等效道路線聲源位置優(yōu)化研究?

蔣從雙1，2? 吳 瑞1，2　楊 潔1，2

（1北京市勞動(dòng)保護(hù)科學(xué)研究所　北京　100054）

（2國(guó)家環(huán)境保護(hù)城市噪聲與振動(dòng)控制工程技術(shù)中心　北京　100054）

?研究報(bào)告?

等效道路線聲源位置優(yōu)化研究?

蔣從雙1，2? 吳 瑞1，2楊 潔1，2

（1北京市勞動(dòng)保護(hù)科學(xué)研究所北京100054）

（2國(guó)家環(huán)境保護(hù)城市噪聲與振動(dòng)控制工程技術(shù)中心北京100054）

計(jì)算道路交通噪聲時(shí)，一般將每個(gè)車道等效為1個(gè)線聲源。有時(shí)，為了簡(jiǎn)化計(jì)算，將道路等效為1個(gè)線聲源，等效線聲源位置為道路中軸；或等效為2個(gè)線聲源，等效線聲源位置為道路兩側(cè)中心線或兩側(cè)最外車道中心線。本文推導(dǎo)了不同等效方法下觀測(cè)點(diǎn)噪聲的計(jì)算公式，并探討了不同等效方法引起的誤差。研究結(jié)果表明，將道路等效為2個(gè)線聲源，等效線聲源位置為道路兩側(cè)中心線的簡(jiǎn)化方法引起的誤差最小。

道路線聲源，等效線聲源位置，優(yōu)化

1　引言

道路交通噪聲計(jì)算中常將道路看作線聲源，再按線聲源的特性來(lái)計(jì)算觀測(cè)點(diǎn)噪聲。一般情況下，道路均為雙向多車道，將每條車道看作一個(gè)線聲源計(jì)算觀測(cè)點(diǎn)噪聲無(wú)疑是最準(zhǔn)確的。然而在實(shí)際計(jì)算中，將多車道道路看作多條線聲源進(jìn)行計(jì)算需要占用較大的計(jì)算資源，而且也很難準(zhǔn)確獲取每條車道上的交通流信息。這時(shí)，就需要對(duì)道路進(jìn)行簡(jiǎn)化處理，將道路等效為1個(gè)或2個(gè)線聲源，且等效線聲源處于不同位置。

在各國(guó)道路交通噪聲預(yù)測(cè)模型中，英國(guó)CRTN模型［1］認(rèn)為等效道路線聲源位置位于路肩內(nèi)3.5 m處；法國(guó)NMPB模型［2］將每條車道看作1個(gè)線聲源（如圖1（a）），可以根據(jù)精度需求將道路等效為1個(gè)線聲源，等效線聲源位置為道路中軸（如圖1（b））或?qū)⒌缆返刃?個(gè)線聲源，等效線聲源位置分別為道路兩側(cè)中心線（如圖1（c））；日本ASJ模型［3］也將每條車道看作1個(gè)線聲源，為了簡(jiǎn)化計(jì)算，可以將道路等效為2個(gè)線聲源，等效線聲源位置為道路兩側(cè)中心線。德國(guó)RLS90模型［4］認(rèn)為等效道路線聲源位置位于道路兩側(cè)最外車道中心處（如圖1（d））；環(huán)境影響評(píng)價(jià)技術(shù)導(dǎo)則－聲環(huán)境（HJ2.4-2009）［5］將每條車道看作1個(gè)線聲源，并未明確其簡(jiǎn)化方法。

可以看出，各模型中等效道路線聲源位置不盡相同，本文將對(duì)不同等效道路線聲源位置的計(jì)算方法及其引起的誤差進(jìn)行詳細(xì)地探討。

2　觀測(cè)點(diǎn)噪聲計(jì)算方法

假定有一條雙向4車道的道路，1條車道的寬度為2D（2D通常大小為3.25～3.75 m），不考慮道路中間綠化帶，則道路寬度為8D，車流量為N（為了簡(jiǎn)化計(jì)算，假定所有車輛為單一車型），車輛均勻地行駛在不同車道上，每條車道上車輛平均行駛速度均為V，觀測(cè)點(diǎn)距離道路邊緣為L(zhǎng)。分別計(jì)算下面4種情況下觀測(cè)點(diǎn)的噪聲大?。海?）將每條車道看作一個(gè)線聲源，分別計(jì)算4個(gè)線聲源對(duì)觀測(cè)點(diǎn)噪聲的影響，再疊加起來(lái)便可以得到整條道路的影響；（2）將道路等效為1個(gè)線聲源，等效線聲源位置為道路中軸，計(jì)算該條道路對(duì)觀測(cè)點(diǎn)噪聲的影響；（3）將道路等效為2個(gè)線聲源，等效線聲源位置分別為道路兩側(cè)中心線，計(jì)算該道路對(duì)觀測(cè)點(diǎn)噪聲的影響；（4）將道路等效為2個(gè)線聲源，等效線聲源位置分別為道路兩側(cè)最外側(cè)車道中心線，計(jì)算該道路對(duì)觀測(cè)點(diǎn)噪聲的影響。圖1給出了不同等效道路線聲源位置的示意圖。

假設(shè)：?jiǎn)诬囋趓0處排放的噪聲為L(zhǎng)r0，單車排放的噪聲由于空氣吸收、地面效應(yīng)等各項(xiàng)因素引起的衰減量為A。

圖1不同等效道路線聲源位置示意圖Fig.1 Sketch of the different equivalent positions of the road line-sources

（1）第一種方法

第1車道（最近的車道）對(duì)觀測(cè)點(diǎn)的噪聲貢獻(xiàn)量［5］為

3　不同等效道路線聲源位置的誤差分析

無(wú)疑，第一種方法計(jì)算的觀測(cè)點(diǎn)噪聲是最準(zhǔn)確的，認(rèn)為其他方法與第一種方法的差值即為該方法的誤差。

其實(shí)，將車輛劃分為不同車型進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算過(guò)程復(fù)雜些，但不同方法的誤差計(jì)算結(jié)果仍只取決于參數(shù)p。

對(duì)于雙向4車道的道路，運(yùn)用不同方法引起的誤差如圖2所示。

圖2雙向4車道不同測(cè)點(diǎn)處不同計(jì)算方法引起的誤差Fig.2　Errors induced by different methods of two-way 4 lanes圖2　雙向4車道不同測(cè)點(diǎn)處不同計(jì)算方法引起的誤差Fig.2　Errors induced by different methods of two-way 4 lanes

3　不同等效道路線聲源位置的誤差分析

無(wú)疑，第一種方法計(jì)算的觀測(cè)點(diǎn)噪聲是最準(zhǔn)確的，認(rèn)為其他方法與第一種方法的差值即為該方法的誤差。

其實(shí)，將車輛劃分為不同車型進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算過(guò)程復(fù)雜些，但不同方法的誤差計(jì)算結(jié)果仍只取決于參數(shù)p。

對(duì)于雙向4車道的道路，運(yùn)用不同方法引起的誤差如圖2所示。

圖2雙向4車道不同測(cè)點(diǎn)處不同計(jì)算方法引起的誤差Fig.2　Errors induced by different methods of two-way 4 lanes圖2　雙向4車道不同測(cè)點(diǎn)處不同計(jì)算方法引起的誤差Fig.2　Errors induced by different methods of two-way 4 lanes

可以看出，第二種方法和第三種方法的誤差恒為負(fù)值，第四種方法的誤差恒為正值；第三種方法的誤差最小，第二種方法的誤差最大；p值越小，不同方法的誤差均越大，但實(shí)際中，p值不可能無(wú)限小，比如HJ2.4-2009中關(guān)于觀測(cè)點(diǎn)噪聲的計(jì)算公式只適用于r＞7.5 m，其中r為觀測(cè)點(diǎn)到車道中心線的距離。

下面對(duì)車道數(shù)更多的道路進(jìn)一步分析，對(duì)于雙向6車道的道路，仍假設(shè)1條車道的寬度為2D，不考慮道路中間綠化帶，則道路寬度為12D，此時(shí)運(yùn)用不同方法引起的誤差如圖3所示。

對(duì)于雙向8車道的道路，仍假設(shè)1條車道的寬度為2D，不考慮道路中間綠化帶，則道路寬度為16D，此時(shí)運(yùn)用不同方法引起的誤差如圖4所示。

可以看出，對(duì)于雙向6車道和8車道的道路，不同方法的誤差規(guī)律與雙向4車道的道路相似。但對(duì)于雙向8車道的道路，第四種方法的誤差最大，這與雙向4車道的道路略有差別。

圖3　雙向6車道不同測(cè)點(diǎn)處不同計(jì)算方法引起的誤差Fig.3　Errors induced by different methods of two-way 6 lanes

圖4　雙向8車道不同測(cè)點(diǎn)處不同計(jì)算方法引起的誤差Fig.4　Errors induced by different methods of two-way 8 lanes

4　實(shí)際驗(yàn)證

上述理論分析僅適用于理想的道路和流量條件，然而應(yīng)用于實(shí)際情況時(shí)，車流量并不是均勻地行駛在各車道上，道路中間往往有綠化帶或每條車道寬度不一致等狀況。因而，將實(shí)測(cè)車流量（假設(shè)實(shí)測(cè)的是整條道路的車流量）平均分配到每條車道上便不再準(zhǔn)確，不同方法的誤差計(jì)算便不再只由參數(shù)p決定。針對(duì)實(shí)際情況，上述誤差分析結(jié)果的適用情況值得考究。

實(shí)測(cè)北京市一級(jí)公路白馬路（京沈路與小中河橋之間路段）的各項(xiàng)道路參數(shù)、各車道的車流量及平均速度，道路雙向4車道，兩側(cè)最外側(cè)均有1車道為非機(jī)動(dòng)車道，道路每條機(jī)動(dòng)車道寬度為3.75 m，道路中間有5 m寬的綠化帶，近側(cè)車流量偏低，遠(yuǎn)側(cè)車流量偏高，車流量實(shí)測(cè)參數(shù)如表1所示。兩側(cè)大中小車輛平均運(yùn)行速度分別為63.7 km/h、55.3 km/h、65.6 km/h。運(yùn)用實(shí)際參數(shù)（認(rèn)為各車道車輛平均行駛速度相同）計(jì)算不同線聲源簡(jiǎn)化方法在距離路肩1 m、10 m、20 m和30 m共4個(gè)觀測(cè)點(diǎn)的誤差，如圖5所示。

表1各車道車流量Table 1 Traffic volume of each lane

圖5　實(shí)際道路不同測(cè)點(diǎn)處不同計(jì)算方法引起的誤差Fig.5　Errors induced by different methods of actual roads

可以看出，盡管實(shí)測(cè)道路與理論分析假定條件并不完全一致，但不同方法引起的誤差隨p值的變化規(guī)律與理論分析結(jié)果基本趨勢(shì)一致。

分析表明，不同方法計(jì)算出的觀測(cè)點(diǎn)噪聲大小為L(zhǎng)2＜L3＜L1＜L4；第三種方法計(jì)算的誤差最小，對(duì)于雙向4車道以下的道路，第二種方法計(jì)算的誤差最大，對(duì)于雙向6車道以上的道路，第四種方法計(jì)算的誤差為最大；觀測(cè)點(diǎn)與道路越近，誤差越大；道路越寬，誤差越大。

當(dāng)觀測(cè)點(diǎn)p值較大時(shí)，采用第三種方法或第二種方法計(jì)算觀測(cè)點(diǎn)噪聲引起的誤差較小。假設(shè)允許的計(jì)算誤差為0.5 dB，對(duì)于雙向4車道的道路，p值大于4（也就是觀測(cè)到路肩距離大于7 m，假定車道寬度為3.5 m）的觀測(cè)點(diǎn)采用上述兩種方法均滿足誤差要求；對(duì)于雙向6車道的道路，p值大于6的觀測(cè)點(diǎn)均滿足誤差要求；對(duì)于雙向8車道的道路，p值大于8的觀測(cè)點(diǎn)均滿足誤差要求。

5　結(jié)論

德國(guó)RLS90模型將等效道路線聲源位置位于道路兩側(cè)最外車道中心處的方法引起的誤差較大；法國(guó)NMPB模型和日本ASJ模型將每條車道看作1個(gè)線聲源，也可以根據(jù)精度需求將道路等效為2個(gè)線聲源，等效線聲源位置分別位于道路兩側(cè)中心線，這種處理方法引起的誤差較小。

一般地，在觀測(cè)點(diǎn)與路肩距離較大時(shí)，將道路簡(jiǎn)化為2條線聲源，線聲源位于道路兩側(cè)中心線，甚至將道路簡(jiǎn)化為1條線聲源，線聲源位于道路中軸的處理方法引起的誤差較小。

致謝感謝環(huán)保公益性行業(yè)專項(xiàng)《基于噪聲地圖的環(huán)境噪聲評(píng)價(jià)技術(shù)》和北京市科學(xué)技術(shù)研究院萌芽計(jì)劃《縱坡道路噪聲分布規(guī)律研究》對(duì)本文研究的大力支持。

［1］Department of Transport Welsh Office.Calculation of road traffic noise［M］.London：HER Majesty's Stationery Office，1988.

［2］BESNARD F，HAMET J F，LELONG J，et al.Road noise prediction 1-Calculating sound emission from road traffic，Sétra［M］.France：Sétra，2011.

［3］Kohei Yamamoto.Road traffic noise prediction model “ASJ RTN-Model 2008”：Report of the Research Committee on Road Traffic Noise［J］.Acoust.Sci.&Tech.，2010，31（1）：2-55.

［4］Richtlinie für den l?rmschutz an stra?en（RLS-90）-Guidelines for noise protection on streets［M］.Berlin：Springer，1990.

［5］HJ2.4-2009.環(huán)境影響評(píng)價(jià)技術(shù)導(dǎo)則－聲環(huán)境［S］.

Optimization of the equivalent position of road line-source

JIANG Congshuang1，2WU Rui1，2YANG Jie1，2
（1 Beijing Municipal Institute of Labor Protection，Beijing 100054，China）（2 State Environmental Protection Engineering Center for City Noise&Vibration Control，Beijing 100054，China）

Generally，each lane is treated as a line-source when calculating road traffic noise.However，in order to simplify calculation，the entire road may be equivalent to as one line-source located at centerline of the road，or equivalent to two line-sources located at centerline or centerline of outside lanes of each road side respectively.Different calculation formulae of sound pressure level at receiver points of those methods are deduced.Then，derived errors of those formulae are discussed.The results demonstrate that the simplification，which the entire road is treated as two line-sources located at centerline of each road side，has the smallest error than the other two methods.

Road line-source，Equivalent position of the road line-source，Optimization

TB533+.4

A

1000-310X（2015）03-0255-05

10.11684/j.issn.1000-310X.2015.03.011

2014-11-03收稿；2015-01-30定稿

?環(huán)保公益性行業(yè)專項(xiàng)和北京市科學(xué)研究技術(shù)研究院萌芽計(jì)劃

蔣從雙（1989-），男，安徽人，碩士，研究方向：交通噪聲。?

E-mail：jcs_bmilp@126.com