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从城市建筑物屋顶收集太阳能来替代传统能源是缓解城市能源压力的有效途径。大范围城市建筑物屋顶太阳能资源利用潜力的评估对推进城市太阳能开发利用进程有重要意义。评估过程主要有以下两项挑战:首先,在大范围城市内对太阳能资源潜力进行精细估算需要高效合理的计算方案;其次,在建筑物尺度评估太阳能利用潜力需要综合考虑太阳能辐射与建筑物屋顶的空间分布以及建筑物屋顶形态对太阳能利用方式的影响。本文以上海市中心城区为研究对象,通过CUDA(Compute Unified Device Architecture)并行计算与缓冲区分块计算方案,基于DSM(Digital Surface Model)快速有效地估算城市区域的太阳辐射量。同时提出四分象限法来识别建筑物屋顶类型,以便设计太阳能设备安装方式并估算太阳能利用成本。最后,基于两种常见的太阳能利用场景(光伏系统和光热系统)来模拟估算城市建筑物屋顶的太阳能利用潜力。研究结果主要分为以下三个方面:(1)利用SHORTWAVE-C模型,基于立体像对生成的高分辨率DSM数据,结合CUDA并行计算以及缓冲区分块计算方案将大范围城市内太阳能资源潜力精细估算的效率提升了30%,并解决了计算设备性能限制问题以及分块计算时边界处太阳辐射量受临近地表形态影响的问题。(2)提出四分象限法对屋顶类型(水平或斜坡屋顶)进行识别,可以快速完成大范围下的屋顶类型识别任务,识别精度达到84%。通过该方法识别的屋顶类型可为后续设计太阳能设备安装方式、估算成本与效益提供基础。(3)基于太阳能资源潜力估算结果与建筑物屋顶数据,模拟两种太阳能利用场景,评估城市建筑物屋顶太阳能利用潜力。估算结果表明该评估方案可以精准识别不适宜安装太阳能设备的建筑物屋顶,并能够根据太阳能设备安装成本与效益计算方法,得到每栋建筑物屋顶太阳能开发利用后能够产生的经济环境效益。本文的研究成果能够为政府相关部门进行城市新能源开发规划过程提供决策支持。提出的大范围城市太阳能利用潜力评估框架兼具科学意义与现实意义。