許躍鳳，胡 榮，陳 琳，張菲菲

（南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院，江蘇 南京 210016）

累積事件飛機(jī)噪聲評價指標(biāo)改進(jìn)研究

許躍鳳，胡 榮，陳 琳，張菲菲

（南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院，江蘇 南京 210016）

選取合理的噪聲評價指標(biāo)是機(jī)場飛機(jī)噪聲評估與控制的重要前提。文章分析了部分國家和地區(qū)的典型累積事件噪聲評價指標(biāo)，總結(jié)了其共性和差異；針對我國計權(quán)等效連續(xù)感覺噪聲級與聲環(huán)境噪聲指標(biāo)不統(tǒng)一，提出了累積事件噪聲新指標(biāo)；針對現(xiàn)有指標(biāo)一定程度上湮沒夜間噪聲事件的影響，新增了夜間噪聲評價指標(biāo)；最后采用廣州白云國際機(jī)場實際數(shù)據(jù)開展實例研究，驗證改進(jìn)后評價指標(biāo)的有效性，研究結(jié)果具有一定的現(xiàn)實參考價值。

航空運(yùn)輸；飛機(jī)噪聲；累積事件；評價指標(biāo)；夜間指標(biāo)；實例驗證

航空運(yùn)輸大大縮短了出行時間，給人們的日常生活帶來很多便利，成為越來越多出行者的首選。2016年，民航業(yè)完成運(yùn)輸總周轉(zhuǎn)量962.51億噸公里，同比增長13%，民航運(yùn)輸機(jī)場起降架次達(dá)到923.8萬架次，同比增長7.9%。民航業(yè)飛速發(fā)展的同時，飛機(jī)起降架次的增多給機(jī)場周邊居民帶來了很多噪聲問題，頻頻引發(fā)居民抗議事件，機(jī)場噪聲控制已成為研究熱點。而科學(xué)、客觀地評估機(jī)場噪聲則是進(jìn)行噪聲控制的基礎(chǔ)，如何選取噪聲評價指標(biāo)合理評估噪聲顯得尤為重要。

飛機(jī)噪聲評價指標(biāo)可以分為單事件噪聲評價指標(biāo)和累積事件噪聲評價指標(biāo)。單事件噪聲評價指標(biāo)用來衡量單架航空器單次飛行事件對地面噪聲影響，可分為兩類，基于噪度的有效感覺噪聲級（LEPN）和最大感覺噪聲級（LEPNmax），以及基于響度的 A 聲級（LA）、聲暴露級（Lse）和等效聲級（Leq）。累積事件噪聲評價指標(biāo)用來衡量多個飛行事件的累積聲級的影響，其差異性體現(xiàn)在飛行架次、飛行時間等元素累積方式不同。

針對現(xiàn)有飛機(jī)噪聲評價指標(biāo)，Luis Gasco[1]概述了飛機(jī)噪聲評價指標(biāo)的發(fā)展歷程，分析了歐洲、美國部分機(jī)場的噪聲評價指標(biāo)；Jules G Slama[2]考慮了環(huán)境評價指標(biāo)和噪聲評價指標(biāo)之間的轉(zhuǎn)換方法，以晝夜等效聲級（LDN）和等效聲級為例，開展了轉(zhuǎn)化計算；Tarcilene Aparecida Heleno[3]針對LDN會造成噪聲失真的現(xiàn)象，提出用等效聲級評估飛機(jī)噪聲，并建立了晝間等效聲級和夜間等效聲級兩個噪聲評價量，等等。在國內(nèi)，對現(xiàn)有飛機(jī)噪聲評價量改進(jìn)的方法主要分為兩類，一類是不改變原有指標(biāo)，增加新指標(biāo)，包括：提出增加ISO20906 標(biāo)準(zhǔn)中的 LN[4]、增加最大 A 聲級（LAmax）[5-6]、增加 LEPN[7]、增加感覺噪聲級（LPN）[8]以及增加夜間噪聲評價指標(biāo)[9]。另一類是改進(jìn)現(xiàn)有噪聲評價指標(biāo)：沈穎[10]提出了基于聲暴露級的飛機(jī)等效聲級；王冬冬[11]參考噪聲事件數(shù)指數(shù)NNI設(shè)計了基于聲暴露級的噪聲評價指標(biāo)NEI；朱志聰[12]提出采用LDN代替等效連續(xù)感覺噪聲級（LWECPN），并對夜間噪聲加入10 dB的噪聲補(bǔ)償，等。除此之外，沈穎[13]提出基于暴露聲級的飛機(jī)等效聲級并建議增加聲暴露級；李玉文[5]針對飛機(jī)噪聲對不同人群影響差異，考慮利用系數(shù)法進(jìn)行修正；李東亞[14]提出采用聲暴露級測算單事件噪聲并在噪聲敏感區(qū)域加上5 dB的噪聲補(bǔ)償，等等。

綜上所述，國內(nèi)外學(xué)者對噪聲評價指標(biāo)的研究十分透徹，成果豐富，特別是對我國噪聲評價指標(biāo)的改進(jìn)，國內(nèi)學(xué)者從不同角度提出了很多建議和方案。但仍存在如下改進(jìn)空間：一是很多建議和改進(jìn)方法還停留在理論層面，鮮有實證研究，可操作性未知；二是夜間噪聲是引起機(jī)場周邊居民不滿的重要因素，現(xiàn)有研究對夜間噪聲關(guān)注度不夠。因此，本文將對部分國家和地區(qū)的累積事件噪聲評價指標(biāo)進(jìn)行概述，探討指標(biāo)間的共性和差異，分析我國現(xiàn)有噪聲評價指標(biāo)的優(yōu)點和不足，提出改進(jìn)方法并進(jìn)行實例驗證，以期為我國飛機(jī)噪聲評價指標(biāo)改進(jìn)提供參考。

1 飛機(jī)噪聲評價指標(biāo)概述

19世紀(jì)50年代初，專家學(xué)者開始致力于飛機(jī)噪聲的研究。較之交通運(yùn)輸中其他運(yùn)輸方式（公路、鐵路、水運(yùn)等）的噪聲，飛機(jī)噪聲具有突發(fā)性、非穩(wěn)態(tài)性、噪聲級高等特點，飛機(jī)噪聲評價指標(biāo)需要綜合反映以上特征，因此種類更多。對12個國家（地區(qū)）典型的飛機(jī)噪聲評價指標(biāo)統(tǒng)計與特征分析的結(jié)果見表1。

表1 部分國家（地區(qū)）噪聲評價指標(biāo)匯總Tab.1 Summary of noise metrics in some countries and regions

梳理現(xiàn)有研究成果可知，累積事件噪聲評價指標(biāo)的差異性主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

1）單事件噪聲評價指標(biāo)選取不同。A聲級基于響度，可用聲級計測量獲?。坏刃暭壔贏聲級，考慮時間因素，是某一段時間內(nèi)的A聲級能量平均值；有效感覺噪聲級基于噪度，考慮了持續(xù)時間和純音修正，計算復(fù)雜。所以，單事件噪聲評價指標(biāo)決定了累積事件噪聲評價指標(biāo)是基于表征聲音的主觀響度，還是考慮飛機(jī)噪聲對人的煩擾度，同時，影響到累積事件噪聲計算的難易程度。

2）時間段劃分及不同時間段計權(quán)因子不同。不同國家（地區(qū)）的時間段劃分基本為2段或3段，且通常夜間噪聲加10 dB，傍晚噪聲加5 dB或夜間1架次等于白天10架次、傍晚1架次等于白天3架次，例如：等干擾數(shù)、社區(qū)噪聲等效聲級、晝夜等效聲級等。

3）評價指標(biāo)考慮的因素多少不同。一些評價指標(biāo)考慮更為全面，例如計權(quán)等效連續(xù)感覺噪聲級，單事件噪聲級為有效感覺噪聲級，本身就包含對時間的修正；南非的噪度指數(shù)包含對季節(jié)的修正，等等。而有些評價指標(biāo)考慮因素較少，如等效晝夜干擾數(shù)，單事件噪聲級為A聲級峰值，可以直接測得，計算簡單。

不同國家（地區(qū)）由于政治經(jīng)濟(jì)、人文地理、航空業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀的差異，對飛機(jī)噪聲評價指標(biāo)的選取和制定各不相同，但上述飛機(jī)噪聲評價指標(biāo)可歸納為以下2種形式：

2 我國評價指標(biāo)存在問題及改進(jìn)方法

2.1 現(xiàn)行指標(biāo)

國家環(huán)境保護(hù)局1988年頒布的《機(jī)場周圍飛機(jī)噪聲環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)》（GB9660-88），規(guī)定了我國飛機(jī)噪聲評價量為一晝夜的計權(quán)等效連續(xù)感覺噪聲級，單事件噪聲基于有效感覺噪聲級，單位為dB。計算公式如下：

N個有效感覺噪聲級的能量平均值計算公式：

計權(quán)有效連續(xù)感覺噪聲級計算公式：

式中：N1為白天飛行次數(shù)（07：00-19:00）；N2為傍晚飛行次數(shù)（19：00-22:00）；N3為夜間飛行次數(shù)（22：00-07:00）。

2.2 存在不足

我國現(xiàn)行飛機(jī)噪聲評價指標(biāo)采用能量平均的思想，可以反映一晝夜噪聲事件平均每秒對人的沖擊，在單個噪聲事件的計算時，考慮純音修正，進(jìn)行累積計算時，考慮到不同時間段飛行架次的權(quán)重，具有一定的科學(xué)性和合理性。但是仍然存在以下2點不足：

1）難以與環(huán)境噪聲評價指標(biāo)橫向比較，不便于理解?！堵暛h(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3096-2008）中規(guī)定，我國城市、鄉(xiāng)村、及交通干線的噪聲指標(biāo)均是基于A聲級的等效聲級，并且分晝/夜等效聲級，各類聲環(huán)境功能區(qū)有不同的限值標(biāo)準(zhǔn)。而飛機(jī)噪聲標(biāo)準(zhǔn)獨立于聲環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)，采用LEPN為單事件噪聲，造成飛機(jī)噪聲評價量難以與城市噪聲、交通噪聲等相互轉(zhuǎn)化或進(jìn)行綜合分析。飛機(jī)噪聲評價量是將機(jī)場噪聲信息傳達(dá)給公眾的紐帶，但是對于大部分公眾，現(xiàn)行飛機(jī)噪聲評價量是一個陌生、復(fù)雜的概念，在對機(jī)場周邊居民的走訪中，大多只對聲環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)有概念，而Leq和LWECPN不對等，這樣會造成對機(jī)場噪聲信息的錯誤理解，使標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行力不足。

2）對夜間噪聲考慮不足。多頻次、高噪聲級的夜間飛行噪聲對機(jī)場周邊居民的喚醒率高，嚴(yán)重影響睡眠質(zhì)量，長此以往，會對周邊居民心理和生理造成無法估量的損害。雖然現(xiàn)行噪聲評價標(biāo)準(zhǔn)對夜間噪聲進(jìn)行了噪聲補(bǔ)償：夜間1架次噪聲等于白天10架次。但是，基于其等能量原理，還是無法體現(xiàn)飛機(jī)噪聲聲壓級高、突發(fā)性的特點，削弱了夜間噪聲對機(jī)場周邊居民的影響。也就是說，即使噪聲符合國家標(biāo)準(zhǔn)的區(qū)域，部分機(jī)場仍然存在夜間噪聲嚴(yán)重擾民的情況，僅用現(xiàn)有指標(biāo)進(jìn)行度量的結(jié)果不完全準(zhǔn)確，需增加其他輔助指標(biāo)加以補(bǔ)充。

2.3 指標(biāo)改進(jìn)

基于上述不足，建立以Lse為單事件噪聲評價指標(biāo)的新指標(biāo)，同時增加夜間噪聲評價指標(biāo)作為補(bǔ)充。

1）選取單事件噪聲評價指標(biāo)。聲暴露級，同樣是基于等能量原理，定義為：在保持聲壓級不變的情況下，持續(xù)時間為1 s的A加權(quán)聲級，聲暴露級的能量值與實際獲取的來自于某一噪聲事件的噪聲值相等[10]，可以直接測量、計算簡便，如

式中：LA（t）是 A 計權(quán)聲壓級。

2）計算N個等效聲級的能量平均值。參考計權(quán)等效連續(xù)感覺噪聲級中N個有效感覺噪聲級的能量平均值計算公式，可得到計算方法如

3）確立累積噪聲事件評價新指標(biāo)。有效感覺噪聲級和暴露聲級的換算關(guān)系為：LEPN≈Lse+3，常數(shù)項可確定為37，同時保留原來的時間分段和噪聲補(bǔ)償。因而獲得的新指標(biāo)既能與環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)相統(tǒng)一，又能利用原有噪聲評價指標(biāo)限值，具體如

式中：N1為白天飛行次數(shù)（07：00-19:00）；N2為傍晚飛行次數(shù)（19：00-22:00）；N3為夜間飛行次數(shù)（22：00-07:00）。

4）新增夜間噪聲評價指標(biāo)。為了不湮沒夜間飛機(jī)噪聲對人的影響，建立基于架次的夜間噪聲評價指標(biāo)，將夜間噪聲分?jǐn)偟矫總€航班；同時考慮到夜間飛行架次越多，對機(jī)場周邊居民的干擾越大、喚醒率越高，對夜間飛行架次總量設(shè)置權(quán)重，參考噪聲事件指數(shù)NNI，本文將權(quán)重設(shè)置為15。

新增夜間噪聲評價指標(biāo)如

式中：Leq（i）為第 i架次夜間飛行事件的聲暴露級。

3 實例驗證

本文以廣州白云機(jī)場離場數(shù)據(jù)為例，結(jié)合MATLAB繪制指標(biāo)改進(jìn)前后累積事件噪聲等值線圖和夜間噪聲等值線圖，并計算噪聲值和噪聲影響面積。

3.1 數(shù)據(jù)準(zhǔn)備

選取2015年8月1號廣州白云機(jī)場VIBOS離場數(shù)據(jù)，該日天氣情況良好，沒有大面積航班延誤等情況，可代表機(jī)場日常情況。離場航班總數(shù)為150架次，各時段主要機(jī)型統(tǒng)計如表2。

3.2 實例計算

3．2．1 改進(jìn)后累積事件噪聲評價指標(biāo)

采用ECAC．CEAC Doc29提供的“飛機(jī)軌跡—網(wǎng)格化—斜距計算—NPD差值—修正計算—噪聲事件累加”的累積事件噪聲計算方法，利用MATLAB編程，繪制改進(jìn)前累積事件噪聲評價指標(biāo)噪聲等值線如圖1，改進(jìn)后如圖2。根據(jù)我國《機(jī)場周圍飛機(jī)噪聲環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)》，確定噪聲影響面積計算范圍為70～100 dB，計算最大噪聲值和噪聲影響面積匯總?cè)绫?。

表2 不同時段主要機(jī)型離場架次統(tǒng)計表Tab.2 The statistic data of main aircraft types at different time periods

圖1 改進(jìn)前噪聲評價指標(biāo)噪聲等值線圖Fig.1 Noise contours of old noise metric

圖2 改進(jìn)后噪聲評價指標(biāo)噪聲等值線圖Fig.2 Noise contours of new noise metric

由圖1，圖2可看出，改進(jìn)前后的噪聲評價指標(biāo)噪聲等值線差別不大；結(jié)合表3的計算數(shù)據(jù)，改進(jìn)前后的最大噪聲值和各個分貝值下的噪聲影響面積十分相似。這就說明：改進(jìn)后的噪聲評價指標(biāo)依然可以利用現(xiàn)行機(jī)場飛機(jī)噪聲評價指標(biāo)限值，且與聲環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)相統(tǒng)一，計算簡便。

3.2.2 夜間噪聲評價指標(biāo)

據(jù)統(tǒng)計，夜間噪聲飛行航班共有26架次，占離場航班總量的17%，機(jī)型包括A321、A320、A333、A319、B737、B738、B77W，繪制夜間噪聲事件等值線如圖3。

表3 最大噪聲值及噪聲影響面積匯總Tab.3 Summary of maximum noise value and noise impact area

圖3 夜間噪聲評價指標(biāo)噪聲等值線圖Fig.3 Noise contours of noise metric at night

對比圖1、圖3，可明顯看出，雖然兩者等值線輪廓相似，但夜間噪聲等值線高分貝值覆蓋情況遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于改進(jìn)前指標(biāo)噪聲等值線；計算夜間噪聲最大值為104.6 dB，較之改進(jìn)前指標(biāo)，夜間指標(biāo)最大噪聲增加12．6 dB，導(dǎo)致出現(xiàn)100 dB以上的噪聲影響面積，同時使70～90 dB的噪聲影響面積呈現(xiàn)倍數(shù)級增長，分別是：5．5，9．7，28．0。 為了更加直觀地對比兩者噪聲影響，對比 75 dB 和 90 dB 的噪聲等值線如圖 4，圖 5。

圖4 75 dB噪聲等值線對比Fig.4 Comparison of noise contours in 75 dB

圖5 90 dB噪聲等值線對比Fig.5 Comparison of noise contours in 90 dB

由圖4，圖5可明顯看出夜間指標(biāo)噪聲等值線覆蓋面積遠(yuǎn)大于改進(jìn)前指標(biāo)，也就是說：很多情況下，按照噪聲評價指標(biāo)（24 h）計算結(jié)果雖然符合國家標(biāo)準(zhǔn)，但是夜間噪聲對機(jī)場周邊居民的實際影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于標(biāo)準(zhǔn)，嚴(yán)重影響到機(jī)場周邊居民的睡眠質(zhì)量，造成機(jī)場周邊居民抗議事件頻發(fā)。在新建機(jī)場或者改擴(kuò)建機(jī)場的時候，需要將夜間噪聲納入考量范圍。本文新增的夜間噪聲評價指標(biāo)合理可行，具有參考價值。

4 結(jié)論

本文分析了國內(nèi)外噪聲評價指標(biāo)研究現(xiàn)狀，總結(jié)了評價指標(biāo)制定的通式，針對我國噪聲評價指標(biāo)與環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一、忽略夜間噪聲影響的問題，提出以聲暴露級為單事件噪聲評價指標(biāo)、新增夜間噪聲評價指標(biāo)的改進(jìn)思路，同時鑒于國內(nèi)指標(biāo)研究鮮有實例驗證從而造成指標(biāo)應(yīng)用性不強(qiáng)的問題，開展了實例分析，研究結(jié)論如下：

1）改進(jìn)后的累積事件噪聲評價指標(biāo)最大噪聲值及噪聲影響面積計算結(jié)果與改進(jìn)前相近，可在不改變現(xiàn)行機(jī)場飛機(jī)噪聲限值的前提下應(yīng)用。

2）改進(jìn)后的累積事件噪聲評價指標(biāo)計算簡便，且易與我國環(huán)境噪聲指標(biāo)相互轉(zhuǎn)換，適用性強(qiáng)。

3）新建的夜間噪聲評價指標(biāo)可很好地反映夜間噪聲的實際影響，與改進(jìn)前的指標(biāo)相比，噪聲級越高，噪聲影響面積增長率越大。

4）夜間噪聲評價指標(biāo)可在新建機(jī)場或者改擴(kuò)建機(jī)場時提供一定參考。

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Research on Improving Aircraft Noise Metric of Cumulative Event

Xu Yuefeng，Hu Rong，Chen Lin，Zhang Feifei
（College of Civil Aviation,Nanjing University of Aeronautics and Astronautics,Nanjing 210016,China）

Reasonable selection of noise evaluation index is an important prerequisite for airport noise assessment and control.The typical noise evaluation indexes of some countries and regions were analyzed,and their commonalities and differences were summarized in this paper.To solve the problem that the weighted equivalent continuous perceived noise level in China was in disunity with the acoustic environment noise metric,a new noise metric of cumulative event was proposed.Aiming at the fact that the existing metrics,to a certain degree,neglect the influence of night noise event,a new night assessment metric was put forward.Finally,a case study based on the data of Guangzhou Baiyun International Airport was carried out to verify the effectiveness of the evaluation metrics.It maintains the results are of reference value.

air transportation； aircraft noise； cumulative event； evaluation index； night metric； instances verification

（責(zé)任編輯 姜紅貴）

V216；[U8]

A

1005-0523（2017）06-0090-07

2017－07－04

國家自然科學(xué)基金（71401072）；中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項資金（NR2014007，NS2015068）；江蘇省研究生培養(yǎng)創(chuàng)新工程（SJLX16_0118）；南京航空航天大學(xué)研究生創(chuàng)新基地（實驗室）開放基金（KFJJ20160702）

許躍鳳（1992—），女，碩士研究生，研究方向為航空航天。

胡榮（1980—），男，副教授，博士，研究方向為民航經(jīng)濟(jì)。