王艷華，馮 霞，徐 濤

（1.中國(guó)民航大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，天津 300300；2.中國(guó)民航信息技術(shù)科研基地，天津 300300）

機(jī)場(chǎng)噪聲，又稱(chēng)航空噪聲，是指航空器在機(jī)場(chǎng)及其附近活動(dòng)（包括起飛、降落、滑行、試車(chē)等）時(shí)產(chǎn)生的噪聲，屬于交通噪聲的范疇[1，2]。機(jī)場(chǎng)噪聲具有聲壓級(jí)高，影響范圍廣，非穩(wěn)態(tài)，時(shí)空間斷性，累積性等特征[3]。

機(jī)場(chǎng)噪聲作為一種環(huán)境公害已日益受到了人們的重視。機(jī)場(chǎng)噪聲評(píng)價(jià)量計(jì)算方法和控制標(biāo)準(zhǔn)是機(jī)場(chǎng)噪聲評(píng)價(jià)和控制的重要基礎(chǔ)。目前，我國(guó)采用的機(jī)場(chǎng)噪聲評(píng)價(jià)量是國(guó)際民航組織（International Civil Aviation Organization，簡(jiǎn)稱(chēng)ICAO）推薦的計(jì)權(quán)等效連續(xù)感覺(jué)噪聲級(jí)Lwecpn。Lwecpn采用能量平均方法，反映飛機(jī)噪聲全天平均每秒鐘對(duì)人的沖擊。由于機(jī)場(chǎng)噪聲具有高聲級(jí)和間歇性等特征，這種按等能量原理相加平均計(jì)算噪聲評(píng)價(jià)量的方法忽視了人的煩惱程度，不能充分評(píng)價(jià)機(jī)場(chǎng)噪聲對(duì)人的主觀(guān)影響。另一方面，Lwecpn也未考慮機(jī)場(chǎng)噪聲對(duì)不同人群的危害性差異(如機(jī)場(chǎng)噪聲可引起患有心臟病人的病情突發(fā))等。

由于世界各國(guó)國(guó)情不同、地理位置和文化背景存在差異，各國(guó)使用的機(jī)場(chǎng)噪聲評(píng)價(jià)量也不相同。不同的機(jī)場(chǎng)噪聲評(píng)價(jià)量相互間有些存在某種相關(guān)性、一致性，也各有其特點(diǎn)。本文詳細(xì)分析和比較各國(guó)機(jī)場(chǎng)噪聲評(píng)價(jià)量的異同點(diǎn)，指出它們各自的優(yōu)點(diǎn)和存在問(wèn)題，是建立較為客觀(guān)、全面、且符合我國(guó)實(shí)際情況的機(jī)場(chǎng)噪聲評(píng)價(jià)量的重要基礎(chǔ)性工作。

1 國(guó)內(nèi)外機(jī)場(chǎng)噪聲評(píng)價(jià)量的發(fā)展

國(guó)際上從上世紀(jì)50年代后期開(kāi)始研究適合飛機(jī)噪聲特點(diǎn)的機(jī)場(chǎng)噪聲評(píng)價(jià)量計(jì)算方法，到上世紀(jì)60年代，許多國(guó)家都根據(jù)本國(guó)情況提出了自己國(guó)家的機(jī)場(chǎng)環(huán)境噪聲評(píng)價(jià)量，也有一些國(guó)家總結(jié)出一套相對(duì)完整的機(jī)場(chǎng)噪聲評(píng)價(jià)體系，并且將評(píng)價(jià)量、評(píng)價(jià)方法步驟、評(píng)價(jià)程序納入了國(guó)家的法律法規(guī)當(dāng)中，強(qiáng)制實(shí)施[4]。1961年英國(guó)提出噪聲事件指數(shù)（NNI），1964年澳大利亞提出噪聲暴露預(yù)報(bào)（ANEF），同年德國(guó)提出干擾指數(shù)（Qˉ），美國(guó)提出復(fù)合噪聲評(píng)價(jià)（CNR），法國(guó)于1965年提出等干擾指數(shù)（N）。1969年11月，ICAO對(duì)有關(guān)機(jī)場(chǎng)噪聲問(wèn)題達(dá)成國(guó)際協(xié)議，協(xié)調(diào)成員國(guó)對(duì)飛機(jī)噪聲暴露所使用的評(píng)價(jià)量，但并不限制各國(guó)結(jié)合自己實(shí)際情況所慣用的評(píng)價(jià)量和評(píng)價(jià)方法[5，6]。

1978年以后，美國(guó)在總結(jié)機(jī)場(chǎng)噪聲評(píng)價(jià)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，相繼頒布了聯(lián)邦航空條例第150部（FAR Part 150）[7]和 SAE（Society of Automotive Engineers，美國(guó)汽車(chē)工程師協(xié)會(huì)）AIR 1845[8]，詳細(xì)規(guī)定了對(duì)新建機(jī)場(chǎng)以及原有機(jī)場(chǎng)的改擴(kuò)建進(jìn)行噪聲評(píng)價(jià)的程序，噪聲等值線(xiàn)的繪制方法，正式采用DNL作為機(jī)場(chǎng)噪聲評(píng)價(jià)量，提出了綜合噪聲模型INM（Integrated Noise Model），在許多機(jī)場(chǎng)的噪聲評(píng)價(jià)中得到了較為廣泛的應(yīng)用[9]。

1986年，歐洲民用航空會(huì)議（European Civil Aviation Conference，簡(jiǎn)稱(chēng)ECAC）針對(duì)機(jī)場(chǎng)噪聲影響評(píng)價(jià)體系中最重要的機(jī)場(chǎng)噪聲等值線(xiàn)圖的繪制計(jì)算環(huán)節(jié)，出版了ECAC.CEAC Doc.29《民用機(jī)場(chǎng)周?chē)肼暤戎稻€(xiàn)圖標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算方法研究報(bào)告》，并于1997年發(fā)布了第二版修訂版[10]，確定了基于A計(jì)權(quán)聲級(jí)的DENL（Day-Evening-Night Level）作為機(jī)場(chǎng)噪聲評(píng)價(jià)指標(biāo)，在計(jì)算方法上更多的是參照了SAE AIR1845和ICAO（International Civil Aviation Organization，國(guó)際民航組織）所推薦的方法。

我國(guó)對(duì)機(jī)場(chǎng)噪聲的研究起步較晚，1983年開(kāi)始著手制定有關(guān)機(jī)場(chǎng)噪聲標(biāo)準(zhǔn)。1984年，由國(guó)家環(huán)保局資助，北京環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站、河北省環(huán)保所、中國(guó)科學(xué)院聲學(xué)研究所等單位聯(lián)合對(duì)首都機(jī)場(chǎng)、廣州白云機(jī)場(chǎng)、石家莊機(jī)場(chǎng)等地的機(jī)場(chǎng)噪聲進(jìn)行了大量的測(cè)量，經(jīng)分析研究，認(rèn)為L(zhǎng)WECPN是一種能較客觀(guān)反映機(jī)場(chǎng)噪聲級(jí)高低的評(píng)價(jià)量[11]。1988年，國(guó)標(biāo)《機(jī)場(chǎng)周?chē)w機(jī)噪聲環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)》和《機(jī)場(chǎng)周?chē)w機(jī)噪聲測(cè)量方法》開(kāi)始實(shí)施[12，13]。國(guó)標(biāo)實(shí)施以后，我國(guó)學(xué)者陸續(xù)對(duì)部分國(guó)內(nèi)機(jī)場(chǎng)噪聲環(huán)境進(jìn)行了研究[14―18]，并針對(duì)現(xiàn)行使用的機(jī)場(chǎng)噪聲評(píng)價(jià)量計(jì)權(quán)等效連續(xù)感覺(jué)噪聲級(jí)提出了改進(jìn)[19，20]。

2 主要機(jī)場(chǎng)噪聲評(píng)價(jià)量介紹

由于世界各國(guó)歷史背景、人文環(huán)境、經(jīng)濟(jì)狀況、開(kāi)放程度以及各國(guó)航空業(yè)的發(fā)展水平等方面的差異，其所采用的機(jī)場(chǎng)噪聲評(píng)價(jià)量也不盡相同。表1列出了世界主要國(guó)家機(jī)場(chǎng)噪聲評(píng)價(jià)量。

表1中，單噪聲事件是指單架飛機(jī)一次飛過(guò)對(duì)地面產(chǎn)生的噪聲影響；k、Ni分別為不同時(shí)段劃分及其對(duì)應(yīng)的懲罰系數(shù)，如4Ne表示傍晚（19：00―22：00）的飛行架次數(shù)及其四倍的懲罰。

從表1可以看出，不同噪聲評(píng)價(jià)量主要的差異表現(xiàn)在單噪聲事件聲級(jí)度量指標(biāo)選擇、時(shí)段劃分、權(quán)重取值、影響因素選擇及評(píng)價(jià)指標(biāo)控制標(biāo)準(zhǔn)等方面。機(jī)場(chǎng)單噪聲事件依據(jù)響度和噪度分為四種基本聲級(jí)度量[21]：基于噪度的有效感覺(jué)噪聲級(jí)（EPNL）、最大感覺(jué)噪聲級(jí)（PNLmax），基于響度的A聲級(jí)（LA）、最大A聲級(jí)（LAmax）。

3 不同機(jī)場(chǎng)噪聲評(píng)價(jià)量的比較實(shí)驗(yàn)

3.1 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)選自某大型繁忙機(jī)場(chǎng)2010年5月1日一晝夜的真實(shí)噪聲監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)（22.8 M，采樣間隔1 s，包含19723行67列），共22個(gè)噪聲監(jiān)測(cè)點(diǎn)。經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)清理，選取了9個(gè)噪聲監(jiān)測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)。并結(jié)合當(dāng)天的雷達(dá)數(shù)據(jù)（13.0 M，1400行55列）和航班數(shù)據(jù)（1.92 M，2265行114列）進(jìn)行驗(yàn)證，對(duì)各機(jī)場(chǎng)噪聲評(píng)價(jià)量分別進(jìn)行了多組實(shí)驗(yàn)對(duì)比。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)截圖如圖1。

3.2 基于EPNL的機(jī)場(chǎng)噪聲評(píng)價(jià)量的比較實(shí)驗(yàn)

評(píng)價(jià)量WECPNL和ANEF都是表示飛機(jī)噪聲全天平均每秒鐘對(duì)人的沖擊，它們的單噪聲事件聲級(jí)度量都是基于EPNL，考慮到純音修正、航空器噪聲延續(xù)時(shí)間和氣候因素等，采用白天、傍晚、夜間三段時(shí)間計(jì)權(quán)計(jì)算，評(píng)價(jià)測(cè)定和計(jì)算較復(fù)雜。兩個(gè)評(píng)價(jià)量不同點(diǎn)是指標(biāo)分別選取不同的懲罰系數(shù)和修正常數(shù)，噪聲控制指標(biāo)分別針對(duì)噪聲區(qū)域土地使用類(lèi)型（適合居住人群）和噪聲區(qū)域土地規(guī)劃。

圖2（a）中給出了監(jiān)測(cè)點(diǎn)A到監(jiān)測(cè)點(diǎn)I分別應(yīng)用評(píng)價(jià)量WECPNL和ANEF計(jì)算得到的噪聲影響水平，圖2（b）中分析了評(píng)價(jià)量WECPNL和ANEF相關(guān)性。由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以得到，評(píng)價(jià)量ANEF比WECPNL對(duì)應(yīng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的噪聲影響水平計(jì)算結(jié)果平均低50.47 dB，兩者之間有較強(qiáng)的線(xiàn)性關(guān)系。雖然評(píng)價(jià)量WECPNL和ANEF的控制標(biāo)準(zhǔn)不同，但是兩者噪聲影響水平比較一致。

表1 主要國(guó)家機(jī)場(chǎng)噪聲評(píng)價(jià)量Tab.1 Airport noise metrics in main countries

3.3 基于PNLmax的機(jī)場(chǎng)噪聲評(píng)價(jià)量的比較實(shí)驗(yàn)

評(píng)價(jià)量AI、N和NNI的單噪聲事件聲級(jí)度量都是基于最大感覺(jué)噪聲級(jí)PNLmax，評(píng)價(jià)時(shí)段都是劃分為晝間、夜間兩個(gè)時(shí)段，評(píng)價(jià)量N更將夜間時(shí)段細(xì)分為前半夜和后半夜。評(píng)價(jià)量AI和NNI的控制標(biāo)準(zhǔn)針對(duì)煩惱度，評(píng)價(jià)量N控制標(biāo)準(zhǔn)針對(duì)土地使用類(lèi)型。AI指標(biāo)劃分單一，白天<120 dB，夜間<105 dB即為允許值。

廣義切比雪夫函數(shù)因設(shè)計(jì)靈活而廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代濾波器的設(shè)計(jì)中,與傳統(tǒng)的逼近函數(shù)相比,廣義切比雪夫函數(shù)能夠通過(guò)指定任意有限頻率的傳輸零點(diǎn)[1],來(lái)增加帶外抑制、提高通道選擇性、減小濾波器體積。

圖2 評(píng)價(jià)量WECPNL和ANEF的比較Fig.2 Comparison of WECPNL and ANEF

圖3 基于PNLmax的評(píng)價(jià)量及控制標(biāo)準(zhǔn)Fig.3 The Metrics based on PNLmax

圖3 （a）列出各監(jiān)測(cè)點(diǎn)不同評(píng)價(jià)量的噪聲影響水平，圖3（b）根據(jù)各評(píng)價(jià)量的噪聲影響水平得到對(duì)應(yīng)控制標(biāo)準(zhǔn)的比例。由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看到，評(píng)價(jià)量NNI雖然噪聲影響計(jì)算結(jié)果與評(píng)價(jià)量WECPNL無(wú)較強(qiáng)的線(xiàn)性關(guān)系，但其控制標(biāo)準(zhǔn)比較一致，由于NNI用感覺(jué)噪聲級(jí)峰值計(jì)算單個(gè)噪聲事件影響，又指標(biāo)的規(guī)范化常數(shù)不同，相比WECPNL指標(biāo)計(jì)算結(jié)果偏低。由圖3（b）實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明同一監(jiān)測(cè)點(diǎn)、同樣的噪聲強(qiáng)度，評(píng)價(jià)量N的噪聲控制標(biāo)準(zhǔn)較評(píng)價(jià)量WECPNL嚴(yán)格，AI的控制標(biāo)準(zhǔn)較寬松。

3.4 基于響度的機(jī)場(chǎng)噪聲評(píng)價(jià)量的比較實(shí)驗(yàn)

評(píng)價(jià)量DNL和CNE的單噪聲事件聲級(jí)度量是基于LA，分別是2時(shí)段計(jì)權(quán)和3時(shí)段計(jì)權(quán)，簡(jiǎn)化WECPNL的評(píng)價(jià)指標(biāo)單噪聲事件聲級(jí)度量是基于LAMAX，分4時(shí)段計(jì)權(quán)。控制標(biāo)準(zhǔn)是均針對(duì)土地使用類(lèi)型或土地開(kāi)發(fā)。

圖4 基于響度的評(píng)價(jià)指標(biāo)及其控制標(biāo)準(zhǔn)Fig.4 The metrics based on loudness

圖4 （a）列出各監(jiān)測(cè)點(diǎn)三個(gè)評(píng)價(jià)量的噪聲影響水平，圖4（b）是基于響度的機(jī)場(chǎng)噪聲評(píng)價(jià)量的噪聲影響水平相應(yīng)的控制標(biāo)準(zhǔn)與評(píng)價(jià)量WECPNL的控制標(biāo)準(zhǔn)的比較。由圖4可見(jiàn)，并不是每個(gè)飛機(jī)噪聲評(píng)價(jià)量都能對(duì)機(jī)場(chǎng)飛機(jī)噪聲的影響評(píng)價(jià)得到與實(shí)際影響相符合的結(jié)果，產(chǎn)生的原因主要是對(duì)傍晚和夜間考慮了不同加權(quán)。評(píng)價(jià)量DNL控制標(biāo)準(zhǔn)較評(píng)價(jià)量WECPNL嚴(yán)格，而評(píng)價(jià)量CNE和簡(jiǎn)化WECPNL控制標(biāo)準(zhǔn)較寬松。

3.5 實(shí)驗(yàn)結(jié)論

綜合以上實(shí)驗(yàn)對(duì)比結(jié)果，可以得到：

(1)單噪聲事件的度量指標(biāo)

各評(píng)價(jià)量的單噪聲事件度量指標(biāo)是不同的。評(píng)價(jià)量WECPNL的單噪聲事件度量指標(biāo)是EPNL，基于等能量原理，沒(méi)有充分反映“單個(gè)事件”噪聲產(chǎn)生的影響，一次飛機(jī)噪聲高聲級(jí)事件就足以影響人的健康（如心臟病突發(fā)）、講話(huà)（如上課、打電話(huà)）、睡眠等。尤其在夜間，對(duì)睡眠的干擾與最大聲級(jí)和噪聲事件數(shù)最相關(guān)。

(2)評(píng)價(jià)量的控制標(biāo)準(zhǔn)

機(jī)場(chǎng)噪聲評(píng)價(jià)量很多，而評(píng)價(jià)是否合理的決定因素在于評(píng)價(jià)量的限值。機(jī)場(chǎng)噪聲控制標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)該從多維度、多層次展開(kāi)。維度包括土地規(guī)劃、周邊土地利用類(lèi)型、居民煩惱度等方面。每個(gè)維度上應(yīng)該給出多個(gè)層次的評(píng)價(jià)，以細(xì)分明確噪聲影響的程度。

(3)評(píng)價(jià)量應(yīng)反映出飛機(jī)噪聲對(duì)不同地區(qū)、不同噪聲敏感點(diǎn)、不同人群的影響

機(jī)場(chǎng)噪聲評(píng)價(jià)量應(yīng)考慮城市、郊區(qū)、鄉(xiāng)村等不同地區(qū)存在的背景噪音大小不同而區(qū)分人們對(duì)于噪聲容忍程度的差別；不同噪聲敏感點(diǎn)(如醫(yī)院、學(xué)校、居民區(qū)、商業(yè)、工業(yè)區(qū)等)的噪聲影響是有差異的；不同人群(如不同年齡段人群的健康和疾病情況等)承受噪聲的能力是不同的，因而飛機(jī)噪聲在同一點(diǎn)對(duì)不同人群形成的影響也不一樣，甚至差異比較大。

(4)飛行架次的考慮

因跑道資源、氣象、航空管制、旅客等多因素的影響，機(jī)場(chǎng)進(jìn)港航班在空中盤(pán)旋等待降落，會(huì)經(jīng)過(guò)多個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)或多次經(jīng)過(guò)一個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)；離港航班爬升也會(huì)經(jīng)過(guò)多個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)。一架次航班的進(jìn)港或離港，多個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)區(qū)域總的噪聲影響能量是應(yīng)該逐點(diǎn)累計(jì)的。

4 結(jié)語(yǔ)

結(jié)合國(guó)內(nèi)外的研究成果，分析比較世界各個(gè)國(guó)家和地區(qū)的噪聲評(píng)價(jià)量及其控制標(biāo)準(zhǔn)，利用某大型機(jī)場(chǎng)噪聲監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)比分析了各國(guó)機(jī)場(chǎng)噪聲評(píng)價(jià)量的異同點(diǎn)及存在的問(wèn)題，并對(duì)更科學(xué)地進(jìn)行機(jī)場(chǎng)噪聲評(píng)價(jià)提出的觀(guān)點(diǎn)，為建立客觀(guān)、全面、綜合性的符合我國(guó)機(jī)場(chǎng)實(shí)際情況的機(jī)場(chǎng)噪聲評(píng)價(jià)量及評(píng)價(jià)方法提供參考。

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