噪声污染已成为世界范围内的一个主要环境问题。随着噪声自动监测系统的实施,如何科学的确定监测点位、确保监测点位的代表性?能否建立基于VRGIS的噪声分析模型以提高噪声分析的精准性,能否实现VRGIS空间分析与声线传播的结合?随着城市建设的立体化,传统噪声分析模型能否满足新的需求,是否楼层越高、噪声越小,如何选择良好的居住声环境以提高居住适宜性?如何实现不可见噪声的可视化与感知,可否建立交互的噪声体验场景?以上问题已成为各国政府部门、学者和工程技术人员广为关注的热点问题。本文采用基于VR-GIS一体化的技术路线,集成环境噪声监测理论、地理信息系统空间分析理论、声学基本原理等多学科理论和方法,在VR与GIS视算一体化思想的主导下,深入分析和研究VR-GIS在城市噪声环境中的应用。主要从城市噪声自动监测、城市噪声环境三维分析模型、城市噪声环境可视化与虚拟感知等方面进行研究,创新性整合多学科研究流程,缩短从噪声数据获取到分析结果评价的科研周期。主要研究内容总结如下：1)基于IEPSO-KM混合算法的噪声自动监测研究传统上采用K-means算法求解城市噪声自动监测优化布点这一NPC问题。针对K-means聚类算法对初始质心严重依赖和基于梯度下降的缺点,本文提出了基于免疫粒子群的动态聚类算法IEPSO-KM,并将该算法成功应用于青岛市市南区噪声监测布点优化问题的求解中,推动了环境噪声自动监测系统建设的启动。2)城市噪声环境三维分析模型基于几何声线理论和绕射计算理论,综合考虑城市噪声环境中地形、绿化、屏障等的反射、绕射衰减,本文基于VRGIS平台建立城市噪声环境三维分析模型。根据实测数据拟合规范的道路噪声源强分析模型,结合VRGIS空间量测分析简化算法将地形分为平坦地形、山谷地形和山峰地形,并对三种地形引起的声衰减建立相应分析模型,建立有限长声屏障模型。3)城市噪声垂直特性分析模型以交通干线两侧高层建筑噪声为研究对象,本文利用噪声统计分析仪和频谱分析仪进行噪声的垂直特性数据采样,通过对监测样本的深入分析探寻噪声垂直特性分布规律并进行居住适宜性评价。基于BP神经网络算法,建立交通干线两侧高层建筑的噪声垂直特性分析模型。4)城市噪声环境可视化与虚拟感知本文基于VRGIS平台,将声环境空间实体引入城市三维模型中,采用限定TIN与CSG集成模型、B-Rep与CSG混合构模模型快速构建虚拟城市噪声环境三维场景。用有限单元法及无网格方法实现地理平面噪声接受点的自动布置。基于Delaunay三角网的等值线绘制填充和八叉树3D纹理的直接体可视化实现城市噪声环境的交互式表达与分析。基于层次分析法求解噪声烦恼度阈值,设计虚拟城市噪声环境情绪空间,采用FFD技术实现噪声场景中的虚拟感知。5)基于VRGIS的城市噪声环境评价系统及应用基于VRGIS平台建立城市噪声环境评价系统总体架构,描述了系统流程及声环境影响评价序列图。将本文研究成果成功应用于研究区域的噪声环境可视化和交通承载力分析中,对“数据-可视化-三维仿真-互动决策支持”流程进行创新性整合。本论文的创新点主要包括：1)科学创新：本文利用地理信息系统(GIS)、虚拟现实技术(VR)、智能技术探索解决城市区域噪声环境问题的新方法。①提出了IEPSO-KM混合算法,并将其成功应用噪声自动监测点位优化中；②结合VRGIS空间分析功能,综合考虑城市化建设中建筑、绿化布局与噪声环境分布之间的规律性,将VRGIS空间分析与声线传播高效融合,建立了城市噪声环境三维分析模型；③基于实测数据,利用BP神经网络建立交通干线两侧高层建筑的噪声垂直特性分析模型,为立体化城市居住适宜性评价提供科学依据。2)技术创新：将浸入式、交互型虚拟现实系统应用于城市环境噪声评价研究中,更加直观、深刻地把握噪声产生源头、噪声传播以及地物布局对噪声评价的影响等实际问题的原因、过程和规律,基于VRGIS一体化平台,实现不可见噪声的可视化交互与感知,对于城市居住适宜性评价中噪声相关的评价体系是一种全新的技术应用尝试。3)应用创新：①根据城市化发展向上下空间拓展的特点,在垂直维度空间开展噪声评价研究,为VRGIS的应用开辟了新的领域；②将噪声作为约束因子用于环境承载力分析,符合城市规划与环境规划的发展趋势。