噪聲自動監(jiān)測系統(tǒng)相關(guān)問題研究

文 | 安徽省蚌埠市環(huán)境監(jiān)測站 余 洋

噪聲自動監(jiān)測系統(tǒng)相關(guān)問題研究

文 | 安徽省蚌埠市環(huán)境監(jiān)測站 余 洋

總結(jié)了環(huán)境噪聲人工監(jiān)測方法的缺陷，然后從城市環(huán)境噪聲數(shù)據(jù)的性質(zhì)、噪聲自動監(jiān)測系統(tǒng)的物理構(gòu)成、噪聲監(jiān)測子站的布設(shè)、噪聲自動監(jiān)測有效時間的確定這幾個方面對噪聲自動監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行了相關(guān)問題的論述。

環(huán)境噪聲；噪聲自動監(jiān)測；噪聲測點(diǎn)布設(shè)

1.言

隨著我國城市化進(jìn)程的加快，城市噪聲污染日益嚴(yán)重。目前，我國大部分城市還是采用傳統(tǒng)人工監(jiān)測的方法進(jìn)行環(huán)境噪聲監(jiān)測。但傳統(tǒng)人工監(jiān)測本身有一些難以克服的缺點(diǎn)，這包括：① 為使人的工作量減輕，采用短時間測量來說明較長一段時間內(nèi)環(huán)境噪聲情況，即試圖通過抽取子樣來對總體特征進(jìn)行推斷，但因缺乏嚴(yán)密的進(jìn)一步理論分析而導(dǎo)致誤差較大。② 人工監(jiān)測時，會由于人對監(jiān)測工作的過多參與而導(dǎo)致監(jiān)測數(shù)據(jù)的質(zhì)控工作可能會受到一些本可以避免因素的干擾。③ 近來頒布的標(biāo)準(zhǔn)GB3096—2008中提出夜間突發(fā)噪聲最大值超過環(huán)境噪聲限值的幅度不得高于15db(A)，而人工監(jiān)測在這方面的缺陷顯而易見。④ 人工監(jiān)測得到的數(shù)據(jù)是散亂的，使用它們時需要進(jìn)行額外的人工整理和分析。而上述這些問題，都可以通過實(shí)行自動監(jiān)測得到圓滿地解決。

目前我國還沒有制定一套完整的噪聲自動監(jiān)測技術(shù)規(guī)范體系，在噪聲自動監(jiān)測的軟硬件方面都還處于研究階段。噪聲自動監(jiān)測系統(tǒng)是由幾個部分有機(jī)組合在一起來自動完成噪聲數(shù)據(jù)的全過程處理。這個系統(tǒng)可從邏輯和物理兩方面來劃分：從邏輯上可劃分為功能區(qū)環(huán)境噪聲、道路交通噪聲、軌道交通和機(jī)場飛機(jī)噪聲自動監(jiān)測系統(tǒng)以及噪聲數(shù)據(jù)庫等五個部分組成；物理上有多種劃分方法，總的來說可以劃分為數(shù)據(jù)采集功能塊、數(shù)據(jù)傳輸功能塊和數(shù)據(jù)處理功能塊?？v覽我國目前關(guān)于噪聲自動監(jiān)測的研究成果后發(fā)現(xiàn)，大家的研究點(diǎn)一般集中在以下這幾個方面：① 城市環(huán)境噪聲數(shù)據(jù)的性質(zhì)；② 噪聲自動監(jiān)測系統(tǒng)的物理構(gòu)成；③ 噪聲監(jiān)測子站的布設(shè)；④ 噪聲自動監(jiān)測有效時間的確定。下面將針對以上內(nèi)容進(jìn)行展開。

2.市環(huán)境噪聲數(shù)據(jù)的性質(zhì)

對城市環(huán)境噪聲性質(zhì)的研究是一項基礎(chǔ)性的研究，它對我們弄清城市里噪聲污染的特點(diǎn)以及噪聲自動監(jiān)測點(diǎn)的選取都有很大的幫助。關(guān)于城市環(huán)境噪聲數(shù)據(jù)的性質(zhì)，目前的研究方向有：噪聲變化度和與天氣的相關(guān)性。噪聲變化度，這是指在一段時間內(nèi)某一地點(diǎn)或區(qū)域噪聲級上下變化的程度。這個變化程度可以分為短期變化度(比如晝夜變化度)和長期變化度（比如季度變化度）。各類噪聲功能區(qū)的晝夜噪聲變化穩(wěn)定性從高到低依次為4類區(qū)、1類區(qū)、2類區(qū)、3類區(qū)，其中2類區(qū)和4類區(qū)噪聲晝夜變化具有較好的規(guī)律性，而3類區(qū)沒有規(guī)律性。在研究了全國8個有代表性的城市的功能區(qū)噪聲歷史數(shù)據(jù)后,發(fā)現(xiàn)各功能區(qū)晝夜噪聲變化穩(wěn)定性與人們出行狀況相關(guān)，并且1類區(qū)和2類區(qū)3季度環(huán)境噪聲均值較高而1季度較低，4類區(qū)則相反，這也就是說噪聲長期變化度是有規(guī)律的。

所謂與天氣的相關(guān)性，即被測量噪聲數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、代表性與測量期間的天氣情況緊密相關(guān)。當(dāng)風(fēng)速為4 m/s時可產(chǎn)生大小為40 dB(A)的風(fēng)噪聲，5m/s時為42 dB(A)，19m/s時為70 dB(A)。這分別達(dá)到（超過）了0類區(qū)、4類區(qū)的夜間標(biāo)準(zhǔn)值。另外，聲源到傳聲器如果是順風(fēng)，則接收點(diǎn)處的噪聲值因此可能達(dá)到最大值，反之亦然，所以從長期來看，沿聲傳遍路線上氣象條件的變化會導(dǎo)致噪聲源和接收點(diǎn)之間的噪聲衰減是不穩(wěn)定的，從而可能影響所得數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

3.聲自動監(jiān)測系統(tǒng)的物理構(gòu)成

目前在發(fā)達(dá)國家已有成熟的噪聲自動監(jiān)測系統(tǒng)，并已廣泛投入使用。但由于我國噪聲標(biāo)準(zhǔn)與外國的差異以及經(jīng)濟(jì)條件的限制，不能照搬國外產(chǎn)品，而是需要在國外產(chǎn)品的基礎(chǔ)上研制開發(fā)出自己的產(chǎn)品。這就需要首先確定符合我國噪聲自動監(jiān)測系統(tǒng)自身特點(diǎn)的物理構(gòu)成。系統(tǒng)應(yīng)由傳聲器、前置放大器、輸入放大器、防風(fēng)(雨、蟲、鳥)罩以及自動校準(zhǔn)器組成的戶外單元，由有線電話或移動通訊網(wǎng)或計算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)組成的數(shù)據(jù)傳輸單元，由計算機(jī)系統(tǒng)和質(zhì)量保證人員組成的中央控制單元組成。系統(tǒng)也可由噪聲數(shù)據(jù)采樣裝置、數(shù)據(jù)預(yù)處理計算機(jī)、無線通訊傳輸模塊組成的前端智能儀表，由數(shù)據(jù)通訊計算機(jī)、數(shù)據(jù)管理計算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備組成的數(shù)據(jù)管理中心，以及由數(shù)據(jù)處理計算機(jī)、監(jiān)視器、打印機(jī)、數(shù)據(jù)庫軟件、地理信息系統(tǒng)軟件、統(tǒng)計分析軟件等組成的數(shù)據(jù)處理中心組成。為了降低系統(tǒng)成本，也可利用普通計算機(jī)的聲卡采集噪聲數(shù)據(jù)，再編寫應(yīng)用軟件對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析來達(dá)到使用專業(yè)聲級計測量噪聲的效果。對于系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸方式，可使用GPRS技術(shù)來無線傳輸數(shù)據(jù)的具體方法。GPRS技術(shù)具有成本低、擴(kuò)展性高和安裝方便等數(shù)傳電臺、GSM短消息及光纖接入等傳輸方式不可比擬的優(yōu)點(diǎn)。在系統(tǒng)的計算機(jī)軟件方面，可在GIS平臺上編寫噪聲環(huán)境管理系統(tǒng)。

4.聲監(jiān)測子站的布設(shè)

噪聲自動監(jiān)測點(diǎn)的主要任務(wù)一是能反映各類聲環(huán)境功能區(qū)的聲學(xué)狀況，二是通過監(jiān)控交通、機(jī)場等噪聲源來反映城市主要噪聲源特征。在布點(diǎn)時總的原則有如下：① 考慮測點(diǎn)位置的空間代表性、分散性和抗干擾性，盡量分散測點(diǎn)，即要考慮測點(diǎn)的功能區(qū)的區(qū)域代表性,又要考慮功能區(qū)內(nèi)部聲環(huán)境特征的代表性，并使測點(diǎn)盡可能布設(shè)在人口稠密區(qū)。② 測點(diǎn)位置的確定要和城建、交通、市政等部門共同研究決定，在宏觀規(guī)劃上有機(jī)結(jié)合。③ 戶外傳聲器距離任一反射面的距離大于3. 5 m，周圍不應(yīng)有明顯固定噪聲源，沒有強(qiáng)電磁場干擾，室外裝置應(yīng)考慮避雷問題。④ 盡可能利用現(xiàn)有水氣自動監(jiān)測點(diǎn)資源，監(jiān)測結(jié)果兼容現(xiàn)有環(huán)境自動監(jiān)測系統(tǒng)。

交通噪聲自動監(jiān)測點(diǎn)的布點(diǎn)辦法可以是先對道路分類，再利用歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化計算得出能有效反映所求區(qū)域內(nèi)交通噪聲情況的最少測點(diǎn)數(shù)量，最后依照上述的布點(diǎn)原則進(jìn)行布點(diǎn)。但此方法的優(yōu)化計算方法的選取存在一定的困難，并且不能全面掌握某一路段的噪聲狀況，對城市道路情況和機(jī)動車流量的快速變化難以適應(yīng)。交通噪聲自動監(jiān)測站可以使用固定式、半固定式與流動式3種布點(diǎn)形式，并以半固定式為主，流動式為輔，在少數(shù)典型道路上建設(shè)固定式自動監(jiān)測站。半固定式是在條件允許的情況下建設(shè)多個固定站點(diǎn)基礎(chǔ)設(shè)施(土建部分),以少量便攜式聲級計輪流在各站點(diǎn)進(jìn)行自動監(jiān)測。流動式站點(diǎn)可以設(shè)置在汽車上來作為固定式和半固定式的補(bǔ)充和替代。

功能區(qū)噪聲測點(diǎn)的布點(diǎn)方法可先由歷史數(shù)據(jù)計算出各功能區(qū)噪聲歷史平均值，然后從各功能區(qū)中選取與該值最接近的幾個點(diǎn)為備選，最后根據(jù)上述的布點(diǎn)原則選定。每類功能區(qū)至少要有一個測點(diǎn)，而4類區(qū)測點(diǎn)應(yīng)按總點(diǎn)位數(shù)與原總點(diǎn)位數(shù)的擴(kuò)大比例增加，其它區(qū)的應(yīng)按各區(qū)面積比例分配，最后再結(jié)合人口、地區(qū)發(fā)展?fàn)顩r和地理特征等因素綜合確定測點(diǎn)位置。

在子站實(shí)際布設(shè)過程中，會出現(xiàn)一些和周圍環(huán)境有關(guān)的問題，而這些問題的解決對所得數(shù)據(jù)的有效性是至關(guān)重要的。首先是傳聲器安裝高度問題，綜合目前國內(nèi)的研究結(jié)果，大家一致認(rèn)為4m是最合適的高度。其次是天氣問題，經(jīng)研究后發(fā)現(xiàn)，全國大部分城市年平均風(fēng)速在1～4 m/s之間，即在一般情況下我國大部分城市可以滿足噪聲自動監(jiān)測對平均風(fēng)速的要求，但數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、有效性與瞬時風(fēng)速密切相關(guān)，因此應(yīng)同步進(jìn)行風(fēng)速測量，以對噪聲監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行有效取舍，用來降低風(fēng)對測量結(jié)果的影響，建議0類與1類區(qū)的自動監(jiān)測站點(diǎn)應(yīng)安裝風(fēng)速監(jiān)測儀，且聲級-風(fēng)速最小統(tǒng)計時間為不大于1min。

5.聲自動監(jiān)測有效時間的確定

在進(jìn)行噪聲自動監(jiān)測時，我們沒必要測量全時段的數(shù)據(jù)來反映環(huán)境噪聲狀況。其原因是，第一，由于上述所說的風(fēng)速、雨雪等天氣因素能使所得噪聲數(shù)據(jù)失真，所以在風(fēng)速大于5m/s或有雨雪時測量數(shù)據(jù)無效；第二，我們可以用部分時間段的數(shù)據(jù)應(yīng)用統(tǒng)計原理來推斷全時段的數(shù)據(jù)，即可以部分時間段的數(shù)據(jù)來反映全時間段的聲環(huán)境狀況。為了能正確反映各功能區(qū)全天聲環(huán)境狀況，噪聲自動監(jiān)測時間至少連續(xù)l8個小時以上。對我國道路交通噪聲最少監(jiān)測時間問題進(jìn)行研究后發(fā)現(xiàn)了一些正確反映某些時間段內(nèi)道路聲環(huán)境狀況的最少監(jiān)測時間：反映一小時聲環(huán)境狀況時最少監(jiān)測時間為30分鐘；反映晝夜聲環(huán)境狀況時，晝間最少連續(xù)監(jiān)測6小時，夜間要全時段監(jiān)測；反映季度聲環(huán)境狀況時，最少監(jiān)測時間為任意連續(xù)7天或隨機(jī)7天；反映年聲環(huán)境狀況時，為最少任意連續(xù)30天或隨機(jī)28天。

6.境噪聲自動監(jiān)測系統(tǒng)案例

某市環(huán)境噪聲自動監(jiān)測系統(tǒng)于2010年3月投入使用，整個監(jiān)測系統(tǒng)包括：1個系統(tǒng)控制中心、17個BK3639E型噪聲監(jiān)測終端、數(shù)據(jù)采集儀、連接各部分的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)以及其他一些輔助監(jiān)測設(shè)備。噪聲監(jiān)測子站的布設(shè)方案為：噪聲功能區(qū)例行監(jiān)測點(diǎn)9個，交通噪聲監(jiān)測點(diǎn)7個，移動監(jiān)測點(diǎn)1個。所有子站可分為甲、乙兩類，甲類的通信網(wǎng)絡(luò)采用ADSL技術(shù)，其配置包括BK3639E型噪聲監(jiān)測端口、數(shù)據(jù)采集儀、車流量計數(shù)器和氣象儀；乙類的通信網(wǎng)絡(luò)采用GPRS技術(shù)，其配置包括BK3639E型噪聲監(jiān)測端口和數(shù)據(jù)采集儀。系統(tǒng)控制中心的硬件部分包括網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器及圖形工作站，使用的軟件包括B&K 7843噪聲管理軟件、B&K 7812-ALIMA環(huán)境噪聲預(yù)測軟件以及地理信息系統(tǒng)軟件。整個監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖見圖1：

此系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)包括：① 各子站全天24小時的Leq、LN、Lmin、Lmax、SD、1/3倍頻程；② 可選用的頻率計權(quán)有A計權(quán)、C計權(quán)和線性，快慢檔可選，最小采樣間隔0.5秒；③ 可自定義各子站處的噪聲事件錄音；④ 設(shè)置在交通干線旁的子站自動記錄車流量；⑤ 自動監(jiān)測與噪聲數(shù)據(jù)相應(yīng)的氣象條件。

7.望

隨著國家對噪聲污染的日益重視，噪聲自動監(jiān)測定會和先前的水氣自動監(jiān)測一樣得到國家財政支持，從而廣泛用于全國各城市。目前我國噪聲自動監(jiān)測事業(yè)面臨的首要任務(wù)是頒布噪聲自動監(jiān)測相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，確定布點(diǎn)原則、數(shù)據(jù)傳輸格式、配套計算機(jī)應(yīng)用軟件的標(biāo)準(zhǔn)化、質(zhì)量控制等一系列工作的技術(shù)規(guī)范。

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Study of Correlative Problems of Noise Automatic Monitoring System

This paper summarized some defects of manual monitoring of environmental noise, and then discussed some correlative problems of noise automatic monitoring system in several aspects including features of urban environmental noise data, physical structure of noise automatic monitoring system, setting monitoring substations situation of noise monitoring, confirmation of the r.m.s time of noise automatic monitoring.

environmental noise；noise automatic monitoring；setting noise monitoring situation

余洋(1978-)，男，安徽蚌埠人，工程師。