道路分割精度對交通噪聲模擬的影響

羅鵬，蔡銘，陳志斌

(中山大學(xué)工學(xué)院廣東省智能交通系統(tǒng)重點實驗室，廣州510275)

道路分割精度對交通噪聲模擬的影響

羅鵬，蔡銘，陳志斌

(中山大學(xué)工學(xué)院廣東省智能交通系統(tǒng)重點實驗室，廣州510275)

根據(jù)7條珠江新城主要道路的交通流實測數(shù)據(jù)，結(jié)合標(biāo)準ISO 9613-2噪聲計算模型，采用不同的道路分割精度模擬出整個珠江新城的交通噪聲分布，以分析不同道路分割精度對交通噪聲模擬的影響。另外，在珠江新城選取8個地點進行噪聲值實地采集，以評估噪聲模擬值與實測值的誤差。結(jié)果表明，以接收點為中心，掃描角度不大于5度的道路分割方式對交通噪聲模擬效果較好。

聲學(xué)；交通噪聲；噪聲模擬；道路分割

隨著經(jīng)濟的發(fā)展，城市機動車的保有量不斷提高，城市交通噪聲也越來越嚴重，范圍越來越廣，嚴重影響了人們的正常生活作息[1]。目前，交通噪聲污染問題受到了有關(guān)部門的高度重視。如何準確有效地模擬出城市內(nèi)交通噪聲污染分布情況是降低噪聲污染的關(guān)鍵問題[2-3]。在城市交通噪聲模擬中，建筑物對噪聲的衰減作用是重要考慮因素。對于城市內(nèi)復(fù)雜的建筑物群分布情況，學(xué)者們提出了許多噪聲衰減算法和理論，如聲線追蹤法、經(jīng)驗計算法等等[4―7]。ISO 9613-2[8]作為一種較為簡單的衰減算法，在城市道路交通噪聲模擬中得到了廣泛的應(yīng)用。

在交通噪聲研究中，道路噪聲往往可以看作成由無數(shù)點聲源組成的線聲源[9]。而在ISO 9613-2戶外噪聲衰減計算模型中，聲源被定義為點聲源，所以為了使用ISO9613-2噪聲衰減模型模擬出城市交通噪聲污染分布，需把道路分割成有限點聲源進行計算。本文在ISO 9613-2的基礎(chǔ)上，結(jié)合實測的道路車流量和噪聲數(shù)據(jù)，分析道路分割精度對城市交通噪聲模擬計算精度的影響，得到了道路點聲源分割的合適取值范圍，為城市噪聲模擬研究提供參考。

1 噪聲計算方法

1.1 ISO 9613-2建筑物噪聲衰減計算

當(dāng)聲源和噪聲接收點位于建筑物群旁邊時，建筑物的阻擋對噪聲的傳播產(chǎn)生了很大的影響，噪聲在其表面產(chǎn)生復(fù)雜的反射、透射、衍射等一系列過程。ISO 9613-2標(biāo)準在附錄中提供了考慮建筑物群的噪聲衰減算法，該算法是以建筑物面積和臨街建筑物長度為參數(shù)的經(jīng)驗計算方法。在ISO 9613-2標(biāo)準中，建筑物對噪聲的衰減Ahous主要有兩大部分組成，分別以Ahous,1和Ahous,2表示，如下式所示

其中第一部分主要以建筑物面積作為考慮對象，計算如下所示：

式中B是接收點與聲源之間的建筑物密度，即是以總的地面面積（包括房屋所占面積）去除房屋的面積總和所得的商；db為通過房屋群區(qū)的聲路線長度。

如果道路兩旁有整齊排列的建筑物時，還應(yīng)添加一個附件衰減項Ahous,2

式中p為臨街建筑物正面長度占道路總長度的百分比，其值不大于90%。

1.2 道路分割方法

道路交通噪聲通常被看作是線聲源，而ISO 9613-2標(biāo)準的房屋群噪聲衰減計算方法是基于點聲源進行計算的。因此，必須把道路交通噪聲等效分割為有限個數(shù)的點聲源。在本文中，采取的分割方法是以接收點為中心，用相同角度的掃描線把道路切割成若干等分，如下圖所示。

圖1 道路分割示意圖

為保證道路噪聲的能量守恒，每個分割后的點聲源基準噪聲與道路基準噪聲有以下關(guān)系：

式中L為道路基準噪聲；Li為分割所得的每個點聲源基準噪聲，對于同一條道路，分割后的點聲源基準噪聲Li是相等的。

把道路噪聲等分為若干個相同的點聲源后，每個點聲源4對接收點的噪聲影響需獨立進行計算，衰減計算主要考慮了建筑物衰減和距離衰減。以點聲源為例，如下圖2(a)所示，建筑物2被分割為3個區(qū)域s1、s2、s3，建筑物2被分割為2個區(qū)域s4、s5，點聲源4對接受點的噪聲影響如下式

式中s2、s4、sΔABC為計算區(qū)域內(nèi)的建筑物面積和計算區(qū)域總面積；l為點聲源到接收點的距離；lDE、lBC分別是第一排建筑物在計算區(qū)域內(nèi)的正面長度和計算區(qū)域的道路長度；Ld為噪聲的距離衰減，為參考距離，取7.5 m。

對每個點聲源進行計算后，便可得到整條道路噪聲對接受點的噪聲影響Lr為

從上述過程可知，不同的道路分割精度對接受點的噪聲計算產(chǎn)生不同的影響。掃描角度改變后，計算所用的參數(shù)也會相應(yīng)改變，如圖2(b)所示。對于大區(qū)域噪聲模擬，道路分割的掃描角度取值對噪聲計算精度有很大影響。因此，有必要探討不同精度的道路分割對區(qū)域噪聲模擬的影響。

圖2 單個點聲源對接收點的影響示意圖

2 模擬和分析

2.1 珠江新城交通噪聲模擬

為了探討不同精度的道路分割對噪聲模擬的影響，本文以廣州市珠江新城作為模擬對象。在珠江新城選取了7條道路測試交通流數(shù)據(jù)，通過實測交通流作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，計算出道路的基準噪聲，每條道路測試1 h，其數(shù)值如表1所示。

表1 珠江新城道路交通流數(shù)據(jù)

式中Loi每種車型在7.5 m處的平均聲壓級，見式(8)；Ni為第i種車型的交通量；T為計算時間，取1 h；Vi為車速，在城市交通中，車速不容易測量，而且車速較穩(wěn)定，取50 km/h。

計算各道路的基準噪聲后，便選取不同的掃描角度對道路進行分割，分別為1度、5度、10度、15度、20度、30度。在計算區(qū)域內(nèi)每10米布設(shè)一個接收點，使用ISO 9613-2模型計算其噪聲等級，若接收點在建筑物內(nèi)則不進行計算。整個珠江新城的計算區(qū)域面積為1 300×1 700 m2，布設(shè)的接收點共17 000個。針對接收點不同的噪聲數(shù)值，在地圖上標(biāo)上不同的顏色，以模擬出整個區(qū)域的噪聲分布情況，如圖3所示。圖中設(shè)置了2個標(biāo)簽A和B來呈現(xiàn)不同掃描角度的噪聲模擬變化。可以很明顯看出，隨著掃描角度的增大，2個標(biāo)簽點的噪聲值越來越小，也就是說，建筑物對噪聲的衰減模擬效果增大了。

2.2 誤差和運算效率分析

為了檢驗?zāi)M的正確性，在珠江新城道路旁實地測量了8個地點的噪聲值，用于評估模擬值與實測值的誤差，測量點布設(shè)圖如圖4所示。對于每個掃描角度，其噪聲模擬誤差如表2所示。從結(jié)果可以看出，當(dāng)掃描角度增加時，噪聲模擬的平均誤差變

圖3 不同掃描角度的交通噪聲模擬圖(a)1°、(b)5°、(c)10°、(d)15°、(e)20°、(f)30°

大。當(dāng)掃描角度是1度時，平均計算誤差最小，為2.72 dBA，當(dāng)掃描角度達到15度時，誤差達到3.63 dBA，掃描角度為30度時誤差值為4.84 dBA。綜合比較，掃描角度不大于5度在噪聲模擬中較為合適，最大誤差為3.01 dBA。

圖4 珠江新城交通噪聲實測點布設(shè)圖

表2 不同掃描角度下的計算模擬誤差

3 結(jié)語

本文使用ISO 9613-2噪聲衰減計算模型模擬出整個珠江新城的交通噪聲分布，分析了不同道路分割精度對噪聲模擬的影響。結(jié)果表明，道路分割的掃描角度越大，模擬值與實測值的誤差越大。綜合比較可得，掃描角度不大于5度的道路分割方式較為合適，噪聲模擬誤差為3.01 dBA。

[1]龔瑞婷.城市道路交通噪聲污染分析與對策研究[J].北京建筑工程學(xué)院學(xué)報，2004，20(1)：84-87.

[2]劉培杰，孫海濤，王紅衛(wèi).噪聲模擬軟件Cadna/A在交通噪聲預(yù)測評價中的應(yīng)用[J].電氣技術(shù)，2008，32(7)：64-67.

[3]李鋒，蔡銘，劉濟科.基于微觀交通仿真的交叉口交通噪聲模擬方法[J].環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2010，33(5)：179-182.

[4]Pamanikabud P,Tansatcha M.Geoinformatic prediction of motorway noise on buildings in 3D GIS[J].Transportation Research Part D:Transport and Environment,2009,14: 367-372.

[5]Pamanikabud P,Tansatcha M.3 D analysis and investigation of traffic noise impact from a new motorway on building and surrounding area[J].Applied Acoustics, 2010,71:1185-1193.

[6]Ishizuka T,Fujiwara K.Traffic noise reduction at balconies on a high-rise building fa?ade[J].Journal of the Acoustical Society of America,2012,131(3):2110-2117.

[7]ZHONG Jin-J,TIE Jun-C.Spatial distribution prediction of steady-state sound field with the ray-tracing method[J].Journal of Vibration and Acoustics,2008,130:064503.

[8]GB/T 17247.2-1998.聲學(xué)戶外聲傳播的衰減第2部分：一般計算方法[S].

[9]張玉芬，鄧學(xué)鈞.道路交通環(huán)境工程[M].北京：人民交通出版社，2001：47-48.

Simulation of the Impact of Different Precisions of Road Segmentation on Traffic Noise

LUO Peng,CAI M ing,CHEN Zhi-bin

(Guangdong Provincial Key Laboratory of Intelligent Transportation System, School of Engineering,Sun Yat-sen University,Guangzhou 510275,China)

The computational model based on standard ISO 9613-2 for noise attenuation is used to simulate the noise distribution in Zhujiang New Town of Guangzhou with different refinements of road segmentation according to the measurement data of traffic flow of seven main roads in this area.The impact of different refinements of road segmentation on traffic noise simulation is analyzed.For each refinement of road segmentation,eight points are selected to measure the noise level for error evaluation.The results show that the road segmentation with the scanning angle centered at the receiver less than 5 degree is appropriate for the traffic noise simulation.

acoustics;traffic noise;noise simulation;road segmentation

TB5；X839

A

10.3969/j.issn.1006-1335.2014.01.031

1006-1355(2014)01-0137-03

2012-03-14

國家自然科學(xué)基金資助項目(51178476)

羅鵬(1989-)，男，廣東陽春人，碩士生，從事道路交通噪聲監(jiān)測與模擬方面的研究。

E-mail:532524679@qq.com

蔡銘，副教授。

E-mail:caim ing@mail.sysu.edu.cn