機(jī)場(chǎng)噪聲與運(yùn)行監(jiān)測(cè)系統(tǒng)概述及應(yīng)用探討

周鑫，段鋼，胡笑滸

(1.環(huán)境保護(hù)部環(huán)境工程評(píng)估中心，北京　100012；2.國家環(huán)境保護(hù)環(huán)境影響評(píng)價(jià)數(shù)值模擬重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京　100012；3.北京首都國際機(jī)場(chǎng)股份有限公司，北京　100621)

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機(jī)場(chǎng)噪聲與運(yùn)行監(jiān)測(cè)系統(tǒng)概述及應(yīng)用探討

周鑫1,2，段鋼3，胡笑滸1,2

(1.環(huán)境保護(hù)部環(huán)境工程評(píng)估中心，北京100012；2.國家環(huán)境保護(hù)環(huán)境影響評(píng)價(jià)數(shù)值模擬重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100012；3.北京首都國際機(jī)場(chǎng)股份有限公司，北京100621)

目前我國機(jī)場(chǎng)噪聲問題日益凸顯，監(jiān)測(cè)和管理手段嚴(yán)重滯后于機(jī)場(chǎng)發(fā)展，亟須更先進(jìn)的智能化機(jī)場(chǎng)噪聲監(jiān)管工具。機(jī)場(chǎng)噪聲與運(yùn)行監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有飛機(jī)噪聲事件識(shí)別、噪聲與航跡關(guān)聯(lián)、航跡管理等功能，可承擔(dān)機(jī)場(chǎng)噪聲和航班飛行監(jiān)測(cè)和管理等任務(wù)，同時(shí)可在督促航空公司采用低噪聲飛機(jī)、加強(qiáng)機(jī)場(chǎng)周圍土地利用規(guī)劃、應(yīng)對(duì)居民投訴、采取最優(yōu)降噪措施等方面發(fā)揮積極作用。通過系統(tǒng)介紹和典型案例說明，對(duì)我國加強(qiáng)機(jī)場(chǎng)噪聲監(jiān)管提供一定的經(jīng)驗(yàn)借鑒。

機(jī)場(chǎng)噪聲；噪聲監(jiān)測(cè)；機(jī)場(chǎng)噪聲與運(yùn)行監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；機(jī)場(chǎng)噪聲管理

隨著民航業(yè)的迅速發(fā)展，機(jī)場(chǎng)噪聲污染問題日益嚴(yán)重，投訴量持續(xù)升高，其引發(fā)的社會(huì)矛盾也成為機(jī)場(chǎng)發(fā)展的制約因素。目前，我國航空噪聲管理水平相對(duì)落后，缺乏有效的監(jiān)管手段，對(duì)航班飛行軌跡進(jìn)行監(jiān)管是機(jī)場(chǎng)噪聲管理中的難點(diǎn)。

機(jī)場(chǎng)噪聲與運(yùn)行監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具備噪聲監(jiān)測(cè)、航跡監(jiān)測(cè)與分析、投訴處理、機(jī)場(chǎng)周圍噪聲等值線圖繪制等功能，可對(duì)機(jī)場(chǎng)噪聲影響進(jìn)行評(píng)價(jià)，為噪聲控制措施的選取提供數(shù)據(jù)支持。國外很多發(fā)達(dá)國家的大型機(jī)場(chǎng)都采用了此類系統(tǒng)，如美國邁阿密機(jī)場(chǎng)、英國倫敦機(jī)場(chǎng)、德國法蘭克福機(jī)場(chǎng)等。目前，國內(nèi)僅北京首都國際機(jī)場(chǎng)建立了此類系統(tǒng)并投入運(yùn)行，上海虹橋機(jī)場(chǎng)和廣州白云機(jī)場(chǎng)的噪聲與運(yùn)行監(jiān)測(cè)系統(tǒng)還在建設(shè)中。

1　機(jī)場(chǎng)噪聲與運(yùn)行監(jiān)測(cè)系統(tǒng)概述

1.1系統(tǒng)硬件功能

機(jī)場(chǎng)噪聲與運(yùn)行監(jiān)測(cè)系統(tǒng)硬件主要包括：噪聲監(jiān)測(cè)終端、氣象儀、聲學(xué)校準(zhǔn)器、GPS設(shè)備、服務(wù)器、路由器等。其中，噪聲監(jiān)測(cè)終端是系統(tǒng)的核心設(shè)備[1]，戶外傳聲器常年置于戶外進(jìn)行噪聲監(jiān)測(cè)，需具備防雨防雪等功能。

噪聲監(jiān)測(cè)終端按用途可以分為固定式和移動(dòng)式[2]兩類。固定式噪聲監(jiān)測(cè)終端通常在噪聲敏感區(qū)域設(shè)置，可進(jìn)行長(zhǎng)期定點(diǎn)監(jiān)測(cè)。移動(dòng)式噪聲監(jiān)測(cè)終端常用于短期監(jiān)測(cè)，在處理機(jī)場(chǎng)噪聲投訴中應(yīng)用較多。氣象儀主要用于測(cè)量風(fēng)速、風(fēng)向、雨量、溫度、濕度、氣壓6個(gè)參數(shù)。

1.2系統(tǒng)軟件功能

系統(tǒng)軟件主要包括噪聲數(shù)據(jù)采集、雷達(dá)數(shù)據(jù)處理、航跡監(jiān)測(cè)與分析、投訴處理、機(jī)場(chǎng)噪聲報(bào)告、噪聲等值線繪制等軟件。其中，噪聲數(shù)據(jù)采集軟件主要接收噪聲監(jiān)測(cè)終端的噪聲數(shù)據(jù)，并處理將其保存到數(shù)據(jù)庫；雷達(dá)數(shù)據(jù)處理軟件用來接收空管局提供的雷達(dá)數(shù)據(jù)，并對(duì)其進(jìn)行解讀；航跡監(jiān)測(cè)與分析軟件可以對(duì)起降航班進(jìn)行監(jiān)測(cè)和分析，將噪聲數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)、航班飛行軌跡進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析，確認(rèn)哪些是機(jī)場(chǎng)航班引發(fā)的噪聲事件，還可以識(shí)別違規(guī)飛行的航班；投訴處理軟件可以有針對(duì)性地分析居民投訴，根據(jù)投訴時(shí)間、地點(diǎn)查詢可能產(chǎn)生噪聲影響的航班；噪聲等值線繪制軟件將根據(jù)機(jī)場(chǎng)飛行量、航班飛行軌跡繪制實(shí)際的或預(yù)測(cè)的機(jī)場(chǎng)噪聲等值線圖。

1.3飛機(jī)噪聲識(shí)別

通常飛機(jī)經(jīng)過某監(jiān)測(cè)點(diǎn)時(shí)，隨著距離越來越近，監(jiān)測(cè)點(diǎn)的噪聲值逐漸升高并達(dá)到最大，之后隨著飛機(jī)逐漸遠(yuǎn)去，噪聲值逐漸降低。這一過程有兩個(gè)特點(diǎn)[3]：一是飛機(jī)噪聲值高于背景噪聲值，二是噪聲會(huì)持續(xù)一段時(shí)間。根據(jù)這兩個(gè)特點(diǎn)，采用觸發(fā)值和持續(xù)時(shí)間初步識(shí)別飛機(jī)噪聲，比如當(dāng)噪聲值高于背景值10 dB、持續(xù)時(shí)間10 s以上時(shí)，系統(tǒng)認(rèn)為可能是飛機(jī)產(chǎn)生的噪聲，并將其記錄為飛機(jī)噪聲事件。

1.4噪聲事件與航跡關(guān)聯(lián)性分析

航跡監(jiān)測(cè)與分析軟件根據(jù)雷達(dá)數(shù)據(jù)繪制出機(jī)場(chǎng)起降航班的飛行軌跡，并將其與初步識(shí)別的噪聲事件進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析，剔除由于汽車等其他原因引起的噪聲事件。系統(tǒng)先根據(jù)噪聲監(jiān)測(cè)點(diǎn)的位置劃定相關(guān)空間半徑，再根據(jù)噪聲事件的時(shí)間劃定時(shí)間半徑，進(jìn)而篩選出該范圍內(nèi)經(jīng)過的航班，將此噪聲事件標(biāo)記為某航班的飛機(jī)噪聲事件。

2　監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在機(jī)場(chǎng)噪聲管理中的應(yīng)用

2.1開展長(zhǎng)短期噪聲監(jiān)測(cè)

機(jī)場(chǎng)噪聲監(jiān)測(cè)設(shè)備具備無人值守的特點(diǎn)，可以長(zhǎng)期持續(xù)地對(duì)機(jī)場(chǎng)周圍敏感點(diǎn)噪聲情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)應(yīng)遵循機(jī)場(chǎng)噪聲監(jiān)測(cè)布點(diǎn)原則[4]，全面反映出機(jī)場(chǎng)周圍噪聲敏感點(diǎn)的全年噪聲情況，以及因風(fēng)向、機(jī)場(chǎng)運(yùn)行、航線改變等產(chǎn)生的影響。此外，機(jī)場(chǎng)在接到周圍居民投訴時(shí)，可以利用機(jī)場(chǎng)噪聲監(jiān)測(cè)設(shè)備對(duì)投訴點(diǎn)進(jìn)行有針對(duì)性的短期監(jiān)測(cè)。

2.2進(jìn)行航班飛行軌跡監(jiān)管

機(jī)場(chǎng)起降航班應(yīng)根據(jù)空管部門的要求，按規(guī)定飛行程序飛行。而在實(shí)際操作中，飛行員操作具有一定的隨意性，存在提前轉(zhuǎn)彎、飛行高度偏低等情況，導(dǎo)致航跡發(fā)散，飛機(jī)噪聲影響區(qū)域較大。應(yīng)用機(jī)場(chǎng)噪聲與運(yùn)行監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，空管部門和機(jī)場(chǎng)可以設(shè)置空中閘門和空中走廊，對(duì)航班飛行軌跡進(jìn)行監(jiān)督和管理。如圖1所示，G1、G2、G3、G4、G5分別為空中閘門(參數(shù)包含長(zhǎng)寬高)，這些空中閘門連起來形成空中走廊。航班應(yīng)在空中走廊中飛行，且不能偏離。圖1中的虛線軌跡即從機(jī)場(chǎng)起飛經(jīng)過該區(qū)域時(shí)，飛行軌跡完全在G1、G2、G3、G4、G5組成的空中走廊中，屬于合格的飛行軌跡，反之偏離出該空中走廊的航跡則為違規(guī)航班。若大量航班偏移航線，將導(dǎo)致噪聲影響區(qū)域增加。機(jī)場(chǎng)管理部門可根據(jù)系統(tǒng)記錄，對(duì)違規(guī)飛行員和航空公司給予處罰，督促其嚴(yán)格按照規(guī)定飛行，減少機(jī)場(chǎng)噪聲的影響范圍?？展懿块T也可將空中走廊設(shè)置在人口較少的區(qū)域，從而減少機(jī)場(chǎng)噪聲的影響。

圖1　空中閘門和空中走廊Fig.1　Air gate and air corridor

2.3督促航空公司采用低噪聲飛機(jī)

利用此類系統(tǒng)，機(jī)場(chǎng)可對(duì)起降航班機(jī)型和噪聲情況進(jìn)行分析，統(tǒng)計(jì)出高噪聲航班和機(jī)型號(hào)，進(jìn)而協(xié)調(diào)航空公司調(diào)查原因，對(duì)高噪聲航班和機(jī)型進(jìn)行調(diào)整或更換?？芍贫ǜ咴肼暫桨嗍召M(fèi)或處罰規(guī)定，以督促航空公司采用低噪聲飛機(jī)[5]。

2.4加強(qiáng)機(jī)場(chǎng)周圍土地利用規(guī)劃

在各項(xiàng)機(jī)場(chǎng)噪聲控制措施中，加強(qiáng)機(jī)場(chǎng)周圍土地使用規(guī)劃和管理是關(guān)鍵。利用機(jī)場(chǎng)噪聲與運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng)繪制的機(jī)場(chǎng)周圍噪聲等值線圖，可以更好地規(guī)劃土地用途，在高噪聲區(qū)域?qū)用襁M(jìn)行搬遷，改變土地用途，將其轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)場(chǎng)公共設(shè)施、商業(yè)等可以接受高噪聲的項(xiàng)目；機(jī)場(chǎng)應(yīng)將逐年繪制的噪聲等值線圖報(bào)環(huán)保部門、規(guī)劃部門備案。

2.5應(yīng)對(duì)居民投訴及改善公共關(guān)系

機(jī)場(chǎng)在接到周圍居民投訴時(shí)，可利用系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行準(zhǔn)確分析，如居民投訴飛機(jī)噪聲擾民的具體時(shí)間、居民所在位置，在系統(tǒng)中設(shè)置時(shí)間和空間搜索范圍，從中找出擾民的航班信息，可查詢其飛行路徑、機(jī)型、經(jīng)過居民所在地時(shí)飛機(jī)的經(jīng)緯度和高度等信息，分析航班噪聲超標(biāo)的原因，推薦解決方案，改善機(jī)場(chǎng)與周圍居民關(guān)系。

2.6為機(jī)場(chǎng)噪聲控制提供決策支持

機(jī)場(chǎng)噪聲監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)是民航部門、環(huán)保部門防治噪聲污染和規(guī)劃部門制定機(jī)場(chǎng)周圍土地利用規(guī)劃的重要依據(jù)[6]。利用噪聲與運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，可以得出較為準(zhǔn)確的機(jī)場(chǎng)噪聲影響報(bào)告，作為機(jī)場(chǎng)采取噪聲控制措施和調(diào)整航班運(yùn)行方案(如飛行程序、航線、航班時(shí)刻表、降噪飛行程序)等的決策依據(jù)，為機(jī)場(chǎng)噪聲控制和管理提供有力的數(shù)據(jù)支撐。此外，還可以為我國機(jī)場(chǎng)進(jìn)行噪聲控制、標(biāo)準(zhǔn)制定提供數(shù)據(jù)參考，可以進(jìn)行航跡優(yōu)化，對(duì)違規(guī)航班實(shí)施經(jīng)濟(jì)處罰。

3　機(jī)場(chǎng)噪聲與運(yùn)行監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用案例

3.1韓國仁川機(jī)場(chǎng)

韓國仁川機(jī)場(chǎng)是韓國規(guī)模最大的機(jī)場(chǎng)，也是亞洲最繁忙的機(jī)場(chǎng)之一。仁川機(jī)場(chǎng)共有3條可以起降大型民航機(jī)的主跑道，其環(huán)境管理目標(biāo)為“建立友好的生態(tài)機(jī)場(chǎng)”。機(jī)場(chǎng)設(shè)有環(huán)境管理中心，在機(jī)場(chǎng)周圍設(shè)置了18個(gè)噪聲監(jiān)測(cè)站、3個(gè)空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)站、1個(gè)水質(zhì)監(jiān)測(cè)站，噪聲監(jiān)測(cè)內(nèi)容包括Leq、Lmax、Lp、LWECPN等參數(shù)，如圖2所示。

圖2　仁川機(jī)場(chǎng)噪聲監(jiān)測(cè)站Fig.2　Noise monitoring station of Incheon Airport

仁川機(jī)場(chǎng)除了設(shè)有固定式噪聲監(jiān)測(cè)站，還設(shè)有移動(dòng)監(jiān)測(cè)車，移動(dòng)監(jiān)測(cè)車可以針對(duì)投訴進(jìn)行短期監(jiān)測(cè)。移動(dòng)監(jiān)測(cè)車上配有監(jiān)測(cè)設(shè)備和傳聲器升降桿，可以將傳聲器升高到6 m進(jìn)行測(cè)量。另外，車上還配有蓄電池，能保證持續(xù)測(cè)量3～7 d。

3.2臺(tái)灣機(jī)場(chǎng)

目前，臺(tái)灣已有多家機(jī)場(chǎng)建立了機(jī)場(chǎng)噪聲監(jiān)控系統(tǒng)，包括臺(tái)北松山機(jī)場(chǎng)、桃園國際機(jī)場(chǎng)、高雄小港機(jī)場(chǎng)、臺(tái)東豐年機(jī)場(chǎng)等。臺(tái)灣機(jī)場(chǎng)管理單位應(yīng)用該系統(tǒng)主要開展4個(gè)方面的工作：一是實(shí)施機(jī)場(chǎng)噪聲監(jiān)測(cè)(包括機(jī)場(chǎng)試車)、對(duì)飛機(jī)飛行資料進(jìn)行分析和整理、定期繪制機(jī)場(chǎng)噪聲等值線圖；二是每季度將機(jī)場(chǎng)噪聲監(jiān)測(cè)結(jié)果向環(huán)保部門進(jìn)行申報(bào)；三是處理民眾投訴，針對(duì)投訴的具體問題提供專業(yè)的數(shù)據(jù)分析和圖表說明，并提出可行的解決方案；四是加強(qiáng)與機(jī)場(chǎng)周邊居民的溝通，減少對(duì)立和抗?fàn)?，允許居民和學(xué)術(shù)單位參觀機(jī)場(chǎng)噪聲監(jiān)控中心，讓民眾了解機(jī)場(chǎng)對(duì)于噪聲管理所做的努力和成效。

臺(tái)北松山機(jī)場(chǎng)每年依據(jù)噪聲污染情況征收噪聲污染防治費(fèi)用，并將其用于以下方面：一是補(bǔ)助附近學(xué)校、幼兒園、居民區(qū)建設(shè)噪聲污染防治設(shè)施或措施；二是用于補(bǔ)助相關(guān)居民電費(fèi)、房屋稅、低價(jià)稅等費(fèi)用；三是用于噪聲污染防治措施及其技術(shù)研發(fā)等相關(guān)費(fèi)用。噪聲污染防治措施主要包括安裝或設(shè)立隔聲門、隔聲窗、消聲器、緩沖綠化帶等有助于隔離或降低機(jī)場(chǎng)噪聲影響的設(shè)施。

3.3北京首都國際機(jī)場(chǎng)

北京首都國際機(jī)場(chǎng)噪聲與運(yùn)行監(jiān)測(cè)系統(tǒng)于2008年1月25日通過民航總局組織的行業(yè)驗(yàn)收并開始投入使用[7]，是該系統(tǒng)在國內(nèi)的首次安裝和使用。系統(tǒng)24小時(shí)監(jiān)測(cè)首都機(jī)場(chǎng)及區(qū)域內(nèi)航空器運(yùn)行情況，為噪聲影響的分析和實(shí)施有效的降噪措施提供科學(xué)依據(jù)。系統(tǒng)包括21個(gè)固定式監(jiān)測(cè)站和1部車載移動(dòng)監(jiān)測(cè)站，通過網(wǎng)絡(luò)將噪聲數(shù)據(jù)傳至機(jī)場(chǎng)噪聲辦公室。系統(tǒng)從華北空管局獲取航班信息、雷達(dá)數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)等，通過時(shí)間標(biāo)簽將噪聲與航班數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)，形成一套完整的航班與噪聲數(shù)據(jù)記錄體系。此外，該系統(tǒng)還安裝了投訴模塊，可以錄入投訴信息，并可將投訴信息與航班信息進(jìn)行關(guān)聯(lián)；安裝了INM預(yù)測(cè)分析軟件，可以根據(jù)不同的業(yè)務(wù)量和運(yùn)行模式繪制實(shí)際或預(yù)測(cè)的噪聲等值線圖。系統(tǒng)架構(gòu)如圖3所示。

4　結(jié)語

圖3　首都機(jī)場(chǎng)噪聲與運(yùn)行監(jiān)測(cè)系統(tǒng)架構(gòu)圖Fig.3　The airport noise and operation monitoring system of Beijing Airport

應(yīng)用機(jī)場(chǎng)噪聲與運(yùn)行監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，可開展飛機(jī)噪聲的長(zhǎng)、短期監(jiān)測(cè)，對(duì)航跡進(jìn)行有效監(jiān)管，可逐年繪制噪聲等值線圖，優(yōu)化飛行程序，為管理部門制定有效降噪措施提供技術(shù)手段。此類系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)在于：一是要求監(jiān)測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確，設(shè)備性能穩(wěn)定，滿足長(zhǎng)期戶外需要；二是對(duì)于雷達(dá)數(shù)據(jù)的解讀成為航跡分析和管理的關(guān)鍵。目前我國尚無此類系統(tǒng)建設(shè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，建議參考《ISO 20906:2010 Acoustics — Unattended monitoring of aircraft sound in the vicinity of airports》開展系統(tǒng)建設(shè)工作。同時(shí)，在進(jìn)行噪聲監(jiān)測(cè)站選址時(shí)，應(yīng)綜合考慮航空器飛行軌跡、跑道位置、噪聲敏感點(diǎn)、背景噪聲、周圍設(shè)施對(duì)噪聲傳播的遮擋或反射等影響，以及預(yù)測(cè)的噪聲等值線圖、電力和通訊保障等因素。此外，在建設(shè)過程中還應(yīng)考慮系統(tǒng)的穩(wěn)定性、易用性和可擴(kuò)展性等問題。

[1]李國, 李成通, 蒿培培. 基于Android系統(tǒng)的機(jī)場(chǎng)噪聲監(jiān)測(cè)終端設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]. 中國民航大學(xué)學(xué)報(bào), 2014(4): 49- 54.

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Overview and Application Analysis on Airport Noise and Operation Monitoring System

ZHOU Xin1,2, DUAN Gang3, HU Xiao-hu1,2

(1.Appraisal Center for Environment & Engineering, Ministry of Environmental Protection, Beijing 100012, China;2.State Environmental Protection Key Laboratory of Numerical Modeling for Environment Impact Assessment, Beijing 100012, China;3.Beijing Capital International Airport Co., Ltd., Beijing 100621, China)

Since the noise monitoring is lagging far behind the airport construction and airline development, the airport noise pollution is becoming increasingly prominent in China. The airport noise and operation monitoring system was introduced to solve the problems. The noise event recognition, flight track monitoring and analysis, and flight track management were illustrated to explain features of the system. The system can run long time or short time noise monitoring, flight monitoring and management, while urging airlines to use low-noise aircraft, strengthening land use planning around airports, handling complaints from residents to improve public relations, and helping airports take optimum noise control measures. Several typical application cases were presented to provide

for other airports in noise monitoring.

airport noise; noise monitoring; airport noise and operation monitoring system; airport noise management

2015-12-18

環(huán)境保護(hù)部基金項(xiàng)目(14402400000015001-2)

周鑫(1977—)，女，遼寧鞍山人，工程師，碩士，研究方向?yàn)榄h(huán)境噪聲，E-mail：zhouxin@acee.org.cn

胡笑滸(1983—)，男，山東日照人，助理研究員，博士，研究方向?yàn)榄h(huán)境噪聲和振動(dòng)預(yù)測(cè)，E-mail：huxh@acee.org.cn

10.14068/j.ceia.2016.05.014

X839.1

A

2095-6444(2016)05-0055-04