基于VRGIS的城市噪聲三維分析模型及可視化評(píng)價(jià)研究.pdf

1、噪聲污染己成為世界范圍內(nèi)的一個(gè)主要環(huán)境問題。隨著噪聲自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的實(shí)施,如何科學(xué)的確定監(jiān)測(cè)點(diǎn)位、確保監(jiān)測(cè)點(diǎn)位的代表性?能否建立基于VRGIS的噪聲分析模型以提高噪聲分析的精準(zhǔn)性,能否實(shí)現(xiàn)VRGIS空間分析與聲線傳播的結(jié)合?隨著城市建設(shè)的立體化,傳統(tǒng)噪聲分析模型能否滿足新的需求,是否樓層越高、噪聲越小,如何選擇良好的居住聲環(huán)境以提高居住適宜性?如何實(shí)現(xiàn)不可見噪聲的可視化與感知,可否建立交互的噪聲體驗(yàn)場(chǎng)景?以上問題已成為各國(guó)政府部門、學(xué)者和

2、工程技術(shù)人員廣為關(guān)注的熱點(diǎn)問題。
　　 本文采用基于VR-GIS一體化的技術(shù)路線,集成環(huán)境噪聲監(jiān)測(cè)理論、地理信息系統(tǒng)空間分析理論、聲學(xué)基本原理等多學(xué)科理論和方法,在VR與GIS視算一體化思想的主導(dǎo)下,深入分析和研究VR-GIS在城市噪聲環(huán)境中的應(yīng)用。主要從城市噪聲自動(dòng)監(jiān)測(cè)、城市噪聲環(huán)境三維分析模型、城市噪聲環(huán)境可視化與虛擬感知等方面進(jìn)行研究,創(chuàng)新性整合多學(xué)科研究流程,縮短從噪聲數(shù)據(jù)獲取到分析結(jié)果評(píng)價(jià)的科研周期。主要研究?jī)?nèi)容總結(jié)如

3、下:
　　 1)基于IEPSO-KM混合算法的噪聲自動(dòng)監(jiān)測(cè)研究
　　 傳統(tǒng)上采用K-means算法求解城市噪聲自動(dòng)監(jiān)測(cè)優(yōu)化布點(diǎn)這一NPC問題。針對(duì)K-means聚類算法對(duì)初始質(zhì)心嚴(yán)重依賴和基于梯度下降的缺點(diǎn),本文提出了基于免疫粒子群的動(dòng)態(tài)聚類算法IEPSO-KM,并將該算法成功應(yīng)用于青島市市南區(qū)噪聲監(jiān)測(cè)布點(diǎn)優(yōu)化問題的求解中,推動(dòng)了環(huán)境噪聲自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建設(shè)的啟動(dòng)。
　　 2)城市噪聲環(huán)境三維分析模型
　　

4、基于幾何聲線理論和繞射計(jì)算理論,綜合考慮城市噪聲環(huán)境中地形、綠化、屏障等的反射、繞射衰減,本文基于VRGIS平臺(tái)建立城市噪聲環(huán)境三維分析模型。根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)擬合規(guī)范的道路噪聲源強(qiáng)分析模型,結(jié)合VRGIS空間量測(cè)分析簡(jiǎn)化算法將地形分為平坦地形、山谷地形和山峰地形,并對(duì)三種地形引起的聲衰減建立相應(yīng)分析模型,建立有限長(zhǎng)聲屏障模型。
　　 3)城市噪聲垂直特性分析模型
　　 以交通干線兩側(cè)高層建筑噪聲為研究對(duì)象,本文利用噪聲統(tǒng)計(jì)分

5、析儀和頻譜分析儀進(jìn)行噪聲的垂直特性數(shù)據(jù)采樣,通過對(duì)監(jiān)測(cè)樣本的深入分析探尋噪聲垂直特性分布規(guī)律并進(jìn)行居住適宜性評(píng)價(jià)。基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法,建立交通干線兩側(cè)高層建筑的噪聲垂直特性分析模型。
　　 4)城市噪聲環(huán)境可視化與虛擬感知
　　 本文基于VRGIS平臺(tái),將聲環(huán)境空間實(shí)體引入城市三維模型中,采用限定TIN與CSG集成模型、B-Rep與CSG混合構(gòu)模模型快速構(gòu)建虛擬城市噪聲環(huán)境三維場(chǎng)景。用有限單元法及無(wú)網(wǎng)格方法實(shí)現(xiàn)地理平面

6、噪聲接受點(diǎn)的自動(dòng)布置?；贒elaunay三角網(wǎng)的等值線繪制填充和八叉樹3D紋理的直接體可視化實(shí)現(xiàn)城市噪聲環(huán)境的交互式表達(dá)與分析。基于層次分析法求解噪聲煩惱度閾值,設(shè)計(jì)虛擬城市噪聲環(huán)境情緒空間,采用FFD技術(shù)實(shí)現(xiàn)噪聲場(chǎng)景中的虛擬感知。
　　 5)基于VRGIS的城市噪聲環(huán)境評(píng)價(jià)系統(tǒng)及應(yīng)用
　　 基于VRGIS平臺(tái)建立城市噪聲環(huán)境評(píng)價(jià)系統(tǒng)總體架構(gòu),描述了系統(tǒng)流程及聲環(huán)境影響評(píng)價(jià)序列圖。將本文研究成果成功應(yīng)用于研究區(qū)域的噪聲

7、環(huán)境可視化和交通承載力分析中,對(duì)“數(shù)據(jù)-可視化-三維仿真-互動(dòng)決策支持”流程進(jìn)行創(chuàng)新性整合。
　　 本論文的創(chuàng)新點(diǎn)主要包括:
　　 1)科學(xué)創(chuàng)新:本文利用地理信息系統(tǒng)(GIS)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)(VR)、智能技術(shù)探索解決城市區(qū)域噪聲環(huán)境問題的新方法。①提出了IEPSO-KM混合算法,并將其成功應(yīng)用噪聲自動(dòng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位優(yōu)化中;②結(jié)合VRGIS空間分析功能,綜合考慮城市化建設(shè)中建筑、綠化布局與噪聲環(huán)境分布之間的規(guī)律性,將VRGIS空

8、間分析與聲線傳播高效融合,建立了城市噪聲環(huán)境三維分析模型;③基于實(shí)測(cè)數(shù)據(jù),利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立交通干線兩側(cè)高層建筑的噪聲垂直特性分析模型,為立體化城市居住適宜性評(píng)價(jià)提供科學(xué)依據(jù)。
　　 2)技術(shù)創(chuàng)新:將浸入式、交互型虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)應(yīng)用于城市環(huán)境噪聲評(píng)價(jià)研究中,更加直觀、深刻地把握噪聲產(chǎn)生源頭、噪聲傳播以及地物布局對(duì)噪聲評(píng)價(jià)的影響等實(shí)際問題的原因、過程和規(guī)律,基于VRGIS一體化平臺(tái),實(shí)現(xiàn)不可見噪聲的可視化交互與感知,對(duì)于城市居住適