本發(fā)明涉及道路交通三維噪聲計算更新以及計算機集群分布式計算技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種結(jié)合離線存儲與即時計算的三維交通噪聲地圖快速更新方法。

技術(shù)背景

三維交通噪聲地圖不僅可以展示地面上交通噪聲的分布情況，同時還可以對聳立在地面上的眾多建筑物表面的噪聲分布情況進行展示。鑒于影響人們?nèi)粘Ｉ畹脑肼晛碓粗饕堑缆方煌ㄔ肼暎缆方煌ǖ臓顟B(tài)卻是具有一定的時間特性。因此，根據(jù)道路交通狀態(tài)對噪聲地圖進行快速更新，并應(yīng)用三維交通噪聲地圖對研究區(qū)域的噪聲分布情況進行展示、分析以及評估，對研究特定區(qū)域的道路交通噪聲的時空分布具有重要的作用。

當前三維交通噪聲地圖快速更新的研究及應(yīng)用基本是通過使用超級計算機并行計算或分布式計算以縮減大區(qū)域噪聲計算的時間。如噪聲地圖商業(yè)軟件SoundPlan、Cadna/A、Lima等都提供分布式計算的功能：多節(jié)點部署計算軟件、子任務(wù)分配、各節(jié)點子任務(wù)計算、子任務(wù)結(jié)果匯總并展示。但這些商業(yè)軟件存在著部署復(fù)雜、系統(tǒng)柔性差、計算任務(wù)管理不靈活等缺點，在分布式計算過程中無法完全發(fā)揮各計算機節(jié)點的計算能力。

由此可見，現(xiàn)今大區(qū)域的三維交通噪聲地圖的更新仍然面臨著更新計算量大，耗費計算資源多等問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服大區(qū)域的三維交通噪聲地圖快速更新的現(xiàn)有問題，提供一種具有操作簡便性，負載均衡性以及高度的可擴展性的結(jié)合離線存儲與即時計算的三維交通噪聲地圖快速更新方法。

為了實現(xiàn)上述的發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

一種結(jié)合離線存儲與即時計算的三維交通噪聲地圖快速更新方法，包括以下步驟：

a.將噪聲的計算分為計算噪聲排放項和噪聲衰減項兩個部分。噪聲排放項的計算僅與城市道路的交通流狀態(tài)相關(guān)，噪聲衰減項僅與交通噪聲聲源與噪聲接收點之間的地理因素相關(guān)；

進一步地，噪聲排放項之中考慮大、中、小三種不同車型的單車噪聲排放；噪聲衰減項包括三維空間下的噪聲距離衰減、三維空間下的建筑物群噪聲衰減以及三維空間下的聲屏障噪聲衰減；

b.利用計算機集群分布式計算噪聲衰項。方法使用的分布式計算系統(tǒng)基于瓦片地圖服務(wù)(TMS)思想將噪聲計算區(qū)域切割成瓦片區(qū)域，以瓦片區(qū)域作為計算單元，并在分布式計算過程中使用計算節(jié)點主動請求任務(wù)的方法代替?zhèn)鹘y(tǒng)的被動接受任務(wù)的方法，使任務(wù)分配具有均衡性，并將噪聲衰減項離線存儲到數(shù)據(jù)庫中。

進一步地，方法使用區(qū)域分割機制以瓦片區(qū)域為單元對基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進行分割，并分別存儲。每張地圖瓦片的大小對應(yīng)瓦片地圖服務(wù)標準的第18層級，并將每個噪聲接收點的噪聲接收半徑定為500m。

進一步地，在分布式計算過程中，每個計算節(jié)點中都使用數(shù)據(jù)緩存技術(shù)，減少冗余數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)中的傳輸。

c.計算噪聲排放項，并結(jié)合噪聲衰減項計算得到噪聲接收點的噪聲值。在因交通流的變化而進行噪聲地圖的更新時，僅重新噪聲排放項，并通過能量疊加法結(jié)合離線存儲的噪聲衰減項計算得到新的噪聲分布結(jié)果，以此更新三維交通噪聲地圖。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點：

本發(fā)明提出了一種結(jié)合離線存儲與即時計算的三維交通噪聲地圖快速更新方法。該方法通過將即時計算與離線存儲噪聲衰減項相結(jié)合，并可以結(jié)合使用分布式計算系統(tǒng)等手段對大區(qū)域的三維交通噪聲地圖進行快速更新。方法所使用的噪聲地圖更新算法預(yù)先計算好每個接收點與噪聲源之間的噪聲衰減項，并將其離線存儲在數(shù)據(jù)庫中。此外，該方法還可以結(jié)合分布式計算系統(tǒng)進一步加速噪聲的計算速度。該分布式計算系統(tǒng)使用瓦片地圖服務(wù)(TMS)思想將噪聲計算區(qū)域切割成瓦片區(qū)域，以瓦片區(qū)域作為計算單元，并在分布式計算過程中使用計算節(jié)點主動請求任務(wù)的方法代替?zhèn)鹘y(tǒng)的被動接受任務(wù)的方法，具有操作簡便性，負載均衡性以及高度的可擴展性。該快速更新方法不僅可以應(yīng)用于擁有大型計算機集群或者是超級計算機的實驗室當中，也可以應(yīng)用于只有僅僅幾臺相互聯(lián)網(wǎng)的普通的個人電腦上，通過使用即時計算及離線存儲相結(jié)合的方法，在極大地加速噪聲更新的同時，具有很強的適應(yīng)性以及擴展性。

本發(fā)明是一種結(jié)合離線存儲與即時計算的三維交通噪聲地圖快速更新方法，解決了大區(qū)域的城市道路三維交通噪聲地圖在更新時面臨的更新計算量大，耗費計算資源多等問題。

附圖說明

圖1為本發(fā)明中方法整體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明中世界地圖在層級為2時地圖瓦片編號結(jié)果示意圖。

圖3為本發(fā)明中區(qū)域道路交通噪聲分布式計算設(shè)計流程圖。

具體實施方式

附圖僅用于示例性說明，不能理解為對本專利的限制；為了更好說明本實施例，附圖某些部件會有省略、放大或縮小，并不代表實際產(chǎn)品的尺寸；

對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，附圖中某些公知結(jié)構(gòu)及其說明可能省略是可以理解的。

如圖1所示，本發(fā)明提出的結(jié)合離線存儲與即時計算的三維交通噪聲地圖快速更新方法，主要包含了3個模塊：數(shù)據(jù)獲取處理模塊、噪聲分布式計算模塊以及噪聲地圖更新模塊。整個噪聲地圖計算及更新流程如下：

步驟1：數(shù)據(jù)獲取處理模塊借助GIS平臺，使用Arcgis Engine API編寫程序，從GIS數(shù)據(jù)庫中讀取城市地理要素信息。

步驟2：利用城市中浮動車的GPS數(shù)據(jù)，結(jié)合由格林伯速度－密度對數(shù)關(guān)系模型所推導(dǎo)出的速度－流量關(guān)系模型來得到城市各道路路段的車流量數(shù)據(jù)。

步驟3：使用區(qū)域分割機制以瓦片區(qū)域為單元對基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進行分割，對瓦片進行編號，并建立經(jīng)緯度坐標到瓦片編號之間的對應(yīng)關(guān)系。例如，將瓦片編號坐標系原點定在世界地圖的左上角，編號X軸與北緯85.05°重合且方向向左，Y軸與東經(jīng)180°(亦為西經(jīng)180°)重合且方向向下。結(jié)合墨卡托投影公式，其對應(yīng)的經(jīng)緯度坐標到瓦片編號(Xtile,Ytile)的轉(zhuǎn)換公式如下：

其中，n＝2^level，level為瓦片層級；λ和分別為經(jīng)度和緯度(單位弧度)。當level＝2時，編號X方向和Y方向各有瓦片數(shù)量n＝4，總瓦片數(shù)據(jù)為16，其編號結(jié)果如圖2所示。將各種地理要素存儲到相對應(yīng)的瓦片中，并將所有的瓦片數(shù)據(jù)存儲到數(shù)據(jù)存儲服務(wù)器中。

步驟4：使用分布式計算平臺對噪聲的衰減項進行計算并離線存儲：使用多個計算節(jié)點，并在每個計算節(jié)點上運行分布式計算程序客戶端，使其參與到分布式計算當中，如圖3所示。其中，每個計算節(jié)點的參與分布式計算的過程如下：

(1)在計算開始前，計算控制服務(wù)器根據(jù)計算區(qū)域范圍和瓦片區(qū)域?qū)蛹壣蓞^(qū)域內(nèi)包含的瓦片編號集合，形成計算任務(wù)列表，每個任務(wù)對應(yīng)一個瓦片編號；

(2)當計算節(jié)點A參與進入計算時，其主動從計算控制服務(wù)器請求計算任務(wù)；

(3)計算控制服務(wù)器從未完成任務(wù)列表中選取一個瓦片編號T并分配給計算節(jié)點A；

(4)計算節(jié)點A根據(jù)請求到的瓦片編號T，從數(shù)據(jù)服務(wù)器請求對該瓦片內(nèi)的噪聲接收點有影響的區(qū)域范圍內(nèi)的所有瓦片數(shù)據(jù)(包括該瓦片本身)；

(5)在接收到所有相關(guān)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)后，計算節(jié)點A根據(jù)接收點生成方式的設(shè)置，生成瓦片編號T所對應(yīng)區(qū)域內(nèi)的噪聲接收點，并計算每個接收點的噪聲值；

(6)完成計算后，將噪聲計算結(jié)果返回給數(shù)據(jù)服務(wù)器，數(shù)據(jù)服務(wù)器同樣以瓦片區(qū)域為單元存儲該瓦片的噪聲結(jié)果；

(7)在確認計算結(jié)果返回成功后，發(fā)送消息通知計算控制服務(wù)器將瓦片編號T從未完成任務(wù)列表中剔除；

此時，計算節(jié)點A處于可工作狀態(tài)，跳到第2步驟，從計算控制服務(wù)器請求新的瓦片編號并循環(huán)上述過程，直到計算控制服務(wù)器中沒有未完成的任務(wù)為止。

步驟5：計算噪聲排放項，并結(jié)合噪聲衰減項計算得到噪聲接收點的噪聲值。以下為噪聲地圖快速更新的流程：

(1)當區(qū)域道路交通流發(fā)生變化需要更新噪聲結(jié)果時，對每條道路路段計算其交通流項；

(2)對于某一噪聲接收點，利用其存儲的路段標記集合索引到對其有影響的道路路段以獲取相應(yīng)的交通流項，結(jié)合離線存儲的固定項，求得最終的噪聲值，以此更新三維交通噪聲地圖。

顯然，本發(fā)明的上述實施例僅僅是為清楚地說明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對本發(fā)明的實施方式的限定。對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明權(quán)利要求的保護范圍之內(nèi)。