史本杰，劉開(kāi)國(guó)，胡喜生，邱榮祖

(1. 福建農(nóng)林大學(xué) 交通與土木工程學(xué)院，福州 350002；2. 莆田市環(huán)境監(jiān)測(cè)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(shì)與相關(guān)性分析

史本杰1，劉開(kāi)國(guó)2，胡喜生1，邱榮祖1

(1. 福建農(nóng)林大學(xué) 交通與土木工程學(xué)院，福州 350002；2. 莆田市環(huán)境監(jiān)測(cè)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(cè)數(shù)據(jù)，將每年的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)平均化處理，分析近10年噪聲與交通量年變化趨勢(shì).著重從交通量方面研究交通噪聲的影響變化，運(yùn)用SPSS軟件進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)等效聲級(jí)與交通量對(duì)數(shù)關(guān)系最為明顯，選取部分道路進(jìn)行交通量與等效聲級(jí)相關(guān)性分析，研究得出結(jié)論：對(duì)數(shù)交通量顯著影響交通噪聲.

交通噪聲; 變化趨勢(shì); 交通量; 相關(guān)性分析

隨著城市交通的不斷發(fā)展和汽車(chē)化進(jìn)程的加快，交通噪聲污染已變得日趨嚴(yán)重，成為城市面臨的嚴(yán)峻的環(huán)境問(wèn)題之一.研究表明，噪聲強(qiáng)度在55 dB以下時(shí)，對(duì)于人體并無(wú)多大傷害，如果噪聲的強(qiáng)度超過(guò)70 dB，會(huì)給人正常生活造成不利影響[1]；長(zhǎng)期處在高噪聲的環(huán)境中，將會(huì)損害聽(tīng)力和中樞神經(jīng)，干擾睡眠，對(duì)人們的身心健康和生理造成巨大的影響[2].交通噪聲會(huì)對(duì)公路沿線經(jīng)濟(jì)發(fā)展產(chǎn)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(jīng)濟(jì)效率和生產(chǎn)效率不同程度的下降.2015年《中國(guó)環(huán)境公告》顯示，道路噪聲一級(jí)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(shì)十分嚴(yán)峻.本文基于莆田市2006～2015年道路交通的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，分析近10年來(lái)噪聲與交通量的變化趨勢(shì)，結(jié)合莆田市道路交通特點(diǎn)，深入剖析交通量對(duì)噪聲的影響，并運(yùn)用SPSS軟件進(jìn)行相關(guān)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(cè)指標(biāo)與監(jiān)測(cè)方法

道路交通噪聲主要是由運(yùn)行在道路交通線上機(jī)動(dòng)車(chē)以及非機(jī)動(dòng)車(chē)造成的.莆田市道路交通噪聲監(jiān)測(cè)的噪聲指標(biāo)有等效A聲級(jí)Leq、累計(jì)百分升級(jí)L10、L50、L90以及Lmax、Lmin、標(biāo)準(zhǔn)偏差SD.

1.1 噪聲監(jiān)測(cè)指標(biāo)

交通噪聲是一種無(wú)規(guī)律，無(wú)規(guī)則的聲音，用瞬時(shí)聲音的大小無(wú)法代表一個(gè)區(qū)域內(nèi)實(shí)際交通噪音的大小.需要一個(gè)階段的聲音進(jìn)行平均等效化處理，即等效A聲級(jí).國(guó)際與國(guó)內(nèi)很多噪聲預(yù)測(cè)模型[3-4]都是使用等效A聲級(jí)作為評(píng)價(jià)噪聲的標(biāo)準(zhǔn).累計(jì)百分聲級(jí)是利用數(shù)理統(tǒng)計(jì)的概念對(duì)噪聲數(shù)據(jù)進(jìn)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(guó)交通噪聲預(yù)測(cè)模型CRTN88[5]是以L10作為噪聲的評(píng)價(jià)指標(biāo).

1.2 監(jiān)測(cè)方法

莆田市道路交通噪聲共監(jiān)測(cè)13條道路，26個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位.平均每條道路設(shè)置兩個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位，涵蓋荔城區(qū)(6個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位)、城廂區(qū)(12個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位)、涵江區(qū)(8個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)位為道路兩側(cè)的無(wú)遮擋物的位置.依據(jù)《環(huán)境噪聲監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范 城市聲環(huán)境常規(guī)監(jiān)測(cè)》(HJ640-2012)道路交通噪聲監(jiān)測(cè)方法，每年監(jiān)測(cè)一次，在晝間正常的工作時(shí)段監(jiān)測(cè)，避開(kāi)節(jié)假日等非正常的時(shí)段，每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位測(cè)量20 min的等效聲級(jí)Leq、累計(jì)百分聲級(jí)L10、L50、L90、Lmax、Lmin及標(biāo)準(zhǔn)偏差SD，同步記錄交通量、道路寬度、路段長(zhǎng)度、車(chē)道數(shù)(單雙向)、風(fēng)速等信息.所用噪聲儀器是紅聲器材公司生產(chǎn)的型號(hào)為HS6228E、HS6020和杭州愛(ài)華公司生產(chǎn)的型號(hào)為AWA6228、AWA6221A的噪聲分析儀和聲級(jí)校準(zhǔn)器.

2 噪聲變化趨勢(shì)分析

2.1 噪聲變化趨勢(shì)

為了直觀近10年噪聲變化趨勢(shì)，通過(guò)對(duì)莆田市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站2006～2015年的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理分析，取每年所有監(jiān)測(cè)點(diǎn)的等效A聲級(jí)與累計(jì)百分聲級(jí)的平均值，做出10年變化折線圖，如圖1所示.

數(shù)據(jù)來(lái)源：莆田市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站圖1 2006～2015年莆田市道路交通噪聲的變化趨勢(shì)

通過(guò)圖1噪聲數(shù)據(jù)的變化趨勢(shì)可以發(fā)現(xiàn)，莆田市交通噪聲各項(xiàng)指標(biāo)從2006年～2015年趨于平緩的上升，上升幅度不大，四個(gè)指標(biāo)變化趨勢(shì)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(zhǎng)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(zhǎng)4 dB左右；等效聲級(jí)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(jīng)比較接近，差值約為1 dB.2009年之前，L10與Leq相對(duì)比較接近，2009年兩者最為接近相差1.37 dB，此時(shí)L50與Leq的差值也達(dá)到最大6 dB；2009年之后，L10與Leq的差距開(kāi)始拉大，2015年達(dá)到最大為3.56 dB.這可以說(shuō)明，在2009年之前，瞬時(shí)噪聲的波動(dòng)的幅度比較大，瞬時(shí)噪聲數(shù)據(jù)處于不穩(wěn)定不集中的狀態(tài)，標(biāo)準(zhǔn)差和極差比較大；2009年之后，瞬時(shí)噪聲相對(duì)比較集中，標(biāo)準(zhǔn)差比較小.

按照環(huán)境保護(hù)部《環(huán)境噪聲監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范 城市聲環(huán)境常規(guī)監(jiān)測(cè)》(HJ640-2012)道路交通噪聲等級(jí)劃分[6]，具體等級(jí)劃分見(jiàn)表1.

表1 道路交通噪聲強(qiáng)度等級(jí)劃分

根據(jù) GB 3096—2008聲環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)[7]，道路交通噪聲晝間的標(biāo)準(zhǔn)屬于4A標(biāo)準(zhǔn)，不能超過(guò)70 dB.對(duì)莆田市晝間的道路噪聲的監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，2007、2008、2009、2011年有3個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)超過(guò)70 dB，達(dá)標(biāo)率為10年最低88.5%，其次是2013年達(dá)標(biāo)率為92.3%，2006、2014及2015年僅有1個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)超過(guò)70 dB，2010、2012年監(jiān)測(cè)點(diǎn)全部達(dá)標(biāo).

縱觀10年莆田市道路交通噪聲的變化趨勢(shì)，總體來(lái)說(shuō)，交通噪聲符合國(guó)家對(duì)道路交通噪聲的標(biāo)準(zhǔn)要求.等效聲級(jí)作為環(huán)境保護(hù)部噪聲等級(jí)的劃分標(biāo)準(zhǔn)，10年間，莆田市晝間道路交通噪聲的等效聲級(jí)處于平緩的上下浮動(dòng)，10年間的極差為2.8 dB，沒(méi)有大幅度的上升.從橫向看，2006～2015年，在26個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位中，2010年與2012年，監(jiān)測(cè)的所有道路均符合聲環(huán)境的監(jiān)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，其他年份達(dá)標(biāo)率也比較理想，最低的年份達(dá)到88.5%.在10 a的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)中，監(jiān)測(cè)的道路沒(méi)有超過(guò)五級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的，四級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的也只有3個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位，這說(shuō)明莆田市晝間道路交通噪聲總體狀況良好，只有極個(gè)別道路稍微超標(biāo).

2.2 交通量的變化趨勢(shì)

在進(jìn)行道路噪聲數(shù)據(jù)采集時(shí)，車(chē)流量與噪聲數(shù)據(jù)同時(shí)同步采集.將所有監(jiān)測(cè)道路的交通量進(jìn)行平均化處理，得到10年間交通量的變化趨勢(shì)圖.如圖2所示.

圖2 2006～2015年莆田市車(chē)流量的變化趨勢(shì)

通過(guò)10年晝間交通量變化趨勢(shì)，可以看出，交通量的波動(dòng)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(xiàn)下降之外，其他年份均是呈現(xiàn)遞增的趨勢(shì).2007～2008年，增長(zhǎng)幅度最快，由1 763 pcu/h增長(zhǎng)到2 325 pcu/h，增長(zhǎng)率達(dá)32%；2011～2015年，交通量呈現(xiàn)較為穩(wěn)定的增長(zhǎng).

3 影響因子分析

3.1 交通量與噪聲的相關(guān)性分析

通過(guò)分析圖1 、2的變化趨勢(shì)，發(fā)現(xiàn)噪聲并不是隨著交通量的變化趨勢(shì)而變化，交通量的波動(dòng)較為明顯，且大多為上升的趨勢(shì)，噪聲的變化趨勢(shì)則較為平緩，而且總是處于上下波動(dòng)的態(tài)勢(shì)，與交通量的變化還是有很大區(qū)別的.這可以說(shuō)明交通量與等效聲級(jí)并不是簡(jiǎn)單的線性關(guān)系，影響交通噪聲的等級(jí)的因素不僅僅是交通量一個(gè)參數(shù)，還包括其他的影響因素.國(guó)內(nèi)外學(xué)者在進(jìn)行交通噪聲的影響因子的研究時(shí)，交通量是最為重要的影響因子之一.在一定的范圍內(nèi)，交通噪聲往往隨著車(chē)流量的增加而變大.車(chē)流量增加一倍時(shí)，等效聲級(jí)Leq增加3 dB[8-9]；交通量超過(guò)2 000 pcu/h時(shí)，大型車(chē)的比例決定交通噪聲的峰值[10].劉濤[11]通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)監(jiān)測(cè)調(diào)查研究交通量對(duì)交通噪聲的影響，得出交通噪聲與交通量呈對(duì)數(shù)的正相關(guān).Edgar等[12]在研究哥倫比亞道路交通噪聲時(shí)，基于當(dāng)?shù)貙?shí)際情況摩托車(chē)引入車(chē)流量中，以等效聲級(jí)為評(píng)價(jià)指標(biāo)，建立一種用于評(píng)價(jià)道路交叉口交通噪聲模型.國(guó)內(nèi)外的大多道路交通噪聲模型研究中，等效聲級(jí)與交通量的對(duì)數(shù)存在正相關(guān).

基于國(guó)內(nèi)外學(xué)者關(guān)于交通噪聲與交通量的的研究，本文主要從交通量及對(duì)交通量取對(duì)數(shù)(常用對(duì)數(shù)以10為底)進(jìn)行研究.為了更直觀的看出交通噪聲與交通量的之間的關(guān)系，選取10年所有監(jiān)測(cè)點(diǎn)的交通量與等效聲級(jí)進(jìn)行歸納整理，并將交通量取對(duì)數(shù)處理，做出等效聲級(jí)與交通量、對(duì)數(shù)交通量的散點(diǎn)圖，如圖3、4所示.

圖3 等效聲級(jí)與交通量的變化散點(diǎn)圖

圖4 等效聲級(jí)與對(duì)數(shù)交通量散點(diǎn)圖

運(yùn)用SPSS軟件，對(duì)10年所有監(jiān)測(cè)點(diǎn)的等效聲級(jí)與交通量進(jìn)行曲線擬合，得到等效聲級(jí)與交通量對(duì)數(shù)擬合關(guān)系最好，R2最高為0.323，說(shuō)明等效聲級(jí)與對(duì)數(shù)交通量的相關(guān)性最強(qiáng)，進(jìn)行回歸分析得到，常量項(xiàng)與自變量的回歸系數(shù)t檢驗(yàn)都達(dá)到了顯著水平，F(xiàn)值為123.073，均具有重要的統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，說(shuō)明等效聲級(jí)Leq與交通量的對(duì)數(shù)關(guān)系顯著見(jiàn)表2.

表2 回歸系數(shù)估計(jì)及檢驗(yàn)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(diǎn)基本分布在對(duì)角線上，可以判定殘差較為服從正態(tài)分布，從而說(shuō)明樣本是來(lái)自正態(tài)分布的總體，符合統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，通過(guò)對(duì)對(duì)數(shù)交通量與等效聲級(jí)的回歸研究表明，對(duì)數(shù)交通量可以解釋等效聲級(jí)變化的32.3%.見(jiàn)圖5.

圖5 殘差分布直方圖、累積概率圖的散點(diǎn)圖

選取5條城市道路與1條國(guó)道進(jìn)行交通量與等效聲級(jí)單獨(dú)分析時(shí)，研究結(jié)果與上文的研究存在差異.運(yùn)用SPSS軟件分別對(duì)每條道路等效聲級(jí)與交通量的進(jìn)行相關(guān)性分析時(shí)，分析結(jié)果：5條城市道路等效聲級(jí)與交通量擬合度R2較差，極不顯著；但國(guó)道等效聲級(jí)與交通量的對(duì)數(shù)擬合度R2較好，達(dá)到強(qiáng)顯著相關(guān)性的要求，說(shuō)明國(guó)道等效聲級(jí)與對(duì)數(shù)交通量的擬合關(guān)系良好，交通量對(duì)等效聲級(jí)有直接的影響.

部分道路等效聲級(jí)與對(duì)數(shù)交通量出現(xiàn)的線性關(guān)系不顯著，主要是由莆田市的道路狀況與交通流復(fù)雜造成的.通過(guò)對(duì)莆田市的道路交通情況進(jìn)行調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在交通流中，不僅存在私家車(chē)、客貨車(chē)、公交車(chē)等機(jī)動(dòng)車(chē)，還存在大量的摩托車(chē)、電動(dòng)車(chē)等非機(jī)動(dòng)車(chē)，道路交通鳴笛現(xiàn)象比較嚴(yán)重，且大多道路并沒(méi)有設(shè)置非機(jī)動(dòng)道，這樣就造成機(jī)動(dòng)車(chē)與非機(jī)動(dòng)車(chē)的混流，造成運(yùn)行不通暢，增加車(chē)輛的加速、減速、鳴笛頻次，這些情況勢(shì)必產(chǎn)生額外的噪聲，也是造成瞬時(shí)噪聲數(shù)據(jù)波動(dòng)較大、峰值比較高的原因.然而道路交通噪聲的實(shí)際監(jiān)測(cè)只包含機(jī)動(dòng)車(chē)的交通量統(tǒng)計(jì)，所以交通噪聲的采集會(huì)有很大的誤差，從而導(dǎo)致交通量與等效聲級(jí)相關(guān)性很差.國(guó)道監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析結(jié)果也證實(shí)這一點(diǎn)，國(guó)道只有機(jī)動(dòng)車(chē)行駛，車(chē)流比較穩(wěn)定，沒(méi)有上述因素的干擾，所以國(guó)道交通量與等效聲級(jí)的相關(guān)性系數(shù)要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他道路.

對(duì)于瞬時(shí)噪聲比較穩(wěn)定的噪聲數(shù)據(jù)，等效聲級(jí)Leq與累計(jì)百分聲級(jí)L50會(huì)比較接近，從噪聲變化趨勢(shì)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(shuō)明在此期間交通噪聲上下波動(dòng)幅度比較大，瞬時(shí)噪聲很不穩(wěn)定，極差與標(biāo)準(zhǔn)差較大，主要是因?yàn)榻煌鞑环€(wěn)定，此時(shí)機(jī)動(dòng)車(chē)處于增長(zhǎng)期，還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有達(dá)到飽和，且非機(jī)動(dòng)車(chē)在車(chē)流中占有較大的比例，交通流的不穩(wěn)定使得瞬時(shí)噪聲處于高頻波動(dòng)的狀態(tài).2010年之后，交通量處于平緩穩(wěn)定的增長(zhǎng)，此時(shí)的交通流已趨于穩(wěn)定飽和，所以等效聲級(jí)Leq與累計(jì)百分聲級(jí)L50漸漸靠攏，Leq與L10差距逐漸拉大，此時(shí)的瞬時(shí)噪聲比2009年之前要穩(wěn)定.

3.2 路面寬度對(duì)噪聲的影響分析

從10 a的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)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(jìn)行研究.根據(jù)所選取的數(shù)據(jù)作出道路寬度與噪聲之間的折線圖.交通噪聲的各項(xiàng)指標(biāo)隨道路寬度的變化趨勢(shì)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(huì)隨著道路寬度的增加而有所降低.當(dāng)?shù)缆穼挾葹?5～45 m，等效聲級(jí)Leq一直處于緩慢下降的趨勢(shì)，L10、L50、L90則是在上下波動(dòng)的趨勢(shì).當(dāng)?shù)缆穼挾葹?0～45 m時(shí)，四項(xiàng)指標(biāo)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(shí)，各項(xiàng)指標(biāo)都上升明顯.通過(guò)分析可以發(fā)現(xiàn)，道路寬度對(duì)交通噪聲有一定的影響，但影響不大，但并不是道路越寬對(duì)降低噪聲越有利.

4 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)對(duì)莆田市10 a交通噪聲的變化趨勢(shì)，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(xiàn)，莆田市道路交通流比較復(fù)雜，通過(guò)數(shù)據(jù)整理歸納分析，交通量對(duì)等效聲級(jí)具有顯著影響，對(duì)數(shù)交通量與等效聲級(jí)的擬合關(guān)系較為顯著.交通流多為機(jī)動(dòng)車(chē)時(shí)，對(duì)數(shù)交通量與等效聲級(jí)的相關(guān)性更強(qiáng).另外，路面寬度對(duì)交通噪聲也有一定的影響.因此，對(duì)機(jī)動(dòng)車(chē)與非機(jī)動(dòng)車(chē)運(yùn)行進(jìn)行有效管理，使非機(jī)動(dòng)車(chē)嚴(yán)格按照非機(jī)動(dòng)車(chē)道行駛，對(duì)鳴笛等不文明駕駛行為進(jìn)行規(guī)范治理，加強(qiáng)交通運(yùn)行管理機(jī)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(huì)更加友好.

莆田市夜間交通噪聲的具體變化狀況需要進(jìn)一步監(jiān)測(cè)研究，本文主要研究交通量對(duì)交通噪聲的影響，研究不夠系統(tǒng)全面，對(duì)交通噪聲影響變化的因素還包括車(chē)速、車(chē)型結(jié)構(gòu)、路面材料等因素，需要深入監(jiān)測(cè)研究分析，才能建立適用于莆田市道路特征交通噪聲預(yù)測(cè)模型，對(duì)交通噪聲監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)具有理論與實(shí)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(guó)家自然科學(xué)基金(41201100)；福建省自然科學(xué)基金(2015J01606)；福建省科技廳重點(diǎn)項(xiàng)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