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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 道路交通噪音實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)與防治系統(tǒng)
- 來(lái)源：
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”省賽作品
- 小類：
- 信息技術(shù)
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡(jiǎn)介：
- 本系統(tǒng)運(yùn)用英國(guó)CRTN88噪聲預(yù)測(cè)模型，結(jié)合國(guó)內(nèi)實(shí)際研究情況，對(duì)研究范圍內(nèi)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的交通噪聲值進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)，得到整個(gè)分析區(qū)域的任意時(shí)刻的噪音狀況。通過(guò)對(duì)噪音狀況的全面綜合分析，得到各種成果數(shù)據(jù)——表格、文檔、圖表等。并最終結(jié)合分析結(jié)果，進(jìn)行降噪效果模擬，通過(guò)內(nèi)嵌的飛信終端和電子郵件功能，把噪音的相關(guān)信息發(fā)布給當(dāng)?shù)鼐用窈彤?dāng)?shù)氐慕煌ㄒ?guī)劃部門，以供交通管理部門制定相關(guān)降噪措施達(dá)到對(duì)區(qū)域減噪的目的。
- 詳細(xì)介紹：
- 系統(tǒng)主要包括七個(gè)模塊的功能： 1）、系統(tǒng)設(shè)置 此模塊實(shí)現(xiàn)了對(duì)系統(tǒng)的基本設(shè)置，包括飛信發(fā)布設(shè)置、郵件發(fā)布設(shè)置、窗體布局風(fēng)格、窗體顏色布局、子窗體皮膚這些功能。飛信發(fā)布設(shè)置設(shè)置發(fā)信人的基本信息，郵件發(fā)布設(shè)置可以設(shè)置初始發(fā)件人。 2）、數(shù)據(jù)管理 此模塊主要實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的管理，包括數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)置和數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換兩方面內(nèi)容。用戶可以通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)置來(lái)選擇系統(tǒng)所用的默認(rèn)數(shù)據(jù)庫(kù)。數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)化部分包括：Raster To TIN 的轉(zhuǎn)化，Shapefile 與 txt 的相互轉(zhuǎn)化，Shapefile文件轉(zhuǎn)換為Geodatabase格式。方便用戶對(duì)多種格式的數(shù)據(jù)進(jìn)行操作。 3）、基本操作 基本操作模塊實(shí)現(xiàn)了基本的二維、三維地圖瀏覽功能，其中查詢包括鼠標(biāo)查詢、SQL語(yǔ)句查詢和Identify查詢，滿足用戶的多種查詢需要。 4）、靜態(tài)污染預(yù)測(cè) 設(shè)計(jì)思路：該模塊是系統(tǒng)的基礎(chǔ)模塊，所有的操作都要以該模塊為基礎(chǔ)前提。此模塊主要的功能是生成某一時(shí)刻的噪音柵格，具體的實(shí)現(xiàn)過(guò)程是，首先根據(jù)道路的車流量等參數(shù)計(jì)算出道路某一時(shí)刻的基準(zhǔn)聲級(jí)，存放在道路的屬性表中。然后在已知道路基準(zhǔn)聲級(jí)的基礎(chǔ)上，通過(guò)距離衰減等修正計(jì)算出噪音監(jiān)測(cè)點(diǎn)的預(yù)測(cè)聲級(jí)，得到噪音監(jiān)測(cè)點(diǎn)在某一時(shí)刻的噪音值，結(jié)果存放在噪音監(jiān)測(cè)點(diǎn)的屬性表中。如果已經(jīng)計(jì)算出了多個(gè)時(shí)刻的道路的基準(zhǔn)聲級(jí)，那么可以通過(guò)我們創(chuàng)建的模型對(duì)任意時(shí)刻進(jìn)行時(shí)間維上的“插值”操作，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)功能。 然后通過(guò)對(duì)噪音監(jiān)測(cè)點(diǎn)中的某一時(shí)刻的噪音值進(jìn)行空間上的spline插值，即可得到全局的噪音柵格圖。我們還可以把生成的噪音柵格圖層進(jìn)行TIN三維顯示，把道路圖層加載到三維場(chǎng)景中，以TIN作為其高程，在三維場(chǎng)景中通過(guò)高低起伏變化，我們會(huì)直觀的看到某一時(shí)刻全局的噪音狀況以及道路的噪音污染狀況。也可以對(duì)TIN進(jìn)行旋轉(zhuǎn)輸出視頻，方便以后對(duì)噪音情況進(jìn)行網(wǎng)上發(fā)布。 5）、靜態(tài)污染分析 設(shè)計(jì)思想：該模塊是系統(tǒng)的核心模塊，為用戶提供了強(qiáng)大的噪音時(shí)空分析功能，整體分為兩大部分，一是全局噪音污染分析，二是點(diǎn)對(duì)象的時(shí)空對(duì)比分析。 在全局噪音污染分析中，主要實(shí)現(xiàn)的功能是：獲取噪音等值線，生成噪音空間變化率，噪音值在某一范圍內(nèi)的面積的計(jì)算，噪音值在某一范圍內(nèi)的區(qū)域的提取，不同時(shí)刻全局噪音對(duì)比分析，獲取噪音剖面線等功能。不同時(shí)刻全局噪音對(duì)比分析主要是對(duì)比分析兩個(gè)不同時(shí)刻的噪音狀況（如對(duì)6點(diǎn)半和7點(diǎn)半這兩個(gè)時(shí)刻的全局噪音進(jìn)行對(duì)比分析）。不同時(shí)刻噪音對(duì)比分析的一般做法只是簡(jiǎn)單的把兩個(gè)不同時(shí)刻對(duì)應(yīng)的噪音柵格產(chǎn)生的噪音TIN放在同一個(gè)三維場(chǎng)景中進(jìn)行顯示，但是，由于在三維場(chǎng)景中不同時(shí)刻的噪音TIN存在很多疊加覆蓋，這就使得對(duì)比效果很不明顯。為了使得對(duì)比更加直觀，我們創(chuàng)造性的運(yùn)用了柵格差值三維顯示和柵格比值三維顯示技術(shù)。柵格差值三維顯示技術(shù)指的是，對(duì)兩個(gè)不同時(shí)刻的噪音柵格進(jìn)行相減操作（如用7點(diǎn)半的噪音柵格減去6點(diǎn)半的噪音柵格），得到的是一個(gè)差值柵格，這個(gè)差值柵格就已經(jīng)完全包含了兩個(gè)時(shí)刻的噪音對(duì)比情況，為了更直觀的對(duì)比，我們把這個(gè)差值柵格生成三維TIN，并對(duì)TIN進(jìn)行渲染，這樣就可以讓用戶更直觀的感受到不同時(shí)刻噪音值的差異，由于用戶直接看到的就是差值TIN，所以避免了用肉眼難以分辨的不利情況。柵格比值三維顯示技術(shù)與上所述類似。 （6）：獲取噪音剖面線。即對(duì)某一TIN圖層，獲取沿某一直線的剖面線，得到沿此直線噪音值的變化曲線。并將此剖面線保存為其他格式圖片，以備后用。所沿的直線有兩種獲得方式，一種是用戶自己隨機(jī)畫，另一種是選某條已知道路。用戶可根據(jù)需要自己選擇。 點(diǎn)對(duì)象分析包括一下兩方面：獲取道路污染影響率，用戶可在視圖區(qū)域內(nèi)任意點(diǎn)擊一點(diǎn)作為觀察點(diǎn)，通過(guò)此操作會(huì)獲取300米以內(nèi)的道路對(duì)此點(diǎn)的污染影響百分率，以餅狀圖、柱狀圖、三維餅狀圖的形式顯示，用戶可以隨意選擇，并保存為圖片文件，以備后用。 時(shí)空對(duì)比分析。包括同一時(shí)刻不同點(diǎn)的空間對(duì)比分析，不同時(shí)刻同一點(diǎn)的對(duì)比時(shí)刻對(duì)比分析，還有不同時(shí)刻不同點(diǎn)的時(shí)空對(duì)比分析，對(duì)比結(jié)果均以圖表的形式展現(xiàn)出來(lái)，并能保存成圖片文件，使得用戶可以對(duì)噪音進(jìn)行時(shí)間維和空間維不同維度上的對(duì)比分析，擴(kuò)展了對(duì)比分析的理念。 6）、動(dòng)態(tài)污染模擬 此模塊實(shí)現(xiàn)了對(duì)單輛車沿某條道路行駛過(guò)程中，將此輛車看作點(diǎn)聲源，觀察其噪音對(duì)道路旁某一點(diǎn)產(chǎn)生的影響情況，并根據(jù)車的運(yùn)動(dòng)，動(dòng)態(tài)生成該點(diǎn)的噪音值變化曲線。其中，用戶可以選擇不同車型、不同速度進(jìn)行模擬，得到對(duì)應(yīng)的曲線圖。具體的實(shí)現(xiàn)方法是：將所選的道路轉(zhuǎn)換成一些列的點(diǎn)集，車以element的形式存在，在一個(gè)timer控件中的tick事件中，通過(guò)添加和刪除element使得車沿著點(diǎn)集進(jìn)行動(dòng)態(tài)移動(dòng)，同時(shí)在tick事件中根據(jù)噪音計(jì)算模型計(jì)算出這一瞬時(shí)的噪音值，并繪制在pictureBox中，達(dá)到動(dòng)態(tài)繪制噪音曲線的效果。 7）、防治與治理 此模塊是本系統(tǒng)的特色模塊，以往噪聲系統(tǒng)中只有預(yù)測(cè)分析模塊，而往往忽略了對(duì)噪音如何進(jìn)行治理，本系統(tǒng)從兩方面入手對(duì)噪音進(jìn)行了治理。首先模擬聲屏障降噪效果，用戶可以在敏感點(diǎn)和道路之間任意畫一條聲屏障，設(shè)置聲屏障高度，以計(jì)算此聲屏障的降噪效果，最終選擇出最佳降噪效果時(shí)的聲屏障參數(shù)，供城市規(guī)劃部門參考。另一方面，對(duì)道路進(jìn)行限速處理，用戶可以通過(guò)輸入減噪值，計(jì)算出一條或多條道路的限速值為多少。限速結(jié)果可以保存為Word文檔，也可以以飛信或郵件發(fā)送給司機(jī)和管理部門，輔助其決策。 8）、信息發(fā)布 此模塊可以通過(guò)飛信和郵箱對(duì)噪音信息進(jìn)行發(fā)布，均內(nèi)嵌于系統(tǒng)的子模塊中。用飛信對(duì)小區(qū)內(nèi)的居民進(jìn)行每日噪音預(yù)報(bào)，用電子郵箱將噪音信息發(fā)送給交通管理部門以供其制定決策。其中，內(nèi)嵌的飛信功能使用了動(dòng)態(tài)引用，使用飛信接口來(lái)實(shí)現(xiàn)。 2、數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì) 采用Geodatabase數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)管理。 3、關(guān)鍵技術(shù) 1）、飛信和郵箱做為信息發(fā)布的主要手段，實(shí)現(xiàn)了信息的及時(shí)發(fā)布。 2）、通過(guò)整點(diǎn)噪聲級(jí)進(jìn)行實(shí)時(shí)噪音預(yù)測(cè)，求得任意時(shí)刻噪音值，自己設(shè)計(jì)了擬合函數(shù)。 3）、差值柵格三維顯示技術(shù)和比值柵格三維顯示技術(shù)。 3）、單車動(dòng)態(tài)污染模擬，曲線隨車的前進(jìn)動(dòng)態(tài)生成技術(shù)。 4）、TIN操作的相關(guān)技術(shù)。 4、系統(tǒng)亮點(diǎn) 1）、實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)噪聲預(yù)測(cè)功能。以往的噪音預(yù)測(cè)系統(tǒng)中，噪音預(yù)測(cè)只能停留在時(shí)間段的噪音預(yù)測(cè)，降低了噪音預(yù)測(cè)的時(shí)間精確度。本系統(tǒng)通過(guò)動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)功能，實(shí)現(xiàn)了對(duì)任意時(shí)刻的噪聲預(yù)測(cè)，提高了噪聲預(yù)測(cè)的時(shí)間精確度，讓噪音預(yù)測(cè)更貼近實(shí)際生活，也提高了預(yù)測(cè)信息的時(shí)效性。 2）、強(qiáng)大的空間分析功能。包括全局噪聲分析，點(diǎn)噪聲分析。以差值和比值的形式表形任意兩時(shí)刻的全局噪聲差異，并進(jìn)行渲染和三維顯示，使得對(duì)比更加直觀。而對(duì)點(diǎn)對(duì)象，則實(shí)現(xiàn)了同時(shí)刻不同點(diǎn)的空間分析，和同一點(diǎn)不同時(shí)刻的時(shí)間分析，和不同點(diǎn)不同時(shí)刻的時(shí)空對(duì)比分析。而且分析結(jié)果以多種圖表的形式展現(xiàn)，并能保存為相應(yīng)圖片文件。 3）、單輛車污染的動(dòng)態(tài)模擬功能。讓車模擬行駛過(guò)程中聲級(jí)輻射的情況，同時(shí)對(duì)觀察點(diǎn)按車的行駛動(dòng)態(tài)生成噪音變化曲線，以此模擬形單點(diǎn)生源對(duì)觀測(cè)點(diǎn)的影響，直觀，富有動(dòng)感。 4）、噪聲治理模塊，本系統(tǒng)沒(méi)有只停留在分析問(wèn)題但不解決問(wèn)題的基礎(chǔ)上，不但分析了問(wèn)題，還最終通過(guò)治理模塊模擬治理措施，以輔助相關(guān)部門作出正確決策。 5）、信息發(fā)布平臺(tái)，以飛信和郵箱為主要工具對(duì)分析結(jié)果、決策結(jié)果進(jìn)行信息發(fā)布，保證了即使脫離系統(tǒng)，也能收到準(zhǔn)確的噪音污染信息。保證了信息的有效性和及時(shí)性。同時(shí)可以將分析成果以圖表、Word文檔等多種方式保存下來(lái)，保證了信息的可用性。 6）、二維和三維顯示，并可以進(jìn)行一系列的渲染以增強(qiáng)表達(dá)效果。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 目的：現(xiàn)在城市道路交通噪音日趨嚴(yán)重，影響到了居民的生活，為了預(yù)測(cè)噪音的分布情況，設(shè)計(jì)了該系統(tǒng)。 基本思路：運(yùn)用英國(guó)CRTN88噪聲預(yù)測(cè)模型，通過(guò)道路交通的一些基本信息（如車流量、車速、重型車比例等）預(yù)測(cè)出噪音預(yù)測(cè)點(diǎn)的噪音值，然后通過(guò)插值生成研究區(qū)域的整體噪音柵格圖層。 創(chuàng)新點(diǎn)：本系統(tǒng)是對(duì)噪音進(jìn)行實(shí)時(shí)的動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)，二三維聯(lián)動(dòng)，并結(jié)合了移動(dòng)開(kāi)發(fā)平臺(tái)，預(yù)測(cè)結(jié)果以多種形式展示。 關(guān)鍵技術(shù)：基于VS2005和ArcEngine的二維和三維平臺(tái)進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，并且還使用了飛信API
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 本系統(tǒng)主要包括系統(tǒng)設(shè)置模塊、數(shù)據(jù)管理模塊設(shè)置、基本操作模塊、靜態(tài)污染預(yù)測(cè)模塊、靜態(tài)污染分析模塊、動(dòng)態(tài)污染模擬模塊和防治與治理模塊組成，系統(tǒng)的噪音預(yù)測(cè)、噪音分析、噪音模擬、噪音治理等功能完備，基于ArcEngine強(qiáng)大的組件式開(kāi)發(fā)，可擴(kuò)展性強(qiáng)。關(guān)鍵技術(shù)特點(diǎn)：1.飛信和郵箱做為信息發(fā)布的主要手段，實(shí)現(xiàn)了信息的及時(shí)發(fā)布。2.通過(guò)整點(diǎn)噪聲級(jí)進(jìn)行實(shí)時(shí)噪音預(yù)測(cè)，求得任意時(shí)刻噪音值，自己設(shè)計(jì)了擬合函數(shù)。3、差值柵格三維顯示技術(shù)和比值柵格三維顯示技術(shù)。4、單車動(dòng)態(tài)污染模擬，曲線隨車的前進(jìn)動(dòng)態(tài)生成技術(shù)。5、TIN操作的相關(guān)技術(shù)。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 該軟件已經(jīng)在中華人民共和國(guó)國(guó)家版權(quán)局進(jìn)行計(jì)算機(jī)軟件著作權(quán)登記，登記證書號(hào)為:軟著登字第0290429號(hào)，登記號(hào)為：2011SR026755
作品所處階段
- 作品已經(jīng)開(kāi)發(fā)完成，現(xiàn)在正在當(dāng)?shù)亟煌ú块T試運(yùn)行
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 無(wú)
作品可展示的形式
- 安裝Setup.exe后可運(yùn)行展示效果。作品還提供“演示視頻”和精彩截圖，供評(píng)委老師參考。
使用說(shuō)明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 使用說(shuō)明請(qǐng)參見(jiàn)所附加的“軟件使用手冊(cè).doc”以及“演示視頻”。該作品基于全球最大的GIS公司ESRI的類庫(kù)進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，系統(tǒng)功能非常強(qiáng)大，性能穩(wěn)定，具有實(shí)用價(jià)值，用于交通部門進(jìn)行噪音預(yù)測(cè)，包括噪音的動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)、分析、發(fā)布、治理，功能一體化，并且實(shí)現(xiàn)了所有的通用GIS的基本功能，操作方便。并且提供三維分析和噪音的動(dòng)態(tài)傳播模擬，獲得了交通部門主管領(lǐng)導(dǎo)的好評(píng)。系統(tǒng)各模塊獨(dú)立性、穩(wěn)健性強(qiáng)，低耦合，保留了可擴(kuò)展的接口，易于遷移，具有廣泛的使用性，因此應(yīng)用于各個(gè)城市的噪音預(yù)測(cè)，以供交通管理部門制定相關(guān)降噪措施達(dá)到對(duì)區(qū)域減噪的目的。
同類課題研究水平概述
- 環(huán)境噪聲預(yù)測(cè)一直處于人們研究的范疇，商業(yè)環(huán)境噪聲預(yù)測(cè)軟件鳳毛麟角，較為知名的有德國(guó)的Cadna/A環(huán)境噪聲模擬系統(tǒng)，德國(guó)的SoundPLAN的噪聲預(yù)測(cè)評(píng)估軟件，丹麥B&K公司的LimaTM環(huán)境噪聲計(jì)算及繪圖軟件。這些國(guó)外的軟件不僅價(jià)格昂貴，而且并不能很好的符合我國(guó)制定的環(huán)境噪聲想關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。而國(guó)內(nèi)的較為大型的交通噪聲預(yù)測(cè)軟件幾乎還是個(gè)空白，有些單位通過(guò)自編程序進(jìn)行噪聲計(jì)算，但大都限于單路單點(diǎn)或局部計(jì)算，不成規(guī)模，標(biāo)準(zhǔn)不一，并且缺乏空間數(shù)據(jù)管理和全局噪聲分析表達(dá)的能力?；贕IS的道路交通噪聲實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)與防治系統(tǒng)正好彌補(bǔ)了這一不足，國(guó)內(nèi)雖有人進(jìn)行研究，但真正能實(shí)際應(yīng)用的道路交通噪聲預(yù)測(cè)軟件卻鮮為人知。 現(xiàn)存的幾種噪音預(yù)測(cè)的軟件大都是基于時(shí)段進(jìn)行預(yù)測(cè)，即預(yù)測(cè)某一個(gè)時(shí)間段內(nèi)（如6:00-7:00）噪音的平均值，這種預(yù)測(cè)方法很受限制，不能讓用戶得到更精確的時(shí)間點(diǎn)的噪音值。本系統(tǒng)通過(guò)在英國(guó)CRTN88噪音預(yù)測(cè)模型的基礎(chǔ)上，對(duì)預(yù)測(cè)方法進(jìn)行了很好的優(yōu)化處理，改進(jìn)設(shè)計(jì)思想，通過(guò)在時(shí)間維度上對(duì)噪音進(jìn)行“插值”，實(shí)現(xiàn)了對(duì)任意時(shí)間點(diǎn)的實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)功能，可以根據(jù)已有的時(shí)間點(diǎn)的噪音情況合理預(yù)測(cè)出任意時(shí)刻的噪音情況，使得預(yù)測(cè)精度可以達(dá)到具體的某一分鐘，如可以預(yù)測(cè)8:54這一時(shí)刻的噪音情況，而不僅僅是預(yù)測(cè)某一時(shí)間段的噪音，增強(qiáng)了預(yù)測(cè)的時(shí)效性和準(zhǔn)確性，實(shí)現(xiàn)了噪音的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)，也更加接近實(shí)際情況。 一般的噪音預(yù)測(cè)軟件只涉及噪音預(yù)測(cè)功能，而本系統(tǒng)在噪音預(yù)測(cè)、分析、模擬的基礎(chǔ)上增加了防治與治理的模塊，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了加聲屏障和限速兩種常用降噪措施的降噪效果模擬。用戶可以對(duì)任意道路手工繪制聲屏障，并設(shè)置聲屏障高度，以獲得此聲屏障影響下道路對(duì)某預(yù)測(cè)點(diǎn)的噪音污染衰減情況。道路限速可以針對(duì)輸入的降噪值，計(jì)算出某條道路或全部道路的限速值。并將限速情況以飛信或郵箱發(fā)送給分析區(qū)域內(nèi)司機(jī)和交管部門，以供決策。 該系統(tǒng)還具有的一個(gè)特色功能就是可以動(dòng)態(tài)模擬單個(gè)車輛聲源沿任意道路行駛時(shí)，對(duì)道路旁邊任意預(yù)測(cè)點(diǎn)的噪音污染情況。而且用戶可以通過(guò)車型設(shè)置和速度設(shè)置來(lái)獲得不同車型、不同速度下對(duì)某預(yù)測(cè)點(diǎn)的噪音污染變化曲線。限于篇幅，其他功能不能詳細(xì)說(shuō)明。 評(píng)委老師可以參見(jiàn)所附的“作品設(shè)計(jì)文檔.doc”、“系統(tǒng)概述.doc”、“軟件使用手冊(cè).doc”以及“演示視頻”.
