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文檔簡介
1、噪聲污染己成為世界范圍內(nèi)的一個主要環(huán)境問題。隨著噪聲自動監(jiān)測系統(tǒng)的實施,如何科學的確定監(jiān)測點位、確保監(jiān)測點位的代表性?能否建立基于VRGIS的噪聲分析模型以提高噪聲分析的精準性,能否實現(xiàn)VRGIS空間分析與聲線傳播的結合?隨著城市建設的立體化,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場景?以上問題已成為各國政府部門、學者和
2、工程技術人員廣為關注的熱點問題。
本文采用基于VR-GIS一體化的技術路線,集成環(huán)境噪聲監(jiān)測理論、地理信息系統(tǒng)空間分析理論、聲學基本原理等多學科理論和方法,在VR與GIS視算一體化思想的主導下,深入分析和研究VR-GIS在城市噪聲環(huán)境中的應用。主要從城市噪聲自動監(jiān)測、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行研究,創(chuàng)新性整合多學科研究流程,縮短從噪聲數(shù)據(jù)獲取到分析結果評價的科研周期。主要研究內(nèi)容總結如
3、下:
1)基于IEPSO-KM混合算法的噪聲自動監(jiān)測研究
傳統(tǒng)上采用K-means算法求解城市噪聲自動監(jiān)測優(yōu)化布點這一NPC問題。針對K-means聚類算法對初始質(zhì)心嚴重依賴和基于梯度下降的缺點,本文提出了基于免疫粒子群的動態(tài)聚類算法IEPSO-KM,并將該算法成功應用于青島市市南區(qū)噪聲監(jiān)測布點優(yōu)化問題的求解中,推動了環(huán)境噪聲自動監(jiān)測系統(tǒng)建設的啟動。
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平臺建立城市噪聲環(huán)境三維分析模型。根據(jù)實測數(shù)據(jù)擬合規(guī)范的道路噪聲源強分析模型,結合VRGIS空間量測分析簡化算法將地形分為平坦地形、山谷地形和山峰地形,并對三種地形引起的聲衰減建立相應分析模型,建立有限長聲屏障模型。
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象,本文利用噪聲統(tǒng)計分
5、析儀和頻譜分析儀進行噪聲的垂直特性數(shù)據(jù)采樣,通過對監(jiān)測樣本的深入分析探尋噪聲垂直特性分布規(guī)律并進行居住適宜性評價?;贐P神經(jīng)網(wǎng)絡算法,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,將聲環(huán)境空間實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混合構模模型快速構建虛擬城市噪聲環(huán)境三維場景。用有限單元法及無網(wǎng)格方法實現(xiàn)地理平面
6、噪聲接受點的自動布置。基于Delaunay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現(xiàn)城市噪聲環(huán)境的交互式表達與分析。基于層次分析法求解噪聲煩惱度閾值,設計虛擬城市噪聲環(huán)境情緒空間,采用FFD技術實現(xiàn)噪聲場景中的虛擬感知。
5)基于VRGIS的城市噪聲環(huán)境評價系統(tǒng)及應用
基于VRGIS平臺建立城市噪聲環(huán)境評價系統(tǒng)總體架構,描述了系統(tǒng)流程及聲環(huán)境影響評價序列圖。將本文研究成果成功應用于研究區(qū)域的噪聲
7、環(huán)境可視化和交通承載力分析中,對“數(shù)據(jù)-可視化-三維仿真-互動決策支持”流程進行創(chuàng)新性整合。
本論文的創(chuàng)新點主要包括:
1)科學創(chuàng)新:本文利用地理信息系統(tǒng)(GIS)、虛擬現(xiàn)實技術(VR)、智能技術探索解決城市區(qū)域噪聲環(huán)境問題的新方法。①提出了IEPSO-KM混合算法,并將其成功應用噪聲自動監(jiān)測點位優(yōu)化中;②結合VRGIS空間分析功能,綜合考慮城市化建設中建筑、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基于實測數(shù)據(jù),利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡建立交通干線兩側(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價提供科學依據(jù)。
2)技術創(chuàng)新:將浸入式、交互型虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)應用于城市環(huán)境噪聲評價研究中,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噪聲評價的影響等實際問題的原因、過程和規(guī)律,基于VRGIS一體化平臺,實現(xiàn)不可見噪聲的可視化交互與感知,對于城市居住適
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