機(jī)場(chǎng)單噪聲事件評(píng)估方法改進(jìn)研究

李東亞，胡 榮，許躍鳳，陳 琳

（南京航空航天大學(xué) 民航學(xué)院，南京 211106）

機(jī)場(chǎng)單噪聲事件評(píng)估方法改進(jìn)研究

李東亞，胡 榮，許躍鳳，陳 琳

（南京航空航天大學(xué) 民航學(xué)院，南京 211106）

為了提高機(jī)場(chǎng)噪聲評(píng)估合理性，針對(duì)單噪聲事件，基于航跡模擬仿真數(shù)據(jù)，通過(guò)實(shí)距計(jì)算、插值計(jì)算和修正計(jì)算繪制機(jī)場(chǎng)噪聲動(dòng)態(tài)等值線(xiàn)圖和敏感點(diǎn)噪聲變化圖?？紤]噪聲動(dòng)態(tài)變化結(jié)果，分析現(xiàn)有靜態(tài)評(píng)估指標(biāo)Amax不足，采用SEL指標(biāo)并對(duì)噪聲敏感點(diǎn)進(jìn)行噪聲補(bǔ)償處理。最后以廣州白云機(jī)場(chǎng)GYA方向進(jìn)場(chǎng)為例，從地面和空間噪聲的分布對(duì)比分析了現(xiàn)行評(píng)估指標(biāo)和改進(jìn)評(píng)估指標(biāo)的評(píng)估結(jié)果。結(jié)果表明：現(xiàn)行Amax指標(biāo)評(píng)估忽視了噪聲累積，造成噪聲結(jié)果偏小，改進(jìn)SEL指標(biāo)與Amax指標(biāo)相比較，敏感點(diǎn)噪聲值提高超過(guò)10 dB；改進(jìn)SEL指標(biāo)較Amax指標(biāo)在各等級(jí)噪聲所影響面積、體積方面均有所增加。

聲學(xué)；噪聲評(píng)估；動(dòng)態(tài)評(píng)估；機(jī)場(chǎng)噪聲；單噪聲事件

近年來(lái)，航空業(yè)迅速發(fā)展給人們出行帶來(lái)極大便利，然而隨著航班量的增加，飛機(jī)頻繁起降，導(dǎo)致機(jī)場(chǎng)噪聲問(wèn)題日益突出。于是，飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)減噪[1]、綠色飛行程序[2]、土地規(guī)劃利用[3]等減噪技術(shù)成為機(jī)場(chǎng)降噪這一課題的研究重點(diǎn)，而客觀合理的機(jī)場(chǎng)噪聲評(píng)估方法是驗(yàn)證上述技術(shù)減噪效果的基礎(chǔ)。

目前機(jī)場(chǎng)噪聲評(píng)估的形式主要有兩種：

（1）機(jī)場(chǎng)噪聲靜態(tài)評(píng)估是現(xiàn)今較為常見(jiàn)的評(píng)估形式。一方面可以通過(guò)現(xiàn)有軟件INM、Noise Map[4]等直接輸出靜態(tài)噪聲等值線(xiàn)圖，另一方面可通過(guò)Surf、Matlab[5]等軟件編程繪制。然而，靜態(tài)等值線(xiàn)圖針對(duì)單噪聲事件多是采用Amax（最大A聲級(jí)）作為評(píng)估指標(biāo)，未考慮噪聲覆蓋時(shí)間以及對(duì)不同區(qū)域影響的差異性，導(dǎo)致結(jié)果過(guò)于片面而不切實(shí)際，在使用過(guò)程中往往失去意義。

（2）機(jī)場(chǎng)噪聲動(dòng)態(tài)評(píng)估利用噪聲歷史監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)聚類(lèi)或擬合發(fā)現(xiàn)噪聲分布模式并構(gòu)造網(wǎng)格以快速生成等值線(xiàn)[6]，這是目前研究噪聲動(dòng)態(tài)分布的有效方法，但該方法計(jì)算較為復(fù)雜，且要以歷史數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，對(duì)新建機(jī)場(chǎng)的噪聲分布預(yù)測(cè)應(yīng)用性較差。

文中以廣州白云機(jī)場(chǎng)GYA方向進(jìn)場(chǎng)（夜間，下同）為例，針對(duì)單噪聲事件，基于航跡模擬仿真數(shù)據(jù)，使用Matlab軟件編程，通過(guò)實(shí)距計(jì)算、插值計(jì)算和修正計(jì)算繪制機(jī)場(chǎng)噪聲動(dòng)態(tài)等值線(xiàn)圖和敏感點(diǎn)噪聲變化圖?？紤]噪聲動(dòng)態(tài)變化結(jié)果，深入分析現(xiàn)有靜態(tài)評(píng)估指標(biāo)，指出其不足，采用SEL（聲暴露級(jí)）指標(biāo)，對(duì)噪聲敏感點(diǎn)進(jìn)行噪聲補(bǔ)償處理，最后從地面和空間噪聲分布對(duì)比分析現(xiàn)行Amax評(píng)估指標(biāo)和改進(jìn)SEL評(píng)估指標(biāo)評(píng)估結(jié)果。

1 機(jī)場(chǎng)噪聲動(dòng)態(tài)評(píng)估

近幾年隨著我國(guó)機(jī)場(chǎng)噪聲監(jiān)測(cè)工作的開(kāi)展，機(jī)場(chǎng)噪聲評(píng)估已形成了較為規(guī)范的系統(tǒng)體系，目前的成果多以噪聲數(shù)據(jù)和噪聲日平均噪聲靜態(tài)等值線(xiàn)為主，對(duì)機(jī)場(chǎng)噪聲的時(shí)空演化及可視化等方面的研究還不夠深入。與此同時(shí)，由于影響機(jī)場(chǎng)噪聲分布的因素較多，部署噪聲監(jiān)測(cè)設(shè)備成本較高，機(jī)場(chǎng)噪聲的動(dòng)態(tài)可視化實(shí)現(xiàn)較為困難。

選用B767-300機(jī)型以廣州白云機(jī)場(chǎng)GYA方向進(jìn)場(chǎng)為例進(jìn)行噪聲評(píng)估，基于BADA（Base of Aircraft Data）模型、離散動(dòng)態(tài)模型構(gòu)建航跡預(yù)測(cè)模型[7]，使用VC++編程，生成IAP（Instrument Arrival Procedure）程序航跡。其中IAP程序中重要航路點(diǎn)信息如表1所示。

表1 IAP程序中航路點(diǎn)信息

采用Matlab編程，導(dǎo)入航跡數(shù)據(jù)（包括距離、推力、高度、速度、經(jīng)緯度等）以及B767-300的NPD（Noise Power Distance）數(shù)據(jù)，并進(jìn)行單位換算，根據(jù)經(jīng)緯度數(shù)據(jù)計(jì)算實(shí)際距離，進(jìn)行推力和斜距插值，得到經(jīng)緯度和各航跡點(diǎn)影響下的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)噪聲數(shù)據(jù)，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)噪聲數(shù)據(jù)進(jìn)行速度、側(cè)向衰減等修正得到修正噪聲，設(shè)置刷新頻率得到進(jìn)場(chǎng)飛機(jī)按照時(shí)間變化的噪聲動(dòng)態(tài)圖。

1.1 實(shí)距計(jì)算

根據(jù)航跡經(jīng)緯度數(shù)據(jù)，可由式（1）計(jì)算實(shí)際距離

式中DIS是兩點(diǎn)間的實(shí)際距離，R=6 371.01 km；PI=π。

式中distance是Matlab中計(jì)算距離的函數(shù)；A(1)是A點(diǎn)經(jīng)度；A(2)是A點(diǎn)緯度；B(1)是B點(diǎn)的經(jīng)度；B(2)是B點(diǎn)緯度。

1.2 插值計(jì)算

插值計(jì)算包括推力插值和斜距插值[8]，推力插值的基本原理是將航跡推力插值計(jì)算得到基本NPD數(shù)據(jù)的擴(kuò)展數(shù)據(jù)，從GYA到AGVOS包括n個(gè)重要航跡點(diǎn)，經(jīng)過(guò)推力插值可得到m（m為對(duì)應(yīng)機(jī)型NPD數(shù)據(jù)表格行數(shù)）行n列的數(shù)據(jù)表格。斜距插值是在確定推力的前提下，計(jì)算網(wǎng)格各點(diǎn)距航跡點(diǎn)斜距，通過(guò)斜距插值得到網(wǎng)格各點(diǎn)噪聲值，其中斜距可通過(guò)式（3）計(jì)算

式中l(wèi)是網(wǎng)格點(diǎn)距地面航跡點(diǎn)距離，可根據(jù)式（1）計(jì)算，h是航跡點(diǎn)飛行高度。

1.3 修正計(jì)算

單架飛機(jī)的A聲級(jí)噪聲計(jì)算公式如下[8]

1.4 動(dòng)態(tài)繪圖

經(jīng)過(guò)上述計(jì)算，可得到各網(wǎng)格點(diǎn)（a）受各航跡點(diǎn)（n）影響的噪聲數(shù)據(jù)共a×n個(gè)數(shù)據(jù)，使用meshgrid將經(jīng)緯度坐標(biāo)網(wǎng)格化，使用griddata函數(shù)將噪聲數(shù)據(jù)網(wǎng)格化，使用contourf函數(shù)繪圖，并使用drawnow函數(shù)刷新可得到n幀的動(dòng)態(tài)圖，每幀圖代表飛機(jī)處于不同飛行位置的噪聲影響等值線(xiàn)圖，圖1、圖2為B767-300飛機(jī)執(zhí)行IAP程序起、終點(diǎn)噪聲影響等值線(xiàn)圖。

通過(guò)上述步驟在得到噪聲動(dòng)態(tài)圖的同時(shí)，也能得到敏感點(diǎn)的噪聲變化數(shù)據(jù)，IAP程序中GYA方向進(jìn)場(chǎng)從起點(diǎn)GYA至終點(diǎn)AGVOS共有四處噪聲敏感區(qū)域，如圖3所示。

敏感點(diǎn)噪聲變化如圖4至圖7所示。

隨著高度下降和推力增加，峰值噪聲不斷增加，對(duì)如下4點(diǎn)區(qū)域的噪聲評(píng)估需考慮其較低的噪聲承受能力。

圖1 IAP程序中GYA方向進(jìn)場(chǎng)起始點(diǎn)噪聲等值線(xiàn)圖

圖2 IAP程序中GYA方向進(jìn)場(chǎng)終止點(diǎn)噪聲等值線(xiàn)圖

圖3 GYA至AGVOS間噪聲敏感點(diǎn)

圖4 肇慶市第三人民醫(yī)院噪聲變化

圖5 白坭華立醫(yī)院噪聲變化

圖6 金沙中學(xué)噪聲變化

圖7 羅村中心小學(xué)噪聲變化

2 機(jī)場(chǎng)噪聲靜態(tài)評(píng)估

機(jī)場(chǎng)噪聲靜態(tài)評(píng)估表示一個(gè)時(shí)間段（一天、一周等）的噪聲分布情況，包含平均的思想，是將每個(gè)點(diǎn)的噪聲變化用一個(gè)噪聲值表示的過(guò)程。

2.1 現(xiàn)行評(píng)估方法

根據(jù)《機(jī)場(chǎng)周?chē)娇掌髟肼暅y(cè)量方法》（GB9661-1988）和《機(jī)場(chǎng)周?chē)娇掌髟肼暛h(huán)境標(biāo)準(zhǔn)》（GB9660-1988）規(guī)定，多事件累積噪聲評(píng)價(jià)量采用計(jì)權(quán)等效連續(xù)感覺(jué)噪聲級(jí)WECPNL，而作為單事件的噪聲評(píng)價(jià)量EPNL因?yàn)橛?jì)算復(fù)雜且不能直接測(cè)量，故多采用最大A聲級(jí)（Amax）作為單噪聲事件評(píng)價(jià)量。Amax表示噪聲持續(xù)時(shí)間內(nèi)達(dá)到的最大噪聲水平，即在該時(shí)間段內(nèi)噪聲監(jiān)測(cè)設(shè)備讀出的最大值。

從實(shí)際應(yīng)用效果來(lái)看，使用Amax指標(biāo)計(jì)算并不理想，主要體現(xiàn)在兩方面：

（1）Amax只考慮了最大噪聲級(jí)造成的影響而不考慮覆蓋時(shí)間，忽視了最大噪聲級(jí)發(fā)生前后的噪聲累積效果，從噪度的角度來(lái)看，這不能夠真實(shí)反映該點(diǎn)的噪聲情況，往往會(huì)導(dǎo)致噪聲值偏小。

（2）Amax未考慮機(jī)場(chǎng)噪聲對(duì)不同區(qū)域（噪聲敏感區(qū)、非敏感區(qū)）的差異，導(dǎo)致結(jié)果過(guò)于片面而不切實(shí)際，在應(yīng)用過(guò)程中往往失去意義。

2.2 改進(jìn)評(píng)估方法

聲暴露級(jí)（SEL）考慮單噪聲事件持續(xù)時(shí)間段內(nèi)的所有噪聲級(jí)，而不只是其間的最大噪聲級(jí)，SEL綜合了噪聲時(shí)間段內(nèi)噪聲監(jiān)測(cè)設(shè)備的所有讀數(shù)，并給出一個(gè)總噪聲水平的估算結(jié)果，SEL度量了一個(gè)噪聲事件對(duì)噪聲受眾的全部噪聲影響，故采用SEL作為噪聲評(píng)價(jià)量更接近實(shí)際，SEL計(jì)算如式（5）所示。同時(shí)考慮進(jìn)場(chǎng)路徑經(jīng)過(guò)的噪聲敏感區(qū)域，對(duì)噪聲敏感區(qū)域采用噪聲補(bǔ)償?shù)姆椒ㄒ员硎酒漭^低的噪聲承受能力。

其中l(wèi)og是以10為底的對(duì)數(shù)，在實(shí)際應(yīng)用中，一般采用NΔt個(gè)時(shí)刻Δt，2Δt，3Δt，…，NΔt的離散值Li來(lái)代替連續(xù)函數(shù)L(t)。Li表示在iΔt時(shí)刻讀數(shù)，故SEL可近似表示為

在計(jì)算過(guò)程中，只需考慮與Amax相近的噪聲值即可，因?yàn)樵趯?duì)數(shù)函數(shù)中比Amax低10 dB以上的讀數(shù)值對(duì)SEL計(jì)算結(jié)果的影響很小，故比Amax低10 dB的噪聲數(shù)據(jù)暫不考慮[9]。

對(duì)于非噪聲敏感區(qū)，其計(jì)算如式（6）所示，對(duì)于噪聲敏感區(qū)，在式（6）的計(jì)算基礎(chǔ)上加上5 dB的噪聲補(bǔ)償[2，10]，如式（7）所示

噪聲敏感區(qū)以噪聲敏感點(diǎn)方圓500 m為界（可覆蓋周?chē)^大部分噪聲敏感同類(lèi)區(qū)域）。

采用此算法可得到1-4敏感點(diǎn)靜態(tài)噪聲值分別為59 dB、64 dB、68 dB、68 dB，而采用Amax指標(biāo)1-4敏感點(diǎn)靜態(tài)噪聲值分別為48 dB、53 dB、56 dB、57 dB，明顯，通過(guò)噪聲累積計(jì)算的噪聲值更大，這更符合實(shí)際情況。

3 靜態(tài)評(píng)估結(jié)果分析

選用B767-300機(jī)型，以廣州白云機(jī)場(chǎng)GYA進(jìn)場(chǎng)點(diǎn)為例，基于航跡模擬仿真數(shù)據(jù)，通過(guò)Matlab編程得到平面噪聲等值線(xiàn)圖和三維噪聲等值面圖，分別采用Amax指標(biāo)與改進(jìn)SEL指標(biāo)從地面和空間兩個(gè)維度分析IAP程序噪聲影響結(jié)果，兩種評(píng)估方法的地面噪聲影響等值線(xiàn)如圖8和圖9所示。

圖8 GYA方向進(jìn)場(chǎng)Amax指標(biāo)靜態(tài)等值線(xiàn)

圖9 GYA方向進(jìn)場(chǎng)改進(jìn)SEL指標(biāo)靜態(tài)等值線(xiàn)

噪聲限值以《社會(huì)生活環(huán)境噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB22337-2008）規(guī)定的1類(lèi)區(qū)域（居民住宅、醫(yī)療衛(wèi)生、文化教育等）夜間限值45 dB（A聲級(jí)）為準(zhǔn)。

通過(guò)進(jìn)一步計(jì)算可得Amax指標(biāo)與改進(jìn)SEL指標(biāo)在45 dB以上噪聲影響面積、面積差及增加倍數(shù)，如表2所示。

表2 GYA方向進(jìn)場(chǎng)Amax評(píng)估與改進(jìn)SEL評(píng)估結(jié)果對(duì)比

為進(jìn)一步了解兩種指標(biāo)評(píng)估的影響范圍，特別是高度的增加對(duì)三維空間的影響，引入高度變量，量化計(jì)算噪聲在空間范圍內(nèi)的影響，如圖10-圖11所示。

因?yàn)閺V州超過(guò)400 m的高層建筑只有3座，這里將最大高度設(shè)置為400 m（1 312.34英尺）可覆蓋絕大部分高層。計(jì)算可得Amax指標(biāo)與改進(jìn)SEL指標(biāo)在45 dB以上噪聲影響體積、體積差及增加倍數(shù)，如表3所示。

通過(guò)Amax指標(biāo)與改進(jìn)SEL指標(biāo)對(duì)GYA方向進(jìn)場(chǎng)噪聲評(píng)估數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可得出如下結(jié)論：

（1）Amax指標(biāo)評(píng)估忽視了噪聲累積，造成噪聲結(jié)果偏小，改進(jìn)SEL指標(biāo)與Amax指標(biāo)相比較，噪聲敏感點(diǎn)1-4噪聲值分別提高11 dB、11 dB、12 dB、11 dB。

（2）改進(jìn)SEL指標(biāo)較Amax指標(biāo)在各等級(jí)噪聲影響面積、體積均有所提高；

（3）在機(jī)場(chǎng)噪聲污染日益加劇的背景下，機(jī)場(chǎng)噪聲影響亟需客觀合理的評(píng)估。

圖10 GYA方向進(jìn)場(chǎng)Amax指標(biāo)靜態(tài)等值面

圖11 GYA方向進(jìn)場(chǎng)改進(jìn)SEL指標(biāo)靜態(tài)等值面

表3 GYA方向進(jìn)場(chǎng)Amax評(píng)估與改進(jìn)SEL評(píng)估結(jié)果對(duì)比

4 結(jié)語(yǔ)

基于航跡模擬仿真數(shù)據(jù)，使用Matlab軟件編程，通過(guò)實(shí)距計(jì)算、插值計(jì)算和修正計(jì)算繪制機(jī)場(chǎng)噪聲動(dòng)態(tài)等值線(xiàn)圖和敏感點(diǎn)噪聲變化圖?？紤]噪聲動(dòng)態(tài)變化結(jié)果，深入分析現(xiàn)有Amax評(píng)估指標(biāo)不足，采用SEL指標(biāo)并對(duì)噪聲敏感點(diǎn)給予噪聲補(bǔ)償處理，最后從地面和空間噪聲分布對(duì)比分析現(xiàn)行評(píng)估指標(biāo)和改進(jìn)評(píng)估指標(biāo)的影響結(jié)果。

以廣州白云機(jī)場(chǎng)GYA方向進(jìn)場(chǎng)為例對(duì)噪聲現(xiàn)行評(píng)估指標(biāo)與改進(jìn)評(píng)估指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比分析，結(jié)果表明：

（1）現(xiàn)行Amax指標(biāo)評(píng)估忽視了噪聲累積，造成噪聲結(jié)果偏小，改進(jìn)SEL指標(biāo)與Amax指標(biāo)相比，噪聲敏感點(diǎn)1-4噪聲值分別提高11 dB、11 dB、12 dB、11 dB；

（2）改進(jìn)SEL指標(biāo)較現(xiàn)行Amax指標(biāo)在各等級(jí)噪聲影響面積、體積均有所提高；

（3）在機(jī)場(chǎng)噪聲污染日益加劇的背景下，機(jī)場(chǎng)噪聲影響亟需客觀合理的評(píng)估。

當(dāng)然，無(wú)論哪種評(píng)估指標(biāo)，其評(píng)估結(jié)果不同的原因只是評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)不同，噪聲實(shí)際影響并未發(fā)生變化。

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Research on Improvement of the Methods of Single Noise Incident Evaluation

LI Dong-ya,HU Rong,XU Yue-feng,CHEN Lin
（College of CivilAviation,Nanjing University ofAeronautics andAstronautics, Nanjing 211106,China）

The methods to improve the rationality of airport noise evaluation of single noise incident are studied.Based on the data of flight path simulation,the dynamic noise contour map and the sensitive-point noise change diagram are plotted in virtue of the calculation of the actual distance,the interpolation calculation and the correction calculation. Considering the dynamic changes of the noise,the shortage of the current static evaluation indexAmaxis analyzed.TheSELindex is used for noise compensation at the noise sensitive points.Finally,with the Guangzhou Baiyun Airport GYA entrance as an example,the results of the existing evaluation index and the improved evaluation index according to the ground distribution and spatial distribution of the noise are analyzed and compared.The results show that the existing evaluation index ignores the noise accumulation,resulting in an underestimation of the noise.In comparison with the existing evaluation index,the noise value increase of the sensitive points can exceed 10 dB by using the improved evaluation indexAmax,and the influencing area and volume also increase for the same noise level.

acoustics;noise evaluation;dynamic evaluation;airport noise;single noise incident

V19；TP301.6

：A

：10.3969/j.issn.1006-1335.2016.06.022

1006-1355(2016)06-0111-05

2016-06-28

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（71401072，71201082）；中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專(zhuān)項(xiàng)資金資助項(xiàng)目（NR2014007，NS2015068）；南京航空航天大學(xué)研究生創(chuàng)新基地（實(shí)驗(yàn)室）開(kāi)放基金資助項(xiàng)目（kfjj20150705，kfjj20160702）

李東亞（1991-），男，江蘇省徐州市人，碩士生，研究方向?yàn)榻煌ㄟ\(yùn)輸規(guī)劃與管理。

胡榮，男，碩士生導(dǎo)師，江蘇省揚(yáng)州市人，副教授。E-mail:hoorong@nuaa.edu.cn