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随着城市化、工业化进程的快速推进,城市建筑和人口密度急剧上升,噪声污染已成为城市环境“四大公害”之一。运用数字化和地理信息系统(Geographic Information System,GIS)技术的噪声地图是噪声污染管控的必然选择。噪声地图是使用计算机技术,将噪声源的数据、地理数据、建筑物数据、道路数据等综合、分析和计算后生成反映城市噪声水平状况的地图。同过去选取监测点、布设监测设备的管理方法相比,噪声地图具有直观、经济的特点。噪声地图在城市声环境管理中发挥着重要作用,为城市规划、交通发展和噪声污染控制提供科学的决策依据。绘制噪声地图需要计算声源发出噪声的大小、模拟声音传播的路径和接收区域受到的影响。目前,模拟噪声的传播通常采用声线追踪法,声线追踪法以几何声学为理论基础,声音在空间中沿直线传播,在遇到障碍物时发生绕射、反射等现象。噪声计算中路径模拟、区域分割时通常采用简化计算手段,计算结果不够理想,算法效率较低。而GIS对空间数据的描述、管理、分析支持良好,可以优化噪声地图的计算过程。本文分析了噪声地图的计算方法,提出了两种基于GIS的噪声模拟优化算法,提高了噪声计算过程中的路径模拟、区域分割精度,并运用GDAL和Cesium开源软件,实现了噪声地图的分析与可视化。主要结论如下:(1)针对传统噪声地图计算中,在复杂建筑物阻挡的情况下求解绕射声线不准确的问题,提出了使用扩增的凸壳求解绕射声线算法。以噪声地图的基本概念与绘制方法为基础,分析声音传播的过程,结合声源、接收点、传播路径等的特征,研究解决的方法。首先根据障碍物群的高度判断声源点和接收点之间是否存在直达声线,如果没有直达声线,则计算绕射声线。将声源点和接收点坐标连线相交的障碍物筛选出,将其中凹多边形转化为凸多边形。根据声源点和接收点的坐标以及上一步得到障碍物集合生成凸壳。判断凸壳和第一次筛选的未相交的障碍物是否有公共边界,如果有公共边界,再根据公共边界与接收点的角度关系进行判断,对凸壳扩增,最后,根据声源点和接收点的位置分割出左右两侧的声线。实验模拟了若干典型地物在复杂障碍物阻挡的情况下的结果,得出该算法可以准确地追踪绕射声的路径,提高了计算过程中路径模拟的准确性,进一步提高了整体计算过程的精度与效率。(2)针对传统的噪声地图计算中,区域分割工作量大,接收区域几何衰减计算困难等问题,提出了一种使用Delaunay三角剖分分割接收区域的方法。Delaunay三角剖分是最优的三角剖分,是GIS重要的算法之一,它可以解决区域分割问题。首先采用Delaunay三角剖分方法分割接收区域,然后计算分割后三角形重心的噪声值,再对接收区域进行格网划分,根据重心和接收点的距离计算几何衰减量,最后得到噪声值。(3)在上述计算方法的基础上,运用GDAL软件实现了噪声地图的计算软件,并以此绘制二维噪声地图。二维噪声地图只能展示平面要素,无法反映噪声污染的三维空间特性,三维噪声地图能够直观地表达不同区域、不同高度的噪声分布以及周围的地理要素,所以运用Cesium开源软件绘制三维地图。因为计算结果具有明显的空间特性,例如非结构化、空间位置等,所以一般的数据库难以满足数据存储的要求,而PostgreSQL具备存储和管理空间地理数据的能力。因此将计算结果存入PostgreSQL数据库。通过Cesium软件,以GeoJson格式传输数据,实现噪声地图的三维可视化。