画一张“升级版”城市噪声地图

黄丹雯

近年来，深圳市噪声投诉量占环保投诉总量超过70%。为推动噪声问题从根源上解决，筑牢声环境质量监管基础，深圳市生态环境局牵头开发了国际上首个基于CIM（城市信息模型）的噪声地图智能应用系统。该系统实现城市区域噪声地图综合展示与分析、噪声预测评估、智能决策分析、动态更新和一体化管理。通过创新环境噪声治理和管理手段，提升深圳生态环境部门噪声治理和管理能力，助力解决老百姓“急难愁盼”问题。2023年5月，该技术获“广东省环境保护科学技术奖一等奖”。

首个三维实景噪声地图

“你看这两张图，这张是基于城市建筑物白模绘制的，这张是基于CIM三维实景绘制的，效果相差很大。城市三维实景类似展现在我们面前的一个数字孪生城市，噪声地图从城市建筑物白模升级到城市三维实景，可以非常直观、‘真实地看到不同楼层、不同方位的噪声分布。”深圳市生态环境局智能管控中心高级工程师梁常德指着两张噪声地图向笔者介绍道。

在国内，噪声地图算是一项比较新的技术，有丰富研究开发经验的团队屈指可数。早在2013年，梁常德就带领团队开始谋划深圳噪声地图研究，但对于如何绘制噪声地图，地图怎么画，需要什么数据，如何进行噪声计算和地图展示等，他们毫无头绪。于是，带着一定要成功绘制出深圳首张噪声地图的决心，梁常德向国内研究噪声地图“先行者”——北京市劳动保护科学研究所的专家请教，并前往香港调研学习香港噪声地图经验。在对噪声地图有了一定的了解后，他带领技术团队继续摸着石头过河，开始着手深圳噪声地图绘制研究，历经一年半，于2015年6月成功“画”出了深圳首张城市二维噪声地图，覆盖全市区域，成为国内首个覆盖全市区域的噪声地图。

“二维噪声地图并不能完全客观反映具有明显三维空间分布特征的城市噪声，比如，城市中的高层住宅，即使在同一个建筑立面上，低层、中层和高层的噪声是不相同的，因此，需要绘制三维噪声地图。但要绘制出大尺度的三维噪声地图难度很大，即使是噪声地图技术领先的欧洲国家，也没有绘制过城市大尺度的三维噪声地图。”梁常德表示，从2017年开始，他带领团队重点攻关城市大尺度三维噪声地图绘制技术，至2021年，成功绘制出城市建筑物白膜的福田区、南山区、龙华区和罗湖区的三维噪声地图，成为国内最大的三维噪声地图。

近十年来，从没有经验到逐渐熟悉，再到创新研发，技术团队所掌握的噪声地图技术不断趋于成熟，并走向领先，在国内率先实现城市级别噪声地图，并将二维噪声地图成功“升级”为三维版本。

2022年，技术团队开始探索“升级版”噪声地图，成功研发出国际上首个基于CIM三维实景的大尺度三维噪声地图。这张“升级版”噪声地图不同于传统的建筑物白膜噪声地图，它以CIM为数据底座，利用立体空间网格技术和噪声仿真模拟技术，应用建筑单体、街区、城市大区域等多尺度的三维噪声地图与CIM的匹配及融合可视化技术，实现基于CIM的三维噪声地图的快速渲染及展示分析。

“从2022年开始，我们花了一年多时间成功绘制了福田、南山两个区的CIM三维噪声地图，今年我们着手绘制罗湖区、龙华区的CIM三维噪声地图。虽然深圳的三维噪声地图目前还没覆盖全市范围，但在全国已经是涵盖范围最广的噪声地图了。”技术团队相关人员表示，目前，国内其它城市的噪声地图大多覆盖区域范围较小，像深圳这样覆盖整个城市的噪声地图极少。

除了覆盖面广，技术团队还融合了信息化技术，开发了国际上首个融合CIM的噪声地图智能应用系统，创新了噪声地图的智慧应用。据介绍，噪声地图智能应用系统结合智慧城市大数据、CIM、噪声监测数据等，综合运用GIS、大数据、三维高效渲染等技术，可以实现城市区域噪声地图综合展示与分析、噪声预测评估、智能决策分析、动态更新和一体化管理。

此外，针对噪声投诉量较大的建筑施工噪声，技术团队还专门开发了建筑施工噪声智能监管应用场景，基于人工智能技术，融合噪声自动监测、视频监控和施工机械状态监控等多源实时数据，研发建筑施工“场地-场界-敏感点”的“数-声-像”智能分析模型，构建施工噪声“三维地图可视化-超时超标告警-远程喊停执法”的非现场智能监管模式。对建筑工地噪声超标、施工超时行为进行实时监控、精准识别、动态评估，并将评估结果自动生成告警信息向监管执法人员推送，辅助对工地施工行为及时进行“远程喊停”的非现场执法。

针对道路交通噪声治理应用场景，则研发了“噪声源控制-传播途径削减-敏感建筑物防护”全链条降噪措施的可视化建模、在线计算、智能评估技术，构建交通噪声治理智能决策支持体系。

实现“小时”单元动态更新

在国外，噪声地图一般5年更新一次。但噪声时时刻刻都在变化，5年一更新没办法反映噪声在时间上的变化。为了解决以往噪声地图时效性差，技术团队研发了国际领先的大尺度区域三维噪声地图快速计算及动态更新技术，并成功应用在噪声地图智能应用系统中，实现了噪声地图从“静态”到“动态”的跨越。

据了解，传统的噪声地图计算需要庞大的数据、漫长的过程。技术团队通过对噪声地图更新进行简化研究，打通了动态噪声地图的技术路径，促使系统在较短的时间内完成一次完整的计算。

实现噪声地图系统动态更新需要两个变动的数据，一个是噪声监测数据，另一个则是声源数据，如交通数据。“比如说，我们选取某个地点，每天固定一个时间点收集车速、车流量等数据，经过连续一个月收集到的数据，以此来代表这个地点的数据，再结合交通拥堵系数等，应用计算公式就能算出这个点位不同时间的噪声数值。”

研发团队经过多次验证，证明通过交通数据算出噪声数值这条技术路线十分可行，而且还能减少计算量，使得短时内便可计算出结果。在噪声地图智能应用系统中，融合多种噪声源数据，采用智能化网格划分、噪声源自动筛选、计算要素快速索引、分离计算噪声源与衰减项等方法，实现噪声地图快速动态更新。这成功解决了噪声地图计算速度慢、计算量庞大的问题，以及城市大尺度的噪声地图更新困难、更新周期长等的技术问題。

如今，一栋楼这样的建筑物级别，不同楼层、不同方位的噪声数值，在这个系统里很快就可以计算出来。而对于城市级别的噪声地图，可进行以“小时”为时间单元的动态更新，更新范围为所有噪声源以及三维噪声计算点。

实现在线建模分析对比

“这个声屏障建3米高或是5米高，建成直立式、折板式或是全封闭式，各能实现什么降噪效果，都可以在系统上直观展示出来。更难得的是，建造这样的一个工程，需要多少成本，系统也会给出个估算的数，因为我们把建筑材料的市场价格等等数据都放到了系统里面。”技术团队相关人员表示。

据介绍，在噪声常规监测数据、声环境功能区划、噪声地图数据的支撑下，噪声地图智能应用系统能进行数据查询、展示、分析和效果对比，实现全市噪声污染分布和影响程度可观可视，为科学决策做好数据支撑。

噪声地图智能应用系统还是全国首个实现路面改造、交通管控、声屏障和隔声窗等全链条降噪措施的在线建模分析的系统。融合CIM的噪声地图智能应用系统，能对路面改造、交通管控（限速、限行、限流）、建设声屏障、安装隔声门窗等各类降噪措施应用场景及降噪措施方案进行可视化在线建模、在线计算，并自动评估不同措施方案下的噪声影响、降噪效果和工程造价等，实现噪声治理决策智慧应用。

“例如广东省要对广深高速进行扩建，对于深圳段要采用全封闭还是半封闭的声屏障更合适，深圳市生态环境局就应用噪声地图智能应用系统进行在线建模，将效果直观展现出来，为市领导的科学决策提供支撑。”这样一来，决策者就能对工程的降噪效果、资金成本等等做到心中有数。

“之前规划部门还到我们这来调研，我们也开发了数据接口供他们使用，让他们在做城市规划时对周边噪声水平有更详尽的了解。这使得噪声地图在城市规划、工程选址等方面有了更为广泛的应用。”深圳市生态环境局相关负责人表示。

2023年1月，国家出台《“十四五”噪声污染防治行动计划》（即国家版“声十条”），鼓励有条件的城市依托噪声地图、噪聲溯源等信息化手段，加强噪声污染防治精准化管控。紧接着，生态环境部在6月印发《关于开展第四批噪声污染防治试点（城市噪声地图应用）的通知》，明确在全国6个省份共7个重点城市开展噪声地图应用试点。城市噪声地图应用已步入快车道，接下来，深圳市生态环境局将在现有噪声地图成果基础上先行先试，继续开发更多应用场景，助力全市噪声污染防治精准化管控。