基于VR-GIS的城市噪声监测数据三维分析模型及可视化评价研究

本课题选取青岛市香港路周边为研究区域，以其区域环境噪声监测数据为研究对象，采用一种新的基于VR-GIS一体化技术路线，集成环境噪声监测理论、地理信息系统空间分析理论、声学基本原理等多学科理论和方法，研究城市区域噪声监测垂直维度数据分布规律；建立基于GIS的三维噪声监测数据空间分析模型；进行VR-GIS一体化的城市区域噪声可视化评价技研究术。通过以上研究，建立国内首个在垂直空间维度上的噪声监测数据分析模型；完善GIS空间分析在环境监测领域针对多噪声源的分析方法，结合实测数据修正提高分析结果的可靠性；创新性整合多学科研究流程，缩短噪声数据获取到分析结果评价的科学研究周期。本研究还将为GIS方法在城市居住适宜性评价方面的进一步应用提供基础研究理论、数据及技术路线。课题研究成果将促进城市居住适宜性评价和城市规划由平面向三维空间发展。

本项目基于VR-GIS一体化的技术路线，集成环境噪声理论、地理信息系统空间分析理论、声学基本原理等多学科理论和方法,在VR与GIS一体化思想的主导下，深入分析和研究VR-GIS在城市噪声环境中的应用研究，主要成果如下：. IEPSO-KM算法研究：城市噪声测量与布点优化在理论和实践上都具有重要意义，将粒子群算法与传统K-means算法相结合，并引入免疫机制克服PSO算法种群退化的不足，提出基于人工免疫粒子群优化算法的K-means动态聚类算法，简称IEPSO-KM算法，其基本思想是先用K-means方法得到一组聚类中心，然后在粒子群初始化时将聚类中心值赋值给某个粒子，其余粒子随机初始化，再用基本PSO聚类算法完成聚类，在基本PSO聚类算法中，每次迭代时根据聚类的结果按照K-means方法求一次聚类的中心。采用IEPSO-KM算法求解了噪声监测布点优化问题，大大减少监测点位数，可优化环境噪声自动监测系统建设。. 城市噪声环境三维分析模型研究：基于几何声线理论和绕射计算理论建立了城市噪声环境三维分析模型，综合考虑三维真实场景中地形、绿化、屏障、空气吸收等相应的绕射、反射衰减，建立了三维场景中噪声源强计算模型并根据实测数据进行拟合，为充分考虑地面效应，通过简化算法将地形分为平坦地形、山谷地形和山峰地形，并对三种地形引起的声衰减建立相应计算模型，基于传统无限长声屏障计算模型，添加噪声屏障两边缘的声波绕射，建立了有限长声屏障模型。. 城市噪声垂直特性分析模型研究：在城市建设趋向立体化的同时，城市环境噪声污染也随着高架路和城市建筑物的升高由原来平面方向上的拓展转变为在垂直方向上的扩展，研究结果表明高层建筑交通噪声值垂直分布是先增加后减小，在12层左右达到交通噪声峰值点，峰值点与道路中心线的连线与水平地面间的角度关系约为30°。课题以目前世界上比较通用的FHWA噪声预测模式为基础，通过实地监测获得高层建筑的监测值和快速路上的交通流，利用车辆折算系数以及各种车型的总车流量，采用逐差修正法对模型进行修正，最终得到公路沿线高层建筑的城市交通噪声三维预测模型。. 城市交通噪声可视化评价平台研究：根据噪声衰减规律获取三维噪声数据，结合GIS平台建立三维分析模型，通过VR技术进行可视化分析评价，获取精确可靠的分析结果，为城市环境规划提供有力的决策支持。