道路交通噪聲預測聲源簡化研究

李憲同，趙佳美，汪 贇，白 煜，宗蕙娟，溫香彩

1.中國環境監測總站，國家環境保護環境監測質量控制重點實驗室，北京 100012 2.北京市勞動保護科學研究所，北京 100054

國內學者也進行了相關研究，包括道路交通噪聲預測模型的推導[10]、參數修正[11-13]、衰減修正[14]等。環境影響評價工作中，技術人員通常依據《環評導則》將道路簡化為1條位于道路中心線處的線聲源，而不考慮道路寬度和車道多少。《環評導則》中規定的簡化為1條線聲源與其他模型中簡化為多條線聲源在道路寬度不同、接收點與道路邊界距離不同時對預測結果的精度有無影響、影響有多大，很少有文章涉及。本文通過推導多條線聲源與1條線聲源在接收點噪聲影響的誤差計算公式，深入研究《環評導則》中的簡化方式的誤差大小，以期為道路噪聲管理、規劃、環評提供更加切實可行的方法，減少道路交通噪聲投訴和影響。

1 誤差計算

一般情況下，是將近場區的道路交通有限長線聲源當作無限長線聲源處理[15]。如圖1所示，假設接收點在距離線聲源距離r0處(參考點)聲級為Lr0，在距離r處聲級為Lr，衰減符合式(1)的規律。

圖1 兩車道道路線聲源簡化示意圖Fig.1 Diagram of simplified sound source for two-lane road

(1)

道路聲源簡化為線聲源的條數越多，與道路聲源的真實輻射情況越接近，預測結果越接近道路真實排放情況[6]，按照上述理論計算兩車道道路交通噪聲簡化為2條線聲源和簡化為1條線聲源時接收點處噪聲值的誤差。

假設兩車道道路寬度為D，接收點與道路邊緣距離為L。簡化為1條線聲源時，線聲源位于道路中心線處，則接收點到線聲源的距離r可由L和D表示：

r=L+D/2

(2)

兩車道的道路簡化為2條線聲源時，假設車速相同，2條線聲源聲能量相同。則每條線聲源在距離r0處的聲級L01與L02相等，兩者聲能量之和等于Lr0。則

L01=L02=Lr0-10lg2

(3)

(4)

簡化為2條線聲源與簡化為1條線聲源在接收點處噪聲值預測結果的誤差ΔL如式(5)所示。

(5)

令n=L/D，則

和祖父的想法一樣，我也不想成為什么“家”，因為作家與藝術家，既與才華和努力有關，也與時運有關，與命途有關，真正的成功者只是極少數。我們只要將愛好融入生命里，在其中得到樂趣，就是真正的價值所在。如果每一位寫作者或畫者都用真誠的心去寫，去畫，相信這個世界就會因為書寫、繪畫，而變得更加美好。我覺得，自己即使張羅著大小瑣碎事，也能享有趣味充實的生活，就已經是成功的人生，不必太在意世俗的眼光，把別人的框架，硬套在自己的身上。

(6)

可以得到ΔL與n之間的變化關系如圖2所示。

圖2 兩車道1條線聲源與兩車道2條線聲源誤差變化Fig.2 The error variation of one linear sound source and tow linear sound sources

從圖2可以看出，誤差只與L和D有關。簡化為2條線聲源比簡化為1條線聲源的聲級預測結果大。n越小，絕對誤差越大，隨著n增大，絕對誤差呈對數減小。

依此類推，可以得出四車道、六車道、八車道和十車道道路簡化為1條線聲源與多條線聲源的誤差公式。

對于四車道道路，不同簡化方式的絕對誤差：

(7)

對于六車道道路，不同簡化方式的絕對誤差：

(8)

對于八車道道路，不同簡化方式的絕對誤差：

(9)

對于十車道道路，不同簡化方式的絕對誤差：

(10)

不同道路寬度時，根據公式計算得到的1條線聲源與多條線聲源之間的誤差ΔL的變化趨勢如圖3所示。

圖3 不同道路寬度1條線聲源與多條線聲源誤差變化Fig.3 The error variation of one linear sound source and multiple linear sound sources with different roads width

從圖3可以看出，對于不同道路寬度，n與絕對誤差的關系與兩車道時規律一致。并且道路寬度越大，將道路交通聲源簡化為1條線聲源和多條線聲源預測結果的絕對誤差越大。當接收點位于道路邊緣(n=0)時，絕對誤差最大，均超過1 dB，且對于十車道的道路，誤差大于3 dB。當接收點與道路邊緣的距離大于道路寬度的一半時(n大于0.5)，絕對誤差可以控制在0.5 dB之內。

2 驗證分析

2.1 基于Predictor-lima 預測軟件驗證

Predictor-lima環境噪聲計算和繪圖軟件是由丹麥B&K公司研發的，是國際上主流的預測軟件之一。《環評導則》中的公路交通運輸噪聲預測模式由車流量計算一個噪聲基本值，再對車型比例、速度、衰減距離、路面情況和其他環境等因素加以修正。

本文分別對兩車道、四車道、六車道、八車道、十車道的道路交通噪聲進行預測，6個接收點(N0、N1、N2、N3、N4、N5)與道路邊緣的距離分別為路寬的0、1、2、3、4、5倍(即n=0、1、2、3、4、5)，以兩車道和四車道為例，預測模型示意圖分別見圖4、圖5。

圖4 兩車道簡化為1條線聲源和2條聲源模擬圖Fig.4 Simulated diagram of two-lane road simplified to one linear sound source and two linear sound sources

圖5 四車道簡化為1條線聲源和4條線聲源模擬圖Fig.5 Simulated diagram of four-lane roa simplified to one line sound source and four linear sound sources

預測計算結果如圖6所示。從圖6可以看出，經國際上主流的預測軟件預測得到的n與絕對誤差的變化規律與理論分析的結果基本一致，一定程度上驗證了前述的理論分析。

圖6 不同道路寬度時1條線聲源與多條線聲源之間的誤差變化預測結果Fig.6 The prediction results of the error variation ofone linear sound source and multiple linearsound source with different roads width

2.2 實測驗證

選取北京市北苑東路(清河郊野公園西門北側路段)，該道路為雙向四車道，最外側有1條輔路(無車輛通過)，中間有一條寬度約6 m的綠化帶，道路總寬度約20 m。分別在與主路邊緣的距離為0、1、2、3倍道路寬度處布設了4個測點，測試過程中無大、中型車經過，各車道平均車速約為55 km/h，遠側2個車道的車流量為900輛/h，近側2個車道的車流量約為1 500輛/h。實際車流量并非如理論計算中平均分布，故按照實際情況輸入簡化為1條線聲源和簡化為4條線聲源的預測參數，結果如表1所示。

表1 不同測點預測值與實測差值Table 1 The difference between the predictedvalue and the measured value

從表1可以看出，盡管實測道路交通噪聲結果與預測結果并不完全一致，但簡化為4條線聲源的預測結果與實測值更接近，并且簡化為4條線聲源與簡化為1條線聲源引起的絕對誤差與n值的變化規律與理論分析結果基本趨勢一致。這驗證了前面公式推論和預測驗證的規律的正確性，說明簡化為與車道數相同數量的線聲源比簡化為1條線聲源的預測結果更準確。

3 聲源優化分析

在實際工作中，對于八車道、十車道等車道數較多的道路，簡化為與車道數相同數量的線聲源的建模工作量很大，而簡化為2條線聲源工作量相對減少。故在前述誤差計算公式的基礎上，進一步推導大于或等于四車道的道路簡化為2條線聲源時的預測結果與簡化為與車道數相同的多條線聲源時對預測結果的影響大小，兩者差別見表2。從表2可以看出，當車道數大于或等于6時，簡化為2條線聲源與簡化為與車道數相同的多條線聲源時的預測結果相差在0.5 dB以內，說明當車道數大于或等于6時，簡化為2條線聲源即可保證預測精度。當車道數小于6時，應該按照車道數簡化為多條線聲源。

表2 不同道路寬度簡化為2條線聲源與簡化多條線聲源的預測結果差值Table 2 The error variation of 2 linear soundsources and multiple linear sound sourceswith different roads width

4 結論

1)道路交通噪聲預測時，將道路聲源簡化為多條線聲源與《環評導則》中簡化為1條線聲源對接收點處預測結果的絕對誤差隨接收點到道路邊緣的距離增加而呈對數減少的規律。道路越寬，2種方法的絕對誤差越大。

2)接收點到道路邊緣的距離大于道路寬度時，簡化為多條線聲源與按照《環評導則》簡化為1條線聲源之間的絕對誤差在0.5 dB以內；接收點到道路邊緣的距離小于道路寬度時，絕對誤差較大，在1～3 dB之間。

3)在按照《環評導則》開展道路交通噪聲預測或其他相關研究時，對于接收點到道路邊緣的距離大于道路寬度的情況，為減少計算量，建議簡化為1條線聲源；對于接收點到道路邊緣的距離小于道路寬度的情況，為保證預測結果更接近實際情況，當車道數小于6時，建議按照車道數簡化為多條線聲源；當車道數大于或等于6時，建議簡化為2條線聲源。在實際工作過程中，這將大大減少工作量。