畫一張“升級版”城市噪聲地圖

黃丹雯

近年來，深圳市噪聲投訴量占環(huán)保投訴總量超過70%。為推動噪聲問題從根源上解決，筑牢聲環(huán)境質(zhì)量監(jiān)管基礎(chǔ)，深圳市生態(tài)環(huán)境局牽頭開發(fā)了國際上首個基于CIM（城市信息模型）的噪聲地圖智能應(yīng)用系統(tǒng)。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)城市區(qū)域噪聲地圖綜合展示與分析、噪聲預(yù)測評估、智能決策分析、動態(tài)更新和一體化管理。通過創(chuàng)新環(huán)境噪聲治理和管理手段，提升深圳生態(tài)環(huán)境部門噪聲治理和管理能力，助力解決老百姓“急難愁盼”問題。2023年5月，該技術(shù)獲“廣東省環(huán)境保護(hù)科學(xué)技術(shù)獎一等獎”。

首個三維實(shí)景噪聲地圖

“你看這兩張圖，這張是基于城市建筑物白模繪制的，這張是基于CIM三維實(shí)景繪制的，效果相差很大。城市三維實(shí)景類似展現(xiàn)在我們面前的一個數(shù)字孿生城市，噪聲地圖從城市建筑物白模升級到城市三維實(shí)景，可以非常直觀、‘真實(shí)地看到不同樓層、不同方位的噪聲分布?！鄙钲谑猩鷳B(tài)環(huán)境局智能管控中心高級工程師梁常德指著兩張?jiān)肼暤貓D向筆者介紹道。

在國內(nèi)，噪聲地圖算是一項(xiàng)比較新的技術(shù)，有豐富研究開發(fā)經(jīng)驗(yàn)的團(tuán)隊(duì)屈指可數(shù)。早在2013年，梁常德就帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)開始謀劃深圳噪聲地圖研究，但對于如何繪制噪聲地圖，地圖怎么畫，需要什么數(shù)據(jù)，如何進(jìn)行噪聲計(jì)算和地圖展示等，他們毫無頭緒。于是，帶著一定要成功繪制出深圳首張?jiān)肼暤貓D的決心，梁常德向國內(nèi)研究噪聲地圖“先行者”——北京市勞動保護(hù)科學(xué)研究所的專家請教，并前往香港調(diào)研學(xué)習(xí)香港噪聲地圖經(jīng)驗(yàn)。在對噪聲地圖有了一定的了解后，他帶領(lǐng)技術(shù)團(tuán)隊(duì)繼續(xù)摸著石頭過河，開始著手深圳噪聲地圖繪制研究，歷經(jīng)一年半，于2015年6月成功“畫”出了深圳首張城市二維噪聲地圖，覆蓋全市區(qū)域，成為國內(nèi)首個覆蓋全市區(qū)域的噪聲地圖。

“二維噪聲地圖并不能完全客觀反映具有明顯三維空間分布特征的城市噪聲，比如，城市中的高層住宅，即使在同一個建筑立面上，低層、中層和高層的噪聲是不相同的，因此，需要繪制三維噪聲地圖。但要繪制出大尺度的三維噪聲地圖難度很大，即使是噪聲地圖技術(shù)領(lǐng)先的歐洲國家，也沒有繪制過城市大尺度的三維噪聲地圖?！绷撼５卤硎?，從2017年開始，他帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)重點(diǎn)攻關(guān)城市大尺度三維噪聲地圖繪制技術(shù)，至2021年，成功繪制出城市建筑物白膜的福田區(qū)、南山區(qū)、龍華區(qū)和羅湖區(qū)的三維噪聲地圖，成為國內(nèi)最大的三維噪聲地圖。

近十年來，從沒有經(jīng)驗(yàn)到逐漸熟悉，再到創(chuàng)新研發(fā)，技術(shù)團(tuán)隊(duì)所掌握的噪聲地圖技術(shù)不斷趨于成熟，并走向領(lǐng)先，在國內(nèi)率先實(shí)現(xiàn)城市級別噪聲地圖，并將二維噪聲地圖成功“升級”為三維版本。

2022年，技術(shù)團(tuán)隊(duì)開始探索“升級版”噪聲地圖，成功研發(fā)出國際上首個基于CIM三維實(shí)景的大尺度三維噪聲地圖。這張“升級版”噪聲地圖不同于傳統(tǒng)的建筑物白膜噪聲地圖，它以CIM為數(shù)據(jù)底座，利用立體空間網(wǎng)格技術(shù)和噪聲仿真模擬技術(shù)，應(yīng)用建筑單體、街區(qū)、城市大區(qū)域等多尺度的三維噪聲地圖與CIM的匹配及融合可視化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)基于CIM的三維噪聲地圖的快速渲染及展示分析。

“從2022年開始，我們花了一年多時間成功繪制了福田、南山兩個區(qū)的CIM三維噪聲地圖，今年我們著手繪制羅湖區(qū)、龍華區(qū)的CIM三維噪聲地圖。雖然深圳的三維噪聲地圖目前還沒覆蓋全市范圍，但在全國已經(jīng)是涵蓋范圍最廣的噪聲地圖了?！奔夹g(shù)團(tuán)隊(duì)相關(guān)人員表示，目前，國內(nèi)其它城市的噪聲地圖大多覆蓋區(qū)域范圍較小，像深圳這樣覆蓋整個城市的噪聲地圖極少。

除了覆蓋面廣，技術(shù)團(tuán)隊(duì)還融合了信息化技術(shù)，開發(fā)了國際上首個融合CIM的噪聲地圖智能應(yīng)用系統(tǒng)，創(chuàng)新了噪聲地圖的智慧應(yīng)用。據(jù)介紹，噪聲地圖智能應(yīng)用系統(tǒng)結(jié)合智慧城市大數(shù)據(jù)、CIM、噪聲監(jiān)測數(shù)據(jù)等，綜合運(yùn)用GIS、大數(shù)據(jù)、三維高效渲染等技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)城市區(qū)域噪聲地圖綜合展示與分析、噪聲預(yù)測評估、智能決策分析、動態(tài)更新和一體化管理。

此外，針對噪聲投訴量較大的建筑施工噪聲，技術(shù)團(tuán)隊(duì)還專門開發(fā)了建筑施工噪聲智能監(jiān)管應(yīng)用場景，基于人工智能技術(shù)，融合噪聲自動監(jiān)測、視頻監(jiān)控和施工機(jī)械狀態(tài)監(jiān)控等多源實(shí)時數(shù)據(jù)，研發(fā)建筑施工“場地-場界-敏感點(diǎn)”的“數(shù)-聲-像”智能分析模型，構(gòu)建施工噪聲“三維地圖可視化-超時超標(biāo)告警-遠(yuǎn)程喊停執(zhí)法”的非現(xiàn)場智能監(jiān)管模式。對建筑工地噪聲超標(biāo)、施工超時行為進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控、精準(zhǔn)識別、動態(tài)評估，并將評估結(jié)果自動生成告警信息向監(jiān)管執(zhí)法人員推送，輔助對工地施工行為及時進(jìn)行“遠(yuǎn)程喊?！钡姆乾F(xiàn)場執(zhí)法。

針對道路交通噪聲治理應(yīng)用場景，則研發(fā)了“噪聲源控制-傳播途徑削減-敏感建筑物防護(hù)”全鏈條降噪措施的可視化建模、在線計(jì)算、智能評估技術(shù)，構(gòu)建交通噪聲治理智能決策支持體系。

實(shí)現(xiàn)“小時”單元動態(tài)更新

在國外，噪聲地圖一般5年更新一次。但噪聲時時刻刻都在變化，5年一更新沒辦法反映噪聲在時間上的變化。為了解決以往噪聲地圖時效性差，技術(shù)團(tuán)隊(duì)研發(fā)了國際領(lǐng)先的大尺度區(qū)域三維噪聲地圖快速計(jì)算及動態(tài)更新技術(shù)，并成功應(yīng)用在噪聲地圖智能應(yīng)用系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)了噪聲地圖從“靜態(tài)”到“動態(tài)”的跨越。

據(jù)了解，傳統(tǒng)的噪聲地圖計(jì)算需要龐大的數(shù)據(jù)、漫長的過程。技術(shù)團(tuán)隊(duì)通過對噪聲地圖更新進(jìn)行簡化研究，打通了動態(tài)噪聲地圖的技術(shù)路徑，促使系統(tǒng)在較短的時間內(nèi)完成一次完整的計(jì)算。

實(shí)現(xiàn)噪聲地圖系統(tǒng)動態(tài)更新需要兩個變動的數(shù)據(jù)，一個是噪聲監(jiān)測數(shù)據(jù)，另一個則是聲源數(shù)據(jù)，如交通數(shù)據(jù)?！氨热缯f，我們選取某個地點(diǎn)，每天固定一個時間點(diǎn)收集車速、車流量等數(shù)據(jù)，經(jīng)過連續(xù)一個月收集到的數(shù)據(jù)，以此來代表這個地點(diǎn)的數(shù)據(jù)，再結(jié)合交通擁堵系數(shù)等，應(yīng)用計(jì)算公式就能算出這個點(diǎn)位不同時間的噪聲數(shù)值。”

研發(fā)團(tuán)隊(duì)經(jīng)過多次驗(yàn)證，證明通過交通數(shù)據(jù)算出噪聲數(shù)值這條技術(shù)路線十分可行，而且還能減少計(jì)算量，使得短時內(nèi)便可計(jì)算出結(jié)果。在噪聲地圖智能應(yīng)用系統(tǒng)中，融合多種噪聲源數(shù)據(jù)，采用智能化網(wǎng)格劃分、噪聲源自動篩選、計(jì)算要素快速索引、分離計(jì)算噪聲源與衰減項(xiàng)等方法，實(shí)現(xiàn)噪聲地圖快速動態(tài)更新。這成功解決了噪聲地圖計(jì)算速度慢、計(jì)算量龐大的問題，以及城市大尺度的噪聲地圖更新困難、更新周期長等的技術(shù)問題。

如今，一棟樓這樣的建筑物級別，不同樓層、不同方位的噪聲數(shù)值，在這個系統(tǒng)里很快就可以計(jì)算出來。而對于城市級別的噪聲地圖，可進(jìn)行以“小時”為時間單元的動態(tài)更新，更新范圍為所有噪聲源以及三維噪聲計(jì)算點(diǎn)。

實(shí)現(xiàn)在線建模分析對比

“這個聲屏障建3米高或是5米高，建成直立式、折板式或是全封閉式，各能實(shí)現(xiàn)什么降噪效果，都可以在系統(tǒng)上直觀展示出來。更難得的是，建造這樣的一個工程，需要多少成本，系統(tǒng)也會給出個估算的數(shù)，因?yàn)槲覀儼呀ㄖ牧系氖袌鰞r格等等數(shù)據(jù)都放到了系統(tǒng)里面?！奔夹g(shù)團(tuán)隊(duì)相關(guān)人員表示。

據(jù)介紹，在噪聲常規(guī)監(jiān)測數(shù)據(jù)、聲環(huán)境功能區(qū)劃、噪聲地圖數(shù)據(jù)的支撐下，噪聲地圖智能應(yīng)用系統(tǒng)能進(jìn)行數(shù)據(jù)查詢、展示、分析和效果對比，實(shí)現(xiàn)全市噪聲污染分布和影響程度可觀可視，為科學(xué)決策做好數(shù)據(jù)支撐。

噪聲地圖智能應(yīng)用系統(tǒng)還是全國首個實(shí)現(xiàn)路面改造、交通管控、聲屏障和隔聲窗等全鏈條降噪措施的在線建模分析的系統(tǒng)。融合CIM的噪聲地圖智能應(yīng)用系統(tǒng)，能對路面改造、交通管控（限速、限行、限流）、建設(shè)聲屏障、安裝隔聲門窗等各類降噪措施應(yīng)用場景及降噪措施方案進(jìn)行可視化在線建模、在線計(jì)算，并自動評估不同措施方案下的噪聲影響、降噪效果和工程造價等，實(shí)現(xiàn)噪聲治理決策智慧應(yīng)用。

“例如廣東省要對廣深高速進(jìn)行擴(kuò)建，對于深圳段要采用全封閉還是半封閉的聲屏障更合適，深圳市生態(tài)環(huán)境局就應(yīng)用噪聲地圖智能應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行在線建模，將效果直觀展現(xiàn)出來，為市領(lǐng)導(dǎo)的科學(xué)決策提供支撐?！边@樣一來，決策者就能對工程的降噪效果、資金成本等等做到心中有數(shù)。

“之前規(guī)劃部門還到我們這來調(diào)研，我們也開發(fā)了數(shù)據(jù)接口供他們使用，讓他們在做城市規(guī)劃時對周邊噪聲水平有更詳盡的了解。這使得噪聲地圖在城市規(guī)劃、工程選址等方面有了更為廣泛的應(yīng)用。”深圳市生態(tài)環(huán)境局相關(guān)負(fù)責(zé)人表示。

2023年1月，國家出臺《“十四五”噪聲污染防治行動計(jì)劃》（即國家版“聲十條”），鼓勵有條件的城市依托噪聲地圖、噪聲溯源等信息化手段，加強(qiáng)噪聲污染防治精準(zhǔn)化管控。緊接著，生態(tài)環(huán)境部在6月印發(fā)《關(guān)于開展第四批噪聲污染防治試點(diǎn)（城市噪聲地圖應(yīng)用）的通知》，明確在全國6個省份共7個重點(diǎn)城市開展噪聲地圖應(yīng)用試點(diǎn)。城市噪聲地圖應(yīng)用已步入快車道，接下來，深圳市生態(tài)環(huán)境局將在現(xiàn)有噪聲地圖成果基礎(chǔ)上先行先試，繼續(xù)開發(fā)更多應(yīng)用場景，助力全市噪聲污染防治精準(zhǔn)化管控。