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(diǎn)實(shí)驗(yàn)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(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣州510275)

根據(jù)7條珠江新城主要道路的交通流實(shí)測數(shù)據(jù)，結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)ISO 9613-2噪聲計(jì)算模型，采用不同的道路分割精度模擬出整個(gè)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(gè)地點(diǎn)進(jìn)行噪聲值實(shí)地采集，以評估噪聲模擬值與實(shí)測值的誤差。結(jié)果表明，以接收點(diǎn)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(jì)的發(fā)展，城市機(jī)動(dòng)車的保有量不斷提高，城市交通噪聲也越來越嚴(yán)重，范圍越來越廣，嚴(yán)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(zhǔn)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(yàn)計(jì)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(diǎn)聲源組成的線聲源[9]。而在ISO 9613-2戶外噪聲衰減計(jì)算模型中，聲源被定義為點(diǎn)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(diǎn)聲源進(jìn)行計(jì)算。本文在ISO 9613-2的基礎(chǔ)上，結(jié)合實(shí)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(jì)算精度的影響，得到了道路點(diǎn)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(jì)算方法

1.1 ISO 9613-2建筑物噪聲衰減計(jì)算

當(dāng)聲源和噪聲接收點(diǎn)位于建筑物群旁邊時(shí)，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(zhǔn)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(yàn)計(jì)算方法。在ISO 9613-2標(biāo)準(zhǔn)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(jì)算如下所示：

式中B是接收點(diǎn)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(shí)，還應(yīng)添加一個(gè)附件衰減項(xiàng)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(zhǔn)的房屋群噪聲衰減計(jì)算方法是基于點(diǎn)聲源進(jìn)行計(jì)算的。因此，必須把道路交通噪聲等效分割為有限個(gè)數(shù)的點(diǎn)聲源。在本文中，采取的分割方法是以接收點(diǎn)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(gè)分割后的點(diǎn)聲源基準(zhǔn)噪聲與道路基準(zhǔn)噪聲有以下關(guān)系：

式中L為道路基準(zhǔn)噪聲；Li為分割所得的每個(gè)點(diǎn)聲源基準(zhǔn)噪聲，對于同一條道路，分割后的點(diǎn)聲源基準(zhǔn)噪聲Li是相等的。

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

式中s2、s4、sΔABC為計(jì)算區(qū)域內(nèi)的建筑物面積和計(jì)算區(qū)域總面積；l為點(diǎn)聲源到接收點(diǎn)的距離；lDE、lBC分別是第一排建筑物在計(jì)算區(qū)域內(nèi)的正面長度和計(jì)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(gè)點(diǎn)聲源進(jìn)行計(jì)算后，便可得到整條道路噪聲對接受點(diǎn)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(diǎn)的噪聲計(jì)算產(chǎn)生不同的影響。掃描角度改變后，計(jì)算所用的參數(shù)也會(huì)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(jì)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(gè)點(diǎn)聲源對接收點(diǎn)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(shí)測交通流作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，計(jì)算出道路的基準(zhǔn)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(jì)算時(shí)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(jì)算各道路的基準(zhǔn)噪聲后，便選取不同的掃描角度對道路進(jìn)行分割，分別為1度、5度、10度、15度、20度、30度。在計(jì)算區(qū)域內(nèi)每10米布設(shè)一個(gè)接收點(diǎn)，使用ISO 9613-2模型計(jì)算其噪聲等級，若接收點(diǎn)在建筑物內(nèi)則不進(jìn)行計(jì)算。整個(gè)珠江新城的計(jì)算區(qū)域面積為1 300×1 700 m2，布設(shè)的接收點(diǎn)共17 000個(gè)。針對接收點(diǎn)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(gè)區(qū)域的噪聲分布情況，如圖3所示。圖中設(shè)置了2個(gè)標(biāo)簽A和B來呈現(xiàn)不同掃描角度的噪聲模擬變化?？梢院苊黠@看出，隨著掃描角度的增大，2個(gè)標(biāo)簽點(diǎn)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(yùn)算效率分析

為了檢驗(yàn)?zāi)M的正確性，在珠江新城道路旁實(shí)地測量了8個(gè)地點(diǎn)的噪聲值，用于評估模擬值與實(shí)測值的誤差，測量點(diǎn)布設(shè)圖如圖4所示。對于每個(gè)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(shí)，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(shí)，平均計(jì)算誤差最小，為2.72 dBA，當(dāng)掃描角度達(dá)到15度時(shí)，誤差達(dá)到3.63 dBA，掃描角度為30度時(shí)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(shí)測點(diǎn)布設(shè)圖

表2 不同掃描角度下的計(jì)算模擬誤差

3 結(jié)語

本文使用ISO 9613-2噪聲衰減計(jì)算模型模擬出整個(gè)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(shí)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。

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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(xiàng)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