機(jī)場(chǎng)航空噪聲監(jiān)測(cè)終端選址方法和實(shí)踐

龔 輝，王巧燕

(上海船舶運(yùn)輸科學(xué)研究所，上海 200135)

改革開放以來(lái)，我國(guó)的民用航空迅猛發(fā)展，現(xiàn)有民用機(jī)場(chǎng)150多個(gè)，年航空運(yùn)輸總周轉(zhuǎn)量已躍居世界第二位。同時(shí)，由于很多機(jī)場(chǎng)緊鄰城市建成區(qū)，機(jī)場(chǎng)噪聲問(wèn)題日益突出，有研究表明，長(zhǎng)期暴露于飛機(jī)噪聲下，會(huì)導(dǎo)致居民情緒緊張，血壓升高的現(xiàn)象[1]。飛機(jī)噪聲引發(fā)的社會(huì)矛盾已成為航空業(yè)持續(xù)、綠色發(fā)展的制約因素。

與快速發(fā)展的航空業(yè)發(fā)展相比，我國(guó)的航空噪聲管理能力相對(duì)落后，很多相關(guān)研究還處于空白或剛剛起步。而在發(fā)達(dá)國(guó)家，機(jī)場(chǎng)航空噪聲管理的相關(guān)研究早在上世紀(jì)60年代已經(jīng)開展并于70年代逐步成熟[2]。80年代開始，許多發(fā)達(dá)國(guó)家的機(jī)場(chǎng)開始建立起機(jī)場(chǎng)噪聲監(jiān)控系統(tǒng)并應(yīng)用于機(jī)場(chǎng)噪聲管理中[3,4]。目前，世界上很多大型機(jī)場(chǎng)都建立了航空噪聲監(jiān)控系統(tǒng)，并制定了相應(yīng)的法律法規(guī)和管理體系，不斷推進(jìn)航空噪聲治理技術(shù)和管理水平的發(fā)展。航空噪聲監(jiān)控和管理系統(tǒng)的建設(shè)已經(jīng)成為有效管理航空噪聲的必備條件。

目前，除香港、臺(tái)灣地區(qū)以外，國(guó)內(nèi)僅北京首都機(jī)場(chǎng)建立了航空噪聲監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)由美國(guó)HMMH公司提供設(shè)計(jì)咨詢，由丹麥B＆K公司提供軟硬件設(shè)備和集成。在虹橋機(jī)場(chǎng)航空噪聲監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)之前，國(guó)內(nèi)尚沒(méi)有單位參與過(guò)此類系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和建設(shè)，因此缺乏相應(yīng)的經(jīng)驗(yàn)。

本文結(jié)合上海虹橋機(jī)場(chǎng)航空噪聲監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，監(jiān)測(cè)終端的選址工作，重點(diǎn)探討選址工作的方法及應(yīng)關(guān)注的重要因素，供國(guó)內(nèi)航空噪聲監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)和建設(shè)參考。

1 機(jī)場(chǎng)航空噪聲監(jiān)控系統(tǒng)

機(jī)場(chǎng)航空噪聲監(jiān)控系統(tǒng)是一個(gè)通過(guò)機(jī)場(chǎng)周圍航空噪聲連續(xù)監(jiān)測(cè)，結(jié)合空管雷達(dá)、航班信息、地理信息、氣象數(shù)據(jù)的接入，運(yùn)用機(jī)場(chǎng)噪聲監(jiān)控系統(tǒng)軟件，開展航空噪聲長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)分析、預(yù)測(cè)評(píng)估、投訴處理、噪聲治理決策、降噪程序執(zhí)行及效果評(píng)估等工作的信息化系統(tǒng)。

系統(tǒng)由噪聲監(jiān)測(cè)終端、通信網(wǎng)絡(luò)、中控室、外部數(shù)據(jù)接入、工作站以及相應(yīng)的軟件組成，如下圖1所示。

圖1 機(jī)場(chǎng)航空噪聲監(jiān)控系統(tǒng)示意圖Fig.1 Aircraft noise monitoring system

2 噪聲監(jiān)測(cè)終端選址的重要性

噪聲監(jiān)測(cè)終端作為航空噪聲監(jiān)控系統(tǒng)中的噪聲采集分析模塊，合理選址在航空噪聲監(jiān)測(cè)和管理系統(tǒng)的建設(shè)中至關(guān)重要。原因如下：

第一，監(jiān)測(cè)終端的合理選址是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能的前提。合理的監(jiān)測(cè)布點(diǎn)才能實(shí)現(xiàn)對(duì)航空噪聲影響的正確評(píng)估和有效監(jiān)控。而正確評(píng)估和有效監(jiān)控是實(shí)現(xiàn)航空噪聲治理決策、降噪程序執(zhí)行及效果評(píng)估、投訴處理、規(guī)劃相容性分析等航空噪聲管理的基礎(chǔ)；

第二，監(jiān)測(cè)終端的合理選址是監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)正確有效的重要保障。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的正確有效是系統(tǒng)建設(shè)的基本目標(biāo)，是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能的最重要的前提條件。監(jiān)測(cè)站點(diǎn)的背景噪聲、不確定因素、環(huán)境情況等都將對(duì)數(shù)據(jù)的正確有效產(chǎn)生重要影響。

因此，航空噪聲自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)測(cè)終端的選址是影響監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的正確有效性的重要因素，也可直接影響航空噪聲監(jiān)控系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)。

3 選址思路和方法

航空噪聲監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)測(cè)終端的選址可以分為兩個(gè)步驟：首先按照總體布置的方法選出站點(diǎn)設(shè)置區(qū)域，再按照具體選址的要求確定站點(diǎn)的具體位置。

3.1 監(jiān)測(cè)終端總體布置方法

監(jiān)測(cè)終端的總體布置方法歸納如下：以人為本，關(guān)注影響；以點(diǎn)代面，反饋整體；逐級(jí)布置，突出重點(diǎn)；現(xiàn)狀為主，兼顧規(guī)劃；固定為主、流動(dòng)補(bǔ)充。

(1)以人為本，關(guān)注影響。確定機(jī)場(chǎng)噪聲主要影響范圍和敏感區(qū)域，將監(jiān)測(cè)終端布置在主要影響范圍內(nèi)的敏感區(qū)域，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)敏感區(qū)域的噪聲監(jiān)控。根據(jù)GB9660-1988《機(jī)場(chǎng)周圍飛機(jī)噪聲環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定[5，6]，機(jī)場(chǎng)周邊受飛機(jī)噪聲影響范圍取計(jì)權(quán)等效連續(xù)感覺(jué)噪聲級(jí)LWECPN高于70 dB的區(qū)域。考慮到飛機(jī)噪聲對(duì)敏感區(qū)域的實(shí)際影響程度，必要時(shí)將范圍擴(kuò)大至LWECPN高于65 dB的區(qū)域。根據(jù)近期和中期的航班資料，通過(guò)INM、Cadna/A等軟件預(yù)測(cè)，確定LWECPN高于70 dB（或者65 dB）的區(qū)域；通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研和查閱相關(guān)規(guī)劃，了解居住、文教區(qū)等敏感區(qū)域的分布，確定重要敏感目標(biāo)的分布；

(2)以點(diǎn)代面，反饋整體。選擇前述范圍內(nèi)有代表性的點(diǎn)位，通過(guò)這些點(diǎn)位的監(jiān)測(cè)可以反饋分析主要影響范圍內(nèi)的部分或整個(gè)敏感區(qū)域的航空噪聲影響情況；

(3)逐級(jí)布置，突出重點(diǎn)。根據(jù)航空噪聲的影響程度，按5 dB間隔繪制等聲級(jí)線[7,8]，將航空噪聲的影響范圍劃分成不同的聲級(jí)區(qū)域，將監(jiān)測(cè)終端布設(shè)在在不同的聲級(jí)區(qū)域。同時(shí)，應(yīng)突出重點(diǎn)，即重點(diǎn)關(guān)注人口多、有投訴、影響大、敏感程度高的敏感點(diǎn)；

(4)現(xiàn)狀為主，兼顧規(guī)劃。監(jiān)測(cè)點(diǎn)主要布置在受影響的現(xiàn)有敏感區(qū)域，對(duì)個(gè)別影響較大的規(guī)劃敏感區(qū)域也可考慮布置站點(diǎn)，主要作用是積累規(guī)劃敏感區(qū)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，為規(guī)劃實(shí)施提供參考；

(5)固定為主，流動(dòng)補(bǔ)充。機(jī)場(chǎng)噪聲監(jiān)控系統(tǒng)的一個(gè)主要優(yōu)勢(shì)就是長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)，因此應(yīng)以固定監(jiān)測(cè)點(diǎn)為主。固定監(jiān)測(cè)點(diǎn)總體上應(yīng)能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)建設(shè)目標(biāo)，但固定監(jiān)測(cè)站點(diǎn)的比對(duì)監(jiān)測(cè)、固定監(jiān)測(cè)站維修期間的備用監(jiān)測(cè)、因投訴等原因需要在非固定特定點(diǎn)位監(jiān)測(cè)，則需要采用流動(dòng)監(jiān)測(cè)加以補(bǔ)充。

3.2 監(jiān)測(cè)終端的具體選址要求

監(jiān)測(cè)終端的具體布置需要考慮多方面的因素，主要包括聲學(xué)、設(shè)備使用環(huán)境、建設(shè)和運(yùn)維條件等。需要通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)勘查、觀測(cè)、試測(cè)、訪談等方式開展布點(diǎn)工作。主要考慮因素參見表1。

4 虹橋機(jī)場(chǎng)航空噪聲自動(dòng)監(jiān)測(cè)站選址實(shí)踐

上海虹橋國(guó)際機(jī)場(chǎng)始建于1921年，原為軍用機(jī)場(chǎng)。1971年正式轉(zhuǎn)為民航專用機(jī)場(chǎng)，經(jīng)歷多次改擴(kuò)建，2010年3月，機(jī)場(chǎng)T2航站樓和第2跑道擴(kuò)建完成，當(dāng)年完成旅客吞吐量3 130萬(wàn)人次，目前是國(guó)內(nèi)最繁忙的機(jī)場(chǎng)之一。虹橋機(jī)場(chǎng)現(xiàn)有兩條相距約365m、長(zhǎng)約3 300 m的南北向平行跑道。在虹橋機(jī)場(chǎng)航空噪聲影響范圍內(nèi)主要分布有機(jī)場(chǎng)南側(cè)七寶、九亭兩個(gè)社區(qū)，機(jī)場(chǎng)北側(cè)有華漕、江橋兩個(gè)社區(qū)，按照前述總體布置方法選出了16個(gè)固定監(jiān)測(cè)站點(diǎn)，并通過(guò)勘查、觀測(cè)、訪談和實(shí)測(cè)等工作確定了每個(gè)站點(diǎn)的具體位置能夠滿足具體布置法要求。在整個(gè)工作中有以下幾個(gè)因素需特別關(guān)注：

表1 監(jiān)測(cè)站點(diǎn)具體選擇需要考慮的因素Tab.1 Factors need to be considered for specific location

(1)飛機(jī)噪聲的可測(cè)性判斷，飛機(jī)噪聲的可測(cè)性是設(shè)置監(jiān)測(cè)站點(diǎn)的基本要求?？蓽y(cè)性可以根據(jù)飛機(jī)的起降航跡、背景噪聲、可測(cè)聲壓級(jí)估算。假設(shè)飛機(jī)以一定斜率爬坡至海拔2 500 m，水平距離22 km的位置。假設(shè)可測(cè)聲壓級(jí)為70 dB，那么可以估算海拔800 m高度，對(duì)應(yīng)水平距離為7 km處為最大可測(cè)范圍，有效的監(jiān)測(cè)區(qū)域?yàn)榘胼S長(zhǎng)0.8 km和7 km的橢圓區(qū)域。水平距離小于3.5 km的區(qū)域，部分點(diǎn)傳聲器仰角達(dá)不到30°，因此實(shí)際有效的傳聲器布置區(qū)域?yàn)閳D中的實(shí)線內(nèi)部區(qū)域，如圖2、圖3所示[9]。圖2為飛機(jī)起飛時(shí)傳聲器的可測(cè)范圍，圖3為飛機(jī)降落時(shí)傳聲器的可測(cè)范圍（圖中，坐標(biāo)（0，0）表示飛機(jī)起飛點(diǎn)或著地點(diǎn)）。

圖2 飛機(jī)起飛時(shí)儀器可測(cè)范圍估算Fig.2 The estimation of microphone positions for reliable event detection for departure

圖3 飛機(jī)降落時(shí)儀器可測(cè)范圍估算Fig.3 The estimation of microphone positions for reliable event detection for approach

圖4 機(jī)場(chǎng)東側(cè)敏感點(diǎn)新涇家園Fig.4 Sound-sensitive community Home of Xinjing in the east of Hongqiao Airport

敏感點(diǎn)新涇家園位于虹橋機(jī)場(chǎng)東側(cè)，距離1號(hào)跑道約760 m，距離2號(hào)跑道約1 100 m，如圖4所示。2號(hào)跑道投入使用后，主要用于飛機(jī)的起飛，1號(hào)跑道主要用于飛機(jī)降落。從圖中可知，新涇家園位于1號(hào)跑道北側(cè)降落點(diǎn)東側(cè)，中間隔有機(jī)場(chǎng)貨運(yùn)部、物流公司、綏寧路、迎樂(lè)路等。當(dāng)飛機(jī)從北側(cè)降落時(shí)，以北側(cè)降落點(diǎn)為著地點(diǎn)，根據(jù)前文分析，在跑道起降點(diǎn)附近，飛機(jī)離地高度低，與跑道垂直的橫向位置飛機(jī)噪聲的可測(cè)范圍很小，距離跑道760 m的位置無(wú)法滿足傳聲器仰角到30°的要求。當(dāng)飛機(jī)從南側(cè)降落時(shí)，以南側(cè)降落點(diǎn)為著地點(diǎn)，著地后向前滑行，由于新涇家園距離跑道較遠(yuǎn)，飛機(jī)噪聲對(duì)其基本無(wú)影響。2號(hào)跑道作為起飛跑道，距離新涇家園約有1 100 m，因此飛機(jī)起飛時(shí)產(chǎn)生的噪聲對(duì)新涇家園影響更小。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)踏勘，新涇家園受機(jī)場(chǎng)飛機(jī)噪聲影響不明顯，監(jiān)測(cè)顯示，飛機(jī)起降時(shí)該點(diǎn)噪聲的最大聲級(jí)與背景噪聲的差值很小，遠(yuǎn)小于監(jiān)測(cè)站點(diǎn)布置要求的15 dB，且飛機(jī)噪聲引起的LWECPN低于GB9660-1988規(guī)定的一類區(qū)標(biāo)準(zhǔn)限值，因此不適合設(shè)置監(jiān)測(cè)點(diǎn)；

(2)對(duì)背景聲不確定因素的控制。除了交通噪聲、工礦企業(yè)噪聲等相對(duì)容易發(fā)現(xiàn)的背景聲之外，有些站點(diǎn)往往周圍往往會(huì)存在一些比較隱蔽的背景聲不確定因素，如因考慮適合晨練的場(chǎng)所，現(xiàn)狀存在晨練噪聲或?qū)?lái)極有可能形成晨練噪聲；因考慮水塘、樹木等場(chǎng)所，現(xiàn)狀或?qū)?lái)可能形成季節(jié)性鳥鳴蛙聲蟲叫等；因適合開發(fā)為KTV等高噪聲營(yíng)業(yè)場(chǎng)所，將來(lái)可能帶來(lái)各類經(jīng)營(yíng)場(chǎng)所噪聲。因靠近寺廟、教堂等場(chǎng)所，而存在集會(huì)、禱告等噪聲。對(duì)于上述這些時(shí)間、空間比較難以把握的不確定因素，應(yīng)該予以考慮，并通過(guò)與站點(diǎn)所在居委、居民等訪談，了解更多的信息；

(3)要深入分析局地聲場(chǎng)，確保所建站點(diǎn)具備較好的代表性。由于聲波遇到障礙物時(shí)會(huì)發(fā)生反射折射現(xiàn)象，在近地面處會(huì)產(chǎn)生不均勻的局地聲場(chǎng)?，F(xiàn)場(chǎng)初步實(shí)測(cè)顯示，高層建筑之間的噪聲高于高層屋頂，高層屋頂又高于開闊的地面。監(jiān)測(cè)站點(diǎn)設(shè)置時(shí)應(yīng)避開聲波反射面，同時(shí)應(yīng)考慮地面監(jiān)測(cè)點(diǎn)和高層樓頂上的監(jiān)測(cè)點(diǎn)之間差異，降低不確定因素的干擾，使各監(jiān)測(cè)站的數(shù)據(jù)保持良好的一致性。

5 結(jié)語(yǔ)

本文提出了機(jī)場(chǎng)航空噪聲監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)測(cè)終端選址的思路和方法，從宏觀總體布置方法，到局地的具體站位選擇，充分考慮了系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)正確有效、系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行等對(duì)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)選址的要求。利用該方法，開展了虹橋機(jī)場(chǎng)航空噪聲監(jiān)控系統(tǒng)固定監(jiān)測(cè)站點(diǎn)選址實(shí)踐，根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，建議特別關(guān)注監(jiān)測(cè)站點(diǎn)的航空噪聲可測(cè)性、不確定背景噪聲的控制以及局地聲場(chǎng)對(duì)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)代表性的影響等因素。

[1]D.A.Black,J.A.Black,et al.Aircraft noise exposure and resident's stress and hypertension:A public health perspective for airport environmental management[J].Journal of Transport Management 2007,13:264-276.

[2]武漢英.飛機(jī)噪聲預(yù)測(cè)模型及其應(yīng)用[D].北京：中國(guó)民航大學(xué)，2008.

[3]Alan D.Wallis.Airport noise monitoring review[J].Aircraft Engineering and Aerospace Technology,1997,2:112-118.

[4]A.Alberici,B.Bassanino.Verifying noise monitoring system:an operative procedure[C].10 th A/AA/CEAS Aeroacoustics Conference,2004-2807.

[5]GB 9660-1988，機(jī)場(chǎng)周圍飛機(jī)噪聲環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)[S].

[6]HJ/T 87-2002環(huán)境影響評(píng)價(jià)技術(shù)導(dǎo)則民用機(jī)場(chǎng)建設(shè)工程[S].

[7]GB 9660-1988，機(jī)場(chǎng)周圍飛機(jī)噪聲測(cè)量方法[S].

[8]Doc 9911號(hào)文，機(jī)場(chǎng)周圍噪聲等值線建議計(jì)算方法[M].國(guó)際民航組織，2008.

[9]ISO 20906 Acoustics-unattended monitoring of aircraft sound in the vicinity of airports[S].