高峰期交通流影響因子對(duì)城市噪聲影響的程度

孫鳳英，喬 躍，張志鋒

(東北林業(yè)大學(xué)，哈爾濱 150040)

隨著汽車保有量的迅速增加，交通噪聲成為城市的主要噪聲源。交通噪聲已與廢氣、廢水、廢渣并列為城市四大污染物［1］。噪聲不僅影響著人們的生活和學(xué)習(xí)，還嚴(yán)重影響人們的身心健康。交通噪聲與道路交通流量、車型、行駛速度等因素有關(guān)，噪聲是其影響因素綜合作用的結(jié)果。一些學(xué)者很早就對(duì)交通流的影響因素與噪聲的關(guān)系進(jìn)行研究，認(rèn)為交通流影響因子與噪聲密切相關(guān)。為了探究噪聲與交通流影響因子(通流量、車型、行駛速度)間在交通密度較大時(shí)存在的關(guān)系，選取早晚高峰時(shí)段(早高峰7:30－8:30、晚高峰16:30－18:30)對(duì)東北林業(yè)大學(xué)邊和興路路段進(jìn)行連續(xù)4周的數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)。

表1 調(diào)研數(shù)據(jù)

1 調(diào)研方法與數(shù)據(jù)

選取正常工作日內(nèi)早晚高峰時(shí)段(早高峰7:30－8:30、晚高峰16:30－18:30)對(duì)東北林業(yè)大學(xué)邊和興路路段進(jìn)行數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)。具體測(cè)量方法是:按照GB/T3222—94《聲學(xué)環(huán)境噪聲測(cè)量方法》中城市道路交通噪聲測(cè)量方法，將測(cè)點(diǎn)選在兩路口之間的道路邊人行道上，且使其相距路口的距離大于50 m。在距離道路邊沿20 cm處的人行道上放置三腳架，將積分聲級(jí)計(jì)固定在三腳架上，并使積分聲級(jí)計(jì)的傳聲器對(duì)準(zhǔn)車輛;開啟電源，設(shè)置時(shí)間計(jì)權(quán)特性為F(快檔)，網(wǎng)絡(luò)計(jì)權(quán)為A，按定時(shí)鍵設(shè)置測(cè)量時(shí)間(20 min)，按運(yùn)行鍵開始自動(dòng)測(cè)量，測(cè)量時(shí)間結(jié)束后，記錄等效連續(xù)A聲級(jí)的大小。將錄像機(jī)固定在三腳架上，調(diào)整其高度和角度，并對(duì)準(zhǔn)道路上運(yùn)行的車輛，獲取各類型車流量。車輛分類方法參照《高速公路交通噪聲監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)定(暫行)》，將道路上運(yùn)行的車輛分為3類:小型車(轎車、微型和輕型客車、微型和輕型貨車、越野車)、中型車(中型客車、中型貨車、大型客車)、大型車(大型貨車、重型貨車)。在測(cè)量噪聲及流量的同時(shí)，將雷達(dá)測(cè)速儀對(duì)準(zhǔn)車輛，測(cè)試其運(yùn)行速度。連續(xù)4周的早晚高峰時(shí)段對(duì)和興路的檢測(cè)數(shù)據(jù)如表1所示。

續(xù)表

2 運(yùn)用灰色關(guān)聯(lián)度分析各因素對(duì)噪聲的影響程度

為了研究交通特性中各因素對(duì)噪聲的影響程度大小，采用灰色關(guān)聯(lián)度分析方法找出各影響因素對(duì)噪聲的影響程度。

1)指標(biāo)的數(shù)列均值化

設(shè)噪聲為x0;x1表示車流量;x2表示車速;x3表示大車;x4表示中車;x5表示小車，現(xiàn)求各指標(biāo)的均值

再用均值去除對(duì)應(yīng)指標(biāo)的每個(gè)數(shù)據(jù)。

2)關(guān)聯(lián)系數(shù)的計(jì)算

設(shè)比較序列為xi=［xi(1)，xi(2)，…，xi(60)］(i=1，2，…，5)

母序列為x0=［x0(1)，x0(2)，…，x0(60)］，則母數(shù)列與比較數(shù)列在k時(shí)刻的關(guān)聯(lián)系數(shù)ε0i(k)通過下式計(jì)算:

計(jì)算結(jié)果如下:(ε通常取0.5)

3)關(guān)聯(lián)度的計(jì)算

參考數(shù)列和比較數(shù)列的關(guān)聯(lián)度r0i通過下式計(jì)算:

計(jì)算結(jié)果如下:

關(guān)聯(lián)度超過0.6，說明參考數(shù)列和比較數(shù)列有關(guān)聯(lián)，變化態(tài)勢(shì)較一致。由以上結(jié)果可以看出:4種因素的關(guān)聯(lián)度均超過0.6，車流量與噪聲的關(guān)聯(lián)度最大，車流量與噪聲的同步變化程度最高;大車與噪聲的關(guān)聯(lián)度最小，而大型車與噪聲的同步變化程度最低;交通流影響因子與噪聲關(guān)聯(lián)度由大到小分別為車流量、小車、中車、車速、大車。中車與小車的關(guān)聯(lián)度均超過車速，這是因?yàn)樵诟叻鍟r(shí)段，車輛?？繒r(shí)間較長(zhǎng)，所以噪聲主要來源是車流量與車型的不同。然而，大型車的關(guān)聯(lián)度最低是因?yàn)檐囕v較少造成的，可以通過更換老舊汽車、減少大型車的進(jìn)入等方法控制噪聲。數(shù)據(jù)測(cè)量時(shí)發(fā)現(xiàn):中型車主要以公交為主，公交車的能量分布主要集中在低頻階段［2］，交通噪聲來源一部分為低頻。當(dāng)城市道路設(shè)置聲屏障時(shí)，就要考慮怎樣阻擋聲音的繞射，從而減輕噪聲污染。

3 基于Cadna/A進(jìn)行仿真模擬

根據(jù)灰色關(guān)聯(lián)度預(yù)測(cè)，車流量與噪聲的同步變化程度最高，研究其他交通條件不變，只改變車流量時(shí)噪聲受到的影響。為此運(yùn)用Cadna/A軟件，建立一條4車道的道路，設(shè)置其長(zhǎng)度為600 m，寬度為20 m。在距道路邊緣15 m處建立一住宅樓，其長(zhǎng)度為100 m，寬度為20 m，高為30 m。建立的模型如圖1所示。

圖1 建立的3D模型

對(duì)已建立的道路通過設(shè)置不同的流量，可以得到不同的交通流噪聲仿真結(jié)果。假設(shè)所建立的道路，流量Q為2 000輛/h(其中重車所占比例為5%)，車速V為40 km/h。將需要計(jì)算的區(qū)域劃分網(wǎng)格，網(wǎng)格長(zhǎng)、寬均為10 m，接受點(diǎn)高度為2 m。然后進(jìn)行仿真分析，得到2 m高處水平噪聲級(jí)分布圖，見圖2。

圖2 車流量2 000輛/h居民樓附近水平噪聲級(jí)分布圖

其他條件不變，將流量Q設(shè)置為6 000輛/h，然后進(jìn)行仿真分析，得到改變車流量后的水平噪聲級(jí)分布圖，見圖3。

圖3 車流量6 000輛/h居民樓附近水平噪聲級(jí)分布圖

由圖2和3可知:車流量為2 000輛/h時(shí)，面向道路一側(cè)的居民樓的噪聲為68～69 dB;車流量為6 000輛/h時(shí)，面向道路一側(cè)的居民樓的噪聲為62～63 dB。由對(duì)比分析可知:車流量從2 000輛/h增加到6 000輛/h時(shí)，噪聲增加了6 dB，說明交通量對(duì)噪聲的影響很大。

4 結(jié)論

通過對(duì)噪聲的主要影響因素進(jìn)行灰色關(guān)聯(lián)度預(yù)測(cè)，得到各影響因素對(duì)噪聲的影響程度;通過改變車流量，并運(yùn)用Cadna/A軟件進(jìn)行仿真分析，得到居民樓周圍噪聲的分布狀況，主要結(jié)論如下:

1)采用灰色關(guān)聯(lián)度分析的方法得出了車流量、車速、大型車、中型車和小型車與噪聲的關(guān)聯(lián)度分別為0.947，0.868，0.73，0.894，0.942，車流量與噪聲的關(guān)聯(lián)度最大，車流量與噪聲的同步變化程度最高;大車與噪聲的關(guān)聯(lián)度最小，大型車與噪聲的同步變化程度最低。

2)運(yùn)用Cadna/A軟件進(jìn)行仿真，得到居民樓附近噪聲分布情況，且當(dāng)流量從2 000輛/h增加到6 000輛/h時(shí)，噪聲增加了6 dB。

3)可以通過減少老舊車的使用、實(shí)行單雙號(hào)限制、車輛擁堵時(shí)禁止鳴笛、尋找新型聲屏障材料減少聲音繞射等措施來減少道路交通噪聲，為城市居民創(chuàng)造良好的聲環(huán)境。

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