CN109063288A - 一种城市区域交通噪声分布并行计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种城市区域交通噪声分布并行计算方法，该方法在不失精确度的前提下大幅提高了交通噪声分布计算的速度。在进行网格化划分时，考虑将网格周围的噪声源以及噪声遮挡物纳入缓冲区进行噪声计算，并通过动态扩展缓冲区大小保证每个网格中的噪声源数目足够多且数目大致相同。在进行并行化计算时，采取一个控制节点控制若干计算节点的计算方案，并在计算过程中对每个网格进行修正以保证整个区域的噪声分布连续性。

Description

一种城市区域交通噪声分布并行计算方法

技术领域

本发明涉及交通噪声计算以及并行计算算法领域，更具体地，涉及一种城市区域交通噪声分布并行计算方法。

背景技术

近年来，随着经济社会发展，城市化进程加快，我国环境噪声污染影响日益突出，环境噪声污染纠纷频发，扰民投诉居高不下，在包括水、大气、固废、噪声的所有城市环境污染投诉中，噪声的比重最大，而其中又以交通噪声投诉的比例最高。国内外调查结果共同认为交通噪声是城市环境噪声的主要来源，约占35％以上，其中以机动车发出的噪声影响区域最广、时间最久、受影响的人数最多。世界卫生组织认为，交通噪声严重地影响着人们的生理和心理健康，已成为城市生活中的“无形的暴力”。因此，如何降低城市交通噪声污染，已成为改善城市声环境质量的关键问题，而进行城市区域的交通噪声分布进行计算是对交通噪声进行治理的必要手段。

由于城市区域规模较大，并且在道路两侧通常具有许多建筑物，这些建筑物对交通噪声的传播具有明显的遮挡作用，是交通噪声传播过程中的主要遮挡物，而另一方面城市区域建筑物分布不规则，从而极大地增加了对交通噪声分布进行计算的复杂度。目前关于城市交通噪声分布计算的研究主要以交通噪声地图的形式体现，以颜色的深浅形象地展示出交通噪声的污染程度。关于城市交通噪声分布计算，主要使用的是Cadna/A、Soundplan和LimA等环境噪声模拟软件，这些软件对于交通噪声的计算采取是单点计算的方法，而交通噪声分布的计算复杂度关于计算规模呈现出平方级增长，因此单点计算对于整个城市区域进行交通噪声分布计算是低效且不合适的。分块并行计算在交通噪声分布计算方面，可以大幅度提高计算效率，同时也存在两个问题，一是对于噪声接收点来说，需要考虑的是所有噪声源的噪声贡献，而直接进行分块会导致分块中的噪声接收点仅考虑到分块内的噪声源；二是进行分块计算往往会导致各个分块之间呈现不连续的现象。

发明内容

本发明提供一种城市区域交通噪声分布并行计算方法，该对计算结果进行一定修正，达到高效而不失精度的交通噪声分布计算。

为了达到上述技术效果，本发明的技术方案如下：

一种城市区域交通噪声分布并行计算方法，包括以下步骤：

S1：对城市区域进行网格化划分，得到一系列正方形的网格分块，其中，网格化划分以等间距进行划分，所用坐标系为高斯平面坐标；

S2：对每个网格分块进行缓冲区生成；

S3：进行城市交通噪声分布的并行计算。

进一步地，所述缓冲区为满足以下公式的区域：

其中，(x₀,y₀)为网格中心，L为网格边长，l为缓冲区宽度，缓冲区宽度由缓冲区边界范围内噪声源数目决定。

进一步地，所述缓冲区边界范围为缓冲区范围以及网格范围，即满足以下公式的区域：

其中，(x₀,y₀)为网格中心，L为网格边长，l为缓冲区宽度，缓冲区宽度由初始值逐步增加Δl，直到缓冲区边界范围内的噪声源数目达到阈值N。

进一步地，所述并行计算为由一个控制节点控制若干计算节点进行并行计算，所述控制节点通过向计算节点发送任务编号进行计算任务安排，计算节点通过向控制节点发送计算结束符告知当前计算任务结束。所述计算任务指对分块网格进行噪声分布计算。

进一步地，所述控制节点在进行初始任务分配后，进入循环状态，不断监视是否有收到计算节点发送来的结束符，若接收到某个计算节点的结束符，则分配新的任务至该计算节点，在计算完毕后，向每个计算节点发送结束命令。

进一步地，所述计算节点首先计算网格线段交点处的噪声值，即每个正方形网格端点处的噪声值，此时的计算以未分块时进行计算，即考虑所有噪声源和噪声遮挡物。

进一步地，所述计算节点对分块进行交通噪声分布计算，所述计算节点对分块四个端点处修正值，修正值为：端点处未分块计算时噪声值减去分块计算时噪声值。

进一步地，所述计算节点依据分块四个端点处修正值，通过线性插值对整个分块进行修正，修正公式为：

其中，(x₁,y₁)、(x₂,y₁)、(x₁,y₂)、(x₂,y₂)为四个端点坐标，f(x₁,y₁)、f(x₂,y₁)、f(x₁,y₂)、f(x₂,y₂)为四个端点的噪声修正值。

与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：

本发明方法在不失精确度的前提下大幅提高了交通噪声分布计算的速度。在进行网格化划分时，考虑将网格周围的噪声源以及噪声遮挡物纳入缓冲区进行噪声计算，并通过动态扩展缓冲区大小保证每个网格中的噪声源数目足够多且数目大致相同。在进行并行化计算时，采取一个控制节点控制若干计算节点的计算方案，并在计算过程中对每个网格进行修正以保证整个区域的噪声分布连续性。

附图说明

图1为本发明的计算流程图；

图2为本发明所述网格缓冲区示意图；

图3为本发明所述分块噪声修正方案示意图。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；

对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。

实施例1

一种城市区域交通噪声分布并行计算方法，包括城市区域网格化划分方法和并行计算方法。

所述城市区域网格化划分方法，对城市区域进行规则的网格化划分，并将噪声源以及噪声遮挡物纳入每个网格之内，用以进行噪声分布计算。

噪声源为道路，所述噪声遮挡物为建筑物。

城市区域网格化划分方法包括以下步骤：

(1)将城市区域按照一定边长L，划分为均匀的正方形网格网络，每个网格为一个分块网格，每个分块网格内进行均匀的噪声接收点布置。

(2)对分块网格构建初始缓冲区。

(3)计算在缓冲区边界所围范围内的道路数量。

(4)判断(3)中计算所得道路数量是否达到阈值N。

(5)若达到阈值N，则该分块网格的缓冲区构建完成。

(6)若未达到阈值N，将缓冲区范围向外扩展Δl，重复(3)-(4)，直到该分块缓冲区构建完成。

(7)重复(2)-(6)，直到所有分块缓冲区均构建完成。

进一步地，所述网格的缓冲区指满足如下定义的区域：其中(x₀,y₀)为网格中心，L为网格边长，l为缓冲区宽度。

步骤(2)中所述计算在缓冲区边界范围内的道路数量，用于判断道路在缓冲区边界范围内的依据为：道路完全在缓冲区内部或道路与缓冲区有交点。

计算网格内的交通噪声分布时，使用的是缓冲区内的道路与建筑物作为噪声源和噪声遮挡物，以保证网格内的噪声分布计算充分考虑了四周的噪声源以及遮挡物。

并行化计算方法，将计算机节点分为一个控制节点和若干计算节点。

控制节点控制计算节点，所述计算节点负责交通噪声分布计算。

控制节点通过向计算节点发送任务编号进行计算任务安排，计算节点通过向控制节点发送计算结束符告知当前计算任务结束。所述计算任务指对分块网格进行噪声分布计算。

控制节点内部的控制逻辑如下：

(1)为所有计算节点分配初始任务

(2)进入循环状态，不断监视是否有收到计算节点发送来的结束符

(3)接收到某个计算节点的结束符，则分配新的任务至该计算节点

(4)重复(2)-(3)，直到所有分块网格计算完毕。

(5)计算完毕后，向每个计算节点发送结束命令。

进一步地，计算节点内部的计算逻辑如下：

(1)计算网格线段交点处的噪声值，即每个正方形网格端点处的噪声值，此时的计算以未分块时进行计算，即考虑所有噪声源和噪声遮挡物。

(2)计算由控制节点分配的第k个分块的噪声分布。

(3)计算分块k四个端点处修正值，修正值为：端点处未分块计算时噪声值减去分块计算时噪声值。

(4)对整个分块k进行修正。。

(5)向控制节点请求新任务，重复(2)-(4)，直到收到结束命令。

进一步地，计算节点逻辑步骤(4)，对于整个分块进行修正中，对于每个点，其修正公式为：

其中(x₁,y₁)、(x₂,y₁)、(x₁,y₂)、(x₂,y₂)为四个端点坐标，f(x₁,y₁)、f(x₂,y₁)、f(x₁,y₂)、f(x₂,y₂)

为四个端点的噪声修正值。

具体实验：

首先对城市区域进行网格化划分，得到一系列的正方形网格，网格边长为300m,并且在每个网格内，以间隔4m均匀布置75×75个噪声接收点。接着，计算网格中所有交点处的噪声值，即图3中所有网格线交点，即得到一幅稀疏的交通噪声地图，这些网格线交点对应于每个网格分块的四个端点，用于接下来所有分块进行分块计算后的噪声修正。对于每一个分块网格，生成其缓冲区，如图2所示，D1区域即D2分块的缓冲区。缓冲区边界范围内的噪声源、噪声遮挡物均将纳入该分块网格的噪声分布计算中。为了使得每个网格分块中噪声源数目大致相同，采取对缓冲区进行逐步扩展的方式，每次扩展一定距离后，均判断在缓冲区边界范围内(图2中所示为D1及D2范围)噪声源数目是否达到一定数目M，若未达到则继续扩展，达到则完成了该分块的缓冲区生成。缓冲区生成完毕后，即完成了交通噪声分布并行计算的结构基础。并行计算采取一个控制节点控制若干计算节点的方式，控制节点向计算节点发送任务编号以及结束命令，计算节点向控制节点发送结束符以请求新任务。控制节点内部维护着一个任务列表，首先为所有计算节点分配第一个任务，然后进入一个不断监视的循环状态。在这个循环中，控制核不断检查是否有计算节点发送来了结束符，每当发现一个空闲的计算结束符(接收到结束符)后，立即通过向其发送新的任务编号为其安排任务。计算节点负责着分块的噪声分布计算，计算节点接收到控制节点发送来的任务编号后，开始对对应的分块使用其缓冲区范围内的噪声源以及噪声遮挡物进行计算，如图3中的ABCD分块，这个分块计算完成后，计算A、B、C、D四个端点处的修正值，即A、B、C、D四个端点处未进行分块时的噪声值减去分块计算时的噪声值，接着对于分块内的所有噪声分布点，均以二维线性插值的方法计算其修正值，对整个分块予以修正。

相同或相似的标号对应相同或相似的部件；

附图中描述位置关系的用于仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种城市区域交通噪声分布并行计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：对城市区域进行网格化划分，得到一系列正方形的网格分块，其中，网格化划分以等间距进行划分，所用坐标系为高斯平面坐标；

S2：对每个网格分块进行缓冲区生成；

S3：进行城市交通噪声分布的并行计算。

2.根据权利要求1所述的城市区域交通噪声分布并行计算方法，其特征在于，所述缓冲区为满足以下公式的区域：

其中，(x₀,y₀)为网格中心，L为网格边长，l为缓冲区宽度，缓冲区宽度由缓冲区边界范围内噪声源数目决定。

3.根据权利要求2所述的城市区域交通噪声分布并行计算方法，其特征在于，所述缓冲区边界范围为缓冲区范围以及网格范围，即满足以下公式的区域：

其中，(x₀,y₀)为网格中心，L为网格边长，l为缓冲区宽度，缓冲区宽度由初始值逐步增加Δl，直到缓冲区边界范围内的噪声源数目达到阈值N。

4.根据权利要求3所述的城市区域交通噪声分布并行计算方法，其特征在于，所述并行计算为由一个控制节点控制若干计算节点进行并行计算，所述控制节点通过向计算节点发送任务编号进行计算任务安排，计算节点通过向控制节点发送计算结束符告知当前计算任务结束。所述计算任务指对分块网格进行噪声分布计算。

5.根据权利要求4所述的城市区域交通噪声分布并行计算方法，其特征在于，所述控制节点在进行初始任务分配后，进入循环状态，不断监视是否有收到计算节点发送来的结束符，若接收到某个计算节点的结束符，则分配新的任务至该计算节点，在计算完毕后，向每个计算节点发送结束命令。

6.根据权利要求5所述的城市区域交通噪声分布并行计算方法，其特征在于，所述计算节点首先计算网格线段交点处的噪声值，即每个正方形网格端点处的噪声值，此时的计算以未分块时进行计算，即考虑所有噪声源和噪声遮挡物。

7.根据权利要求6所述的城市区域交通噪声分布并行计算方法，其特征在于，所述计算节点对分块进行交通噪声分布计算，所述计算节点对分块四个端点处修正值，修正值为：端点处未分块计算时噪声值减去分块计算时噪声值。

8.根据权利要求7所述的城市区域交通噪声分布并行计算方法，其特征在于，所述计算节点依据分块四个端点处修正值，通过线性插值对整个分块进行修正，修正公式为：

其中，(x₁,y₁)、(x₂,y₁)、(x₁,y₂)、(x₂,y₂)为四个端点坐标，f(x₁,y₁)、f(x₂,y₁)、f(x₁,y₂)、f(x₂,y₂)为四个端点的噪声修正值。