胡亦晨

上海市環(huán)境監(jiān)測技術裝備有限公司 上海 201108

目前，城市噪聲污染問題日益凸顯，給居民健康帶來了嚴重影響。城市噪聲污染監(jiān)測與評價是解決城市噪聲污染問題的關鍵步驟之一，而其準確度和有效性對于城市噪聲治理的成效具有至關重要的作用。目前，國內外在城市噪聲監(jiān)測與評價方面的研究取得了一定的進展，但仍存在一些問題，例如監(jiān)測方法不夠全面、評價方法不夠準確、監(jiān)測與評價系統(tǒng)建設缺乏統(tǒng)一標準等。因此，開展城市噪聲污染監(jiān)測與評價方法的研究，具有重要的理論意義和實踐價值。本文將系統(tǒng)地探討城市噪聲污染的監(jiān)測與評價方法，旨在為城市噪聲污染治理提供科學的決策依據和技術支撐。

1 城市噪聲污染的概述

1.1 城市噪聲的來源

城市噪聲的來源是多種多樣的，包括交通噪聲、工業(yè)噪聲、建筑施工噪聲、社會噪聲和環(huán)境噪聲等。交通噪聲是城市噪聲污染的主要來源之一，來自于各種交通工具的行駛和交通設施的運行。工業(yè)噪聲則來自于各種工業(yè)設施的運行，包括機械設備、生產線和廠房等。建筑施工噪聲是由建筑施工過程中的機械設備、工具和車輛等引起的。社會噪聲則是由人類活動產生的噪聲，如音樂、人聲、廣播等。環(huán)境噪聲則來自于自然環(huán)境中的各種聲音，如風聲、水聲等。不同來源的城市噪聲具有不同的特點，頻率、強度、時域和空域分布等各不相同[1]。因此，對城市噪聲污染進行有效的監(jiān)測和評價需要針對不同來源的噪聲進行詳細分析，以制定針對性的控制措施。

1.2 城市噪聲對人類健康的影響

城市噪聲污染是當代城市環(huán)境中的一大公共衛(wèi)生問題。長期暴露于高噪聲環(huán)境中會給人類健康帶來嚴重影響。首先，高噪聲水平會對人的聽力系統(tǒng)造成損害，例如聽力損失和耳鳴等。其次，城市噪聲也會引起心理壓力和情緒失調，進而導致失眠、焦慮、抑郁等心理問題。此外，高噪聲環(huán)境還會對人的心血管系統(tǒng)、內分泌系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)等產生不良影響，從而增加心臟病、高血壓、糖尿病等疾病的發(fā)病率。特別是在兒童和老年人中，這種影響更為明顯。因此，城市噪聲污染對人類健康造成的影響不容忽視。

1.3 城市噪聲污染的監(jiān)測與評價方法概述

城市噪聲污染的監(jiān)測需要對噪聲進行實時或定期的測量，以確定污染源、污染程度和污染特征等信息，為城市環(huán)境管理提供科學依據。城市噪聲污染的評價需要對測量結果進行分析和綜合，評估噪聲對人體健康和環(huán)境影響的程度，為決策提供科學依據。城市噪聲污染的監(jiān)測方法主要包括基于測量設備、基于模型和基于人工智能的監(jiān)測方法?；跍y量設備的方法是利用專門的噪聲測量設備進行實時或定期的測量，包括固定監(jiān)測點和移動監(jiān)測點。基于模型的方法則是通過建立噪聲傳播模型，預測噪聲污染分布和影響范圍[2]?；谌斯ぶ悄艿姆椒ㄊ菍C器學習、深度學習等算法應用于城市噪聲監(jiān)測，提高監(jiān)測效率和準確度。城市噪聲污染的評價方法主要包括靜態(tài)評價、動態(tài)評價和基于GIS的評價方法。靜態(tài)評價方法是根據噪聲測量數據或模擬結果進行定量或定性的評價，主要包括單點評價、等效級評價和統(tǒng)計分析評價等。動態(tài)評價方法是根據噪聲時變特征進行評價，主要包括時間特征評價、頻譜特征評價和統(tǒng)計特征評價等?；贕IS的評價方法是將噪聲測量數據與地理信息系統(tǒng)相結合，分析噪聲分布規(guī)律和空間特征。

2 城市噪聲監(jiān)測方法

2.1 基于測量設備的監(jiān)測方法

基于測量設備的城市噪聲監(jiān)測方法，通過設備的安裝、運行和數據采集，可以直接獲得城市噪聲的實時監(jiān)測數據，常見的測量設備包括噪聲計、聲級計和噪聲傳感器等。噪聲計和聲級計是兩種廣泛應用的測量設備，噪聲計一般采用頻率加權法，按照國際標準ISO1996-2進行測量，能夠準確測量不同頻率范圍內的聲音強度，具有廣泛的應用領域。聲級計則是一種更加精確的測量設備，它能夠測量聲音的聲壓級和頻率響應等參數，適用于噪聲污染源的實時監(jiān)測和頻譜分析等方面。此外，噪聲傳感器是一種基于MEMS技術的新型噪聲測量設備。它具有體積小、功耗低、精度高等優(yōu)點，能夠實時采集噪聲數據，并通過與云端通訊實現(xiàn)數據的集中管理與分析，可廣泛應用于城市噪聲污染監(jiān)測領域。在基于測量設備的監(jiān)測方法中，需要注意設備的準確性和可靠性。設備的準確性可以通過定期校準和檢測來保證，而設備的可靠性則需要在設備的選型、安裝和維護方面做好相應工作，確保設備能夠穩(wěn)定運行并采集到準確的數據。

2.2 基于模型的監(jiān)測方法

基于模型的城市噪聲污染監(jiān)測方法，對城市噪聲污染的來源、傳播和接受規(guī)律的理論分析，建立相應的數學模型，用于預測噪聲污染水平。基本思路是通過建立噪聲傳播數學模型，分析噪聲源和受體之間的空間關系，計算預測不同區(qū)域的噪聲水平，并與實測值進行比較，進而評估噪聲污染狀況。這種方法具有成本低、實時性好等優(yōu)點，適用于對城市噪聲污染的大范圍監(jiān)測。在建立噪聲傳播模型時，需要考慮多種因素的影響，如地形、建筑物、道路交通等。因此，建模的過程需要較為全面的噪聲污染源數據和準確的環(huán)境參數，如建筑高度、路面類型、交通流量等。基于模型的監(jiān)測方法需要準確建立噪聲源和受體的數學模型，并采用數值模擬方法進行計算，需要具備較高的數學模型和計算機模擬技術。不同的數學模型有其適用的場景和局限性，如Gaussian模型適用于平原區(qū)域的噪聲傳播，但對山區(qū)等地形復雜的區(qū)域效果不佳。因此，需要根據實際情況選擇合適的模型，并結合實測數據進行不斷調整和完善。

2.3 基于人工智能的監(jiān)測方法

基于人工智能的城市噪聲監(jiān)測方法，可以通過模式識別和預測來實現(xiàn)對噪聲污染的準確監(jiān)測?；谌斯ど窠浘W絡的監(jiān)測方法中，人工神經網絡會學習噪聲監(jiān)測設備采集的數據，并根據其特征對噪聲污染進行分類和預測。該方法具有監(jiān)測精度高、實時性強等優(yōu)點，但需要大量數據進行訓練，且網絡結構的設計和參數的設置對監(jiān)測結果有著很大的影響。另一種基于人工智能的城市噪聲監(jiān)測方法，通過學習一些已知的噪聲樣本，能夠構建一個分類器，從而將噪聲信號進行分類?；谥С窒蛄繖C的監(jiān)測方法能夠對非線性噪聲信號進行分類，具有較好的泛化能力和分類精度。然而，該方法對噪聲特征的選擇和分類器的設計有一定的要求。此外，基于深度學習的城市噪聲監(jiān)測方法也成為了研究熱點，該方法利用深度神經網絡進行特征提取和分類，能夠更好地學習數據的高階特征，從而提高監(jiān)測精度和可靠性[3]。但是，該方法需要大量的數據和計算資源，且對網絡的結構和參數的調節(jié)有一定的技術難度。

3 城市噪聲評價方法

3.1 靜態(tài)評價方法

靜態(tài)評價方法是常見的城市噪聲污染評價方法之一，其基本思路是通過對城市噪聲環(huán)境的分析，利用適當的數學模型，對城市噪聲污染進行定量分析和評價。靜態(tài)評價方法通常分為兩種類型，即基于標準的評價方法和基于專家經驗的評價方法?；跇藴实脑u價方法是將噪聲監(jiān)測數據與國家或地方政府的相關標準進行比對，以判斷城市噪聲污染的等級和嚴重程度。而基于專家經驗的評價方法則是利用專家對城市噪聲環(huán)境的認知和經驗，綜合考慮噪聲源、環(huán)境特征、噪聲對人體健康的影響等因素，對城市噪聲污染進行評價。

在基于標準的評價方法中，常用的評價指標包括噪聲級別、聲音頻率分布、持續(xù)時間等。這些指標可以通過現(xiàn)場噪聲監(jiān)測儀器進行實時監(jiān)測和分析。在基于專家經驗的評價方法中，專家的經驗和知識通常通過定量分析方法進行歸納總結，建立專家咨詢系統(tǒng)，以協(xié)助決策者進行城市噪聲污染評價。無論是基于標準的評價方法還是基于專家經驗的評價方法，都有其優(yōu)點和不足?；跇藴实脑u價方法相對簡單易行，且評價結果具有客觀性和可比性；而基于專家經驗的評價方法則能綜合考慮各種因素，具有較高的可靠性和準確性。但由于城市噪聲環(huán)境的復雜性和變化性，單一的評價方法難以全面評價城市噪聲污染，因此需要綜合采用多種評價方法，并結合實際情況進行調整和完善。

3.2 動態(tài)評價方法

城市噪聲污染的動態(tài)評價方法與靜態(tài)評價方法的區(qū)別在于，動態(tài)評價方法更加關注城市噪聲污染的時空變化情況，能夠更準確地反映噪聲污染對城市居民的影響。動態(tài)評價方法主要包括以下幾種：時頻分析、周期性分析和多元統(tǒng)計分析。其中，時頻分析是一種較為常用的方法，它通過將時域和頻域相結合來分析噪聲信號的時空特征，進而評估城市噪聲污染水平。時頻分析可將噪聲信號進行小波分解，從而提取出信號的時頻特征，進而分析噪聲污染的時空變化規(guī)律。另一種動態(tài)評價方法是周期性分析。它主要基于噪聲信號的周期性變化，通過對信號的周期性進行分析來評估噪聲污染的程度。周期性分析方法通常包括周期檢測、周期分析和周期識別三個步驟。多元統(tǒng)計分析是一種較為復雜的動態(tài)評價方法，它能夠綜合考慮多種因素對城市噪聲污染的影響[4]。它可以將噪聲信號與其他環(huán)境因素進行關聯(lián)分析，進而評估城市噪聲污染水平。

3.3 基于GIS的評價方法

基于GIS（地理信息系統(tǒng)）的城市噪聲污染評價方法，是一種基于空間數據的動態(tài)評價方法，基本思想是將城市噪聲監(jiān)測數據與地理信息數據相結合，通過空間分析技術將噪聲污染情況可視化，從而更好地了解噪聲污染的空間分布和變化趨勢。GIS技術可以實現(xiàn)噪聲污染的空間數據分析、噪聲源分布分析、噪聲污染的空間可視化等。具體來說，基于GIS的城市噪聲污染評價方法包括以下步驟：首先，收集城市噪聲監(jiān)測數據和相關的地理信息數據，如建筑物分布、交通流量等。然后，利用GIS軟件對這些數據進行處理和分析。這包括數據的空間插值、分類、統(tǒng)計分析等操作。接下來，利用GIS技術將處理后的數據可視化，生成噪聲污染的熱力圖、等值線圖等，直觀地顯示噪聲污染的空間分布。最后，通過對可視化結果的分析，得出噪聲污染的程度、分布、變化趨勢等評價結果。

4 城市噪聲污染監(jiān)測與評價系統(tǒng)

4.1 監(jiān)測與評價系統(tǒng)的概述

城市噪聲污染監(jiān)測與評價系統(tǒng)是一種基于計算機技術和傳感器技術的綜合系統(tǒng)，其主要功能是對城市噪聲污染的程度進行實時監(jiān)測，并根據監(jiān)測結果對城市噪聲污染的程度進行評價。該系統(tǒng)包含了監(jiān)測設備、數據處理模塊、評價模塊等多個部分，能夠實現(xiàn)對城市噪聲污染的實時、準確、可靠的監(jiān)測和評價。

4.2 監(jiān)測與評價系統(tǒng)的架構設計

城市噪聲污染監(jiān)測與評價系統(tǒng)的整體架構設計如圖1所示。系統(tǒng)由傳感器、信號調理模塊、數據采集模塊、數據處理模塊和評價模塊等多個部分組成。

圖1 城市噪聲污染監(jiān)測與評價系統(tǒng)架構

傳感器用于實時監(jiān)測城市噪聲污染的數據，信號調理模塊則用于對傳感器采集到的原始數據進行處理和校準。數據采集模塊用于將處理后的數據傳輸至數據處理模塊，數據處理模塊則是對數據進行預處理、過濾、分析和統(tǒng)計，并對城市噪聲污染的程度進行評價。最后，評價模塊則將評價結果反饋至數據處理模塊，并將結果顯示在界面上，供用戶查看。

4.3 監(jiān)測與評價系統(tǒng)的實現(xiàn)技術

城市噪聲污染監(jiān)測與評價系統(tǒng)的實現(xiàn)技術主要包括傳感器技術、信號處理技術和數據處理技術。傳感器技術是城市噪聲污染監(jiān)測與評價系統(tǒng)的核心技術。傳感器可以實時監(jiān)測城市噪聲污染的數據，并將數據傳輸至數據處理模塊。根據傳感器的特性和功能，可以將傳感器分為聲學傳感器、振動傳感器和電子傳感器等多個類型。信號處理技術是對傳感器采集到的原始數據進行處理和校準，以提高數據的可靠性和準確性。在信號處理過程中，主要采用濾波、采樣、放大、校準等多種技術手段，以保證數據的準確性和穩(wěn)定性。數據處理技術是城市噪聲污染監(jiān)測與評價系統(tǒng)的關鍵技術之一。數據處理技術的主要任務是對采集到的數據進行預處理、過濾、分析和統(tǒng)計，并對城市噪聲污染的程度進行評價。數據處理技術主要包括數據處理算法、數據分析方法和模型建立等技術手段。在實現(xiàn)技術方面，城市噪聲污染監(jiān)測與評價系統(tǒng)還需要考慮數據傳輸和存儲等方面的問題。數據傳輸主要采用無線通信技術，可以實現(xiàn)傳輸距離遠、傳輸速率快、傳輸穩(wěn)定等優(yōu)點。而數據存儲方面，可以采用數據庫技術，以實現(xiàn)數據的快速存取和查詢。

5 結語

本文綜述了城市噪聲污染監(jiān)測與評價方法的研究現(xiàn)狀，從城市噪聲的來源、對人類健康的影響、監(jiān)測與評價方法的概述、監(jiān)測方法、評價方法以及監(jiān)測與評價系統(tǒng)等方面進行了詳細的闡述。此外，本文還介紹了監(jiān)測與評價系統(tǒng)的概述、架構設計和實現(xiàn)技術。然而，這些方法在實際應用中還存在一些問題和局限性，需要進一步完善和優(yōu)化。綜上所述，本文研究為城市噪聲污染的監(jiān)測與評價提供了理論基礎和應用指導，但在未來的研究中仍需要更多的努力和探索。