结合离线存储与即时计算的三维交通噪声地图更新方法技术

本发明专利技术提出一种结合离线存储与即时计算的三维交通噪声地图更新方法，将噪声的计算分成与交通流相关的噪声排放项和与交通流无关的噪声衰减项两个部分；将仅与地理要素相关的噪声衰减项提前计算好并将其离线存储于数据库中，当三维交通噪声地图需要进行更新时，根据城市道路交通流状态的变化，仅计算变化的噪声排放项，结合离线存储的噪声衰减项计算得到最终的噪声值，减少计算量。为加快三维交通噪声地图的更新速度，该法使用计算机集群并行计算的方式对噪声地图的噪声计算及更新进行加速。该法所结合使用的分布式计算系统具有负载均衡性好，灵活性高和扩展性强等特点，配合优化后的噪声地图更新算法能极大地减少计算时间，显著提升更新效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及道路交通三维噪声计算更新以及计算机集群分布式计算
，更具体地，涉及一种结合离线存储与即时计算的三维交通噪声地图快速更新方法。技术背景三维交通噪声地图不仅可以展示地面上交通噪声的分布情况，同时还可以对耸立在地面上的众多建筑物表面的噪声分布情况进行展示。鉴于影响人们日常生活的噪声来源主要是道路交通噪声，而道路交通的状态却是具有一定的时间特性。因此，根据道路交通状态对噪声地图进行快速更新，并应用三维交通噪声地图对研究区域的噪声分布情况进行展示、分析以及评估，对研究特定区域的道路交通噪声的时空分布具有重要的作用。当前三维交通噪声地图快速更新的研究及应用基本是通过使用超级计算机并行计算或分布式计算以缩减大区域噪声计算的时间。如噪声地图商业软件SoundPlan、Cadna/A、Lima等都提供分布式计算的功能：多节点部署计算软件、子任务分配、各节点子任务计算、子任务结果汇总并展示。但这些商业软件存在着部署复杂、系统柔性差、计算任务管理不灵活等缺点，在分布式计算过程中无法完全发挥各计算机节点的计算能力。由此可见，现今大区域的三维交通噪声地图的更新仍然面临着更新计算量大，耗费计算资源多等问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服大区域的三维交通噪声地图快速更新的现有问题，提供一种具有操作简便性，负载均衡性以及高度的可扩展性的结合离线存储与即时计算的三维交通噪声地图快速更新方法。为了实现上述的专利技术目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种结合离线存储与即时计算的三维交通噪声地图快速更新方法，包括以下步骤：a.将噪声的计算分为计算噪声排放项和噪声衰减项两个部分。噪声排放项的计算仅与城市道路的交通流状态相关，噪声衰减项仅与交通噪声声源与噪声接收点之间的地理因素相关；进一步地，噪声排放项之中考虑大、中、小三种不同车型的单车噪声排放；噪声衰减项包括三维空间下的噪声距离衰减、三维空间下的建筑物群噪声衰减以及三维空间下的声屏障噪声衰减；b.利用计算机集群分布式计算噪声衰项。方法使用的分布式计算系统基于瓦片地图服务(TMS)思想将噪声计算区域切割成瓦片区域，以瓦片区域作为计算单元，并在分布式计算过程中使用计算节点主动请求任务的方法代替传统的被动接受任务的方法，使任务分配具有均衡性，并将噪声衰减项离线存储到数据库中。进一步地，方法使用区域分割机制以瓦片区域为单元对基础数据进行分割，并分别存储。每张地图瓦片的大小对应瓦片地图服务标准的第18层级，并将每个噪声接收点的噪声接收半径定为500m。进一步地，在分布式计算过程中，每个计算节点中都使用数据缓存技术，减少冗余数据在网络中的传输。c.计算噪声排放项，并结合噪声衰减项计算得到噪声接收点的噪声值。在因交通流的变化而进行噪声地图的更新时，仅重新噪声排放项，并通过能量叠加法结合离线存储的噪声衰减项计算得到新的噪声分布结果，以此更新三维交通噪声地图。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：本专利技术提出了一种结合离线存储与即时计算的三维交通噪声地图快速更新方法。该方法通过将即时计算与离线存储噪声衰减项相结合，并可以结合使用分布式计算系统等手段对大区域的三维交通噪声地图进行快速更新。方法所使用的噪声地图更新算法预先计算好每个接收点与噪声源之间的噪声衰减项，并将其离线存储在数据库中。此外，该方法还可以结合分布式计算系统进一步加速噪声的计算速度。该分布式计算系统使用瓦片地图服务(TMS)思想将噪声计算区域切割成瓦片区域，以瓦片区域作为计算单元，并在分布式计算过程中使用计算节点主动请求任务的方法代替传统的被动接受任务的方法，具有操作简便性，负载均衡性以及高度的可扩展性。该快速更新方法不仅可以应用于拥有大型计算机集群或者是超级计算机的实验室当中，也可以应用于只有仅仅几台相互联网的普通的个人电脑上，通过使用即时计算及离线存储相结合的方法，在极大地加速噪声更新的同时，具有很强的适应性以及扩展性。本专利技术是一种结合离线存储与即时计算的三维交通噪声地图快速更新方法，解决了大区域的城市道路三维交通噪声地图在更新时面临的更新计算量大，耗费计算资源多等问题。附图说明图1为本专利技术中方法整体结构示意图。图2为本专利技术中世界地图在层级为2时地图瓦片编号结果示意图。图3为本专利技术中区域道路交通噪声分布式计算设计流程图。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。如图1所示，本专利技术提出的结合离线存储与即时计算的三维交通噪声地图快速更新方法，主要包含了3个模块：数据获取处理模块、噪声分布式计算模块以及噪声地图更新模块。整个噪声地图计算及更新流程如下：步骤1：数据获取处理模块借助GIS平台，使用Arcgis Engine API编写程序，从GIS数据库中读取城市地理要素信息。步骤2：利用城市中浮动车的GPS数据，结合由格林伯速度－密度对数关系模型所推导出的速度－流量关系模型来得到城市各道路路段的车流量数据。步骤3：使用区域分割机制以瓦片区域为单元对基础数据进行分割，对瓦片进行编号，并建立经纬度坐标到瓦片编号之间的对应关系。例如，将瓦片编号坐标系原点定在世界地图的左上角，编号X轴与北纬85.05°重合且方向向左，Y轴与东经180°(亦为西经180°)重合且方向向下。结合墨卡托投影公式，其对应的经纬度坐标到瓦片编号(Xtile,Ytile)的转换公式如下：其中，n＝2level，level为瓦片层级；λ和分别为经度和纬度(单位弧度)。当level＝2时，编号X方向和Y方向各有瓦片数量n＝4，总瓦片数据为16，其编号结果如图2所示。将各种地理要素存储到相对应的瓦片中，并将所有的瓦片数据存储到数据存储服务器中。步骤4：使用分布式计算平台对噪声的衰减项进行计算并离线存储：使用多个计算节点，并在每个计算节点上运行分布式计算程序客户端，使其参与到分布式计算当中，如图3所示。其中，每个计算节点的参与分布式计算的过程如下：(1)在计算开始前，计算控制服务器根据计算区域范围和瓦片区域层级生成区域内包含的瓦片编号集合，形成计算任务列表，每个任务对应一个瓦片编号；(2)当计算节点A参与进入计算时，其主动从计算控制服务器请求计算任务；(3)计算控制服务器从未完成任务列表中选取一个瓦片编号T并分配给计算节点A；(4)计算节点A根据请求到的瓦片编号T，从数据服务器请求对该瓦片内的噪声接收点有影响的区域范围内的所有瓦片数据(包括该瓦片本身)；(5)在接收到所有相关的基础数据后，计算节点A根据接收点生成方式的设置，生成瓦片编号T所对应区域内的噪声接收点，并计算每个接收点的噪声值；(6)完成计算后，将噪声计算结果返回给数据服务器，数据服务器同样以瓦片区域为单元存储该瓦片的噪声结果；(7)在确认计算结果返回成功后，发送消息通知计算控制服务器将瓦片编号T从未完成任务列表中剔除；此时，计算节点A处于可工作状态，跳到第2步骤，从计算控制服务器请求新的瓦片编号并循环上述过程，直到计算控制服务器中没有未完成的任务为止。步骤5：计算噪声排放项，并结合噪声衰减项计算得到噪声接收点的噪声值。以下为噪声地图本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种结合离线存储与即时计算的三维交通噪声地图更新方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：a、将噪声的计算分为计算噪声排放项和噪声衰减项两个部分；b、利用计算机集群分布式加速计算噪声衰项，并将噪声衰减项离线存储到数据库中；c、计算噪声排放项，并结合离线存储的噪声衰减项计算得到噪声接收点的噪声值，以此更新三维交通噪声地图。

【技术特征摘要】
1.一种结合离线存储与即时计算的三维交通噪声地图更新方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：a、将噪声的计算分为计算噪声排放项和噪声衰减项两个部分；b、利用计算机集群分布式加速计算噪声衰项，并将噪声衰减项离线存储到数据库中；c、计算噪声排放项，并结合离线存储的噪声衰减项计算得到噪声接收点的噪声值，以此更新三维交通噪声地图。2.根据权利要求1所述的三维交通噪声地图更新方法，其特征在于：所述步骤a中，噪声排放项的计算仅与城市道路的交通流状态相关，噪声衰减项仅与交通噪声声源与噪声接收点之间的地理因素相关，且噪声排放项和噪声衰减项的计算互不干涉。3.根据权利要求2所述的三维交通噪声地图更新方法，其特征在于：噪声排放项之中考虑大、中、小三种不同车型的单车噪声排放。4.根据权利要求2所述的三维交通噪声地图更新方法，其特征在于：噪声衰减项包括三维空间下的噪声距离衰减、三维空间下的建筑物群噪声衰减以及三维空间下的声屏障噪声衰减。5.根据权利要求1所述的三维交通...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡铭，张智伟，马侠霖，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：广东;44