符江濤

廈門市環(huán)境監(jiān)測中心站，福建 廈門 361021

利用閾值浮動技術實現(xiàn)機場周圍飛機噪聲的自動測量

符江濤

廈門市環(huán)境監(jiān)測中心站，福建 廈門 361021

介紹一種自動、高效測量機場周圍飛機噪聲的技術方法“閾值浮動技術”，即噪聲測量儀的運行閾值隨環(huán)境背景噪聲的高低而自主浮動的技術。利用該技術，當被測飛機噪聲聲級高于運行閾值時，噪聲測量儀啟動“記錄、分析、錄音”等程序的運行；當被測飛機噪聲聲級低于運行閾值時，停止相關程序的運行。由于運行閾值是浮動的，因而實現(xiàn)了機場周圍飛機噪聲的自動、高效和準確測量。給出了實現(xiàn)“閾值浮動技術”的計算機算法，并列舉了測量實例對該項技術加以驗證，證明了該技術方法行之有效。

機場周圍飛機噪聲；自動測量；閾值浮動技術

《機場周圍飛機噪聲測量方法》(GB 9661—1988)[1]規(guī)定了機場周圍飛機噪聲測量條件、測量儀器、測量方法和測量數(shù)據(jù)的計算方法。有關機場周圍飛機噪聲測量方法的問題，國內一些文獻從不同方面、不同角度予以了探討，但論述的出發(fā)點和側重點不盡相同。肖慧慧等[2-3]探討了現(xiàn)行測量方法和評價指標的缺點和不足，王菲等[4-6]論述了測量過程的監(jiān)測點位、監(jiān)測條件、監(jiān)測方法以及數(shù)據(jù)分析等內容，趙海霞[7]提出了飛機噪聲測量時間的長短以及何時啟動飛機噪聲的測量等問題。對于如何高效、自動捕捉和測量機場周圍飛機噪聲的相關文獻則比較少，因此有必要進一步研討。本文將從概述機場周圍飛機噪聲測量方法入手，引入高效、自動測量飛機噪聲的技術手段 “閾值浮動技術”，并用測量實例加以驗證。文中實例中的數(shù)據(jù)來源于筆者研發(fā)的噪聲綜合自動監(jiān)測系統(tǒng)[8]。

1 機場周圍飛機噪聲測量方法概述

1.1 有效感覺噪聲級的測量

有效感覺噪聲級LEPN是計算計權等效連續(xù)感覺噪聲級的基礎參數(shù)之一，測量方法有2種：簡易測量法和精密測量法。目前通常采用的是簡易測量法，以下有關有效感覺噪聲級的測量方法均特指簡易測量法。簡易測量法通過測量每次飛機飛過測點時最大A聲級和最大A聲級下10 dB的持續(xù)時間Td，由此計算出每架次飛機飛過時的有效感覺噪聲級。此外，機場周圍飛機噪聲測量方法還要求，飛機噪聲最大值至少超過環(huán)境背景噪聲20 dB，測得的數(shù)據(jù)才有效。因此，測量有效感覺噪聲級的關鍵是，在確保環(huán)境背景噪聲足夠低的前提下，準確測量飛機飛過時的最大A聲級和持續(xù)時間。

1.2 計權等效連續(xù)感覺噪聲級的計算

機場周圍飛機噪聲的評價量為計權等效連續(xù)感覺噪聲級LWECPN，該評價量對照機場周圍飛機噪聲環(huán)境標準[9]，即可評價該區(qū)域的飛機噪聲的現(xiàn)狀。以一晝夜計權等效連續(xù)感覺噪聲級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。

經常因環(huán)境背景噪聲的總體水平過高或環(huán)境背景噪聲的干擾過大，造成參與飛機噪聲統(tǒng)計計算的有效數(shù)據(jù)(有效感覺噪聲級和飛行事件)的缺失，導致計算結果的偏差，而飛機噪聲對環(huán)境產生的影響是客觀存在的。在對機場周圍飛機噪聲的測量過程中，為了避免無效數(shù)據(jù)的產生，應注重測點的優(yōu)化布點[10]，盡量選取背景噪聲低又不影響測點代表性的地方作為測量點位，還應采取必要的技術手段提高對飛機噪聲的捕捉率，盡可能增加飛機噪聲統(tǒng)計計算的有效數(shù)據(jù)數(shù)量。閾值浮動技術正是基于這一想法而提出的，并已成功付諸實施。

2 機場周圍飛機噪聲的自動和高效測量

2.1 飛機噪聲自動測量的實現(xiàn)

通過設定噪聲測量儀的運行閾值來實現(xiàn)機場周圍飛機噪聲的自動測量。當被測飛機噪聲聲級高于運行閾值時，噪聲測量儀啟動“記錄、分析、錄音”等程序的運行；當被測飛機噪聲聲級低于運行閾值時，停止相關程序的運行。運行閾值可由人工來設定，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)值作為運行閾值。這一方法存在明顯缺陷，當環(huán)境背景噪聲過高時，運行閾值設置高了會造成低分貝的飛機噪聲無法被捕捉；而當環(huán)境背景噪聲降低時，運行閾值卻沒有跟隨著降低，這些低分貝的飛機噪聲依然無法被捕捉。因此，運行閾值是否能夠隨著環(huán)境背景噪聲的高低而自主浮動，是實現(xiàn)機場周圍飛機噪聲自動、高效測量的技術關鍵。

2.2 飛機噪聲高效測量的實現(xiàn)

利用閾值浮動技術實現(xiàn)機場周圍飛機噪聲的高效測量。閾值浮動技術是指噪聲測量儀的運行閾值可隨環(huán)境背景噪聲的高低而自主浮動的技術，其主要目的是最大程度地提高對飛機噪聲的捕捉效率。閾值浮動的機理是，當出現(xiàn)記錄的時間過長，提高噪聲測量儀的運行閾值，當長時間未有噪聲觸發(fā)事件，則降低噪聲測量儀的運行閾值。通過構建和編寫噪聲測量儀的算法和程序，使噪聲測量儀的運行閾值始終浮動在環(huán)境背景噪聲之上，并可以根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境背景噪聲的高低隨時進行調整，從而實現(xiàn)高效率捕捉不同機型的飛機噪聲。運行閾值自主浮動的算法流程見圖1。首先，噪聲測量儀掃描、分析環(huán)境噪聲的現(xiàn)狀，計算環(huán)境背景噪聲L10的數(shù)值，將其取整后設置為噪聲測量儀的初始運行閾值，實現(xiàn)對飛機噪聲的自動測量。當飛機飛過時，噪聲測量儀自動捕捉、測量飛機噪聲，如果測得的飛機噪聲數(shù)據(jù)滿足有效感覺噪聲級的計算條件(即能夠求得最大A聲級和持續(xù)時間Td，并且飛機噪聲的最大值超過環(huán)境背景噪聲20 dB)，便可認定測量的數(shù)據(jù)有效，并存儲飛機噪聲的原始數(shù)據(jù)、音頻文件和有效感覺噪聲級等計算結果。經驗表明，每架飛機飛過測點的時間長度基本在1 min以內，當出現(xiàn)記錄的時間過長，說明噪聲測量儀的運行閾值設置偏低，通過上調噪聲測量儀的運行閾值來進行實時調整；相鄰2架飛機飛過測點的最短時間間隔通常在3 min左右，當長時間未有噪聲觸發(fā)事件，說明噪聲測量儀的運行閾值設置過高，需降低噪聲測量儀的運行閾值。譬如，當記錄的時間長度超過1 min，上調噪聲測量儀的運行閾值1 dB；當超過3 min未有噪聲觸發(fā)事件，則降低噪聲測量儀的運行閾值1 dB。記錄和觸發(fā)的時間長短以及閾值的調整幅度等規(guī)則可以是多種組合方式和靈活有效的，其數(shù)值應當適中、合理，否則會因閾值的浮動過于遲緩或過于靈敏而造成不記錄或誤記錄的現(xiàn)象。通過這些方法便可實現(xiàn)噪聲測量儀運行閾值的自主浮動，并且確保運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 運行閾值自主浮動計算機算法流程圖Fig.1 Computer algorithm fow chart of autonomous floating threshold

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

3 閾值浮動技術的驗證實例

2014年11月13日，在某機場周圍房地產項目環(huán)評監(jiān)測中，利用閾值浮動技術實施飛機噪聲的無人、自動測量。為驗證閾值浮動技術的實際運作情況，抽取了此次飛機噪聲測量期間晝間和夜間的2組飛機噪聲數(shù)據(jù)，其數(shù)據(jù)曲線分別見圖2、圖3。圖中Td、LAmax、LEPN、LAE分別為飛機飛過時的持續(xù)時間以及持續(xù)時間內的最大A聲級、有效感覺噪聲級、A計權暴露聲級。圖2的持續(xù)時間為7.7 s，最大A聲級為84.9 dB，有效感覺噪聲級為93.8 dB；圖3的持續(xù)時間為10.2 s，最大A聲級為74.9 dB，有效感覺噪聲級為85.0 dB。圖2晝間13：38：44的飛機噪聲數(shù)據(jù)，起始記錄時的噪聲數(shù)值為60.9 dB，結束記錄時的噪聲數(shù)值為59.4 dB；圖3夜間00：59：47的飛機噪聲數(shù)據(jù)，起始記錄時的噪聲數(shù)值為50.2 dB，結束記錄時的噪聲數(shù)值為49.4 dB。由于噪聲測量儀的運行閾值為整數(shù)，因此可以斷定，圖2的晝間時段噪聲測量儀的運行閾值為60 dB，圖3的夜間時段噪聲測量儀的運行閾值為50 dB，夜間的運行閾值比晝間低10 dB，符合夜間環(huán)境背景噪聲低的特點，說明噪聲測量儀的運行閾值是浮動的，就此也驗證了閾值浮動技術是有效運作的。

圖2 某機場周圍房地產項目2014年11月13日晝間飛機噪聲數(shù)據(jù)曲線Fig.2 Daytime aircraft noise curve of a real estate project around airport

圖3 某機場周圍房地產項目2014年11月13日夜間飛機噪聲數(shù)據(jù)曲線Fig.3 Nighttime aircraft noise curve of a real estate project around airport

如果噪聲測量儀的運行閾值不浮動，譬如圖3的夜間運行閾值仍為圖2的晝間運行閾值(即60 dB)，則圖3的夜間飛機噪聲是無法捕捉到的。原因在于，假如夜間這一時段噪聲測量儀的運行閾值仍為晝間的60 dB，則其啟動記錄和停止記錄時的噪聲數(shù)值應在60 dB上下，而夜間這組飛機噪聲的最大值為74.9 dB，與60 dB相差14.9 dB，無法滿足機場周圍飛機噪聲測量方法規(guī)定的最大A聲級與環(huán)境背景噪聲的差值至少20 dB的條件，因而會造成此架次的飛機噪聲數(shù)據(jù)無法被捕捉。可見，閾值浮動技術的應用,使一些分貝值較低的飛機噪聲也能被有效測量,從而實現(xiàn)了機場周圍飛機噪聲的自動、高效測量。

4 結論

通過對機場周圍飛機噪聲的測量方法、評價指標的回顧，簡述了有效感覺噪聲級和計權等效連續(xù)感覺噪聲級的測量和計算要點。介紹了一種飛機噪聲自動測量的方法，即當被測飛機噪聲聲級高于噪聲測量儀的運行閾值時，噪聲測量儀啟動“記錄、分析、錄音”等程序的運行，當被測飛機噪聲聲級低于運行閾值時，停止相關程序的運行。著重探討了實現(xiàn)高效測量飛機噪聲的技術手段“閾值浮動技術”，即噪聲測量儀的運行閾值隨環(huán)境背景噪聲的高低而自主浮動的技術。文中給出了實現(xiàn)閾值浮動技術的計算機算法，并列舉測量實例加以驗證，證明了該項技術是行之有效的。閾值浮動技術的運用，大大提高了對各型飛機噪聲的捕捉效率，加之測量過程不僅記錄了原始數(shù)據(jù)，同時還記錄了音頻信息等文件，所得到的機場周圍飛機噪聲的統(tǒng)計數(shù)據(jù)更加詳實、客觀和準確。

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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，浙江臺州人，學士，高級工程師。

X839.1

A

1002-6002(2017)01- 0127- 04

10.19316/j.issn.1002-6002.2017.01.19