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1、基于RLS90模型的城市街道三维噪声计算模型技术文档中国大学生GIS软件开发大赛技术文档作品名称 基于RLS90模型的城市街道三维噪声计算模型 团队成员 乐松山 龚俐 刘熠 王婉祎 学校/院系 南京师范大学强化培养学院/地理科学学院 通讯地址 南京市栖霞区文苑路1号 邮 编 210046 联系电话 13770691659 电子邮箱 目录 0引言21项目背景22需求分析33理论基础34模型详细描述54.1模型构架54.2模型设计及功能介绍54.3使用说明65模型特点96运行环境97结束语90引言噪声污染自上世纪70年代以来被称为与大气污染、水污染、固体废弃物污染并列的城市环境问题的四大公害之一
2、。随着我国城市化进程的快速发展，城市汽车数量也急剧增加，因此使得城市交通噪声污染尤为突出，它严重影响着人们的工作与生活环境。因此各国都先后开展了城市道路交通噪声监测与评价的研究。早期城市道路交通噪声评价大多采用实际监测采样的方法，近期的研究采用预测为主，实测验证的方法。因此各国都相继提出了多种交通噪声预测模型，根据噪声预测模型以及实测数据的修正，可以得到区域内各点噪声评价及分布图。通过噪声分布图我们可以得知哪些道路的噪声大，哪些街区接收的噪声少，从而可以指导城市的房产规划、噪声治理等工作。本项目的目的就是在ArcEngine平台上，选择合适的城市交通噪声预测模型，实现城市街道噪声模型的建立，为
3、城市噪声污染提供新的思路。1项目背景在城市中，交通是最重要的噪声来源，而其中80%的噪声来自汽车，因此我们将重点研究城市道路交通噪声的产生、传播及对环境的影响程度。我们选择在德国RLS90交通噪声预测模型的基础上，根据实际研究区域情况实现城市交通噪声的预测建模。由于噪声分布具有其空间特征，因此同一地点不同高度上的噪声值也有一定的变化。然而目前很多模型都是基于二维形式进行，计算某一高度下的噪声值，只能得到平面上的噪声分布情况。因为没有考虑三维空间的噪声影响因素，因此也得不到垂直方向噪声的变化情况，这对于高楼林立的城市而言，是不能满足需求的。因此我们的项目在二维模型的基础上，考虑了噪声传播路径受阻
4、情况及受声点的高度因素，实现了三维空间上的噪声预测及可视化的功能，最终可以达到噪声在不同高度、不同时段、不同朝向的分布趋势及特点。本项目提供了一种新的探索城市道路交通噪声预测的方法，也是道路交通噪声预测发展的必然趋势。2需求分析我国是一个人口众多，城市化速度快，用地紧张的国家。从噪声影响来说，是一个噪声污染大国。其中城市道路交通噪声更是对现代都市居民的工作和生活环境构成了严重的影响，已成为深刻的社会问题。为有效控制城市道路交通噪声，改善城市生活环境，必须全面掌握城市道路交通噪声污染信息，科学有效的进行道路交通噪声的环境影响评价和管理。3理论基础德国的RLS90模型是德国交通部公路建设司于199
5、0年发布的RLS81模型的改进版，该模型以等效连续A声级LeqA为评价指标，包括声源模型和声传播模型2个子模型，模型构成关系如下图：图1 RLS90子模型关系图对任意一个噪声预测点而言，首先确定对该点有噪声贡献的所有街道，一般只考虑与预测点邻近的街道，根据下列方法计算预测点噪声值。1， 对于一个街道的声级计算预测点的噪声级Lr为： 式中Lm为车道上的计算噪声平均A声级，K为交通信号控制的狮子路口或者其他路口效果增加的一个额外量。2， 对于长直线路段的计算方法对于每条线路，平均噪声级的计算公式：式中Lm,i为一条车道第i段平均声压级，Lm为车道上车辆行驶产生的噪声级，Lm,E为车道上车辆行驶产生
6、的噪声级，主要与车道上的车流量、车型等数据有关，Di为不同小段的线声源长度修正值，Ds为距离衰减修正值，DZ为遮挡物（建筑物或声屏障）衰减修正值。其中：（1）车辆行驶产生的辐射噪声级计算公式：式中：Lm(25)为距声源25m，离地表4m高处的平均A声级 式中M为单车道道路小时平均车流量，P为重型车比例。DV为速度调整因子DStro为路面校正，范围从0-6dB(A)，一般沥青路面DStro=0，水泥混凝土DStro=2，多孔隙沥青混凝土DStro=-4或-5Dstg为纵坡度修正值，当|g|5%时，Dstg=0.6|g|-3；当|g|5%时，Dstg=0Dmreft为反射音修正值 （反射面为非吸音
7、介质） （反射面具有吸音性质） 式中：HB为反射面平均高度，W为声源至反射面距离（2）Di计算方法为：。（3）Ds计算方法为：，式中S为声源至接收点距离。（4）DZ的衰减正值计算方法：，式中Z为绕射声传播路径（声源经遮挡物顶端至接受点）的长度与直达声传播路径（声源至接收点的直线距离）的长度间的差值。当只有一个声屏障时，如图2.1所示；当存在两个或两个以上声屏障时，如图 所示。示意图Z值计算公式单个声屏障遮挡图2.1单个声屏障遮挡下声音传播情况Z=A+B-S多个声屏障遮挡图2.2 多个声屏障遮挡下声音传播情况Z=A+B+C-S4模型详细描述4.1模型构架图3 模型实现架构4.2模型设计及功能介绍
8、4.2.1声源计算模块该模型的作用是确定出能够对预测点噪声做贡献的街道（线性声源），并计算声源产生的噪声强度。线性声源产生的噪声污染主要与道路长度、宽度、材质、坡度、车流量、重型车比、车速、隔音墙等数据有关。4.2.2声传播计算模块声音在传播的过程中会有声音的损失，因此到达预测点的声音强度并不完全等同于声源点处的声音大小。削弱声音的因素主要有建筑物、绿地、河流等可以吸收阻挡声音传播的地物。在考虑这些因素的情况下，我们计算出线声源的每一微分弧段到预测点的噪声大小，最后进行叠加得到预测点处的总噪声值。将离散点的噪声值内插可以得到整个区域面的噪声分布图。由于我们是进行三维空间的噪声模型计算，因此在计
9、算声音传播是要考虑三维空间上的传播路线，即要考虑建筑物等遮挡物的高度问题，这方面的计算公式在前面的理论中已经给出详细介绍。4.2.3三维噪声分布图模块现在城市快速发展，不仅向城市四周延伸发展，也向着城市上下空间进行开发，因此我们更加关系三维空间上噪声大小及分布。该模块可以计算城市不同高度的噪声分布情况，通过改变噪声预测点的高度，依次进行模型计算，最终得到多个高度上的噪声分布。我们可以得到噪声在三维空间上的分布情况和数值变化趋势。4.2.4地图基本操作模块该系统充分考虑到了用户对城市基础数据的查询、修改、更新等基本操作，我们提供了对地图的一系列基本操作功能。如放大缩小功能，使用户在合适的尺度下进
10、行工作；如数据编辑功能，可以在本系统中完成对基础数据的修改、更新等工作，无需使用另外的软件进行数据编辑。也可以根据需要向图层目录中添加新的图层，或者移除无用图层，还可以右击图层查看数据表等。便于绝大多数用户的使用。图4 地图操作功能界面4.2.5地图布局功能系统为便于地图以及输出结果的整体布局和调整，提供了地图布局的功能。图5 地图布局功能界面4.3使用说明4.3.1数据准备1）道路数据2）道路中心线3）街区数据4）建筑物数据5）预测点数据（也可以是待计算区域的面数据）6）道路交通属性数据集7）其他基础地理数据4.3.2操作过程1，导入道路数据，道路中心线数据，街区数据，建筑物数据，预测点数据
11、（或者是计算区域面数据），并在地图显示区域进行显示。2，设置参与模型计算的基础地理数据：选择模型计算需要的数据，此步骤中需要设置街区数据，道路中心线数据，建筑物数据。图6 计算参数设置界面3，设置预测点数据：预测点数据可以选择已有点图层，也可以根据导入的计算区域面图层进行采样点的提取，系统提供了由区域面转换成采样点的工具。最重要的是确定预测点高度，可以选择多个高度。图7 设施预测点高度界面4，计算每个预测点与所有道路微分弧段连接的射线（即声音传播路径），统计射线与建筑物相交情况，得到声音传播模型中的噪声修正参数。下图为一个预测点情况下得到的结果： 图8 单个预测点与声源间声音传播路线5，设置每
12、条道路的属性，包括道路长度、宽度、材质、坡度、车流量、重型车比、车速、隔音墙等信息。根据这些属性值，计算声源噪声值。手工对每条道路属性进行设置，然后可以保存设置的道路属性信息，在以后的使用中也可以直接导入保存过的道路属性信息。图9 设施道路属性界面6，由预测点噪声值，内插得到某高度的噪声分布情况。若之前为预测点设置了多个高程值，则可以得到所有相应高度的噪声分布情况。最终可以得到以下效果图：图10 计算结果图图11 三维显示效果图图12 布局出图5模型特点1）界面友好：由于模型实现较为复杂，需要交互的界面比较多，因此我们在保证界面美观大方的前提下，以文字或者图形的提示方式协助用户进行数据设置与输
13、入。2）健壮性强：由于我们的模型各个模块之间具有时序性，因此为了防止用户的不当操作造成运行结果错误或者程序崩溃，我们在每个模块运行之前会进行检测，确保之前的模块都是正常运行结束的。如果用户操作不当，我们会给予相关提示，并且将界面自动转入正确的操作界面。3）系统有详细的帮助文档，帮助用户快速熟悉本系统的使用。6运行环境软件平台ArcGIS9.3开发语言C#开发环境ArcEngine+.NET平台运行系统Windows XP/Windows 7硬件设备1.7GHz CPU（或更高）512M内存（或更高）7结束语 经过最近几个月的打拼，最终作品总算是完成并且成功运行了。在这几个月了，我由衷得感觉到完
14、成一个作品的难度，并且使我体验到团队合作的重要性。在进入每个阶段之前，我们都要提出统一的数据标准，并且制定出详细的工作计划，每一个工作步骤都要经过团队的商量以获得最优化的制作方案。在编程方面，根据大赛规定时间及个人对整个工作进程的把握选择合适的组员，给予其充足的时间，以方便其专心研究代码，提高作品的质量。至于在作品调试阶段，我们尽量挑选具有专业知识的用户，以期望得到具有针对性及可行性的建议，帮助我们发现作品的不足之处使整个作品更加完善。待模型在功能上达到目标要求后，选择无GIS专业知识的用户进行试用，以提高作品的智能化。最后感谢北京ESRI公司提供的ArcGIS正版软件，使我们能够以更好的工具完成我们的作品。预祝大赛越办越好！
