一種基於離線‑在線模式的道路交通噪聲動態模擬方法與流程

2023-05-28 03:44:02

本發明涉及交通噪聲動態模擬技術領域，更具體地，涉及一種基於離線-在線模式的道路交通噪聲動態模擬方法。

背景技術：

隨著計算科學的發展，交通流的模擬變成了現實，融合交通流模擬技術與噪聲計算為一體的噪聲動態模擬技術也隨之出現了。該方法的最大優點是能夠細緻模擬交通流在城市複雜道路場景中的運行狀況及其對噪聲的影響，並得到噪聲的時空分布規律。目前，動態模擬方法廣泛應用於城市微觀區域即城市特殊道路類型的交通噪聲分布研究，如高架道路、隧道、交叉口等。相對於穩態交通流的方法，動態模擬方法能夠細緻地模擬交通流在特殊道路的運行狀態，從而為噪聲計算提供動態變化的交通流信息。

但已有的交通噪聲動態模擬方法最大的缺點是計算時間長，佔用內存資源大，尤其是在應用於區域性城市交通噪聲動態模擬的情況時。在複雜的城市環境中，建築物的存在造成了聲音傳播模擬的複雜性，動態的處理聲音的多重反射和衍射問題對計算方法提出了很高的時間效率和空間效率需求，因此傳統的道路交通噪聲動態模擬需要很大的改進。

技術實現要素：

本發明目的在於克服現有技術的缺點與不足，提供一種計算效率高、空間需求小、處理方法簡單的基於離線-在線模式的道路交通噪聲動態模擬方法，用於城市間複雜建築物情況下的交通噪聲動態模擬。

為解決上述技術問題，本發明採用的技術方案是：

一種基於離線-在線模式的道路交通噪聲動態模擬方法，包含以下步驟：

(a)從地理信息系統(GIS)中自動獲取建築物和路網信息數據，並根據計算精度需要生成接收點網格；

(b)使用電腦程式自動劃分的方式，在微觀交通仿真時用等間距的固定點代替的連續的道路路網，形成網格化聲源點；

(c)對每一對聲源點和接收點，考慮建築物影響，離線計算其噪聲傳播衰減值，並存儲到資料庫中；

(d)將路網信息數據和實際交通信息導入微觀交通仿真中，並實時獲取動態車輛位置、類型、速度和加速度信息；

(e)結合車輛噪聲排放模型，根據車輛位置和接收點位置在線調用資料庫中存儲的噪聲傳播衰減值，輸出動態交通噪聲結果。

本發明的核心在於離線計算好所有的聲源點-接收點衰減對，並把它們存儲在資料庫中，以便於在線部分直接調用而不必實時計算它們。方法的思路是離線調用噪聲傳播模型計算傳播衰減，並存入資料庫，在線計算時直接調用傳播衰減結果，這主要依賴於網格化聲源點的實現：用固定位置的聲源點代替其附近的隨時間變化的車輛聲源點，對於一對固定位置聲源點和固定位置的接收點，僅調用一次噪聲傳播模型去計算傳播衰減。

本發明可以分為離線計算部分和在線計算部分。資料庫主要是為了傳遞兩個部分的數據和存儲基礎數據。

更進一步的，所述建築物的信息包括建築物編號、建築物角點坐標、建築物高度、建築物表面屬性。

更進一步的，所述實際交通信息包括交通OD矩陣和交通控制規則。

更進一步的，所述步驟(a)中，根據實際計算精度需求，在靠近道路的地方劃分比較密集的接收點網格，在遠離道路的地方劃分比較稀疏的接收點網格。

更進一步的，所述步驟(b)中，網格化的聲源點被固定在相應路段的中點位置，路段內所有車輛發出的聲音等效成從網格化的聲源點直接發出的聲音。

更進一步的，所述步驟(c)中，離線部分的目標是計算所有的聲源點-接收點衰減對，並存儲在資料庫中，計算過程中網格聲源點具有相同的單位輻射值。

更進一步的，所述步驟(c)中，任意一對聲源點和接收點對，它們之間的傳播衰減值計算考慮了建築物的遮擋作用，每一個衰減值用聲線束追蹤法模擬計算。

更進一步的，所述步驟(e)中，在線計算過程中，通過實時獲取的車輛位置信息判斷車輛所處路段，並調取該路段網格化的聲源點對應的衰減值進行噪聲計算。

更進一步的，所述步驟(e)中，某時刻某一接收點的噪聲值是該時刻所有路網車輛對接收點噪聲貢獻的總和。

與現有技術相比，本發明有益效果是：在進行道路交通噪聲動態模擬時，通過離線-在線的模式，把原本需要在線實時計算的傳播衰減值離線計算並進行資料庫存儲，通過在線過程中用調用數據代替實時計算數據的方式提高交通噪聲動態模擬的時間和空間效率。其具體表現為：

(1)大區域交通噪聲的模擬一般有大量的輸入數據，人工手動輸入工作量繁重。本發明採用了腳本語言編輯地理信息系統中地圖，使其能自動導入路網信息到微觀交通仿真部分，導入建築物信息到噪聲傳播模型，並將接收點網格化存入資料庫，從而在數據的與處理上大大提高了時間效率；

(2)動態模擬交通噪聲時，車輛聲源點的位置和強度隨時間不斷更新，因此，每個時間步長每一輛車都需要調用車輛噪聲模型去計算傳播衰減，這是一個非常耗時的過程。本發明用固定位置的聲源點代替其附近的隨時間變化的車輛聲源點，則對於一對固定位置聲源點和固定位置的接收點，僅需要調用一次噪聲傳播模型去計算傳播衰減，大大的減少了在線計算的時間並節省了儲存計算過程數據的空間。

附圖說明

圖1是基於離線-在線模式的道路交通噪聲動態模擬方法流程圖。

圖2是道路劃分為網格化聲源點示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明做進一步的描述，但本發明的實施方式並不限於此。

如圖1所示，本發明提供一種基於離線-在線模式的道路交通噪聲動態模擬方法。通過以下步驟實現：

步驟1：採用腳本語言編程，從地理信息系統(GIS)中自動獲取建築物和路網信息數據，並根據計算精度需要生成接收點網格。根據實際計算精度需求，在靠近道路的地方劃分比較密集的接收點網格，在遠離道路的地方劃分比較稀疏的接收點網格。

步驟2：如圖2所示，使用電腦程式自動劃分的方式，在微觀交通仿真時用等間距的固定點代替的連續的道路路網，形成網格化聲源點。具體過程為：

將路段AB按間距△L為劃分成若干(本例中為3)個路段。把聲源點固定在相應路段的中點位置，即S1、S2和S3。對路網中所有的路段重複上述過程，將整個路網離散成聲源點網格。

步驟3：對每一對聲源點和接收點，考慮建築物的遮擋作用，對每一個衰減值IP用聲線束追蹤法模擬計算，並存儲到資料庫中。計算考慮了四種聲音的影響：

IP＝ID+IR+IDiff+ICom

式中，ID,IR,IDiff和ICom分別是直射聲、反射聲、衍射聲和複合聲線貢獻量。

步驟4：將路網信息數據和實際交通信息導入微觀交通仿真中，並實時獲取動態車輛位置((x,y))、類型(type)、速度(v)和加速度(a)信息。

步驟5：通過實時獲取的車輛位置信息判斷車輛所處路段，並調取該路段網格化的聲源點對應的衰減值進行噪聲計算。某時刻某一接收點的噪聲值LP(t)是該時刻所有路網車輛對接收點噪聲貢獻的總和：

式中，M是在以接受點P為圓心的計算視角範圍內的車輛總數；ρ0是空氣密度(kg/m3)；c是聲音在空氣中的傳播速度(m/s)；P0是在參考距離處的參考聲壓級。IP(i,t)是通過步驟3求得的在時刻t第i輛車的衰減值。

步驟6：輸出目標區域目標時間段動態交通噪聲結果。

以上所述的本發明的實施方式，並不構成對本發明保護範圍的限定。任何在本發明的精神原則之內所作出的修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的權利要求保護範圍之內。