）
- 单独设定每个 LCZ 类型的透水土地组成与植被高度；
- 必须先加载 LCZ 栅格数据；
- 下拉菜单将显示最常见的 LCZ 类型。

Same for all LCZ's（统一设定）
- 针对所有城市类 LCZ 与 所有乡村类 LCZ 统一设定透水地面比例与树木高度；
- 对乡村类 LCZ，只允许指定树种分布。

底部（输出设置）

配置项名称	说明
📂 Output Folder	设置输出文件的保存位置
🏷 File Prefix	输出文件名的前缀
☑ Add results to grid	是否将结果加入网格矢量图层属性表
▶ Run	启动计算
❌ Close	关闭插件

输出文件

运行成功后会生成 3 个输出文件：

各网格单元的土地覆盖比例（建筑/硬化/透水）
各网格单元的建筑形态参数
各网格单元的植被形态参数

注意事项

乡村 LCZ 类型编号：
- 在 UMEP 中：使用数字 101~107（而非字母 A~G）
使用 GeoTIFF 格式：
- 避免 .sdat；推荐使用 GeoTIFF 提高兼容性。
LCZ 分类不包含透水地具体类型，需用户补充说明。

3.6. Spatial Data: Spatial Data Downloader（空间数据下载器）

状态：❗此插件已自 2020年7月起弃用（deprecated）！

建议用户改为使用 QGIS 的网络服务（Web Services）功能，官方 YouTube 频道提供了替代使用方法的教学视频。

插件功能简介

该插件旨在通过用户选定的地理范围，从预设的空间数据源下载 适用于 UMEP 的地理数据集。

其主要优势是：

仅下载用户指定区域的数据；
减少磁盘空间占用和下载时间；
插件内置多个数据类别和数据集。

插件界面与操作说明

数据类别与数据集选择（Category and Available Datasets）

数据分为多个类别（Category）；
点击类别名称可展开其中所有可获取的数据集；
用户选中目标数据集后，即可准备下载。

摘要信息（Abstract）

提供所选数据集的简要说明；
包含引用来源和元数据信息。

地理范围范围设置（Bounding Box）

用户可自定义要下载的地理区域；
也可点击 "Use canvas extent" 自动根据当前 QGIS 画布区域设置；
对于栅格数据，最大下载范围为 500 × 500 像素。

重投影选项（Reproject to Current Project CRS）

默认：下载数据将保存为其原始坐标系（CRS）；
若勾选该项，数据将自动重投影至当前 QGIS 项目使用的 CRS；
可通过下方输入框设定输出数据的分辨率（单位与 CRS 一致）。

"Get data" 或 "Update list"：刷新可获取数据列表；
每次打开 QGIS 时，该清单也会自动更新。

按钮说明

按钮名称	功能说明
Get data	获取当前可用的数据目录列表
Update list	同上，刷新数据清单
Close	关闭插件界面
Download	开始下载选中数据

输出数据说明

下载后会生成对应的数据文件（矢量或栅格）；
如果启用了重投影设置，将进行坐标和分辨率转换；
文件保存位置取决于插件设置或 QGIS 项目路径。

❗ 注意事项与建议

插件已不再维护与推荐；
推荐改用 QGIS 本身支持的 Web Services（如 WMS/WMTS/WFS 等）进行空间数据调用；
参考官方提供的 视频教程，学习替代工具的使用方法。

3.7. Spatial Data: Tree Generator（树木生成器）

在城市气候模拟（如 SOLWEIG、SUEWS）中，我们常需考虑三维植被结构，尤其是不同品类树木的冠层高度与形态。但实际中往往缺乏这类专门的空间数据。

Tree Generator 插件 就是为了解决这个问题而开发，它可以通过包含树木位置信息的点图层（point vector layer），自动生成以下两种高程模型：

🌲 CDSM（Canopy Digital Surface Model）：树冠高度 DSM ------ 植被部分的上部结构；
🌳 TDSM（Trunk zone Digital Surface Model）：树干高度 DSM ------ 树干所占的高度层。

生成的 CDSM 和 TDSM 是非常关键的输入数据，可供如下模型使用：

SOLWEIG（平均辐射温度建模）
SUEWS（城市能量平衡建模）

输入参数说明

点矢量文件（Point Vector File）

该文件包括表示树木位置的点数据；
必要字段属性如下：

字段名	描述
`Tree type`	树木类型：`1 = 针叶树（conifer）`，`2 = 阔叶树（deciduous）`，`0 = 删除该点区域的植被`
`Total height`	树木总高（单位：米，above ground level）
`Trunk height`	树干高度（从地面到冠层底部，单位：米）
`Diameter`	树冠直径（单位：米）

⚠ 如果希望移除某区域的植被，可设置 Tree type = 0 并提供合适的直径范围。

基础模型和参考数据输入（必要的 DSM 栅格）

输入项名称	描述
Ground DEM	表示地面高程的 DEM（不含建筑或植被）
Building and Ground DSM	结合了地面 + 建筑高度的 DSM
Boolean building grid	值为 0 表示建筑位置，值为 1 表示非建筑区域（可从 SOLWEIG 插件生成）

插件操作流程

插件对话框结构：

区域	内容
顶部	输入点图层与参考 DSM 文件设置
底部	输出路径、运行按钮等设置

操作步骤建议：

准备建筑 DSM、地面 DEM 和布尔建筑网格；
准备树木点图层并附有上述属性；
设置输出文件夹；
点击 Run 开始生成；
系统将输出两个包含高度信息的栅格文件（CDSM 和 TDSM）。

输出数据内容

成功运行后，将生成 两个 GeoTIFF 格式的栅格文件，用于模型输入：

输出文件名称	简介
Vegetation Canopy DSM (CDSM)	表示每像素上方植被/树冠的高度
Vegetation Trunk Zone DSM (TDSM)	表示植被树干区域所占高度

注意事项与技巧

所有输入与输出的 DSM 应具备一致的：
- 地理范围（extent）
- 像素分辨率（pixel size）
Bush/shrub 模拟技巧 ：可通过设置很小的 Trunk height 来模拟灌木；
可结合 SOLWEIG 插件 生成所需的 Boolean Building Grid 文件；
插件不直接建模树木形状，但其使用内部算法根据属性参数估算形态。

3.8. Spatial Data: URock Prepare（城市风场建模前的数据预处理）

URock 是 UMEP 中专用于**城市风场建模（Urban Wind Fields）**的应用模块，而 URock Prepare 插件的作用是为 URock 准备必需的空间数据输入。

主要目标：

将已有的 栅格数据（如 DSM、DEM、CDSM）和部分矢量数据 ，转换成 带有高度属性的建筑和植被矢量文件 ，以供 URock 使用。

可用的数据输入与用途

1. 建筑相关输入（任选其一）

输入类型	描述
🧱 Building footprint (可选)	建筑轮廓 (vector) 图层；若已有建筑矢量图，可直接加载
🧱 Building raster DSM (可选)	带有地形的建筑 DSM (需要搭配 DEM) 或仅表示建筑高度的 DSM
⛰ DEM（地形高程） (可选)	地表的数字高程模型，若 DSM 包含地形信息则需提供 DEM

2. 植被相关输入（可选）

输入类型	描述
🌳 Vegetation raster DSM	表示植被上部冠层高度的 CDSM（非 0 区域为有植被区域）
🌲 Vegetation point data	点矢量图层，每个点表示一棵树的位置
↕ 树高字段	用于标识树顶高度的字段名（字符串）
↔ 冠幅半径字段	表示树冠水平半径的字段名（字符串）
🔁 树高/冠幅比值	用于推算树木尺寸的缺省比例，默认值为 0.75（即高 = 0.75 × 冠幅）

属性接收字段（用于输出）

字段	描述
ROOF_HEIGHT	建筑高度数据输出字段（可自定义字段名）
VEG_HEIGHT	植被高度数据输出字段（可自定义字段名）

输出内容

生成两个主要的矢量数据文件（格式为 .geojson 或 .shp）：

建筑矢量文件（含建筑轮廓及高度信息）
植被矢量文件（含植被范围及高度信息）

插件使用流程概览

导入基础地形数据：
- DSM（建筑 + 地形）或仅建筑 DSM；
- 如 DSM 含地形，则需另提供 DEM；
导入建筑 footprint（或使用 DSM 自动提取）；
导入植被数据（矢量点或 CDSM）；
填写对应字段名称与参数；
指定输出文件路径；
点击 运行（Run） 按钮生成矢量数据。

注意事项

所有输入文件（raster 与 vector）需处于以米为单位的投影坐标系（CRS）；
植被高度输入建议不要混合数字类型与缺失值，避免转换出错；
若参考 DSM 数据未包含地形，应确保 DEM 的范围与分辨率完全一致；
未提供的字段值将使用默认设置进行推算（如树高默认根据冠幅和比值计算而得）。

参考

1、官网教程-3.4. Spatial Data: DSM Generator