城市道路交通噪声三维预测模型与可视化研究

摘要

随着城市交通的不断发展和汽车化进程的加快,交通噪声污染己变得日趋严重,成为当今世界各国亟待解决的城市环境问题之一。道路交通噪声污染作为一种具有复杂的三维空间分布和时间变化特征的环境问题,相应的道路交通预测模式是一种较为复杂的三维空间模型。为了更真实地反映城市交通噪声污染时空分布状况,提高支持环境决策的能力,建立道路交通噪声三维模型,已成为道路交通噪声预测和影响评价发展的必然趋势。因此,运用特定的噪声预测模型和计算机技术模拟道路交通噪声的状态及其变化特征的结果,并对结果进行三维可视化显示和分析,对准确直观地预测噪声的空间分布,分析噪声传播的行为和规律具有重要意义,也为噪声影响评价提供科学的依据。
　　 本文在总结前人工作的基础上,在环境声学、3D GIS、计算几何、计算机图形学等相关学科理论支持和技术支撑下,对城市道路交通噪声特征及其传播特性进行深入分析,剖析了噪声传播过程中地理环境的三维空间要素对传播过程和行为的影响,建立了噪声传播及其影响因子间的三维空间关系,基于RLS90模式,构建了噪声三维空间模型。探讨了噪声三维可视化的方法和技术,实现了噪声的三维可视化及分析。主要内容与研究成果如下:
　　 (1)对城市道路交通噪声从两方面进行了分析:道路声源特征和声传播特性。针对声源描述,分析了道路交通噪声源的构成,以及车速、车流量、路面坡度、路面结构等对声源发射的影响。介绍了常用的噪声评价指标,给定了本文所采用的交通噪声评价量。在噪声传播特性方面,系统分析了各地理环境要素对道路交通噪声辐射和传播的影响,论述了距离衰减、空气吸收衰减、地面吸收衰减、以及遮挡物引起的衰减对噪声传播的影响。在此基础上,建立了声源概念模型和声传播工程模型,为道路交通噪声计算原则的确定提供了支持。
　　 (2)对几种常用的交通噪声预测模型进行了研究和对比,分析了现有模型的不足,界定了各预测模式的适用范围。根据国内外对这些模型的应用研究,分析了噪声在道路两旁建筑间的多重反射,探讨了任意形状的建筑群、绿化林带和地形对声传播的反射和衍射效应,扩展了RLS90模式,建立了综合考虑距离衰减、地面吸收、声屏障阻挡等复杂因素的适合研究区域特征的噪声三维空间模型,将RLS90模式的修正形式应用于城市道路交通噪声的的预测和模拟。
　　 (3)以南京市奥体新区道路交通噪声空间分布特征为研究对象,设计了噪声三维空间分布的测量方案,包括水平测量和垂直测量方案,按照测量方案和有关的测量规范对噪声进行了监测,同时记录了所测道路的路表类型、车道数、车速、车流量、重型车比例、植被绿地等信息。基于实测结果进一步分析了交通噪声的空间和时间分布特征。为噪声模型计算参数输入和计算结果的验证提供了数据基础。
　　 (4)分析了道路交通噪声场的三维离散方法,探讨了网格接收点步长的确定原则,实现了对噪声场的三维空间离散。利用上述内容的研究成果,设计算法实现了噪声的计算。研究内容包括确定噪声计算原则,提取噪声计算参数,控制噪声计算过程,实现噪声接收点计算。计算结果与实测结果的对比验证表明,计算得到的噪声等级值精度满足要求。
　　 (5)本文探讨了两种不同的三维可视化技术与方法,基于面绘制的方法和基于体视化的方法。分析了不同空间内插方法的特点和适用范围,基于双线性插值方法对计算结果进行了重采样,实现了噪声在三维城市模型中的可视化和分析。基于VTK体视化技术实现了噪声的真三维可视化。
　　 本文的研究是道路交通噪声预测方法的一个新探索,研究成果使得用户可以在直观的三维可视化环境下定量分析交通噪声的环境影响评价,为制定合理的声环境整治与改善措施提供科学依据,为道路交通噪声的环境影响评价提供新途径。研究成果对改进城市道路交通噪声的可视化方法和可视化质量,提高城市地区的道路交通噪声预测和评价精度具有重要的现实意义。本文的研究成果也为其他连续空间现象的环境影响评价提供了方法借鉴和技术支持。