基于路網(wǎng)和興趣點的聲環(huán)境功能區(qū)劃分方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及噪聲環(huán)境評估中的聲環(huán)境功能區(qū)劃分方法類，更具體地，涉及一種基 于路網(wǎng)和興趣點的聲環(huán)境功能區(qū)劃分方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 噪聲污染是城市環(huán)境主要的污染源之一，需要對噪聲污染和聲環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行評估 和管理，而聲環(huán)境功能區(qū)劃分是城市聲環(huán)境質(zhì)量評價和管理的基礎(chǔ)。聲環(huán)境功能區(qū)劃分 是按照區(qū)域的使用功能特點和環(huán)境質(zhì)量要求，將城市各個區(qū)域劃分為不同的聲功能區(qū)類 另IJ，明確了各個區(qū)域的噪聲排放限值，以防治環(huán)境噪聲污染，保護(hù)和改善生活環(huán)境。國標(biāo) GB3096-08《聲環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》明確了聲功能區(qū)劃分的類別有五類，分別為0類、1類、2類、 3類和4類聲環(huán)境功能區(qū)。
[0003] 如何根據(jù)一個區(qū)域的屬性劃分其所屬的聲功能區(qū)是聲環(huán)境功能區(qū)劃分方法的核 心內(nèi)容，其已成為我國聲環(huán)境研宄領(lǐng)域的熱點課題之一。目前我國各地根據(jù)城市屬性、城市 規(guī)劃和城市的土地利用情況進(jìn)行聲功能區(qū)劃分，取得了積極的進(jìn)展。目前聲環(huán)境功能區(qū)的 劃分方法主要根據(jù)城市規(guī)劃中的土地規(guī)劃數(shù)據(jù)，按照區(qū)域內(nèi)各種土地類型的面積比例來劃 分區(qū)域所屬的聲環(huán)境功能區(qū)。同時，使用了地理信息系統(tǒng)技術(shù)、遙感技術(shù)、全球衛(wèi)星定位技 術(shù)等提升聲功能區(qū)劃分的效率；運用了定量化方法如灰色聚類和模糊聚類等提高劃分的科 學(xué)性。
[0004] 但是，目前城市聲功能區(qū)劃分方法存在以下問題：
[0005] 1、聲功能區(qū)劃分尺度粗糙，無法進(jìn)行詳細(xì)的噪聲污染評估。目前聲功能區(qū)的劃分 尺度受限于城市的用地規(guī)劃數(shù)據(jù)，而用地規(guī)劃的區(qū)域尺度較大，使得聲功能區(qū)劃分的尺度 是宜大不宜小的。子區(qū)域過大，區(qū)域內(nèi)部使用同樣的噪聲限值標(biāo)準(zhǔn)，使得進(jìn)行噪聲污染評估 無法細(xì)致。
[0006] 2、聲功能區(qū)更新速度緩慢，無法適應(yīng)城市發(fā)展現(xiàn)狀。目前我國城市化進(jìn)程加快，城 市路網(wǎng)和區(qū)域擴張，傳統(tǒng)基于城市規(guī)劃的聲環(huán)境功能區(qū)，使用大量的人工處理，更新周期需 要10年左右，大多與城市聲環(huán)境實際要求不符合。
[0007] 另一方面，隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展、城市中各類傳感器的增多和用戶產(chǎn)生數(shù) 據(jù)的不斷豐富，海量城市地理空間數(shù)據(jù)被收集和公開。這些地理空間數(shù)據(jù)反映了區(qū)域的屬 性和功能，特別是其中的路網(wǎng)數(shù)據(jù)和興趣點數(shù)據(jù)。路網(wǎng)顯示了區(qū)域的可達(dá)性，并把城市劃分 為相對獨立，功能相對單一的細(xì)小區(qū)域；興趣點是城市中提供各種服務(wù)的各類地物，在各個 區(qū)域中實時存在并不斷更新，可以用來描述城市當(dāng)前的區(qū)域?qū)傩浴?br>
【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提出一種基于城市道路網(wǎng)絡(luò)和興趣點的城市聲 環(huán)境功能區(qū)劃分方法。該方法是使用路網(wǎng)劃分城市區(qū)域，根據(jù)區(qū)域內(nèi)各興趣點類別的聲環(huán) 境質(zhì)量要求，通過各區(qū)域內(nèi)興趣點的聚類分析，可以進(jìn)行區(qū)域聲功能區(qū)的劃分。
[0009] 本發(fā)明通過標(biāo)定合適的模型參數(shù)，適用于不同城市的聲功能區(qū)劃分，能實現(xiàn)細(xì)致 的聲功能區(qū)劃分并反映當(dāng)下區(qū)域的聲功能要求。該方法使用的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)具有實時性，劃分 結(jié)果適用于城市當(dāng)前的噪聲評估。而且本發(fā)明中的路網(wǎng)、興趣點等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)通過互聯(lián)網(wǎng)地 圖的開放接口獲得，數(shù)據(jù)來源公開，更新周期短，有助于快速開展噪聲評估工作。
[0010] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的的技術(shù)方案具體為：
[0011] 一種基于路網(wǎng)和興趣點的聲環(huán)境功能區(qū)劃分方法，使用路網(wǎng)劃分城市區(qū)域，根據(jù) 區(qū)域內(nèi)各興趣點類別的聲環(huán)境質(zhì)量要求，對各區(qū)域內(nèi)興趣點進(jìn)行聚類分析，并標(biāo)定各個聚 類類別所屬聲功能區(qū)，實現(xiàn)城市區(qū)域聲功能區(qū)的劃分，該方法包括以下步驟：
[0012] A、對路網(wǎng)圖片使用圖像形態(tài)學(xué)方法將城市劃分為多個子區(qū)域。
[0013] 其中步驟A的路網(wǎng)圖片是通過已有的城市道路矢量數(shù)據(jù)生成的。對路網(wǎng)圖片使 用圖像形態(tài)學(xué)方法將城市劃分為多個子區(qū)域主要包括以下幾步：對路網(wǎng)圖片進(jìn)行圖形學(xué)膨 脹，合并并行的雙向道路、交叉口等細(xì)小區(qū)域；對膨脹的路網(wǎng)進(jìn)行細(xì)化，得到單點鏈接的道 路網(wǎng)絡(luò)；識別道路交叉點并通過邊界追蹤獲取連接各個交叉點的路段；對每個連通的區(qū)域 進(jìn)行標(biāo)記，并識別連通區(qū)域臨近的路網(wǎng)節(jié)點和路段折線，順序拼接得到各區(qū)域輪廓。
[0014] 在圖像形態(tài)學(xué)處理過程中，根據(jù)主要道路和普通道路對城市進(jìn)行二次劃分。首先 根據(jù)主要道路進(jìn)行區(qū)域劃分，然后根據(jù)劃分得到的區(qū)域內(nèi)部的普通道路進(jìn)行二次劃分，得 到各個子區(qū)域。記劃分的子區(qū)域集合為R，得到的子區(qū)域數(shù)目為N，R中的第i個子區(qū)域記 為A，i彡N 0
[0015] B、以興趣點類別在各區(qū)域內(nèi)的比重作為區(qū)域描述參數(shù)，對區(qū)域描述參數(shù)進(jìn)行篩選 然后聚類得到不同的區(qū)域聚類類別。
[0016] 其中步驟B中各興趣點類別在各區(qū)域內(nèi)的比重稱為子區(qū)域占比，區(qū)域^內(nèi)某一興 趣點類別的數(shù)目占區(qū)域A內(nèi)興趣點總數(shù)目的比值為子區(qū)域占比，記為d u，公式如下式：
【主權(quán)項】
1. 一種基于路網(wǎng)和興趣點的聲環(huán)境功能區(qū)劃分方法，其特征在于，使用路網(wǎng)劃分城市 區(qū)域，根據(jù)區(qū)域內(nèi)各興趣點類別的聲環(huán)境質(zhì)量要求，對各區(qū)域內(nèi)興趣點進(jìn)行聚類分析，并標(biāo) 定各個聚類類別所屬聲功能區(qū)，實現(xiàn)城市區(qū)域聲功能區(qū)的劃分。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，該方法包括以下步驟： A、 對路網(wǎng)圖片使用圖像形態(tài)學(xué)方法將城市劃分為多個子區(qū)域； B、 以各興趣點類別在區(qū)域內(nèi)的比重作為區(qū)域描述參數(shù)，對區(qū)域描述參數(shù)進(jìn)行篩選然后 聚類得到不同的區(qū)域聚類類別； C、 根據(jù)各興趣點類別的聲環(huán)境功能區(qū)要求和聲環(huán)境影響因子，實現(xiàn)各區(qū)域聚類類別的 聲功能區(qū)劃分，然后對道路沿線區(qū)域進(jìn)行聲功能區(qū)劃分。
3. 如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，步驟A中的路網(wǎng)圖片是通過已有的城市道路 矢量數(shù)據(jù)生成的，對路網(wǎng)圖片使用圖像形態(tài)學(xué)方法將城市劃分為多個子區(qū)域，主要包括以 下幾步：對路網(wǎng)圖片進(jìn)行圖形學(xué)膨脹，合并細(xì)小區(qū)域；對膨脹的路網(wǎng)進(jìn)行細(xì)化，得到單點鏈 接的道路網(wǎng)絡(luò)；識別道路交叉點并通過邊界追蹤獲取連接各個交叉點的路段；對每個連通 的區(qū)域進(jìn)行標(biāo)記，并識別連通區(qū)域臨近的路網(wǎng)節(jié)點和路段折線，順序拼接得到各區(qū)域輪廓。
4. 如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，在圖像形態(tài)學(xué)處理過程中，根據(jù)主要道路和 普通道路對城市進(jìn)行二次劃分，先根據(jù)主要道路進(jìn)行區(qū)域劃分，然后根據(jù)劃分得到的區(qū)域 內(nèi)部的普通道路進(jìn)行二次劃分，得到各個子區(qū)域；記劃分的子區(qū)域集合為R，得到的子區(qū)域 數(shù)目為N，R中的第i個子區(qū)域記為a，i ￡N。
5. 如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，步驟B中的各興趣點類別在區(qū)域內(nèi)的比重， 稱為子區(qū)域占比，區(qū)域A內(nèi)某一興趣點類別的數(shù)目占區(qū)域1^內(nèi)興趣點總數(shù)目的比值為子區(qū) 域占比，記為Cl j i,
公式如下式： 其中，h為第j種興趣點類別，M為興趣點類別數(shù)目，η ?為區(qū)域q中第Cj類興趣點的 數(shù)目。
6. 如權(quán)利要求2或5所述的方法，其特征在于，步驟B中的區(qū)域描述參數(shù)篩選，設(shè)置兩 個指標(biāo)對區(qū)域描述參數(shù)進(jìn)行篩選，分別是區(qū)域描述參數(shù)相關(guān)系數(shù)和興趣點類別區(qū)域密度， 設(shè)置相關(guān)性篩選閾值R t，對于正相關(guān)性高于此閾值且聲功能要求相同的興趣點類別，做合 并處理；設(shè)置區(qū)域密度篩選閥值Et，對于低于閥值的類別，認(rèn)為其無法用于描述區(qū)域，舍棄。
7. 如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，步驟B中的聚類過程，使用聚類方法根據(jù)篩 選后的區(qū)域描述參數(shù)對區(qū)域進(jìn)行聚類分析，得到K種聚類區(qū)域類別，分別記為CC 1, CC2,...， CCk 〇
8. 如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，步驟C中的道路沿線區(qū)域聲功能區(qū)劃分，劃 分方式為，將交通干線邊界線外一定外延距離的區(qū)域劃分為4類聲功能區(qū)，聲功能區(qū)類別 包括1類聲功能區(qū)、2類聲功能區(qū)、3類聲功能區(qū)和無明顯聲功能要求區(qū)域，分別記為S 1, S2， S3, Sn_，記劃分的聲功能區(qū)類別集合為SC。
9. 如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，步驟C中的各興趣點類別的聲環(huán)境功能區(qū)要 求和聲環(huán)境影響因子，根據(jù)各興趣點類別的社會活動類型，確定各興趣點類別對應(yīng)的聲功 能區(qū)要求，記第j類興趣點類別的聲功能區(qū)要求為SRf根據(jù)各類興趣點的屬性，確定各興 趣點類別的聲功能區(qū)影響因子，記第j種興趣點類別的聲功能區(qū)影響因子為A」。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，步驟C中使用聲功能區(qū)要求比例來標(biāo)定各 聚類類別所屬聲功能區(qū)，記聚類類別cc的某一聲功能區(qū)要求S的比例為I。。，公式如下式：
其中，A廣示第j種興趣點類別的聲功能區(qū)影響因子；d u。表示聚類類別cc中心點的 第j個描述參數(shù)；是表示第j種興趣點類別的聲功能區(qū)要求；S為某一種劃分的聲功能區(qū)類 別； 設(shè)置1類聲功能區(qū)、3類聲功能區(qū)和無明顯聲功能要求區(qū)域的劃分閾值，分別記為W1, W3, Wn_，對各聚類類別，將超過巧的標(biāo)記為1類聲功能區(qū)，將超過W 3的標(biāo)記為3類聲功能 區(qū)，再將超過Wn_的標(biāo)記為無明顯聲功能要求區(qū)域，剩余區(qū)域標(biāo)記為2類聲功能區(qū)。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于路網(wǎng)和興趣點的聲環(huán)境功能區(qū)劃分方法，該方法包括：根據(jù)路網(wǎng)圖片使用圖像形態(tài)學(xué)將城市區(qū)域劃分為多個子區(qū)域；以各興趣點類別在區(qū)域內(nèi)的比重作為區(qū)域描述參數(shù)，對區(qū)域描述參數(shù)進(jìn)行篩選然后聚類得到不同的區(qū)域聚類類別；根據(jù)各興趣點類別的聲功能區(qū)要求和聲環(huán)境影響因子，實現(xiàn)各區(qū)域聚類類別的聲功能區(qū)標(biāo)定并對道路沿線區(qū)域進(jìn)行聲功能區(qū)劃分。該方法將城市中海量的地理空間數(shù)據(jù)運用到聲功能區(qū)劃分中，具有自動化程度高，劃分效率高，更新周期短的優(yōu)點，適用于城市當(dāng)前的聲環(huán)境質(zhì)量評估。
【IPC分類】G06F17-30
【公開號】CN104834666
【申請?zhí)枴緾N201510100569
【發(fā)明人】蔡銘, 陳韓杰, 周展鴻
【申請人】中山大學(xué)
【公開日】2015年8月12日
【申請日】2015年3月6日