莆田市道路交通噪聲變化趨勢與相關性分析

史本杰，劉開國，胡喜生，邱榮祖

(1. 福建農林大學 交通與土木工程學院，福州 350002；2. 莆田市環(huán)境監(jiān)測中心站，福建 莆田 351100)

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莆田市道路交通噪聲變化趨勢與相關性分析

史本杰1，劉開國2，胡喜生1，邱榮祖1

(1. 福建農林大學 交通與土木工程學院，福州 350002；2. 莆田市環(huán)境監(jiān)測中心站，福建 莆田 351100)

基于莆田市2006～2015年道路交通噪聲的監(jiān)測數據，將每年的監(jiān)測數據平均化處理，分析近10年噪聲與交通量年變化趨勢.著重從交通量方面研究交通噪聲的影響變化，運用SPSS軟件進行分析，發(fā)現等效聲級與交通量對數關系最為明顯，選取部分道路進行交通量與等效聲級相關性分析，研究得出結論：對數交通量顯著影響交通噪聲.

交通噪聲; 變化趨勢; 交通量; 相關性分析

隨著城市交通的不斷發(fā)展和汽車化進程的加快，交通噪聲污染已變得日趨嚴重，成為城市面臨的嚴峻的環(huán)境問題之一.研究表明，噪聲強度在55 dB以下時，對于人體并無多大傷害，如果噪聲的強度超過70 dB，會給人正常生活造成不利影響[1]；長期處在高噪聲的環(huán)境中，將會損害聽力和中樞神經，干擾睡眠，對人們的身心健康和生理造成巨大的影響[2].交通噪聲會對公路沿線經濟發(fā)展產生直接或間接影響，造成住宅區(qū)、工廠、商業(yè)大廈、辦公大樓等區(qū)域的經濟效率和生產效率不同程度的下降.2015年《中國環(huán)境公告》顯示，道路噪聲一級的城市較2014年相比，下降3.5%，較2013年下降9%，城市交通噪聲面臨的形勢十分嚴峻.本文基于莆田市2006～2015年道路交通的監(jiān)測數據，分析近10年來噪聲與交通量的變化趨勢，結合莆田市道路交通特點，深入剖析交通量對噪聲的影響，并運用SPSS軟件進行相關性定量分析，為城市交通噪聲變化及其治理提供決策參考.

1 交通噪聲監(jiān)測指標與監(jiān)測方法

道路交通噪聲主要是由運行在道路交通線上機動車以及非機動車造成的.莆田市道路交通噪聲監(jiān)測的噪聲指標有等效A聲級Leq、累計百分升級L10、L50、L90以及Lmax、Lmin、標準偏差SD.

1.1 噪聲監(jiān)測指標

交通噪聲是一種無規(guī)律，無規(guī)則的聲音，用瞬時聲音的大小無法代表一個區(qū)域內實際交通噪音的大小.需要一個階段的聲音進行平均等效化處理，即等效A聲級.國際與國內很多噪聲預測模型[3-4]都是使用等效A聲級作為評價噪聲的標準.累計百分聲級是利用數理統(tǒng)計的概念對噪聲數據進行處理.它可以代表噪聲的起伏程度.L10、L50與L90分別代表峰值、均值、背景值.英國交通噪聲預測模型CRTN88[5]是以L10作為噪聲的評價指標.

1.2 監(jiān)測方法

莆田市道路交通噪聲共監(jiān)測13條道路，26個監(jiān)測點位.平均每條道路設置兩個監(jiān)測點位，涵蓋荔城區(qū)(6個監(jiān)測點位)、城廂區(qū)(12個監(jiān)測點位)、涵江區(qū)(8個監(jiān)測點位)，監(jiān)測點位為道路兩側的無遮擋物的位置.依據《環(huán)境噪聲監(jiān)測技術規(guī)范 城市聲環(huán)境常規(guī)監(jiān)測》(HJ640-2012)道路交通噪聲監(jiān)測方法，每年監(jiān)測一次，在晝間正常的工作時段監(jiān)測，避開節(jié)假日等非正常的時段，每個監(jiān)測點位測量20 min的等效聲級Leq、累計百分聲級L10、L50、L90、Lmax、Lmin及標準偏差SD，同步記錄交通量、道路寬度、路段長度、車道數(單雙向)、風速等信息.所用噪聲儀器是紅聲器材公司生產的型號為HS6228E、HS6020和杭州愛華公司生產的型號為AWA6228、AWA6221A的噪聲分析儀和聲級校準器.

2 噪聲變化趨勢分析

2.1 噪聲變化趨勢

為了直觀近10年噪聲變化趨勢，通過對莆田市環(huán)境監(jiān)測中心站2006～2015年的監(jiān)測數據進行整理分析，取每年所有監(jiān)測點的等效A聲級與累計百分聲級的平均值，做出10年變化折線圖，如圖1所示.

數據來源：莆田市環(huán)境監(jiān)測中心站圖1 2006～2015年莆田市道路交通噪聲的變化趨勢

通過圖1噪聲數據的變化趨勢可以發(fā)現，莆田市交通噪聲各項指標從2006年～2015年趨于平緩的上升，上升幅度不大，四個指標變化趨勢比較接近，其中L50與L90的變化最為相近，變化幅度趨于平行；Leq變化幅度最為輕微.10年間，Leq、L10、L50、L90的增長值分別為1.34、2.88、4.79、5.69 dB，增幅依次遞增.L90與L50在2009～2010年上升的最為明顯，兩者均增長4 dB左右；等效聲級Leq反而下降約0.7 dB.L50雖然表示是噪聲的均值，與Leq具有較大差距，2006～2009年間，兩者的差值平均為5 dB；2009～2015年，兩者逐漸靠攏，尤其在2014～2015年，兩者已經比較接近，差值約為1 dB.2009年之前，L10與Leq相對比較接近，2009年兩者最為接近相差1.37 dB，此時L50與Leq的差值也達到最大6 dB；2009年之后，L10與Leq的差距開始拉大，2015年達到最大為3.56 dB.這可以說明，在2009年之前，瞬時噪聲的波動的幅度比較大，瞬時噪聲數據處于不穩(wěn)定不集中的狀態(tài)，標準差和極差比較大；2009年之后，瞬時噪聲相對比較集中，標準差比較小.

按照環(huán)境保護部《環(huán)境噪聲監(jiān)測技術規(guī)范 城市聲環(huán)境常規(guī)監(jiān)測》(HJ640-2012)道路交通噪聲等級劃分[6]，具體等級劃分見表1.

表1 道路交通噪聲強度等級劃分

根據 GB 3096—2008聲環(huán)境質量標準[7]，道路交通噪聲晝間的標準屬于4A標準，不能超過70 dB.對莆田市晝間的道路噪聲的監(jiān)測點進行統(tǒng)計分析，2007、2008、2009、2011年有3個監(jiān)測點超過70 dB，達標率為10年最低88.5%，其次是2013年達標率為92.3%，2006、2014及2015年僅有1個監(jiān)測點超過70 dB，2010、2012年監(jiān)測點全部達標.

縱觀10年莆田市道路交通噪聲的變化趨勢，總體來說，交通噪聲符合國家對道路交通噪聲的標準要求.等效聲級作為環(huán)境保護部噪聲等級的劃分標準，10年間，莆田市晝間道路交通噪聲的等效聲級處于平緩的上下浮動，10年間的極差為2.8 dB，沒有大幅度的上升.從橫向看，2006～2015年，在26個監(jiān)測點位中，2010年與2012年，監(jiān)測的所有道路均符合聲環(huán)境的監(jiān)測標準，其他年份達標率也比較理想，最低的年份達到88.5%.在10 a的監(jiān)測數據中，監(jiān)測的道路沒有超過五級標準的，四級標準的也只有3個監(jiān)測點位，這說明莆田市晝間道路交通噪聲總體狀況良好，只有極個別道路稍微超標.

2.2 交通量的變化趨勢

在進行道路噪聲數據采集時，車流量與噪聲數據同時同步采集.將所有監(jiān)測道路的交通量進行平均化處理，得到10年間交通量的變化趨勢圖.如圖2所示.

圖2 2006～2015年莆田市車流量的變化趨勢

通過10年晝間交通量變化趨勢，可以看出，交通量的波動起伏很大，增加幅度比較大，平均每條道路交通量由2006年1 739 pcu/h到2015年2 946 pcu/h，除了2009～2010年，交通量出現下降之外，其他年份均是呈現遞增的趨勢.2007～2008年，增長幅度最快，由1 763 pcu/h增長到2 325 pcu/h，增長率達32%；2011～2015年，交通量呈現較為穩(wěn)定的增長.

3 影響因子分析

3.1 交通量與噪聲的相關性分析

通過分析圖1 、2的變化趨勢，發(fā)現噪聲并不是隨著交通量的變化趨勢而變化，交通量的波動較為明顯，且大多為上升的趨勢，噪聲的變化趨勢則較為平緩，而且總是處于上下波動的態(tài)勢，與交通量的變化還是有很大區(qū)別的.這可以說明交通量與等效聲級并不是簡單的線性關系，影響交通噪聲的等級的因素不僅僅是交通量一個參數，還包括其他的影響因素.國內外學者在進行交通噪聲的影響因子的研究時，交通量是最為重要的影響因子之一.在一定的范圍內，交通噪聲往往隨著車流量的增加而變大.車流量增加一倍時，等效聲級Leq增加3 dB[8-9]；交通量超過2 000 pcu/h時，大型車的比例決定交通噪聲的峰值[10].劉濤[11]通過現場實驗監(jiān)測調查研究交通量對交通噪聲的影響，得出交通噪聲與交通量呈對數的正相關.Edgar等[12]在研究哥倫比亞道路交通噪聲時，基于當地實際情況摩托車引入車流量中，以等效聲級為評價指標，建立一種用于評價道路交叉口交通噪聲模型.國內外的大多道路交通噪聲模型研究中，等效聲級與交通量的對數存在正相關.

基于國內外學者關于交通噪聲與交通量的的研究，本文主要從交通量及對交通量取對數(常用對數以10為底)進行研究.為了更直觀的看出交通噪聲與交通量的之間的關系，選取10年所有監(jiān)測點的交通量與等效聲級進行歸納整理，并將交通量取對數處理，做出等效聲級與交通量、對數交通量的散點圖，如圖3、4所示.

圖3 等效聲級與交通量的變化散點圖

圖4 等效聲級與對數交通量散點圖

運用SPSS軟件，對10年所有監(jiān)測點的等效聲級與交通量進行曲線擬合，得到等效聲級與交通量對數擬合關系最好，R2最高為0.323，說明等效聲級與對數交通量的相關性最強，進行回歸分析得到，常量項與自變量的回歸系數t檢驗都達到了顯著水平，F值為123.073，均具有重要的統(tǒng)計學意義，說明等效聲級Leq與交通量的對數關系顯著見表2.

表2 回歸系數估計及檢驗表

殘差的直方圖分布大致符合正態(tài)分布，累積概率圖中代表殘差的點基本分布在對角線上，可以判定殘差較為服從正態(tài)分布，從而說明樣本是來自正態(tài)分布的總體，符合統(tǒng)計學意義，通過對對數交通量與等效聲級的回歸研究表明，對數交通量可以解釋等效聲級變化的32.3%.見圖5.

圖5 殘差分布直方圖、累積概率圖的散點圖

選取5條城市道路與1條國道進行交通量與等效聲級單獨分析時，研究結果與上文的研究存在差異.運用SPSS軟件分別對每條道路等效聲級與交通量的進行相關性分析時，分析結果：5條城市道路等效聲級與交通量擬合度R2較差，極不顯著；但國道等效聲級與交通量的對數擬合度R2較好，達到強顯著相關性的要求，說明國道等效聲級與對數交通量的擬合關系良好，交通量對等效聲級有直接的影響.

部分道路等效聲級與對數交通量出現的線性關系不顯著，主要是由莆田市的道路狀況與交通流復雜造成的.通過對莆田市的道路交通情況進行調查發(fā)現，在交通流中，不僅存在私家車、客貨車、公交車等機動車，還存在大量的摩托車、電動車等非機動車，道路交通鳴笛現象比較嚴重，且大多道路并沒有設置非機動道，這樣就造成機動車與非機動車的混流，造成運行不通暢，增加車輛的加速、減速、鳴笛頻次，這些情況勢必產生額外的噪聲，也是造成瞬時噪聲數據波動較大、峰值比較高的原因.然而道路交通噪聲的實際監(jiān)測只包含機動車的交通量統(tǒng)計，所以交通噪聲的采集會有很大的誤差，從而導致交通量與等效聲級相關性很差.國道監(jiān)測數據的分析結果也證實這一點，國道只有機動車行駛，車流比較穩(wěn)定，沒有上述因素的干擾，所以國道交通量與等效聲級的相關性系數要遠遠高于其他道路.

對于瞬時噪聲比較穩(wěn)定的噪聲數據，等效聲級Leq與累計百分聲級L50會比較接近，從噪聲變化趨勢圖可以看出，2006～2009年，兩者之間的差距比較大，平均差值為5 dB，Leq與L10較為接近，說明在此期間交通噪聲上下波動幅度比較大，瞬時噪聲很不穩(wěn)定，極差與標準差較大，主要是因為交通流不穩(wěn)定，此時機動車處于增長期，還遠遠沒有達到飽和，且非機動車在車流中占有較大的比例，交通流的不穩(wěn)定使得瞬時噪聲處于高頻波動的狀態(tài).2010年之后，交通量處于平緩穩(wěn)定的增長，此時的交通流已趨于穩(wěn)定飽和，所以等效聲級Leq與累計百分聲級L50漸漸靠攏，Leq與L10差距逐漸拉大，此時的瞬時噪聲比2009年之前要穩(wěn)定.

3.2 路面寬度對噪聲的影響分析

從10 a的監(jiān)測數據選取道路寬度為20～50 m之間，變化梯度為5 m，但交通量相似(2 819～2 890 pcu/h)的道路進行研究.根據所選取的數據作出道路寬度與噪聲之間的折線圖.交通噪聲的各項指標隨道路寬度的變化趨勢如圖6.

圖6 道路交通噪聲隨道路寬度的變化

從圖5中可以看出，交通噪聲會隨著道路寬度的增加而有所降低.當道路寬度為25～45 m，等效聲級Leq一直處于緩慢下降的趨勢，L10、L50、L90則是在上下波動的趨勢.當道路寬度為40～45 m時，四項指標變化下降較為明顯，尤其是L50與L90分別下降11.7 dB、16.9 dB，L10與Leq下降幅度相近，曲線趨于平行.45～50 m時，各項指標都上升明顯.通過分析可以發(fā)現，道路寬度對交通噪聲有一定的影響，但影響不大，但并不是道路越寬對降低噪聲越有利.

4 結 語

通過對莆田市10 a交通噪聲的變化趨勢，得出近10 a 莆田市晝間交通噪聲的總體狀況優(yōu)良.交通量與噪聲影響分析發(fā)現，莆田市道路交通流比較復雜，通過數據整理歸納分析，交通量對等效聲級具有顯著影響，對數交通量與等效聲級的擬合關系較為顯著.交通流多為機動車時，對數交通量與等效聲級的相關性更強.另外，路面寬度對交通噪聲也有一定的影響.因此，對機動車與非機動車運行進行有效管理，使非機動車嚴格按照非機動車道行駛，對鳴笛等不文明駕駛行為進行規(guī)范治理，加強交通運行管理機制，莆田市的道路交通噪聲將大幅減弱，道路交通環(huán)境也會更加友好.

莆田市夜間交通噪聲的具體變化狀況需要進一步監(jiān)測研究，本文主要研究交通量對交通噪聲的影響，研究不夠系統(tǒng)全面，對交通噪聲影響變化的因素還包括車速、車型結構、路面材料等因素，需要深入監(jiān)測研究分析，才能建立適用于莆田市道路特征交通噪聲預測模型，對交通噪聲監(jiān)測與評價具有理論與實際意義.

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Trend and correlation analysis of road traffic noise in Putian

SHI Ben-jie1, LIU Kai-guo1, HU Xi-sheng1, QIU Rong-zu1

(1. School of Transportation and Civil Engineering, Fujian Agriculture and Forestry University, Fuzhou 350002, China; 2. Environmental Monitoring Center Station, Putian 351100, China)

Based on monitoring data of road traffic noise from 2006 to 2015 in Putian, annual monitoring data were averaged, and the noise and traffic volume changes of recent 10 years were analyzed. The influence trend between traffic volume and traffic noise was studied by SPSS analysis. The equivalent sound level and traffic volume logarithmic relationship was obvious. Part of the roads was selected for Pearson correlation analysis. The conclusion was that logarithmic volume traffic significantly affects traffic noise.

traffic noise; change trend; traffic flow; correlation analysis

2016-09-22.

國家自然科學基金(41201100)；福建省自然科學基金(2015J01606)；福建省科技廳重點項目(2014H0010)

史本杰(1991-)，男，碩士，研究方向：公路交通噪聲.

TB53

A

1672-0946(2017)03-0280-04