CN116108672B - 一种基于地理信息系统的户外声传播预测模型构建方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于地理信息系统的户外声传播预测模型构建方法。该方法包括：S1：收集地理信息数据与声源信息数据；S2：建立具有复杂下垫面的城市几何模型；S3：设定边界条件；S4：定义声学对象；S5：基于实测数据校准的等效源强进行声传播预测计算；S6：城市噪声数据可视化发布与信息管理分析。该方法基于地理信息系统和云计算技术，结合噪声实测数据，实现复杂城市下垫面户外声传播预测模型的构建，用于城市噪声的实时预测，和城市噪声的可视化评估、信息管理与分析，从而实现高效、科学、精准的城市噪声信息管理与污染防治。
Description
技术领域
本发明涉及环保工程技术领域，具体为一种基于地理信息系统的户外声传播预测模型构建方法。
背景技术
环境噪声污染干扰工作生活甚至危害公众健康，成为城市可持续发展的新挑战。传统噪声布点检测无法实现噪声分析的全区域覆盖，也无法实现噪声预测；传统的环评报告与环境监测信息载体多为表格和图片，无法表现信息之间的空间关系和共同作用，难以开展区域综合声环境评估与噪声治理。
基于地理信息系统，构建具有复杂城市下垫面的户外声传播预测模型与绘制噪声地图，是环境声学、地理信息学、交通信息管理的多学科综合应用，是城市声环境评估、预测与治理的重要方法。城市户外声传播预测模型包含几何模型建立与边界条件设定，模型信息(包括但不限于城市建筑信息、道路信息、地形信息、气象信息、人口信息、表面材料信息)直接影响噪声声源与声传播情况，从而影响城市声场分布与噪声对人群的烦扰程度；而不同选区的城市环境不同，每次声传播预测模型构建与噪声地图绘制往往耗费大量人力算力。
我国城市户外声传播预测模型构建与噪声地图绘制研究起步较晚，呈现项目化、碎片化、静态化特点，缺乏高效的广域城市几何模型构建方法，缺乏科学的城市复杂下垫面声传播模型构建方法，缺乏基于实测数据校验的声传播预测模型与实时可视化噪声分析平台。
CN113421422B现有技术公开了一种城市噪声预测系统，该发明提供了一种城市声学模型的构建方法，但是缺少对于实际城市环境的分析和对城市复杂下垫面模型构建的具体方法；CN113470177A提供了一种基于GIS的三维模型几何自适应简化方法，适用于GIS行业大规模三维模型批量简化，但该方法缺少基于声学原理的模型简化原则和从原始二维数据构建三维城市模型的方法，同时并未构建连接噪声实测系统、噪声模拟计算系统的综合声学模型。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于地理信息系统的户外声传播预测模型构建方法，用以解决本领域存在的广域城市模型难以构建、城市复杂下垫面声传播预测计算效率低下、城市户外综合声学模型构建体系缺失等问题，从而应用于城市声环境综合评估与噪声污染防治。
本发明提供一种基于地理信息系统的户外声传播预测模型构建方法，包括以下步骤：
S1：收集地理信息数据与声源信息数据；
S2：建立具有复杂下垫面的城市几何模型；
S3：设定边界条件；
S4：定义声学对象；
S5：基于实测数据校准的等效源强进行声传播预测计算；
S6：城市噪声数据可视化发布与信息管理分析。
步骤S1中所述收集地理信息数据与声源信息数据，具体为：
通过噪声实测收集声源信息数据，包括但不限于道路车流量信息、各类车辆比例信息、车辆车速信息、道路隔音屏障信息，通过噪声实测系统收集实时噪声信息，包括但不限于昼夜等效声压级、最大声级、NAT(Number Of Events Above Threshold)。
通过全球开源地理信息网站平台、商业地理信息数据供应商等收集地理信息数据。收集建筑信息，包括但不限于：建筑层数、建筑层高、建筑高度、建筑功能、建筑立面情况；收集道路信息，包括但不限于：道路等级、道路车道数、道路路面情况、道路坡度；收集地形信息，包括但不限于：DEM(Digital Elevation Model)，地面材质与软地面占比；收集环境气象信息，包括但不限于温度、湿度、降水量信息。
各类源信息数据通过要素位置变量(由要素的经纬度或其他地理编码系统表示)集成管理。
步骤S2中所述建立具有复杂下垫面的城市几何模型，具体为：
S21：确定具有复杂下垫面的城市几何模型构建与简化原则；
S22：输入原始模型数据；
S23：对原始模型数据进行数据清洗；
S24：进行模型简化；
S25：进行三维建模；
步骤S21具体为：
基于户外声传播规律与我国城市声环境特点，确定具有复杂下垫面的城市几何模型的构建与简化原则，以满足城市户外声传播预测精度与计算速率要求。人耳可听声音频率范围为20-20000Hz，城市户外噪声集中在200-2000Hz，噪声波长为0.17-1.7米；因此，用于城市户外声传播预测的城市几何模型可忽略约为1米以下的模型细节，例如建筑阳台、建筑立面饰面凹凸、桥梁栏杆等；城市几何模型构建与简化的核心在于不能更改地理要素位置关系、与声源的关系。
根据区域地理信息特征、声源特性、噪声传播规律制定构建与简化原则，包括但不限于：
拓扑控制原则，即简化过程保留原有城市环境拓扑关系，包括但不限于地理信息要素与声源的关系，建筑与建筑的邻近、相接、围合关系，建筑与道路的邻近、相交、围合关系；
误差控制原则，即简化后计算面积损失系数、角点简化系数等控制建模误差；
消解异型原则，即在误差允许范围内概念化模型形状，消解模型中的曲面、尖角、异型等；
邻域控制原则，即简化过程维持建筑原有范围或在一定范围内缩减建筑面积，防止产生建筑物之间的重叠以及临街建筑与道路重叠的情况；
步骤S22具体为：输入由步骤S1获取的原始模型数据。
步骤S23具体为：
依托地理信息系统(包括但不限于ArcGIS、CityEngine等商用GIS软件)数据处理工具，将所获取的数据分图层梳理并分类存储，筛选并清理异常数据，统一各源数据的坐标系(包括地理坐标系和投影坐标系)，实现地理配准与数据校误，校验要素ID唯一性，实现数据清洗。
步骤S24具体为：
根据步骤S21确定的具有复杂下垫面的城市几何模型构建与简化原则，依托地理信息系统完成城市几何模型简化。
a)通过减少要素计数简化城市几何模型，包括但不限于道路网聚合、聚合面、融合面：
1)道路网聚合适用于路网整合处理；如果多对道路或车道属于同一道路类、道路走向大致互相平行并且在允许的合并距离间隔之内，则将对这些道路或车道进行合并，道路类别由合并字段参数指定。
2)聚合面适用于对建筑形态精准度要求较低、关注区域整体声环境或关注临街建筑受噪声干扰水平的场景；可根据区域地理空间信息情况、声源分布特征等，将指定聚合距离内的多边形聚合；可选择是否使用正交选项，正交选项适用于主要由正交边构成的输入要素，例如城市区域规整建筑群，非正交选项将会生成有机形状更复杂的结果输出要素。
3)融合面适用于对建筑综合体的简化，即原始建筑由高度不一致的多个部分组成的情况；通过融合面命令将具有相邻面的要素融合为单个要素并赋予唯一ID，建筑信息(如建筑高度等)取融合各部分的平均值，从而实现形态复杂、各部高度各异的建筑综合体向等效建筑单体的模型简化。
b)通过降低要素复杂度简化城市模型，包括但不限于简化线、简化面、简化建筑物：以空间地理坐标为信息基础，识别和移除相对不太重要的折点来降低要素复杂度，同时保留固有的特征和形状。以面积损失系数sima和角点简化系数simb确定简化容差,控制城市模型简化满足建筑形态控制阈值与噪声计算算力需求。
其中，/>为简化前的建筑原面积，/>为简化后的建筑面积；P1为简化前的建筑的角点数，P2为简化后的建筑的角点数；
c)检测图形冲突，包括但不限于解决模型道路冲突、建筑物冲突。
d)手动编辑，调整模型细节。
步骤S25具体为：
所述建模模块依托GIS(包括但不限于CityEngine等建模软件)，对完成简化的城市模型数据进行数据核准、属性匹配，根据地理要素的高度信息完成三维模型构建。
步骤S3所述设定边界条件，具体为：
以地理信息要素ID为索引，在所述声传播预测模型中定义边界条件。现有城市环境复杂，可对声学属性一致的边界统一设置边界条件，无需在模型中保留全部细节，包括但不限于：
a)建筑立面边界条件可统一设置。大多数建筑立面声学属性基本一致，如外保温墙面、玻璃幕墙，平均吸声系数小于0.1。
b)硬化地面可统一设置。如道路、人行道、硬化广场，表面材质均为声学硬表面，平均吸声系数小于0.1。
c)城市绿地可统一设置。如松软土壤、草地、灌木、乔木，平均吸声系数为0.2-0.5。
d)城市水体可统一设置。大面积水体表面为声学刚性面，平均吸声系数为0。
步骤S4所述定义声学对象，具体为：
a)定义声源：
根据《GB_T 3767-2016声学声压法测定噪声源声功率级和声能量级反射面上方近似自由场的工程法》、《GB_T 3768-2017声学声压法测定噪声源声功率级和声能量级采用反射面上方包络测量面的简易法》中所述方法，通过现场噪声实测，获取噪声声源情况，定义噪声等效源强，输入地理信息系统构建预测模型；噪声等效源强估算公式为：L＝Lm+10lg(4πr2)，其中Lm为离地面一定距离检测的噪声级；r为检测时设备距离声源的距离；广义的噪声源例如道路交通、铁路交通或工业区将用一组分区表示，在每一个分区内以一个处于中心位置的等效声源来代表。
b)定义接收点：
根据应用需求定义接收点：根据选区范围和区域声环境特征确定格网精度与格网范围，实现格网点与城市模型要素(建筑等)的拓扑关系判断，筛选有效接收点；针对不同应用场景、不同声源特点，布置不同尺度、不同位置的接收点格网用于计算分析。
步骤S5所述基于实测数据校准的等效源强进行声传播预测计算，具体为：
a)信息读取与转码：
依托GIS数据转换与传输功能，应用编程语言(包括但不限于python、Java)实现模型数据的代码读取与参数传递。以要素ID为索引，读取城市模型的地理空间信息、声学定义信息等，通过可在多个编译环境中读取识别的数据交换格式(包括但不限于JSON)实现数据提取、阅读与高速传输。
b)声传播预测计算：
进行户外声传播预测计算，通过与实测数据对比，修正预测计算数据，优化预测计算模型以及噪声来源与衰减规律，最终得到实测数据校准的噪声预测计算结果；
声传播预测计算公式为：
Lp(r)＝Lw+DC－(Adiv+Aatm+Agr+Abar+Amisc)
式中：Lp(r)——预测点处声压级，dB；
Lw——由点声源产生的声功率级，dB；
DC——指向校正，它描述点声源的等效连续声压级与产生声功率级Lw的全向点声源在规定方向的声级的偏差程度，dB；
Adiv——几何发散引起的衰减，dB；
Aatm——大气吸收引起的衰减，dB；
Agr——地面效应引起的衰减，dB；
Abar——障碍物屏蔽引起的衰减，dB；
Amisc——其他多方面效应引起的衰减，dB。
步骤S6所述城市噪声数据可视化发布与信息管理分析，具体为：
依托地理信息系统，基于S5中噪声预测计算结果，实现区域噪声地图绘制与城市声环境评估，包括但不限于：噪声昼夜等效声压级分布图、最大噪声级分析、噪声烦扰度与影响人群分析、声屏障等降噪措施效果评估、城市形态对声场分布影响评估、建筑立面材质或城市道路材质对噪声影响分析。实现噪声现状分析、噪声预测计算、噪声防控措施评估等可视化研究。
本发明所取得的有益效果是：在城市噪声地图绘制与声环境评估过程中，提出自适应模型简化与批量化城市建模方法，无需过多人工干预和人工建模，极大降低了人力资源和算力负担，同时提高环境噪声评价的精确度与科学性。基于声源特性、声传播规律、区域声环境研究目标与重点，从声学角度简化城市环境模型，保有影响区域声场分布的模型细节，避免了过多的特征丢失，保证了数据的简化质量。
基于GIS进行广域城市环境建模，完成GIS与城市声环境评估技术的深度结合，以GIS处理平台实现噪声实测系统、噪声模拟计算系统的连接交互，建立健全数据管理规则，支持多元文件格式(包括但不限于shp，dxf，csv)，可根据用户需求完成不同格式文件的转换与输出，真正意义上做到了数据高效传输与一体化数据编码、数据处理与数据存储。
基于GIS构建城市复杂下垫面声学模型，有利于推动国产噪声地图与城市声环境科学评估的发展，以模拟形式直观表现噪声分布与声场特性，适用于多种声源对建筑影响、噪声烦扰度研究等多种应用场景。构建区域噪声地图，以便展开城市声环境评估可视化研究，实现更为精准的噪声预测与防控、更为高效的降噪措施布置，可为管理部门提供直观快捷的环境评估系统，为公众提供可参与、可读的噪声平台。
附图说明
图1是本发明方法流程图；
图2是实施例1的地理信息数据收集，图2(a)为建筑图层的地理信息数据收集，图2(b)为道路图层的地理信息数据收集；
图3是具有复杂下垫面的城市几何模型构建流程示意图；
图4是实施例1，建立具有复杂下垫面的城市几何模型示意图；图4(a)为聚合面操作示意图；图4(b)为融合面操作示意图；图4(c)为简化面操作示意图；图4(d)为三维城市建模示意图；
图5是实施例1，定义声学对象示意图；图5(a)为接收点网格定义二维示意图，图5(b)为接收点网格定义三维示意图；
图6是实施例2，建立具有复杂下垫面的城市几何模型示意图，图6(a)为二维视角示意图，图6(b)为三维视角示意图；
图7是实施例2，定义声学对象-定义声源示意图，图中圆点表示等效车间点声源，图7(a)为二维视角示意图，图7(b)为三维视角示意图；
图8是实施例2，定义声学对象-定义接收点示意图；图8(a)为纵横间距各为25米的均质网格计算示意图，图8(b)为x方向间距25米，y方向间距50米的网格计算示意图，图8(c)为纵横间距各为50米的网格计算示意图；
图9是实施例2生成的噪声地图，展现昼间工厂噪声分布，接收点格网高度为21米。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
实施例1选择某地面积为1.5平方千米的区块，选区内包含小学、中学、居住区和商业综合体，绘制区域噪声地图并研究交通噪声对区域声环境的影响。
提供了一种基于地理信息系统的户外声传播预测模型构建方法，方法流程图见图1。该方法包括：S1：收集地理信息数据与声源信息数据；S2：建立具有复杂下垫面的城市几何模型；S3：设定边界条件；S4：定义声学对象；S5：基于实测数据校准的等效源强进行声传播预测计算；S6：城市噪声数据可视化发布与信息管理分析。
步骤S1中所述收集地理信息数据与声源信息数据，具体为：
通过噪声实测收集声源信息数据。通过全球开源地理信息网站平台、商业地理信息数据供应商等收集地理信息数据。各类源信息数据通过要素位置变量(由要素的经纬度或其他地理编码系统表示)集成管理。
地理信息数据收集如图2所示。图2(a)为建筑图层的地理信息数据收集，FID为要素唯一ID，shape为要素形状类型，floor为建筑层数，floor_heig为建筑层高；type_为建筑功能类型，1为居住区，2为学校，3为工业区，4为商业区。图2(b)为道路图层的地理信息数据收集，FID为要素唯一ID，shape为要素形状类型，name为道路名称，highway为道路层级。
如图3-4所示，根据建筑功能与分布情况、区域声环境特性，对原始模型数据进行数据清洗和简化，实现三维几何模型构建。
建立具有复杂下垫面的城市几何模型，具体为：
S21：确定具有复杂下垫面的城市几何模型构建与简化原则
S22：输入原始模型数据
S23：对原始模型数据进行数据清洗
S24：进行模型简化
S25：进行三维建模。
步骤S21具体为：
基于户外声传播规律与我国城市声环境特点，确定具有复杂下垫面的城市几何模型的构建与简化原则，以满足城市户外声传播预测精度与计算速率要求。人耳可听声音频率范围为20-20000Hz，城市户外噪声集中在200-2000Hz，噪声波长为0.17-1.7米；因此，用于城市户外声传播预测的城市几何模型可忽略约为1米以下的模型细节，例如建筑阳台、建筑立面饰面凹凸、桥梁栏杆等；城市几何模型构建与简化的核心在于不能更改地理要素位置关系、与声源的关系。
根据区域地理信息特征、声源特性、噪声传播规律制定构建与简化原则，包括但不限于：
拓扑控制原则，即简化过程保留原有城市环境拓扑关系，包括但不限于地理信息要素与声源的关系，建筑与建筑的邻近、相接、围合关系，建筑与道路的邻近、相交、围合关系；
误差控制原则，即简化后计算面积损失系数、角点简化系数等控制建模误差；
消解异型原则，即在误差允许范围内概念化模型形状，消解模型中的曲面、尖角、异型等；
邻域控制原则，即简化过程维持建筑原有范围或在一定范围内缩减建筑面积，防止产生建筑物之间的重叠以及临街建筑与道路重叠的情况；
步骤S22具体为：输入由步骤S1获取的原始模型数据。
步骤S23具体为：
依托地理信息系统(包括但不限于ArcGIS、CityEngine等商用GIS软件)数据处理工具，将所获取的数据分图层梳理并分类存储，筛选并清理异常数据，统一各源数据的坐标系(包括地理坐标系和投影坐标系)，实现地理配准与数据校误，校验要素ID唯一性，实现数据清洗。
步骤S24具体为：
根据步骤S21确定的具有复杂下垫面的城市几何模型构建与简化原则，依托地理信息系统完成城市几何模型简化。
a)通过减少要素计数简化城市几何模型，包括但不限于道路网聚合、聚合面、融合面：
1)道路网聚合适用于路网整合处理；如果多对道路或车道属于同一道路类、道路走向大致互相平行并且在允许的合并距离间隔之内，则将对这些道路或车道进行合并，道路类别由合并字段参数指定。
2)聚合面适用于对建筑形态精准度要求较低、关注区域整体声环境或关注临街建筑受噪声干扰水平的场景；可根据区域地理空间信息情况、声源分布特征等，将指定聚合距离内的多边形聚合；可选择是否使用正交选项，正交选项适用于主要由正交边构成的输入要素，例如城市区域规整建筑群，非正交选项将会生成有机形状更复杂的结果输出要素。
3)融合面适用于对建筑综合体的简化，即原始建筑由高度不一致的多个部分组成的情况；通过融合面命令将具有相邻面的要素融合为单个要素并赋予唯一ID，建筑信息(如建筑高度等)取融合各部分的平均值，从而实现形态复杂、各部高度各异的建筑综合体向等效建筑单体的模型简化。
b)通过降低要素复杂度简化城市模型，包括但不限于简化线、简化面、简化建筑物：以空间地理坐标为信息基础，识别和移除相对不太重要的折点来降低要素复杂度，同时保留固有的特征和形状。以面积损失系数sima和角点简化系数simb确定简化容差,控制城市模型简化满足建筑形态控制阈值与噪声计算算力需求；其中，/>为简化前的建筑原面积，/>为简化后的建筑面积；P1为简化前的建筑的角点数，P2为简化后的建筑的角点数；
c)检测图形冲突，包括但不限于解决模型道路冲突、建筑物冲突。
d)手动编辑，调整模型细节。
步骤S25具体为：
所述建模模块依托GIS(包括但不限于CityEngine等建模软件)，对完成简化的城市模型数据进行数据核准、属性匹配，根据地理要素的高度信息完成三维模型构建。
步骤S3所述设定边界条件，具体为：
以地理信息要素ID为索引，在所述声传播预测模型中定义边界条件。现有城市环境复杂，可对声学属性一致的边界统一设置边界条件，无需在模型中保留全部细节。
实施例中设置建筑立面平均吸声系数为0.1，道路平均吸声系数为0.1，绿地平均吸声系数为0.3。
如图5所示，定义声学对象，具体为：a)定义声源：
根据《GB_/T 3767-2016声学声压法测定噪声源声功率级和声能量级反射面上方近似自由场的工程法》、《GB_/T 3768-2017声学声压法测定噪声源声功率级和声能量级采用反射面上方包络测量面的简易法》中所述方法，通过现场噪声实测，获取噪声声源情况，定义噪声等效源强，输入地理信息系统构建预测模型；噪声等效源强估算公式为：L＝Lm+10lg(4πr2)，其中Lm为离地面一定距离检测的噪声级；r为检测时设备距离声源的距离；广义的噪声源例如道路交通、铁路交通或工业区将用一组分区表示，在每一个分区内以一个处于中心位置的等效声源来代表。
b)定义接收点：
根据应用需求定义接收点：根据选区范围和区域声环境特征确定格网精度与格网范围，实现格网点与城市模型要素(建筑等)的拓扑关系判断，筛选有效接收点；针对不同应用场景、不同声源特点，布置不同尺度、不同位置的接收点格网用于计算分析。
实施例1根据选区范围和区域声环境特性，采用纵横间距各为30米的均质网格计算。应用GIS筛选有效接收点，若网格点位于建筑内部，则该点声压级值为0。
步骤S5所述基于实测数据校准的等效源强进行声传播预测计算，具体为：
信息读取与转码：
依托GIS数据转换与传输功能，应用编程语言(包括但不限于python、Java)实现模型数据的代码读取与参数传递。以要素ID为索引，读取城市模型的地理空间信息、声学定义信息等，通过可在多个编译环境中读取识别的数据交换格式(包括但不限于JSON)实现数据提取、阅读与高速传输。
声传播预测计算：
进行户外声传播预测计算。通过与实测数据对比，修正预测计算数据，优化预测计算模型以及噪声来源与衰减规律，最终得到实测数据校准的噪声预测计算结果；声传播预测计算公式为：
Lp(r)＝Lw+DC－(Adiv+Aatm+Agr+Abar+Amisc)
式中：Lp(r)——预测点处声压级，dB；
Lw——由点声源产生的声功率级，dB；
DC——指向校正，它描述点声源的等效连续声压级与产生声功率级Lw的全向点声源在规定方向的声级的偏差程度，dB；
Adiv——几何发散引起的衰减，dB；
Aatm——大气吸收引起的衰减，dB；
Agr——地面效应引起的衰减，dB；
Abar——障碍物屏蔽引起的衰减，dB；
Amisc——其他多方面效应引起的衰减，dB。
步骤S6所述城市噪声数据可视化发布与信息管理分析，具体为：
依托地理信息系统，基于S5中噪声预测计算结果，实现区域噪声地图绘制与城市声环境评估，包括但不限于：噪声昼夜等效声压级分布图、最大噪声级分析、噪声烦扰度与影响人群分析、声屏障等降噪措施效果评估、城市形态对声场分布影响评估、建筑立面材质或城市道路材质对噪声影响分析。实现噪声现状分析、噪声预测计算、噪声防控措施评估等可视化研究。
实施例2：实施例2选择某点工厂，工厂内包含制酸、活性炭吸收等多个车间，绘制区域噪声地图并研究噪声分布情况。
提供了一种基于地理信息系统的户外声传播预测模型构建方法。该方法包括：S1：收集地理信息数据与声源信息数据；S2：建立具有复杂下垫面的城市几何模型；S3：设定边界条件；S4：定义声学对象；S5：基于实测数据校准的等效源强进行声传播预测计算；S6：城市噪声数据可视化发布与信息管理分析。该方法基于地理信息系统和云计算技术，结合噪声实测数据，实现城市复杂下垫面户外声传播预测模型的构建，用于环境噪声的实时可视化评估、预测与分析，从而实现更为精准高效的噪声影响预防与控制。
实施例2根据建筑功能与分布情况、区域声环境特性，对原始模型数据进行数据清洗和简化，实现三维几何模型构建。详见图6。
实施例2定义声学对象，详见图7-8。
实施例2声传播预测计算与数据可视化，详见图9。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不以本发明为限制，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，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种基于地理信息系统的户外声传播预测模型构建方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：收集地理信息数据与声源信息数据；
S2：建立具有复杂下垫面的城市几何模型；
所述建立具有复杂下垫面的城市几何模型，具体为：
S21：确定具有复杂下垫面的城市几何模型构建与简化原则；
所述确定具有复杂下垫面的城市几何模型构建与简化原则具体为：根据区域地理信息特征、声源特性、噪声传播规律制定构建与简化原则，包括：
拓扑控制原则，即简化过程保留原有城市环境拓扑关系，包括地理信息要素与声源的关系，建筑与建筑的邻近、相接、围合关系，建筑与道路的邻近、相交、围合关系；
误差控制原则，即简化后计算面积损失系数、角点简化系数控制建模误差；面积损失系数sima和角点简化系数simb分别为： 其中，/>为简化前的建筑原面积，/>为简化后的建筑面积；P1为简化前的建筑的角点数，P2为简化后的建筑的角点数；
消解异型原则，即在误差允许范围内概念化模型形状，消解模型中的曲面、尖角、异型；
邻域控制原则，即简化过程维持建筑原有范围或在一定范围内缩减建筑面积，防止产生建筑物之间的重叠以及临街建筑与道路重叠的情况；
S22：输入原始模型数据；
S23：对原始模型数据进行数据清洗；
S24：进行模型简化；
S25：进行三维建模；依托CityEngine商用GIS软件，对完成简化的城市模型数据进行数据核准、属性匹配，根据地理要素的高度信息完成三维模型构建；
S3：设定边界条件；
S4：定义声学对象；
S5：基于实测数据校准的等效源强进行声传播预测计算；
所述基于实测数据校准的等效源强进行声传播预测计算，具体为：
信息读取与转码：依托GIS数据转换与传输功能，应用编程语言实现模型数据的代码读取与参数传递；以要素ID为索引，读取城市模型的地理空间信息、声学定义信息，通过可在多个编译环境中读取识别的数据交换格式实现数据提取、阅读与高速传输；所述数据交换格式为JSON；
进行声传播预测计算，通过与实测数据对比，修正预测计算数据，优化预测计算模型以及噪声来源与衰减规律，最终得到实测数据校准的噪声预测计算结果；
声传播预测计算公式：Lp(r)＝Lw+DC－(Adiv+Aatm+Agr+Abar+Amisc)；式中：Lp(r)为预测点处声压级；Lw为由点声源产生的声功率级DC为指向校正，它描述点声源的等效连续声压级与产生声功率级Lw的全向点声源在规定方向的声级的偏差程度；Adiv为几何发散引起的衰减；Aatm为大气吸收引起的衰减；Agr为地面效应引起的衰减；Abar为障碍物屏蔽引起的衰减；Amisc为其他多方面效应引起的衰减；
S6：城市噪声数据可视化发布与信息管理分析；
步骤S24具体为：
根据步骤S21确定的具有复杂下垫面的城市几何模型构建与简化原则，依托地理信息系统完成城市几何模型简化；
a)通过减少要素计数简化城市几何模型，包括道路网聚合、聚合面、融合面；
道路网聚合适用于路网整合处理；聚合面适用于对建筑形态精准度要求较低、关注区域整体声环境或关注临街建筑受噪声干扰水平的场景；融合面适用于对建筑综合体的简化；
b)通过降低要素复杂度简化城市模型，包括简化线、简化面、简化建筑物；
以空间地理坐标为信息基础，识别和移除相对不太重要的折点来降低要素复杂度，同时保留固有的特征和形状；以面积损失系数sima和角点简化系数simb确定简化容差，控制城市模型简化满足建筑形态控制阈值与噪声计算算力需求；
c)检测图形冲突，包括解决模型道路冲突、建筑物冲突；
d)手动编辑，调整模型细节。
2.根据权利要求1所述的一种基于地理信息系统的户外声传播预测模型构建方法，其特征在于，步骤S1中所述收集地理信息数据与声源信息数据，具体为：
通过噪声实测系统收集声源信息数据，包括道路车流量信息、各类车辆比例信息、车辆车速信息、道路隔音屏障信息；通过噪声实测系统收集实时噪声信息数据，包括昼夜等效声压级、最大声级、NAT,Number Of Events Above Threshold；
收集建筑信息数据，包括：建筑层数、建筑层高、建筑高度、建筑功能、建筑立面情况；收集道路信息数据，包括：道路等级、道路车道数、道路路面情况、道路坡度；收集地形信息数据，包括：DEM，Digital Elevation Model，地面材质与软地面占比；收集环境气象信息数据，包括温度、湿度、降水量信息；各类信息数据通过要素位置变量集成管理；要素位置变量由要素的经纬度或其他地理编码系统表示。
3.根据权利要求1所述的一种基于地理信息系统的户外声传播预测模型构建方法，其特征在于，其特征在于，步骤S23具体为：
依托地理信息系统数据处理工具，包括ArcGIS、CityEngine商用GIS软件，将所获取的数据分图层梳理并分类存储，筛选并清理异常数据，统一各源数据的坐标系，实现地理配准与数据校误，校验要素ID唯一性，实现数据清洗；所述坐标系包括地理坐标系和投影坐标系。
4.根据权利要求1所述的一种基于地理信息系统的户外声传播预测模型构建方法，其特征在于，
步骤S3所述设定边界条件，具体为：
以地理信息要素ID为索引，在所述声传播预测模型中定义边界条件；现有城市环境复杂，可对声学属性一致的边界统一设置边界条件，无需在模型中保留全部细节，包括：建筑硬立面边界条件统一设置，平均吸声系数小于0.1；硬化地面统一设置，平均吸声系数小于0.1；城市绿地统一设置，平均吸声系数为0.2-0.5；城市水体统一设置，平均吸声系数为0。
5.根据权利要求1所述的一种基于地理信息系统的户外声传播预测模型构建方法，其特征在于，
步骤S4所述定义声学对象，具体为：
定义声源：通过现场噪声实测，获取噪声声源情况，定义噪声等效源强，输入地理信息系统构建预测模型；噪声等效源强估算公式为：L＝Lm+10lg(4πr2)，其中Lm为离地面一定距离检测的噪声级；r为检测时设备距离声源的距离；广义的噪声声源道路交通、铁路交通或工业区将用一组分区表示，在每一个分区内以一个处于中心位置的等效声源来代表；
定义接收点：根据应用需求定义接收点；根据选区范围和区域声环境特征确定格网精度与格网范围，实现格网点与城市模型要素的拓扑关系判断，筛选有效接收点；针对不同应用场景、不同声源特点，布置不同尺度、不同位置的接收点格网用于计算分析。
6.根据权利要求1所述的一种基于地理信息系统的户外声传播预测模型构建方法，其特征在于，步骤S6所述城市噪声数据可视化发布与信息管理分析，具体为：
依托地理信息系统，基于S5中噪声预测计算结果，实现区域噪声地图绘制与城市声环境评估，包括：噪声昼夜等效声压级分布图、最大噪声级分析、噪声烦扰度与影响人群分析、声屏障等降噪措施效果评估、城市形态对声场分布影响评估、建筑立面材质或城市道路材质对噪声影响分析。
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