田岳林，李金玉，韓雨婧，何詠，張舒齊，高成杰，錢靖華，楊永強 *

(1.北京市環(huán)境保護科學研究院, 北京 100037；2.國家城市環(huán)境污染控制工程技術研究中心, 北京 100037；3.四川農(nóng)業(yè)大學, 四川 成都 611130；4.北京師范大學, 北京 100875)

《全國民用機場布局規(guī)劃》[1]提出，到2025年，全國形成3大世界級機場群、10個國際樞紐、29個區(qū)域樞紐。隨著機場建設規(guī)模和覆蓋范圍的逐年擴大，機場噪聲擾民這一世界性難題也被不斷放大，影響著城市化進程與民眾生活品質(zhì)的提升，同時也制約著機場本身的規(guī)劃實施。機場噪聲是航空器起飛、降落、低空飛越所產(chǎn)生的干擾周圍生活環(huán)境的聲音，而監(jiān)督性監(jiān)測、委托監(jiān)測、環(huán)評和環(huán)保驗收監(jiān)測等現(xiàn)場監(jiān)測方式均無法獲取可供對比研究和決策的長期連續(xù)的監(jiān)測數(shù)據(jù)，因此，機場噪聲自動監(jiān)測系統(tǒng)對于機場運營及周邊區(qū)域聲環(huán)境管控顯得尤為重要。

現(xiàn)在機場噪聲監(jiān)測系統(tǒng)及發(fā)展歷程的基礎上，對照國內(nèi)外大型機場已建噪聲監(jiān)測系統(tǒng)構成、監(jiān)測方法、監(jiān)測點位布置等應用現(xiàn)狀，探討機場噪聲監(jiān)管系統(tǒng)應用中的現(xiàn)存問題與關鍵技術，并展望其應用前景，為機場噪聲自動監(jiān)測系統(tǒng)應用及環(huán)境管理提供參考。

1 機場噪聲自動監(jiān)測系統(tǒng)概況

機場噪聲自動監(jiān)測系統(tǒng)是通過機場周圍區(qū)域飛機噪聲長期、連續(xù)、多點監(jiān)測，結合空管雷達、航班信息、地理信息等數(shù)據(jù)，運用機場噪聲監(jiān)控系統(tǒng)，開展機場噪聲長期監(jiān)測分析、預測評估、投訴處理、噪聲治理決策、降噪程序執(zhí)行及效果評估等工作的信息化監(jiān)管系統(tǒng)。在滿足法律法規(guī)要求、改善機場和社群關系、削減飛機噪聲影響以及促進機場的可持續(xù)綠色發(fā)展等方面發(fā)揮了重要作用。

機場噪聲自動監(jiān)測系統(tǒng)主要由噪聲監(jiān)測終端(包括固定式和移動式終端)、通信網(wǎng)絡(數(shù)據(jù)傳輸)、外部數(shù)據(jù)接入系統(tǒng)(包括雷達航跡數(shù)據(jù)、航班信息數(shù)據(jù)和地理信息數(shù)據(jù)等)、中央控制室、系統(tǒng)工作站等組成，監(jiān)測系統(tǒng)組成架構見圖1。

圖1 機場噪聲自動監(jiān)測系統(tǒng)組成架構及功能單元示意

機場噪聲自動監(jiān)測系統(tǒng)采用聲學測量儀器和應用軟件，通過固定和移動監(jiān)測終端，實時監(jiān)測機場區(qū)域噪聲，通過4G/5G網(wǎng)絡將噪聲數(shù)據(jù)傳送到數(shù)據(jù)中心，同時系統(tǒng)獲取航班信息、雷達數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)等，并通過時間標簽將噪聲與航班數(shù)據(jù)相關聯(lián)，形成一套完整的航班與噪聲數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)是集監(jiān)測、預測、處理投訴、反饋于一體的綜合系統(tǒng)，對機場的所有航班運行進行系統(tǒng)的監(jiān)測、定位與分析，客觀評價機場周圍的噪聲影響，為機場的噪聲控制提供技術與數(shù)據(jù)支持，為機場周邊土地的相容性使用提供依據(jù)。

機場噪聲自動監(jiān)測系統(tǒng)應具備以下5個核心功能：

(1)機場噪聲自動監(jiān)測功能。實現(xiàn)機場噪聲影響區(qū)的實時監(jiān)測，繪制噪聲等值線圖，建立面向公眾開放的機場噪聲數(shù)據(jù)信息平臺。

(2)監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸及智慧監(jiān)管平臺。運用機場噪聲模型運算，監(jiān)測飛機的運行航跡、減噪程序執(zhí)行情況，第一時間獲取分析典型環(huán)境敏感點、特征對象的噪聲影響值及其變化趨勢，并與飛行事件相對應。

(3)噪聲監(jiān)控預警網(wǎng)絡功能。通過噪聲系統(tǒng)監(jiān)控分析，對突發(fā)機場噪聲環(huán)境事件發(fā)出預警并采取干預措施，針對噪聲投訴或特殊事件啟動預警，通過噪聲監(jiān)測數(shù)據(jù)和航跡分析判別其主要原因，有針對性地提出減噪應對措施及建議。例如，某機場通過航道設置空中走廊，對起飛航線是否違反規(guī)定開展定期檢索，在未符合規(guī)定飛行的213架次中，發(fā)現(xiàn)脫離陸地前明顯提早轉(zhuǎn)彎而影響地面敏感點的班機共3架次，違規(guī)飛行航跡分析功能示意見圖2(a)(b)。

圖2 違規(guī)飛行航跡分析功能示意

(4)自適應優(yōu)化控制功能。通過平臺運行數(shù)據(jù)分析，對機場噪聲監(jiān)測網(wǎng)絡及管理系統(tǒng)進行持續(xù)優(yōu)化，包括監(jiān)測終端布置、數(shù)據(jù)處理方式、飛行程序優(yōu)化等，以使系統(tǒng)持續(xù)改進機場噪聲數(shù)據(jù)、幾何衰減特性等，不斷適應自身參數(shù)調(diào)整或外部環(huán)境擾動引起的動態(tài)變化。

(5)管控機場噪聲影響功能。為持續(xù)削減機場噪聲影響、協(xié)助空域使用、優(yōu)化機場周邊區(qū)域土地利用規(guī)劃及實施進程，提供基礎數(shù)據(jù)和技術支持。

2 機場噪聲自動監(jiān)測系統(tǒng)應用現(xiàn)狀及關鍵技術

2.1 國外系統(tǒng)研究與應用發(fā)展歷程

自20世紀60年代起，國外對機場噪聲問題開展相關研究。截至目前，國際上前100座最繁忙的機場中建立有噪聲監(jiān)測與管理系統(tǒng)的機場比例高達85%[2]。例如，美國聯(lián)邦和歐洲航空管理局早在20世紀70年代就制定了關于機場噪聲的相關標準、政策和措施并付諸實踐。作為機場噪聲監(jiān)測系統(tǒng)和機場規(guī)劃設計的重要環(huán)節(jié)，繪制機場噪聲等值線圖是確定機場噪聲對居民的影響范圍、控制機場噪聲以及合理規(guī)劃機場周圍土地使用的重要依據(jù)。1990年美國聯(lián)邦航空條例(FAR)第150部機場噪聲相容性規(guī)劃，要求預測機場噪聲等值線。2001年，國際民航組織(ICAO)第33屆大會通過決議第A33/7，贊同設立1個“平衡做法”航空器噪聲管理的概念，提出減少機場噪聲影響的4個主要途徑，即源頭(低噪聲飛機)、土地利用布局和管理、減噪運行程序和運行限制。國際民航組織制定了相關政策及對機場噪聲收費等舉措。歐洲航空研究咨詢理事會(ACARE)曾提出一項戰(zhàn)略研究議程，即在航空數(shù)量較2000年增加3倍的前提下，2020年要減少機場外部噪聲50%。歐洲和美國機場采取的飛機噪聲防控措施比例情況[3-4]見圖3。

圖3 歐洲、美國飛機噪聲防控措施

由圖3可見，大部分歐美機場都采取了使用降噪程序、限制試車、優(yōu)先跑道等噪聲防控措施，但由于不同的飛機噪聲防控措施對應不同的實現(xiàn)途徑和操作難度，而單一的飛機噪聲防控措施往往無法達到預期效果，因此，應結合機場特征，因地制宜地多方面選擇相應防控措施，才能事半功倍。同時，機場噪聲自動監(jiān)測系統(tǒng)的構建對于飛機噪聲管控、預警以及協(xié)助實現(xiàn)降噪措施至關重要。目前，歐美國家的機場噪聲監(jiān)測系統(tǒng)已得到普遍應用[5]，特別是位于城市敏感目標密集處的機場，雖然系統(tǒng)功能和架構、設備選型及實際應用等各有不同，但已成為提升機場噪聲管理水平和效果的重要組成部分。

2.2 我國機場噪聲監(jiān)測系統(tǒng)應用現(xiàn)狀

我國在機場噪聲監(jiān)測管控方面的應用研究起步較晚，目前只有北京、上海、廣州等少數(shù)城市的大型機場才設置有噪聲監(jiān)測系統(tǒng)，但由于歷史發(fā)展、研發(fā)投入和實踐應用等原因，國內(nèi)鮮有成型的機場噪聲監(jiān)測產(chǎn)品可供選用，監(jiān)測系統(tǒng)核心部件設備選型絕大多數(shù)為進口產(chǎn)品。

盡管國內(nèi)環(huán)境噪聲自動監(jiān)測系統(tǒng)已有數(shù)年的成功應用實踐經(jīng)驗[6]，但國產(chǎn)化機場噪聲自動監(jiān)測系統(tǒng)的研發(fā)和應用尚處于起步發(fā)展階段[7-12]。原環(huán)境保護部于2018年1月印發(fā)的《機場建設項目環(huán)境影響評價文件審批原則(試行)》(環(huán)辦環(huán)評〔2018〕2號)中提出“針對年旅客吞吐量(近期或遠期)超千萬人次機場，在機場和主要聲環(huán)境敏感區(qū)設置噪聲實時監(jiān)測系統(tǒng)”的要求?？梢?，有必要將噪聲實時監(jiān)測系統(tǒng)納入機場建設與投資范圍內(nèi)，該系統(tǒng)是機場環(huán)?？⒐を炇罩胁豢苫蛉钡囊?。

2.3 系統(tǒng)應用關鍵技術及應用局限性分析

2.3.1 系統(tǒng)功能實現(xiàn)與關鍵技術

通過國內(nèi)外大型機場已建機場噪聲監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測方法、系統(tǒng)構成、監(jiān)測點布置等應用狀況對照分析[2,7,9-10,12]，探討系統(tǒng)功能實現(xiàn)和技術應用關鍵環(huán)節(jié)。國內(nèi)外機場噪聲監(jiān)測系統(tǒng)構成及主要參數(shù)見表1。

由表1可見，國際上已有相當數(shù)量的機場噪聲自動監(jiān)控系統(tǒng)，其監(jiān)測方法與技術裝備成熟多樣，單個機場配置的監(jiān)測終端數(shù)量較多，也有如澳洲大陸機場的多機場聯(lián)合監(jiān)控系統(tǒng)。監(jiān)測系統(tǒng)往往位于人口稠密的特大城市或國際大都市，具有實時監(jiān)控飛機飛行和噪聲水平、評估噪聲影響、反饋公眾投訴及生成報告等多重功能，為城市與環(huán)境可持續(xù)發(fā)展發(fā)揮著重要作用。

表1 國內(nèi)外機場噪聲監(jiān)測系統(tǒng)構成及主要參數(shù)對照

2.3.2 技術應用局限性分析

(1)監(jiān)測方法與標準體系待完善。對于國內(nèi)已建立噪聲監(jiān)測系統(tǒng)的機場，建立時間基本在近5～10年內(nèi)，運行數(shù)據(jù)和實踐經(jīng)驗較為有限，在機場噪聲監(jiān)測系統(tǒng)建設及運維管理方面尚缺乏成熟完善的標準規(guī)范體系。目前，我國已從飛機噪聲環(huán)境標準、機場環(huán)境影響評價等不同維度執(zhí)行相關國內(nèi)標準，同時也有相應的國際標準可參照執(zhí)行。機場噪聲監(jiān)測方法通常與監(jiān)測系統(tǒng)構成單元相匹配，通過噪聲監(jiān)測終端實時監(jiān)測機場噪聲、氣象數(shù)據(jù)等，與接收到的外部數(shù)據(jù)如空管數(shù)據(jù)、雷達航跡等信息匹配后，判斷區(qū)分噪聲源是機場噪聲或是背景噪聲。我國現(xiàn)行機場噪聲監(jiān)測方法及標準要求對照分析見表2。

表2 我國現(xiàn)行機場噪聲監(jiān)測方法及標準要求對照

續(xù)表

(2)終端選址及空間布置局限性。根據(jù)現(xiàn)行標準的監(jiān)測布點原則及經(jīng)驗判斷，大型機場設置監(jiān)測點數(shù)量一般不少于20個，但實際應用中為了獲得更加精準的噪聲等值線圖、影響范圍和程度等數(shù)據(jù)，需在不同跑道方向、不同聲級區(qū)域及重點環(huán)境保護對象附近布置更多數(shù)量的監(jiān)測點位，這對終端選址合理性及空間布局約束條件的解決方案提出了更高要求。國外應用案例在此方面的技術方法和實踐經(jīng)驗較為成熟，部分機場實際監(jiān)測點位可高達30～50個。如美國芝加哥奧黑爾國際機場；部分城市和地區(qū)通過搭建多機場聯(lián)合監(jiān)測系統(tǒng)，如澳大利亞機場噪聲及航跡監(jiān)控系統(tǒng)(NFPMS)，可以監(jiān)控整個澳洲大陸機場的航空器飛行及其噪聲影響，具有更大范圍、更加機動的信息共享及管控能力。

(3)機場數(shù)據(jù)共享存在制約因素。機場噪聲監(jiān)測系統(tǒng)構成可分為數(shù)據(jù)輸入系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡以及中央服務器和后臺處理系統(tǒng)3部分。其中，數(shù)據(jù)輸入系統(tǒng)主要包括噪聲監(jiān)測數(shù)據(jù)采集終端、氣象單元、空管和雷達外部數(shù)據(jù)，由于空管信息和雷達數(shù)據(jù)等受到各方制約因素會造成一定的滯后或缺失。因此，建議在系統(tǒng)設計中要求供應商支持“ATC雷達+ADS-B”雙數(shù)據(jù)支持系統(tǒng)；數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡可通過通信模塊將終端噪聲、氣象數(shù)據(jù)等傳輸至服務器保存，通信模塊可利用機場有線和無線專網(wǎng)，采用4G/5G、以太網(wǎng)、WiFi及空間定位等方式，穩(wěn)定高效地實現(xiàn)終端設備和機場信息的交互共享；中央服務器和后臺處理系統(tǒng)主要功能包括中央服務器、辦公室分析終端、生成報告、成果展示及數(shù)據(jù)輸出設備等。目前國內(nèi)機場噪聲信息公開范圍較窄，數(shù)據(jù)應用開發(fā)程度較為有限，相關數(shù)據(jù)共享與應用能力方面總體上仍處于起步階段。

3 前景展望

(1)建立健全法規(guī)標準體系。國內(nèi)在機場噪聲環(huán)境標準、機場環(huán)境影響評價等方面已具備相應國家標準并遵照執(zhí)行，但在機場噪聲自動監(jiān)測系統(tǒng)建設及運維管理方面缺少一套完善的法規(guī)標準體系。隨著機場噪聲監(jiān)測技術應用成熟度、合理化和規(guī)范化程度的不斷提高，在機場噪聲標準限值、監(jiān)測布點方法、系統(tǒng)生成報表、自動監(jiān)測系統(tǒng)安裝和運維要求等相關法規(guī)標準的立項、制定及修訂方面亟需加強。同時，受機場噪聲影響的包含社會公眾在內(nèi)的利益相關方的積極廣泛參與，包括向社會征集標準立項提案、向相關高校和科研院所征求意見以及機場附近噪聲敏感區(qū)的公眾參與等，對于機場噪聲防治相關立法及標準體系完善至關重要。

(2)系統(tǒng)研發(fā)領域迭代創(chuàng)新。國產(chǎn)機場噪聲監(jiān)測系統(tǒng)設備與進口成套裝備在核心技術、產(chǎn)品種類和價格等方面均存在較大差距，預測模型自主研發(fā)有待加強，但從長遠戰(zhàn)略角度展望，國產(chǎn)設備步入系統(tǒng)應用領域是必然趨勢。目前，國內(nèi)僅有少數(shù)大型樞紐機場配套建設了機場噪聲自動監(jiān)控系統(tǒng)，關于如何高效、自動地監(jiān)測機場噪聲的研究尚處于起步階段[19]。隨著城市化發(fā)展和公眾對生活更高品質(zhì)的需求，中小型機場的噪聲污染問題逐年顯現(xiàn)，未來5～10年或?qū)⒂瓉碇行⌒蜋C場噪聲監(jiān)控系統(tǒng)研發(fā)與應用的快速發(fā)展期，機場噪聲自動監(jiān)測系統(tǒng)也將作為綠色機場的重要組成部分，逐漸成為國內(nèi)大型機場及新建機場在環(huán)境可持續(xù)發(fā)展領域的標準配置。為順應智慧機場、綠色機場、可持續(xù)機場新發(fā)展理念，在機場環(huán)境監(jiān)管中持續(xù)推進系統(tǒng)優(yōu)化升級也是一項重要任務，這對監(jiān)測數(shù)據(jù)準確性和校準功能、監(jiān)測點位持續(xù)優(yōu)化、環(huán)境信息動態(tài)更新、投訴反饋機制等方面均提出更高要求，相關監(jiān)測指標及監(jiān)測方法也將隨著標準修訂及環(huán)境管理要求作出優(yōu)化調(diào)整。

(3)形成社群交互聯(lián)動機制。針對飛機噪聲事件的民眾投訴及時反饋，分析投訴位置與飛機距離及相關信息，形成區(qū)域超標預警反饋能力，與相關機構和部門協(xié)同聯(lián)動，為提前采取主動降噪措施提供決策支撐[14]。由于氣象因素造成航班滯留需加密航班起降或起飛航線違規(guī)造成的飛機噪聲等值線偏移等情況時有發(fā)生，針對此類特殊情況可能帶來的飛機噪聲影響對應的預警功能也是交互聯(lián)動的重要組成部分。作為公開平臺展示更多的機場噪聲相關資訊將成為必然趨勢，公布內(nèi)容包括但不限于：運行航班軌跡實時顯示、飛行航跡回放、空中走廊和違規(guī)飛行信息可視化、航跡噪聲互動演示、投訴熱點軌跡分析、飛機噪聲監(jiān)測數(shù)據(jù)關聯(lián)及回顧分析等。