基本信息
- 项目名称：
- 道路交通噪音实时预测与防治系统
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 信息技术
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- 本系统运用英国CRTN88噪声预测模型，结合国内实际研究情况，对研究范围内监测点的交通噪声值进行实时动态预测，得到整个分析区域的任意时刻的噪音状况。通过对噪音状况的全面综合分析，得到各种成果数据——表格、文档、图表等。并最终结合分析结果，进行降噪效果模拟，通过内嵌的飞信终端和电子邮件功能，把噪音的相关信息发布给当地居民和当地的交通规划部门，以供交通管理部门制定相关降噪措施达到对区域减噪的目的。
- 详细介绍：
- 系统主要包括七个模块的功能： 1）、系统设置 此模块实现了对系统的基本设置，包括飞信发布设置、邮件发布设置、窗体布局风格、窗体颜色布局、子窗体皮肤这些功能。飞信发布设置设置发信人的基本信息，邮件发布设置可以设置初始发件人。 2）、数据管理 此模块主要实现对数据的管理，包括数据库设置和数据格式转换两方面内容。用户可以通过数据库设置来选择系统所用的默认数据库。数据格式转化部分包括：Raster To TIN 的转化，Shapefile 与 txt 的相互转化，Shapefile文件转换为Geodatabase格式。方便用户对多种格式的数据进行操作。 3）、基本操作 基本操作模块实现了基本的二维、三维地图浏览功能，其中查询包括鼠标查询、SQL语句查询和Identify查询，满足用户的多种查询需要。 4）、静态污染预测 设计思路：该模块是系统的基础模块，所有的操作都要以该模块为基础前提。此模块主要的功能是生成某一时刻的噪音栅格，具体的实现过程是，首先根据道路的车流量等参数计算出道路某一时刻的基准声级，存放在道路的属性表中。然后在已知道路基准声级的基础上，通过距离衰减等修正计算出噪音监测点的预测声级，得到噪音监测点在某一时刻的噪音值，结果存放在噪音监测点的属性表中。如果已经计算出了多个时刻的道路的基准声级，那么可以通过我们创建的模型对任意时刻进行时间维上的“插值”操作，实现实时动态预测功能。 然后通过对噪音监测点中的某一时刻的噪音值进行空间上的spline插值，即可得到全局的噪音栅格图。我们还可以把生成的噪音栅格图层进行TIN三维显示，把道路图层加载到三维场景中，以TIN作为其高程，在三维场景中通过高低起伏变化，我们会直观的看到某一时刻全局的噪音状况以及道路的噪音污染状况。也可以对TIN进行旋转输出视频，方便以后对噪音情况进行网上发布。 5）、静态污染分析 设计思想：该模块是系统的核心模块，为用户提供了强大的噪音时空分析功能，整体分为两大部分，一是全局噪音污染分析，二是点对象的时空对比分析。 在全局噪音污染分析中，主要实现的功能是：获取噪音等值线，生成噪音空间变化率，噪音值在某一范围内的面积的计算，噪音值在某一范围内的区域的提取，不同时刻全局噪音对比分析，获取噪音剖面线等功能。不同时刻全局噪音对比分析主要是对比分析两个不同时刻的噪音状况（如对6点半和7点半这两个时刻的全局噪音进行对比分析）。不同时刻噪音对比分析的一般做法只是简单的把两个不同时刻对应的噪音栅格产生的噪音TIN放在同一个三维场景中进行显示，但是，由于在三维场景中不同时刻的噪音TIN存在很多叠加覆盖，这就使得对比效果很不明显。为了使得对比更加直观，我们创造性的运用了栅格差值三维显示和栅格比值三维显示技术。栅格差值三维显示技术指的是，对两个不同时刻的噪音栅格进行相减操作（如用7点半的噪音栅格减去6点半的噪音栅格），得到的是一个差值栅格，这个差值栅格就已经完全包含了两个时刻的噪音对比情况，为了更直观的对比，我们把这个差值栅格生成三维TIN，并对TIN进行渲染，这样就可以让用户更直观的感受到不同时刻噪音值的差异，由于用户直接看到的就是差值TIN，所以避免了用肉眼难以分辨的不利情况。栅格比值三维显示技术与上所述类似。 （6）：获取噪音剖面线。即对某一TIN图层，获取沿某一直线的剖面线，得到沿此直线噪音值的变化曲线。并将此剖面线保存为其他格式图片，以备后用。所沿的直线有两种获得方式，一种是用户自己随机画，另一种是选某条已知道路。用户可根据需要自己选择。 点对象分析包括一下两方面：获取道路污染影响率，用户可在视图区域内任意点击一点作为观察点，通过此操作会获取300米以内的道路对此点的污染影响百分率，以饼状图、柱状图、三维饼状图的形式显示，用户可以随意选择，并保存为图片文件，以备后用。 时空对比分析。包括同一时刻不同点的空间对比分析，不同时刻同一点的对比时刻对比分析，还有不同时刻不同点的时空对比分析，对比结果均以图表的形式展现出来，并能保存成图片文件，使得用户可以对噪音进行时间维和空间维不同维度上的对比分析，扩展了对比分析的理念。 6）、动态污染模拟 此模块实现了对单辆车沿某条道路行驶过程中，将此辆车看作点声源，观察其噪音对道路旁某一点产生的影响情况，并根据车的运动，动态生成该点的噪音值变化曲线。其中，用户可以选择不同车型、不同速度进行模拟，得到对应的曲线图。具体的实现方法是：将所选的道路转换成一些列的点集，车以element的形式存在，在一个timer控件中的tick事件中，通过添加和删除element使得车沿着点集进行动态移动，同时在tick事件中根据噪音计算模型计算出这一瞬时的噪音值，并绘制在pictureBox中，达到动态绘制噪音曲线的效果。 7）、防治与治理 此模块是本系统的特色模块，以往噪声系统中只有预测分析模块，而往往忽略了对噪音如何进行治理，本系统从两方面入手对噪音进行了治理。首先模拟声屏障降噪效果，用户可以在敏感点和道路之间任意画一条声屏障，设置声屏障高度，以计算此声屏障的降噪效果，最终选择出最佳降噪效果时的声屏障参数，供城市规划部门参考。另一方面，对道路进行限速处理，用户可以通过输入减噪值，计算出一条或多条道路的限速值为多少。限速结果可以保存为Word文档，也可以以飞信或邮件发送给司机和管理部门，辅助其决策。 8）、信息发布 此模块可以通过飞信和邮箱对噪音信息进行发布，均内嵌于系统的子模块中。用飞信对小区内的居民进行每日噪音预报，用电子邮箱将噪音信息发送给交通管理部门以供其制定决策。其中，内嵌的飞信功能使用了动态引用，使用飞信接口来实现。 2、数据库设计 采用Geodatabase数据库来进行数据管理。 3、关键技术 1）、飞信和邮箱做为信息发布的主要手段，实现了信息的及时发布。 2）、通过整点噪声级进行实时噪音预测，求得任意时刻噪音值，自己设计了拟合函数。 3）、差值栅格三维显示技术和比值栅格三维显示技术。 3）、单车动态污染模拟，曲线随车的前进动态生成技术。 4）、TIN操作的相关技术。 4、系统亮点 1）、实现了动态实时噪声预测功能。以往的噪音预测系统中，噪音预测只能停留在时间段的噪音预测，降低了噪音预测的时间精确度。本系统通过动态实时预测功能，实现了对任意时刻的噪声预测，提高了噪声预测的时间精确度，让噪音预测更贴近实际生活，也提高了预测信息的时效性。 2）、强大的空间分析功能。包括全局噪声分析，点噪声分析。以差值和比值的形式表形任意两时刻的全局噪声差异，并进行渲染和三维显示，使得对比更加直观。而对点对象，则实现了同时刻不同点的空间分析，和同一点不同时刻的时间分析，和不同点不同时刻的时空对比分析。而且分析结果以多种图表的形式展现，并能保存为相应图片文件。 3）、单辆车污染的动态模拟功能。让车模拟行驶过程中声级辐射的情况，同时对观察点按车的行驶动态生成噪音变化曲线，以此模拟形单点生源对观测点的影响，直观，富有动感。 4）、噪声治理模块，本系统没有只停留在分析问题但不解决问题的基础上，不但分析了问题，还最终通过治理模块模拟治理措施，以辅助相关部门作出正确决策。 5）、信息发布平台，以飞信和邮箱为主要工具对分析结果、决策结果进行信息发布，保证了即使脱离系统，也能收到准确的噪音污染信息。保证了信息的有效性和及时性。同时可以将分析成果以图表、Word文档等多种方式保存下来，保证了信息的可用性。 6）、二维和三维显示，并可以进行一系列的渲染以增强表达效果。
作品图片
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 目的：现在城市道路交通噪音日趋严重，影响到了居民的生活，为了预测噪音的分布情况，设计了该系统。 基本思路：运用英国CRTN88噪声预测模型，通过道路交通的一些基本信息（如车流量、车速、重型车比例等）预测出噪音预测点的噪音值，然后通过插值生成研究区域的整体噪音栅格图层。 创新点：本系统是对噪音进行实时的动态预测，二三维联动，并结合了移动开发平台，预测结果以多种形式展示。 关键技术：基于VS2005和ArcEngine的二维和三维平台进行二次开发，并且还使用了飞信API
科学性、先进性
- 本系统主要包括系统设置模块、数据管理模块设置、基本操作模块、静态污染预测模块、静态污染分析模块、动态污染模拟模块和防治与治理模块组成，系统的噪音预测、噪音分析、噪音模拟、噪音治理等功能完备，基于ArcEngine强大的组件式开发，可扩展性强。关键技术特点：1.飞信和邮箱做为信息发布的主要手段，实现了信息的及时发布。2.通过整点噪声级进行实时噪音预测，求得任意时刻噪音值，自己设计了拟合函数。3、差值栅格三维显示技术和比值栅格三维显示技术。4、单车动态污染模拟，曲线随车的前进动态生成技术。5、TIN操作的相关技术。
获奖情况及鉴定结果
- 该软件已经在中华人民共和国国家版权局进行计算机软件著作权登记，登记证书号为:软著登字第0290429号，登记号为：2011SR026755
作品所处阶段
- 作品已经开发完成，现在正在当地交通部门试运行
技术转让方式
- 无
作品可展示的形式
- 安装Setup.exe后可运行展示效果。作品还提供“演示视频”和精彩截图，供评委老师参考。
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 使用说明请参见所附加的“软件使用手册.doc”以及“演示视频”。该作品基于全球最大的GIS公司ESRI的类库进行二次开发，系统功能非常强大，性能稳定，具有实用价值，用于交通部门进行噪音预测，包括噪音的动态预测、分析、发布、治理，功能一体化，并且实现了所有的通用GIS的基本功能，操作方便。并且提供三维分析和噪音的动态传播模拟，获得了交通部门主管领导的好评。系统各模块独立性、稳健性强，低耦合，保留了可扩展的接口，易于迁移，具有广泛的使用性，因此应用于各个城市的噪音预测，以供交通管理部门制定相关降噪措施达到对区域减噪的目的。
同类课题研究水平概述
- 环境噪声预测一直处于人们研究的范畴，商业环境噪声预测软件凤毛麟角，较为知名的有德国的Cadna/A环境噪声模拟系统，德国的SoundPLAN的噪声预测评估软件，丹麦B&K公司的LimaTM环境噪声计算及绘图软件。这些国外的软件不仅价格昂贵，而且并不能很好的符合我国制定的环境噪声想关标准。而国内的较为大型的交通噪声预测软件几乎还是个空白，有些单位通过自编程序进行噪声计算，但大都限于单路单点或局部计算，不成规模，标准不一，并且缺乏空间数据管理和全局噪声分析表达的能力。基于GIS的道路交通噪声实时预测与防治系统正好弥补了这一不足，国内虽有人进行研究，但真正能实际应用的道路交通噪声预测软件却鲜为人知。 现存的几种噪音预测的软件大都是基于时段进行预测，即预测某一个时间段内（如6:00-7:00）噪音的平均值，这种预测方法很受限制，不能让用户得到更精确的时间点的噪音值。本系统通过在英国CRTN88噪音预测模型的基础上，对预测方法进行了很好的优化处理，改进设计思想，通过在时间维度上对噪音进行“插值”，实现了对任意时间点的实时预测功能，可以根据已有的时间点的噪音情况合理预测出任意时刻的噪音情况，使得预测精度可以达到具体的某一分钟，如可以预测8:54这一时刻的噪音情况，而不仅仅是预测某一时间段的噪音，增强了预测的时效性和准确性，实现了噪音的实时动态预测，也更加接近实际情况。 一般的噪音预测软件只涉及噪音预测功能，而本系统在噪音预测、分析、模拟的基础上增加了防治与治理的模块，系统实现了加声屏障和限速两种常用降噪措施的降噪效果模拟。用户可以对任意道路手工绘制声屏障，并设置声屏障高度，以获得此声屏障影响下道路对某预测点的噪音污染衰减情况。道路限速可以针对输入的降噪值，计算出某条道路或全部道路的限速值。并将限速情况以飞信或邮箱发送给分析区域内司机和交管部门，以供决策。 该系统还具有的一个特色功能就是可以动态模拟单个车辆声源沿任意道路行驶时，对道路旁边任意预测点的噪音污染情况。而且用户可以通过车型设置和速度设置来获得不同车型、不同速度下对某预测点的噪音污染变化曲线。限于篇幅，其他功能不能详细说明。 评委老师可以参见所附的“作品设计文档.doc”、“系统概述.doc”、“软件使用手册.doc”以及“演示视频”.
