CN109668960B - 一种点声源房屋群衰减计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种点声源房屋群衰减计算方法，该方法从考虑点声源和接收点高度出发，利用声传播路线受遮挡段与完整长度的比值，进行房屋群衰减的计算；该方法能够应用于三维空间下的点声源房屋群衰减计算，有效的解决了工程应用中点声源衰减未考虑高度、难以计算、处理复杂和适用性差等问题。

Description

一种点声源房屋群衰减计算方法

技术领域

本发明涉及点声源声音排放和立体几何技术领域，更具体地，涉及一种点声源房屋群衰减计算方法。

背景技术

随着城市化进程的加快，噪声污染越来越严重，人们对于城市声环境质量也愈发的关注。城市内部存在着众多声源，如高音喇叭、道路交通流、工厂厂房等，这些声源产生的声音在城市内部传播，会遇到许多结构不一的障碍物，如何计算不同类型声源在城市内部的传播衰减量成为了学者们亟待解决的问题。实际生活中，城市房屋群的结构、表面材料、布局复杂多样，很难严格按照数学模型对声音传播的衰减量进行精确的计算。因此，在实际工程应用中，通常依据声音传播路线与房屋群的重叠部分，来进行衰减量的简化计算。

在GBT 17247.2-1998《声学户外声传播的衰减第2部分：一般计算方法》，对点声源房屋群衰减计算做出了规定，但标准中的点声源和噪声接收点均局限于平面，没有考虑到声源点和接收点的高度对衰减量带来的影响，无法计算前排建筑物对后排建筑物的遮挡效应，且标准中提到的沿声传播路线上的建筑物密度也难以计算，适用性较差。其他的点声源房屋群衰减计算模型也存在未考虑高度因素、难以应用等问题。对于在现场或用模型测量的方式，其测量点位有限，需要耗费大量的成本，且得到的结果难以用于噪声地图绘制或其他噪声模型的构建

发明内容

本发明提供一种三维空间下的考虑声源点和接收点高度、适用性强的点声源房屋群衰减计算方法。

为了达到上述技术效果，本发明的技术方案如下：

一种点声源房屋群衰减计算方法，包括以下步骤：

S1：获取房屋群在水平面上的投影轮廓面，将点声源和接收点的声传播路线投影到水平面上，筛选出与声传播路线相交的所有建筑物轮廓面；

S2：求出点声源与接收点的高度差，利用高度差与声传播路线长度的比值求出声传播路线与水平面的夹角；

S3：求出点声源与所有相交的轮廓面中所有边的最短距离；

S4：利用夹角与最短距离，求得声传播路线与建筑物最外侧表面的交点高度，若该高度高于建筑物的高度，则说明声传播路线没有受建筑物衰减，即无需计算衰减量；若该高度小于最外侧建筑物的高度，说明声传播路线受建筑物遮挡，需要计算衰减；

S5：利用相似三角形原理计算声传播路线在建筑物内部的传播距离与声传播路线总长度的比值，将比值乘以声传播路线总长度再乘以折减系数，得到点声源传播经过建筑物的衰减量。

进一步地，所述步骤S1中，与声传播路线相交是指建筑物轮廓面与声传播路线在水平面投影上相交。

进一步地，所述步骤S2中，点声源与接收点的高度差，无论为正值或负值，直接用于求声传播路线与水平面的夹角，具体为：

其中，θ表示为声传播路线与水平面的夹角，h_p、h_ps分别表示接收点与点声源的高度，l表示声传播路线的长度。

进一步地，所述步骤S3中，点声源与所有相交轮廓面中所有边的最短距离，表示为求出点声源与所有边的距离集合，并从中找出最小值，具体为：

l_min＝min{dis(ps,edge)}

其中，dis表示求解点与线段距离的函数，ps表示点声源，edge表示相交轮廓面中的所有边集合，l_min表示最短距离。

进一步地，所述步骤S4中，最外侧建筑物和建筑物最外侧表面分别指的是距离点声源最近边所属的建筑物及所在侧面，利用夹角和最短距离求声传播路线与最外侧表面的交点高度，具体为：

h_c＝l_min·tanθ+h_ps

其中，l_min表示最短距离，θ表示为声传播路线与水平面的夹角，h_c、h_ps分别表示交点高度和点声源高度。

进一步地，所述步骤S4中，声传播路线受建筑物遮挡的情况分为两类情况，一类是传播路线由建筑物侧面穿入，由顶面穿出，另一类是传播路线由建筑物侧面穿入，由侧面穿出，这两类情况分别对应衰减类型为部分受房屋遮挡以及完全受房屋遮挡。

进一步地，所述步骤S5中，对于部分受房屋遮挡的情况而言，点声源传播经过建筑物的衰减量，具体为：

其中，Atten表示衰减量，α表示折减系数，h_b表示最外侧建筑物高度，h_c表示交点高度，θ表示声传播路线与水平面的夹角，l^xy表示声传播路线在水平面上投影的长度，l表示声传播路线的长度。

进一步地，所述步骤S5中，对于完全受房屋遮挡的情况而言，点声源传播经过建筑物的衰减量，具体为：

式中，Atten表示衰减量，α表示折减系数，l_cross表示声传播路线与建筑物轮廓面在水平面上相交线段的长度，l^xy表示声传播路线在水平面上投影的长度，l表示声传播路线的长度。

进一步地，所述步骤S5中，折减系数在计算城市内部点声源受房屋群衰减时取值为0.1。

与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：

本发明方法从考虑点声源和接收点高度出发，利用声传播路线受遮挡段与完整长度的比值，进行房屋群衰减的计算；该方法能够应用于三维空间下的点声源房屋群衰减计算，有效的解决了工程应用中点声源衰减未考虑高度、难以计算、处理复杂和适用性差等问题。

附图说明

图1是本发明流程示意图；

图2是本发明中点声源声传播场景示意图；

图3是本发明中点声源声传播场景俯视图；

图4是声传播未受建筑物遮挡情况示意图；

图5是声传播部分受建筑物遮挡情况示意图；

图6是声传播完全受建筑物遮挡情况示意图。

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

如图1所示，一种点声源房屋群衰减计算方法，通过以下步骤实现：

S1：获取房屋群在水平面上的投影轮廓面，将点声源和接收点的声传播路线投影到水平面上，筛选出与声传播路线相交的所有建筑物轮廓面；

与声传播路线相交的所有建筑物轮廓面是指在水平面投影上二者相交；

S2：求出点声源与接收点的高度差，利用高度差与声传播路线长度的比值求出声传播路线与水平面的夹角；

S3：求出点声源与所有相交的轮廓面中所有边的最短距离；

点声源与所有相交轮廓面中所有边的最短距离，可表示为求出点声源与所有边的距离集合，并从中找出最小值；

S4：利用夹角与最短距离，可求得声传播路线与建筑物最外侧表面的交点高度，若该高度高于建筑物的高度，则说明声传播路线没有受建筑物衰减，即无需计算衰减量；若该高度小于最外侧建筑物的高度，说明声传播路线受建筑物遮挡，需要计算衰减；

最外侧建筑物和建筑物最外侧表面分别指的是距离点声源最近边所属的建筑物及所在侧面；

声传播路线受建筑物遮挡的情况可分为两类情况，一类是传播路线由建筑物侧面穿入，由顶面穿出，另一类是传播路线由建筑物侧面穿入，由侧面穿出，这两类情况分别对应衰减类型为部分受房屋遮挡以及完全受房屋遮挡；

S5：利用相似三角形原理计算声传播路线在建筑物内部的传播距离与声传播路线总长度的比值，将比值乘以声传播路线总长度再乘以折减系数，得到点声源传播经过建筑物的衰减量。

实例1

本发明适用于三维空间下点声源房屋群衰减量的计算。声音衰减量可由声传播路线在建筑物内部的传播距离与声传播路线总长度的比值乘以折减系数得到。

首先，对当前计算场景中(如图2所示)所有建筑物进行遍历，获取所有建筑物在水平面上的投影轮廓面，计算声传播路线与建筑物轮廓面在水平面上是否相交，将相交的建筑物筛选出来，如图3所示；

求出点声源与筛选得到的相交建筑物水平面轮廓中的每一条边的垂直距离，找到最短垂直距离l_min对应的边，该边为离点声源最近的边，该边所在侧面为离点声源最近的面，l_min可按下式进行计算：

l_min＝min{dis(ps,edge)}

式中，dis表示求解点与线段距离的函数，ps表示点声源，edge表示相交轮廓面中的所有边集合。

然后，转换观察视角，所选视角应为侧面且垂直于上一步求得的最短距离，如图4所示。利用点声源和接收点的高度差，求取声传播路线与水平面的夹角θ，具体可按下式进行计算：

式中，h_p、h_ps分别表示接收点与点声源的高度，l表示声传播路线的长度。

然后，利用最短距离l_min和水平夹角θ计算声传播路线与建筑物交点的高度h_c，具体如下式进行计算：

h_c＝l_min·tanθ+h_ps

式中，l_min表示最短距离，θ表示为声传播路线与水平面的夹角，h_ps表示点声源高度。

然后，若交点高度h_c大于最外侧建筑物的高度h_b，这说明声传播路线并没有穿过建筑物，即无需计算衰减量，该情况如图4所示。若交点高度h_c小于最外侧建筑物的高度h_b，则说明声传播路线受到了建筑物遮挡，具体可分为两类情况，一类是传播路线由建筑物侧面穿入，由顶面穿出，另一类是传播路线由建筑物侧面穿入，由侧面穿出，这两类情况分别对应衰减类型为部分受房屋遮挡以及完全受房屋遮挡；

对于部分受房屋遮挡的情况，如图5所示。利用相似三角形原理计算声传播路线在建筑物内部的传播距离与声传播路线总长度的比值，将比值乘以声传播路线总长度再乘以折减系数，得到点声源传播经过建筑物的衰减量Atten，具体图下式计算：

式中，α表示折减系数，在本例中取值0.1，h_b表示最外侧建筑物高度，h_c表示交点高度，θ表示声传播路线与水平面的夹角，l^xy表示声传播路线在水平面上投影的长度，l表示声传播路线的长度。

对于完全受房屋遮挡的情况，如图6所示，其衰减量具体计算如下式所示：

式中，α表示折减系数，在本例中取值0.1，l_cross表示声传播路线与建筑物轮廓面在水平面上相交线段的长度，l^xy表示声传播路线在水平面上投影的长度，l表示声传播路线的长度。

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 (7)

1.一种点声源房屋群衰减计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：获取房屋群在水平面上的投影轮廓面，将点声源和接收点的声传播路线投影到水平面上，筛选出与声传播路线相交的所有建筑物轮廓面；

S2：求出点声源与接收点的高度差，利用高度差与声传播路线长度的比值求出声传播路线与水平面的夹角；

S3：求出点声源与所有相交的轮廓面中所有边的最短距离；

S4：利用夹角与最短距离，求得声传播路线与建筑物最外侧表面的交点高度，若该高度高于建筑物的高度，则说明声传播路线没有受建筑物衰减，即无需计算衰减量；若该高度小于最外侧建筑物的高度，说明声传播路线受建筑物遮挡，需要计算衰减；

S5：利用相似三角形原理计算声传播路线在建筑物内部的传播距离与声传播路线在水平面上投影的长度的比值，将比值乘以声传播路线总长度再乘以折减系数，得到点声源传播经过建筑物的衰减量；

所述步骤S5中，对于部分受房屋遮挡的情况而言，点声源传播经过建筑物的衰减量，具体为：

其中，Atten表示衰减量，α表示折减系数，h_b表示最外侧建筑物高度，h_c表示交点高度，θ表示声传播路线与水平面的夹角，l^xy表示声传播路线在水平面上投影的长度，l表示声传播路线的长度；

所述步骤S5中，对于完全受房屋遮挡的情况而言，点声源传播经过建筑物的衰减量，具体为：

式中，Atten表示衰减量，α表示折减系数，l_cross表示声传播路线与建筑物轮廓面在水平面上相交线段的长度，l^xy表示声传播路线在水平面上投影的长度，l表示声传播路线的长度。

2.根据权利要求1所述的点声源房屋群衰减计算方法，其特征在于，所述步骤S1中，与声传播路线相交是指建筑物轮廓面与声传播路线在水平面投影上相交。

3.根据权利要求2所述的点声源房屋群衰减计算方法，其特征在于，所述步骤S2中，点声源与接收点的高度差，无论为正值或负值，直接用于求声传播路线与水平面的夹角，具体为：

其中，θ表示为声传播路线与水平面的夹角，h_p、h_ps分别表示接收点与点声源的高度，l表示声传播路线的长度。

4.根据权利要求3所述的点声源房屋群衰减计算方法，其特征在于，所述步骤S3中，点声源与所有相交轮廓面中所有边的最短距离，表示为求出点声源与所有边的距离集合，并从中找出最小值，具体为：

l_min＝min{dis(ps,edge)}

其中，dis表示求解点与线段距离的函数，ps表示点声源，edge表示相交轮廓面中的所有边集合，l_min表示最短距离。

5.根据权利要求4所述的点声源房屋群衰减计算方法，其特征在于，所述步骤S4中，最外侧建筑物和建筑物最外侧表面分别指的是距离点声源最近边所属的建筑物及所在侧面，利用夹角和最短距离求声传播路线与最外侧表面的交点高度，具体为：

h_c＝l_min·tanθ+h_ps

其中，l_min表示最短距离，θ表示为声传播路线与水平面的夹角，h_c、h_ps分别表示交点高度和点声源高度。

6.根据权利要求5所述的点声源房屋群衰减计算方法，其特征在于，所述步骤S4中，声传播路线受建筑物遮挡的情况分为两类情况，一类是传播路线由建筑物侧面穿入，由顶面穿出，另一类是传播路线由建筑物侧面穿入，由侧面穿出，这两类情况分别对应衰减类型为部分受房屋遮挡以及完全受房屋遮挡。

7.根据权利要求6所述的点声源房屋群衰减计算方法，其特征在于，所述步骤S5中，折减系数在计算城市内部点声源受房屋群衰减时取值为0.1。

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