利用閾值浮動(dòng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)機(jī)場(chǎng)周?chē)w機(jī)噪聲的自動(dòng)測(cè)量

符江濤

廈門(mén)市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站，福建 廈門(mén) 361021

利用閾值浮動(dòng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)機(jī)場(chǎng)周?chē)w機(jī)噪聲的自動(dòng)測(cè)量

符江濤

廈門(mén)市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站，福建 廈門(mén) 361021

介紹一種自動(dòng)、高效測(cè)量機(jī)場(chǎng)周?chē)w機(jī)噪聲的技術(shù)方法“閾值浮動(dòng)技術(shù)”，即噪聲測(cè)量?jī)x的運(yùn)行閾值隨環(huán)境背景噪聲的高低而自主浮動(dòng)的技術(shù)。利用該技術(shù)，當(dāng)被測(cè)飛機(jī)噪聲聲級(jí)高于運(yùn)行閾值時(shí)，噪聲測(cè)量?jī)x啟動(dòng)“記錄、分析、錄音”等程序的運(yùn)行；當(dāng)被測(cè)飛機(jī)噪聲聲級(jí)低于運(yùn)行閾值時(shí)，停止相關(guān)程序的運(yùn)行。由于運(yùn)行閾值是浮動(dòng)的，因而實(shí)現(xiàn)了機(jī)場(chǎng)周?chē)w機(jī)噪聲的自動(dòng)、高效和準(zhǔn)確測(cè)量。給出了實(shí)現(xiàn)“閾值浮動(dòng)技術(shù)”的計(jì)算機(jī)算法，并列舉了測(cè)量實(shí)例對(duì)該項(xiàng)技術(shù)加以驗(yàn)證，證明了該技術(shù)方法行之有效。

機(jī)場(chǎng)周?chē)w機(jī)噪聲；自動(dòng)測(cè)量；閾值浮動(dòng)技術(shù)

《機(jī)場(chǎng)周?chē)w機(jī)噪聲測(cè)量方法》(GB 9661—1988)[1]規(guī)定了機(jī)場(chǎng)周?chē)w機(jī)噪聲測(cè)量條件、測(cè)量?jī)x器、測(cè)量方法和測(cè)量數(shù)據(jù)的計(jì)算方法。有關(guān)機(jī)場(chǎng)周?chē)w機(jī)噪聲測(cè)量方法的問(wèn)題，國(guó)內(nèi)一些文獻(xiàn)從不同方面、不同角度予以了探討，但論述的出發(fā)點(diǎn)和側(cè)重點(diǎn)不盡相同。肖慧慧等[2-3]探討了現(xiàn)行測(cè)量方法和評(píng)價(jià)指標(biāo)的缺點(diǎn)和不足，王菲等[4-6]論述了測(cè)量過(guò)程的監(jiān)測(cè)點(diǎn)位、監(jiān)測(cè)條件、監(jiān)測(cè)方法以及數(shù)據(jù)分析等內(nèi)容，趙海霞[7]提出了飛機(jī)噪聲測(cè)量時(shí)間的長(zhǎng)短以及何時(shí)啟動(dòng)飛機(jī)噪聲的測(cè)量等問(wèn)題。對(duì)于如何高效、自動(dòng)捕捉和測(cè)量機(jī)場(chǎng)周?chē)w機(jī)噪聲的相關(guān)文獻(xiàn)則比較少，因此有必要進(jìn)一步研討。本文將從概述機(jī)場(chǎng)周?chē)w機(jī)噪聲測(cè)量方法入手，引入高效、自動(dòng)測(cè)量飛機(jī)噪聲的技術(shù)手段 “閾值浮動(dòng)技術(shù)”，并用測(cè)量實(shí)例加以驗(yàn)證。文中實(shí)例中的數(shù)據(jù)來(lái)源于筆者研發(fā)的噪聲綜合自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)[8]。

1 機(jī)場(chǎng)周?chē)w機(jī)噪聲測(cè)量方法概述

1.1 有效感覺(jué)噪聲級(jí)的測(cè)量

有效感覺(jué)噪聲級(jí)LEPN是計(jì)算計(jì)權(quán)等效連續(xù)感覺(jué)噪聲級(jí)的基礎(chǔ)參數(shù)之一，測(cè)量方法有2種：簡(jiǎn)易測(cè)量法和精密測(cè)量法。目前通常采用的是簡(jiǎn)易測(cè)量法，以下有關(guān)有效感覺(jué)噪聲級(jí)的測(cè)量方法均特指簡(jiǎn)易測(cè)量法。簡(jiǎn)易測(cè)量法通過(guò)測(cè)量每次飛機(jī)飛過(guò)測(cè)點(diǎn)時(shí)最大A聲級(jí)和最大A聲級(jí)下10 dB的持續(xù)時(shí)間Td，由此計(jì)算出每架次飛機(jī)飛過(guò)時(shí)的有效感覺(jué)噪聲級(jí)。此外，機(jī)場(chǎng)周?chē)w機(jī)噪聲測(cè)量方法還要求，飛機(jī)噪聲最大值至少超過(guò)環(huán)境背景噪聲20 dB，測(cè)得的數(shù)據(jù)才有效。因此，測(cè)量有效感覺(jué)噪聲級(jí)的關(guān)鍵是，在確保環(huán)境背景噪聲足夠低的前提下，準(zhǔn)確測(cè)量飛機(jī)飛過(guò)時(shí)的最大A聲級(jí)和持續(xù)時(shí)間。

1.2 計(jì)權(quán)等效連續(xù)感覺(jué)噪聲級(jí)的計(jì)算

機(jī)場(chǎng)周?chē)w機(jī)噪聲的評(píng)價(jià)量為計(jì)權(quán)等效連續(xù)感覺(jué)噪聲級(jí)LWECPN，該評(píng)價(jià)量對(duì)照機(jī)場(chǎng)周?chē)w機(jī)噪聲環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)[9]，即可評(píng)價(jià)該區(qū)域的飛機(jī)噪聲的現(xiàn)狀。以一晝夜計(jì)權(quán)等效連續(xù)感覺(jué)噪聲級(jí)LWECPN為例：

式中：N1為白天的飛行架次；N2為傍晚的飛行架次；N3為夜間的飛行架次。

經(jīng)常因環(huán)境背景噪聲的總體水平過(guò)高或環(huán)境背景噪聲的干擾過(guò)大，造成參與飛機(jī)噪聲統(tǒng)計(jì)計(jì)算的有效數(shù)據(jù)(有效感覺(jué)噪聲級(jí)和飛行事件)的缺失，導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果的偏差，而飛機(jī)噪聲對(duì)環(huán)境產(chǎn)生的影響是客觀存在的。在對(duì)機(jī)場(chǎng)周?chē)w機(jī)噪聲的測(cè)量過(guò)程中，為了避免無(wú)效數(shù)據(jù)的產(chǎn)生，應(yīng)注重測(cè)點(diǎn)的優(yōu)化布點(diǎn)[10]，盡量選取背景噪聲低又不影響測(cè)點(diǎn)代表性的地方作為測(cè)量點(diǎn)位，還應(yīng)采取必要的技術(shù)手段提高對(duì)飛機(jī)噪聲的捕捉率，盡可能增加飛機(jī)噪聲統(tǒng)計(jì)計(jì)算的有效數(shù)據(jù)數(shù)量。閾值浮動(dòng)技術(shù)正是基于這一想法而提出的，并已成功付諸實(shí)施。

2 機(jī)場(chǎng)周?chē)w機(jī)噪聲的自動(dòng)和高效測(cè)量

2.1 飛機(jī)噪聲自動(dòng)測(cè)量的實(shí)現(xiàn)

通過(guò)設(shè)定噪聲測(cè)量?jī)x的運(yùn)行閾值來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)場(chǎng)周?chē)w機(jī)噪聲的自動(dòng)測(cè)量。當(dāng)被測(cè)飛機(jī)噪聲聲級(jí)高于運(yùn)行閾值時(shí)，噪聲測(cè)量?jī)x啟動(dòng)“記錄、分析、錄音”等程序的運(yùn)行；當(dāng)被測(cè)飛機(jī)噪聲聲級(jí)低于運(yùn)行閾值時(shí)，停止相關(guān)程序的運(yùn)行。運(yùn)行閾值可由人工來(lái)設(shè)定，即由操作人員根據(jù)環(huán)境背景噪聲的高低，取比環(huán)境背景噪聲略高的數(shù)值作為運(yùn)行閾值。這一方法存在明顯缺陷，當(dāng)環(huán)境背景噪聲過(guò)高時(shí)，運(yùn)行閾值設(shè)置高了會(huì)造成低分貝的飛機(jī)噪聲無(wú)法被捕捉；而當(dāng)環(huán)境背景噪聲降低時(shí)，運(yùn)行閾值卻沒(méi)有跟隨著降低，這些低分貝的飛機(jī)噪聲依然無(wú)法被捕捉。因此，運(yùn)行閾值是否能夠隨著環(huán)境背景噪聲的高低而自主浮動(dòng)，是實(shí)現(xiàn)機(jī)場(chǎng)周?chē)w機(jī)噪聲自動(dòng)、高效測(cè)量的技術(shù)關(guān)鍵。

2.2 飛機(jī)噪聲高效測(cè)量的實(shí)現(xiàn)

利用閾值浮動(dòng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)機(jī)場(chǎng)周?chē)w機(jī)噪聲的高效測(cè)量。閾值浮動(dòng)技術(shù)是指噪聲測(cè)量?jī)x的運(yùn)行閾值可隨環(huán)境背景噪聲的高低而自主浮動(dòng)的技術(shù)，其主要目的是最大程度地提高對(duì)飛機(jī)噪聲的捕捉效率。閾值浮動(dòng)的機(jī)理是，當(dāng)出現(xiàn)記錄的時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，提高噪聲測(cè)量?jī)x的運(yùn)行閾值，當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間未有噪聲觸發(fā)事件，則降低噪聲測(cè)量?jī)x的運(yùn)行閾值。通過(guò)構(gòu)建和編寫(xiě)噪聲測(cè)量?jī)x的算法和程序，使噪聲測(cè)量?jī)x的運(yùn)行閾值始終浮動(dòng)在環(huán)境背景噪聲之上，并可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境背景噪聲的高低隨時(shí)進(jìn)行調(diào)整，從而實(shí)現(xiàn)高效率捕捉不同機(jī)型的飛機(jī)噪聲。運(yùn)行閾值自主浮動(dòng)的算法流程見(jiàn)圖1。首先，噪聲測(cè)量?jī)x掃描、分析環(huán)境噪聲的現(xiàn)狀，計(jì)算環(huán)境背景噪聲L10的數(shù)值，將其取整后設(shè)置為噪聲測(cè)量?jī)x的初始運(yùn)行閾值，實(shí)現(xiàn)對(duì)飛機(jī)噪聲的自動(dòng)測(cè)量。當(dāng)飛機(jī)飛過(guò)時(shí)，噪聲測(cè)量?jī)x自動(dòng)捕捉、測(cè)量飛機(jī)噪聲，如果測(cè)得的飛機(jī)噪聲數(shù)據(jù)滿足有效感覺(jué)噪聲級(jí)的計(jì)算條件(即能夠求得最大A聲級(jí)和持續(xù)時(shí)間Td，并且飛機(jī)噪聲的最大值超過(guò)環(huán)境背景噪聲20 dB)，便可認(rèn)定測(cè)量的數(shù)據(jù)有效，并存儲(chǔ)飛機(jī)噪聲的原始數(shù)據(jù)、音頻文件和有效感覺(jué)噪聲級(jí)等計(jì)算結(jié)果。經(jīng)驗(yàn)表明，每架飛機(jī)飛過(guò)測(cè)點(diǎn)的時(shí)間長(zhǎng)度基本在1 min以?xún)?nèi)，當(dāng)出現(xiàn)記錄的時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，說(shuō)明噪聲測(cè)量?jī)x的運(yùn)行閾值設(shè)置偏低，通過(guò)上調(diào)噪聲測(cè)量?jī)x的運(yùn)行閾值來(lái)進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整；相鄰2架飛機(jī)飛過(guò)測(cè)點(diǎn)的最短時(shí)間間隔通常在3 min左右，當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間未有噪聲觸發(fā)事件，說(shuō)明噪聲測(cè)量?jī)x的運(yùn)行閾值設(shè)置過(guò)高，需降低噪聲測(cè)量?jī)x的運(yùn)行閾值。譬如，當(dāng)記錄的時(shí)間長(zhǎng)度超過(guò)1 min，上調(diào)噪聲測(cè)量?jī)x的運(yùn)行閾值1 dB；當(dāng)超過(guò)3 min未有噪聲觸發(fā)事件，則降低噪聲測(cè)量?jī)x的運(yùn)行閾值1 dB。記錄和觸發(fā)的時(shí)間長(zhǎng)短以及閾值的調(diào)整幅度等規(guī)則可以是多種組合方式和靈活有效的，其數(shù)值應(yīng)當(dāng)適中、合理，否則會(huì)因閾值的浮動(dòng)過(guò)于遲緩或過(guò)于靈敏而造成不記錄或誤記錄的現(xiàn)象。通過(guò)這些方法便可實(shí)現(xiàn)噪聲測(cè)量?jī)x運(yùn)行閾值的自主浮動(dòng)，并且確保運(yùn)行閾值的大小始終保持在環(huán)境背景噪聲最大值的水平。

圖1 運(yùn)行閾值自主浮動(dòng)計(jì)算機(jī)算法流程圖Fig.1 Computer algorithm fow chart of autonomous floating threshold

由于測(cè)量過(guò)程不僅記錄了原始數(shù)據(jù)曲線，同時(shí)還記錄了音頻信息等文件，對(duì)于偶然出現(xiàn)的非飛機(jī)噪聲和存在嚴(yán)重背景噪聲干擾的飛機(jī)噪聲很容易甄別和剔除，因而能夠得到高質(zhì)量的飛機(jī)噪聲數(shù)據(jù)。此外，還可以借用傳聲器陣列技術(shù)[11]或利用飛機(jī)視頻技術(shù)[12]來(lái)輔助識(shí)別飛機(jī)噪聲和非飛機(jī)噪聲。

3 閾值浮動(dòng)技術(shù)的驗(yàn)證實(shí)例

2014年11月13日，在某機(jī)場(chǎng)周?chē)康禺a(chǎn)項(xiàng)目環(huán)評(píng)監(jiān)測(cè)中，利用閾值浮動(dòng)技術(shù)實(shí)施飛機(jī)噪聲的無(wú)人、自動(dòng)測(cè)量。為驗(yàn)證閾值浮動(dòng)技術(shù)的實(shí)際運(yùn)作情況，抽取了此次飛機(jī)噪聲測(cè)量期間晝間和夜間的2組飛機(jī)噪聲數(shù)據(jù)，其數(shù)據(jù)曲線分別見(jiàn)圖2、圖3。圖中Td、LAmax、LEPN、LAE分別為飛機(jī)飛過(guò)時(shí)的持續(xù)時(shí)間以及持續(xù)時(shí)間內(nèi)的最大A聲級(jí)、有效感覺(jué)噪聲級(jí)、A計(jì)權(quán)暴露聲級(jí)。圖2的持續(xù)時(shí)間為7.7 s，最大A聲級(jí)為84.9 dB，有效感覺(jué)噪聲級(jí)為93.8 dB；圖3的持續(xù)時(shí)間為10.2 s，最大A聲級(jí)為74.9 dB，有效感覺(jué)噪聲級(jí)為85.0 dB。圖2晝間13：38：44的飛機(jī)噪聲數(shù)據(jù)，起始記錄時(shí)的噪聲數(shù)值為60.9 dB，結(jié)束記錄時(shí)的噪聲數(shù)值為59.4 dB；圖3夜間00：59：47的飛機(jī)噪聲數(shù)據(jù)，起始記錄時(shí)的噪聲數(shù)值為50.2 dB，結(jié)束記錄時(shí)的噪聲數(shù)值為49.4 dB。由于噪聲測(cè)量?jī)x的運(yùn)行閾值為整數(shù)，因此可以斷定，圖2的晝間時(shí)段噪聲測(cè)量?jī)x的運(yùn)行閾值為60 dB，圖3的夜間時(shí)段噪聲測(cè)量?jī)x的運(yùn)行閾值為50 dB，夜間的運(yùn)行閾值比晝間低10 dB，符合夜間環(huán)境背景噪聲低的特點(diǎn)，說(shuō)明噪聲測(cè)量?jī)x的運(yùn)行閾值是浮動(dòng)的，就此也驗(yàn)證了閾值浮動(dòng)技術(shù)是有效運(yùn)作的。

圖2 某機(jī)場(chǎng)周?chē)康禺a(chǎn)項(xiàng)目2014年11月13日晝間飛機(jī)噪聲數(shù)據(jù)曲線Fig.2 Daytime aircraft noise curve of a real estate project around airport

圖3 某機(jī)場(chǎng)周?chē)康禺a(chǎn)項(xiàng)目2014年11月13日夜間飛機(jī)噪聲數(shù)據(jù)曲線Fig.3 Nighttime aircraft noise curve of a real estate project around airport

如果噪聲測(cè)量?jī)x的運(yùn)行閾值不浮動(dòng)，譬如圖3的夜間運(yùn)行閾值仍為圖2的晝間運(yùn)行閾值(即60 dB)，則圖3的夜間飛機(jī)噪聲是無(wú)法捕捉到的。原因在于，假如夜間這一時(shí)段噪聲測(cè)量?jī)x的運(yùn)行閾值仍為晝間的60 dB，則其啟動(dòng)記錄和停止記錄時(shí)的噪聲數(shù)值應(yīng)在60 dB上下，而夜間這組飛機(jī)噪聲的最大值為74.9 dB，與60 dB相差14.9 dB，無(wú)法滿足機(jī)場(chǎng)周?chē)w機(jī)噪聲測(cè)量方法規(guī)定的最大A聲級(jí)與環(huán)境背景噪聲的差值至少20 dB的條件，因而會(huì)造成此架次的飛機(jī)噪聲數(shù)據(jù)無(wú)法被捕捉。可見(jiàn)，閾值浮動(dòng)技術(shù)的應(yīng)用,使一些分貝值較低的飛機(jī)噪聲也能被有效測(cè)量,從而實(shí)現(xiàn)了機(jī)場(chǎng)周?chē)w機(jī)噪聲的自動(dòng)、高效測(cè)量。

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)機(jī)場(chǎng)周?chē)w機(jī)噪聲的測(cè)量方法、評(píng)價(jià)指標(biāo)的回顧，簡(jiǎn)述了有效感覺(jué)噪聲級(jí)和計(jì)權(quán)等效連續(xù)感覺(jué)噪聲級(jí)的測(cè)量和計(jì)算要點(diǎn)。介紹了一種飛機(jī)噪聲自動(dòng)測(cè)量的方法，即當(dāng)被測(cè)飛機(jī)噪聲聲級(jí)高于噪聲測(cè)量?jī)x的運(yùn)行閾值時(shí)，噪聲測(cè)量?jī)x啟動(dòng)“記錄、分析、錄音”等程序的運(yùn)行，當(dāng)被測(cè)飛機(jī)噪聲聲級(jí)低于運(yùn)行閾值時(shí)，停止相關(guān)程序的運(yùn)行。著重探討了實(shí)現(xiàn)高效測(cè)量飛機(jī)噪聲的技術(shù)手段“閾值浮動(dòng)技術(shù)”，即噪聲測(cè)量?jī)x的運(yùn)行閾值隨環(huán)境背景噪聲的高低而自主浮動(dòng)的技術(shù)。文中給出了實(shí)現(xiàn)閾值浮動(dòng)技術(shù)的計(jì)算機(jī)算法，并列舉測(cè)量實(shí)例加以驗(yàn)證，證明了該項(xiàng)技術(shù)是行之有效的。閾值浮動(dòng)技術(shù)的運(yùn)用，大大提高了對(duì)各型飛機(jī)噪聲的捕捉效率，加之測(cè)量過(guò)程不僅記錄了原始數(shù)據(jù)，同時(shí)還記錄了音頻信息等文件，所得到的機(jī)場(chǎng)周?chē)w機(jī)噪聲的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)更加詳實(shí)、客觀和準(zhǔn)確。

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Automatic Measurement of Aircraft Noise Around Airport by Using Floating Threshold Technique

FU Jiangtao

Xiamen Environmental Monitoring Centre, Xiamen 361021, China

This paper introduces a method for automatic and efficient measurement of aircraft noise around airport, that is,floatingthresholdtechnique. The running threshold of sound level meter for aircraft noise may float automatically with the high or low level of environmental background noise. When the measured noise level is higher than the running threshold, the sound level meter will start the data and sound recording procedures; when the aircraft noise level is below the running threshold, then the sound level meter will stop running. As the running threshold is floating, the measurement of aircraft noise around airport is automatic efficient and accurate. In this paper, a computer algorithm is given to realizefloatingthresholdtechnique, and it is proved by some examples that this method is feasible.

aircraft noise around airport; automatic measurement; floating threshold technique

2015-11-17；

2016-03-22

符江濤(1965-)，男，浙江臺(tái)州人，學(xué)士，高級(jí)工程師。

X839.1

A

1002-6002(2017)01- 0127- 04

10.19316/j.issn.1002-6002.2017.01.19