基于GIS平臺(tái)的鐵路噪聲預(yù)測(cè)智能技術(shù)研究

岳 思

(中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，湖北 武漢 430063)

1 引言

在鐵路事業(yè)快速發(fā)展的過程中，伴隨而來的鐵路噪聲問題，成為社會(huì)關(guān)注的焦點(diǎn)，也成為影響城市生態(tài)環(huán)境的主要噪聲污染源之一。為此，在鐵路規(guī)劃建設(shè)中，科學(xué)準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)評(píng)估鐵路噪聲，是實(shí)現(xiàn)鐵路噪聲有效防控的重要基礎(chǔ)。目前，GIS技術(shù)在鐵路噪聲預(yù)測(cè)中的應(yīng)用比較成熟，其憑借空間數(shù)據(jù)優(yōu)勢(shì)，提高了鐵路噪聲預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性。特別是近年來，基于大數(shù)據(jù)、云計(jì)算技術(shù)的，GIS下的鐵路噪聲預(yù)測(cè)向智能化發(fā)展，不僅提高了噪聲預(yù)測(cè)評(píng)估的準(zhǔn)確性，而且能夠?qū)崿F(xiàn)高效的預(yù)測(cè)反饋，提高了預(yù)測(cè)的科學(xué)合理性，這契合鐵路建設(shè)的實(shí)際需求[1]。因此，本文圍繞GIS平臺(tái)，就如何構(gòu)建智能預(yù)測(cè)模式及技術(shù)系統(tǒng)運(yùn)行，做了如下具體闡述。

2 建立預(yù)測(cè)模型

2.1 噪聲源的分布

隨著高速鐵路建設(shè)的不斷推進(jìn)，我國(guó)鐵路事業(yè)步入新的歷史時(shí)期。在鐵路為現(xiàn)代交通提供便捷的同時(shí)，關(guān)于鐵路噪聲污染問題成為社會(huì)關(guān)注的焦點(diǎn)。列車噪聲的產(chǎn)生主要來自輪軌摩擦、牽引動(dòng)力以及空氣動(dòng)力噪聲等，特別是對(duì)于高鐵列車，速度越快所形成的噪聲問題越顯著。從噪聲的特點(diǎn)而言，鐵路噪聲為流動(dòng)性噪聲污染，具有面廣、間歇性和線長(zhǎng)性等特點(diǎn)[2]。因此，鐵路噪聲污染程度的判斷，一方面與列車的速度、軌道結(jié)構(gòu)及車輛運(yùn)行密度等有關(guān)，另一方面也與周邊居住環(huán)境、居民密集度等息息相關(guān)。從現(xiàn)有研究來看，鐵路噪聲的分布，具體是列車輪軌噪聲(78.0%)、集電系統(tǒng)噪聲(16.0%)，其他(6%，如機(jī)械運(yùn)動(dòng)噪聲等)[3]。為此，針對(duì)列車噪聲源的分布情況，在對(duì)列車噪聲預(yù)測(cè)及防控中，主要針對(duì)列車輪軌、集電系統(tǒng)等的噪聲防治。

2.2 預(yù)測(cè)模型

當(dāng)前，GIS技術(shù)在鐵路噪聲預(yù)測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用廣泛，并且在智能化方面有新的應(yīng)用價(jià)值。為此，基于GIS技術(shù)，構(gòu)建鐵路噪聲預(yù)測(cè)智能系統(tǒng)，成為鐵路噪聲預(yù)測(cè)評(píng)估的重要研究?jī)?nèi)容[4]。本文基于GIS進(jìn)行智能預(yù)測(cè)模型的建立，為鐵路噪聲預(yù)測(cè)智能技術(shù)的系統(tǒng)研究及實(shí)踐應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)。

2.2.1 模型要素

基于GIS平臺(tái)下的噪聲智能預(yù)測(cè)，關(guān)鍵在于如何基于噪聲分布特點(diǎn)，建立鐵路噪聲的空間數(shù)據(jù)體系。如表1所示，是鐵路噪聲空間數(shù)據(jù)表。從文中可以知道，在模型要素中，區(qū)段、居民區(qū)、敏感點(diǎn)等，成為模型構(gòu)建的重要空間數(shù)據(jù)來源，其中列車行駛速度、軌道結(jié)構(gòu)、居民居住環(huán)境等，都形成鐵路噪聲數(shù)據(jù)的具體因子，基于GIS模型下的噪聲智能預(yù)測(cè)，能夠更好地基于各要素實(shí)現(xiàn)智能化預(yù)測(cè)評(píng)估[5～7]。

表1 鐵路噪聲空間數(shù)據(jù)

2.2.2 預(yù)測(cè)模型

選擇居民區(qū)的任一點(diǎn)(記為A)，分別計(jì)算出鐵路噪聲的直達(dá)聲和衍射聲。具體計(jì)算公式如下[4]：

(2)

式(1)、(2)中，H為列車長(zhǎng)度；ω為噪聲源功率級(jí)；N為菲涅耳系數(shù)；ρ為特性聲阻抗；L為鐵路與建筑物距離；B為建筑物距離。

2.2.3 模型系統(tǒng)運(yùn)行

在模型建立中，充分基于模型要素及空間數(shù)據(jù)特性，實(shí)現(xiàn)對(duì)鐵路噪聲源的智能化預(yù)測(cè)評(píng)估。基于GIS平臺(tái)建立鐵路噪聲預(yù)測(cè)模型，能夠?qū)崿F(xiàn)智能化預(yù)測(cè)系統(tǒng)的生成[8，9]。在預(yù)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行中，GIS軟件ArcView生成空間數(shù)據(jù)，并在對(duì)具體屬性數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)化中，形成系統(tǒng)智能預(yù)測(cè)模塊所需的數(shù)據(jù)模型，并且基于大數(shù)據(jù)庫的建立，能夠更加快速、精準(zhǔn)的預(yù)測(cè)響應(yīng)，完成對(duì)鐵路噪聲預(yù)測(cè)的智能評(píng)估反饋，極大地提高了預(yù)測(cè)的時(shí)效性及智能化水平，體現(xiàn)了GIS技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值。

圖1 GIS平臺(tái)的鐵路噪聲預(yù)測(cè)模型

為更好地實(shí)現(xiàn)預(yù)測(cè)智能技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，需要基于鐵路噪聲衰減機(jī)理建立與之相應(yīng)的預(yù)測(cè)模型，以更好地提高預(yù)測(cè)反饋的準(zhǔn)確性[10]。因此，在系統(tǒng)運(yùn)行中，一方面發(fā)揮了GIS在空間數(shù)據(jù)分析、管理的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)；另一方面需要在數(shù)據(jù)模型的建立中，強(qiáng)化預(yù)測(cè)指標(biāo)體系的建立，生成“空間數(shù)據(jù)—噪聲標(biāo)準(zhǔn)”數(shù)據(jù)模型。

3 噪聲控制建議

在鐵路噪聲預(yù)測(cè)研究中，鐵路噪聲的形成是一個(gè)系統(tǒng)性問題?；贕IS平臺(tái)下的噪聲智能預(yù)測(cè)，能夠從直達(dá)聲、衍射聲的智能預(yù)測(cè)評(píng)估中，與噪聲標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)智能匹配，反饋鐵路噪聲的程度情況[11]。因此，在鐵路噪聲的控制中，要發(fā)揮智能化預(yù)測(cè)系統(tǒng)的重要作用，同時(shí)也要在城市規(guī)劃、鐵路建設(shè)等方面，強(qiáng)化對(duì)鐵路噪聲的防治，保障鐵路事業(yè)健康發(fā)展。

3.1 建立智能化預(yù)測(cè)系統(tǒng)

目前，GIS技術(shù)在鐵路噪聲預(yù)測(cè)中的應(yīng)用比較成熟，所建立的智能化噪聲預(yù)測(cè)系統(tǒng)，能夠針對(duì)鐵路噪聲源特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)科學(xué)、準(zhǔn)確的噪聲預(yù)測(cè)，對(duì)于提高鐵路噪聲防治具有重要意義[12]。本文介紹的鐵路噪聲預(yù)測(cè)智能系統(tǒng)，是基于GIS的數(shù)據(jù)空間，建立預(yù)測(cè)預(yù)評(píng)估模型，提高了傳統(tǒng)噪聲預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性及實(shí)效性。因此，在鐵路噪聲防治中，要加快建立智能化預(yù)測(cè)系統(tǒng)，發(fā)揮GIS的空間數(shù)據(jù)優(yōu)勢(shì)，滿足當(dāng)前日益增長(zhǎng)的實(shí)際需求[13]。此外，GIS平臺(tái)技術(shù)要加快建立空間大數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)質(zhì)量、數(shù)據(jù)屬性等方面，更好地匹配當(dāng)前的系統(tǒng)需求。

3.2 科學(xué)鐵路交通規(guī)劃建設(shè)

在鐵路建設(shè)中，要科學(xué)規(guī)劃論證，強(qiáng)化對(duì)鐵路噪聲問題的研究。一方面，鐵路噪聲智能預(yù)測(cè)系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)更加準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)結(jié)果，但也需要鐵路交通規(guī)劃建設(shè)的科學(xué)論證，實(shí)現(xiàn)對(duì)鐵路噪聲的源頭控制[14]；另一方面，充分結(jié)合智能預(yù)測(cè)結(jié)果評(píng)估，對(duì)鐵路交通規(guī)劃進(jìn)行優(yōu)化，以更好地實(shí)現(xiàn)規(guī)劃科學(xué)合理性，強(qiáng)化鐵路噪聲對(duì)周邊居民生態(tài)的影響控制[15]。因此，在鐵路噪聲預(yù)測(cè)與防控中，要充分結(jié)合鐵路交通規(guī)劃及預(yù)測(cè)評(píng)估結(jié)果，在綜合評(píng)價(jià)分析中實(shí)現(xiàn)科學(xué)有效的鐵路建設(shè)。

4 結(jié)語

鐵路噪聲的科學(xué)預(yù)測(cè)評(píng)估，對(duì)于鐵路規(guī)劃建設(shè)具有重要意義。GIS平臺(tái)依托空間數(shù)據(jù)優(yōu)勢(shì)，成為鐵路噪聲預(yù)測(cè)的重要技術(shù)載體。在本文研究中，基于GIS平臺(tái)的鐵路噪聲預(yù)測(cè)系統(tǒng)，能夠依托大數(shù)據(jù)技術(shù)、云計(jì)算技術(shù)等的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)智能化噪聲預(yù)測(cè)，提高了鐵路噪聲預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性，同時(shí)也為鐵路噪聲科學(xué)防控提供依據(jù)。面對(duì)鐵路事業(yè)的快速發(fā)展，基于GIS平臺(tái)建立智能化噪聲預(yù)測(cè)系統(tǒng)，契合了新時(shí)期的發(fā)展需求，也是鐵路噪聲預(yù)測(cè)技術(shù)研究的重要方向。