基于RLS90模型與Kriging插值的城市交通道路噪聲預測

周強波 徐翰

摘要[目的]為建立道路交通噪聲預測和應用系統提供基礎數據。[方法]運用GIS空間分析中的Kriging插值方法與RLS90模型相結合對城市交通道路噪聲進行模擬預測，通過RLS90模型的聲源模型與聲傳模型計算道路噪聲值，運用Kriging插值方法進行空間模擬，對道路噪音未知樣點進行線性無偏最優預測，并以湖南省長沙市芙蓉區雍景園典型小區為例，進行了驗證。[結果]實例應用結果表明，長沙市芙蓉區雍景園小區5個測量地點的噪聲預測值（67.40 dB）與測量值（66.26 dB）的空間分布和傳播趨于一致。[結論] Kriging插值方法與RLS90模型相結合可以運用于道路交通噪聲的實時預測和決策。

關鍵詞Kriging插值；RLS90模型；道路噪聲預測

中圖分類號S181文獻標識碼A文章編號0517-6611（2016）04-103-03

Predictive Analysis of Traffic Noise in Urban Roads Based on RLS90 Model and Kriging Interpolation

——A Case of a Given Community in Furong District， Changsha City， Hunan Province

ZHOU Qiangbo， XU Han （230 Institute of Nuclear Industry， Changsha， Hunan 410007）

Abstract[Objective] To provide basic data for the prediction and application system of traffic noise in roads. [Method] Simulating prediction of traffic noise in urban roads was carried out by Kriging interpolation method and RLS90 model in GIS spatial analysis. Road noise value was calculated by sound source model and sound transmission model in RLS90 model； spatial simulation was carried out by Kriging interpolation method； linear unbiased prediction was adopted by the unknown sample sites of road noise. With a given community in Furong District， Changsha City， Hunan Province as an example， verification test was carried out. [Result] Spatial distribution and transmission of noise prediction value （67.40 dB） and measured values （66.26 dB） tended to be uniform in five measuring sites of Furong District. [Conclusion] Combining the Kriging interpolation method with RLS90 model can be applied in the prediction and decision making of road traffic noise.

Key wordsKriging interpolation； RLS90 model； Road traffic noise

近年來，隨著城市汽車數量的急劇增加，導致城市交通噪聲污染問題突出。目前，國內外對城市交通道路噪聲監測開展的研究較多，如Glacier等[1]采用實際監測采樣方法，對西班牙7個主要城市50個固定監測點進行長達20年的監測，得出一系列噪音分布圖，并分析了西班牙主要城市交通噪聲特征；英國的CRTN88模型適用于距離長、順暢的高峰交通流，可以簡單處理墻體對噪聲反射的影響[2]；美國FHWA模型主要用于高速公路勻速車流的交通噪聲預測，但未考慮道路坡度、路面性質、氣象條件以及多重反射對噪聲交通中斷對噪聲值的影響[3]；我國公布的GB17247.21998《聲學 戶外聲傳播的衰減第2部分：一般計算方法》等效采用了上述國際標準，計算原理考慮了噪聲的衰減、散射、反射、吸收等[3]。目前，我國學者較少結合前人研究結果運用空間插值方法模擬監測區域噪音數據研究。鑒于此，筆者根據RLS90模型在城市道路交通中的應用理論，運用RLS90兩大子模型對道路實測噪音進行評估分析，利用地理空間分析中的Kriging插值技術對噪音數據進行模擬預測，旨在為城市交通路線規劃提供輔助決策支持及科學技術手段。

1RLS90模型

RLS90是對交通道路噪聲進行預測分析的RLS81模型加以改進的一種模型。該模型以等效連續A聲級LeqA為評價指標，包括聲源模型和聲傳播模型2個子模型。模型構成關系如圖1所示。

（1）對于一個街道的聲級計算方法。

設預測點的噪聲級Lr為：

Lr=Lm+K

式中，Lm為車道上計算噪聲平均A聲級；K為交通信號控制路口效果增加的一個額外量。

（2）對于長直線路段的計算方法。

對于每條線路，平均噪聲級的計算公式：

Lm，i=Lm，E+Di+DS-DZ

Lm=10×lg100.1×Lm，i

式中，Lm，i為1條車道第i段平均聲壓級；Lm為車道上車輛行駛產生的噪聲級；Lm，E為車道上車輛行駛產生的噪聲級；主要與車道上的車流量、車型等數據有關；Di為不同小段的線聲源長度修正值；DS為距離衰減修正值；DZ為遮擋物（建筑物或聲屏障）衰減修正值。其中，車輛行駛產生的輻射噪聲級計算公式：

Lm，E=Lm（25）+Dv+DStro+Dstg+Dmreft

式中，Lm（25）為距聲源25 m，離地表4 m高處的平均A聲級；Dv為速度調整因子；DStro為路面校正，范圍為0～6 dB（A），一般瀝青路面DStro=0，水泥混凝土DStro=2，多孔隙瀝青混凝土DStro=-4或-5；Dstg為縱坡度修正值，當|g|>5%時，Dstg=0.6|g|-3；當|g|<5%時，Dstg=0；Dmreft為反射音修正值。

Lm（25）=37.3+101 g[M（1+0.082P）]

式中，M為單車道道路小時平均車流量；P為重型車比例。

Dmreft=4×HB/W≤3.2（反射面為非吸音介質）

Dmreft=2×HB/W≤1.6（反射面具有吸音性質）

式中，HB為反射面平均高度；W為聲源至反射面距離。

Di計算方法：Di=101 g（i）。

DS計算方法：DS=11.2-20×lg（S）-S/200，式中，S為聲源至接收點距離。

DZ的衰減正值計算方法：DZ=10×lg（3+80×Z×KW），式中，Z為繞射聲傳播路徑（聲源經遮擋物頂端至接受點）的長度與直達聲傳播路徑（聲源至接收點的直線距離）的長度間的差值。當只有1個聲屏障時，如圖2所示；當存在2個或2個以上聲屏障時，如圖3所示。

2關鍵技術

筆者重點探討城市道路交通噪聲模擬預測的準確性及對環境的影響程度，選擇在RLS90交通噪聲預測模型的基礎上，根據實際研究區域情況實現城市交通噪聲的Kriging插值預測道路噪音情況。技術模型如圖4所示。

2.1聲源模型計算RLS90模型對于聲源模型計算的技術方法是當路段符合長直線的條件時，可采用聲源模型進行計算，否則應采用聲傳模型進行計算。該模型的關鍵技術在于確定能夠對預測點噪聲有影響的街道（即線性聲源），并計算聲源產生的噪聲強度。線性聲源產生的噪聲污染主要采用道路長度、寬度、材質、坡度、車流量、重型車比、車速、隔音墻等數據進行計算。

2.2聲傳模型計算聲音在傳播過程中會有損失，到達預測點的聲音強度并不完全等同于聲源點處的dB值。削弱聲音的因素主要有建筑物、綠地、河流等可以吸收阻擋聲音傳播的地物。鑒于這些因素，筆者計算出線聲源的每一微分弧段到預測點的噪聲大小，最后進行疊加得到預測點處的總噪聲值，再將離散點的噪聲值內插得到整個區域面的噪聲分布情況（圖5）。

2.3內插技術輸出噪聲值克里金插值法是應用隨機函數理論，不僅考慮待估點與已知點的位置相關程度，還考慮他們之間的空間相關性，對每個樣點賦予不同權重，進行滑動加權平均，進而估算所求點的值[4]。克里金插值法的適用范圍為區域化變量存在空間相關性，即如果變異函數和結構分析的結果表明區域化變量存在空間相關性，則可以利用克里金插值技術進行內插或外推；反之，不可行。

城市道路噪音預測點是根據未知樣點有限鄰域內的若干已知樣本點數據，在考慮了預測區域實際測量樣本點的形狀、大小和空間方位，與未知樣點的相互空間位置關系，以及變異函數提供的結構信息之后，對道路噪音未知樣點進行的一種線性無偏最優預測估計。因此，選擇克里金內插技術輸出噪音預測結果。

其基本思路：設x1，…，xn為道路噪音預測區域的一系列實際觀測點，z（x1），…，z（xn）為相應的觀測值。區域化變量在x0處的值z×（x0）可采用一個線性組合進行估計：

z×（x0）=ni=1λiz（xi）

式中，z×（xi）為未知樣點的值；z（xi）為未知樣點周圍的已知樣本點的值；λi為待定加權系數；n為已知樣本點的個數。道路噪音Kriging插值方法的技術如圖6所示。

3實例應用

應用GIS與RLS90模型相結合構成的道路交通噪聲預測模塊對長沙市芙蓉區雍景園典型小區道路進行試驗，該小區西臨車站北路，北依雍景街，東接湘湖路，南靠晚報大道。采用的地理空間數據有研究區域1∶10 000 DEM數據、1∶500矢量基礎地理數據資料和高分辨率遙感影像；噪聲源屬性數據有車流量、車速、輕重車型比和路面材料；影響噪聲傳播數據有建筑、聲屏障和植被。預測點為高于地面1.5 m，距離反應物的距離至少為2.8 m，實測值測量的是距地表1.5 m的噪聲值，噪聲預測結果比實際結果偏高。試驗區5個測量點的預測值與測量值見表1，結果表明，噪聲空間分布和傳播趨于一致。

4結語

運用GIS技術與RLS90模型結合預測城市道路噪音值，充分利用GIS可視化和空間插值方法顯示了道路噪聲預測結果，兩者結合的道路噪聲預測值與實際測量值在空間分布和傳播趨于一致。通過預測點的不同高度可以發現，道路噪聲分布不僅具有水平面的空間分布，還有垂直面分布。然而，筆者僅僅是運用某一GIS空間分析技術與RLS90模型結合得出道路噪聲預測值，而噪聲分布不僅具有水平面的空間分布與垂直面分布，因此，結合實時空間預測，實現噪聲的三維實時動態分布規律將是今后的研究方向。

參考文獻

[1] GARCIA A，FAUS L J.Statistical analysis of noise levels in urban areas[J].Applied acoustics，1991，34：227-247.

[2] 李本綱，陶澍.應用英國CRTN88模式和GIS進行道路交通噪聲預測與規劃[J].環境工程，1999，17（5）：61-64.

[3] 鄧佳，趙劍強，張曉寧，等.公路交通噪聲預測模型FHWA與RLS90的比較[J].環境工程學報，2012（2）：687-691.

[4] 周汝良，丁琨，石雷.稀疏觀測數據的空間內插方法的分析與比較[J].云南地理環境研究，2008，20（4）：1-4.44