周強(qiáng)波 徐翰

摘要[目的]為建立道路交通噪聲預(yù)測(cè)和應(yīng)用系統(tǒng)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。[方法]運(yùn)用GIS空間分析中的Kriging插值方法與RLS90模型相結(jié)合對(duì)城市交通道路噪聲進(jìn)行模擬預(yù)測(cè)，通過(guò)RLS90模型的聲源模型與聲傳模型計(jì)算道路噪聲值，運(yùn)用Kriging插值方法進(jìn)行空間模擬，對(duì)道路噪音未知樣點(diǎn)進(jìn)行線性無(wú)偏最優(yōu)預(yù)測(cè)，并以湖南省長(zhǎng)沙市芙蓉區(qū)雍景園典型小區(qū)為例，進(jìn)行了驗(yàn)證。[結(jié)果]實(shí)例應(yīng)用結(jié)果表明，長(zhǎng)沙市芙蓉區(qū)雍景園小區(qū)5個(gè)測(cè)量地點(diǎn)的噪聲預(yù)測(cè)值（67.40 dB）與測(cè)量值（66.26 dB）的空間分布和傳播趨于一致。[結(jié)論] Kriging插值方法與RLS90模型相結(jié)合可以運(yùn)用于道路交通噪聲的實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)和決策。

關(guān)鍵詞Kriging插值；RLS90模型；道路噪聲預(yù)測(cè)

中圖分類號(hào)S181文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A文章編號(hào)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(lái)，隨著城市汽車數(shù)量的急劇增加，導(dǎo)致城市交通噪聲污染問(wèn)題突出。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)城市交通道路噪聲監(jiān)測(cè)開(kāi)展的研究較多，如Glacier等[1]采用實(shí)際監(jiān)測(cè)采樣方法，對(duì)西班牙7個(gè)主要城市50個(gè)固定監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行長(zhǎng)達(dá)20年的監(jiān)測(cè)，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(guó)的CRTN88模型適用于距離長(zhǎng)、順暢的高峰交通流，可以簡(jiǎn)單處理墻體對(duì)噪聲反射的影響[2]；美國(guó)FHWA模型主要用于高速公路勻速車流的交通噪聲預(yù)測(cè)，但未考慮道路坡度、路面性質(zhì)、氣象條件以及多重反射對(duì)噪聲交通中斷對(duì)噪聲值的影響[3]；我國(guó)公布的GB17247.21998《聲學(xué) 戶外聲傳播的衰減第2部分：一般計(jì)算方法》等效采用了上述國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，計(jì)算原理考慮了噪聲的衰減、散射、反射、吸收等[3]。目前，我國(guó)學(xué)者較少結(jié)合前人研究結(jié)果運(yùn)用空間插值方法模擬監(jiān)測(cè)區(qū)域噪音數(shù)據(jù)研究。鑒于此，筆者根據(jù)RLS90模型在城市道路交通中的應(yīng)用理論，運(yùn)用RLS90兩大子模型對(duì)道路實(shí)測(cè)噪音進(jìn)行評(píng)估分析，利用地理空間分析中的Kriging插值技術(shù)對(duì)噪音數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬預(yù)測(cè)，旨在為城市交通路線規(guī)劃提供輔助決策支持及科學(xué)技術(shù)手段。

1RLS90模型

RLS90是對(duì)交通道路噪聲進(jìn)行預(yù)測(cè)分析的RLS81模型加以改進(jìn)的一種模型。該模型以等效連續(xù)A聲級(jí)LeqA為評(píng)價(jià)指標(biāo)，包括聲源模型和聲傳播模型2個(gè)子模型。模型構(gòu)成關(guān)系如圖1所示。

（1）對(duì)于一個(gè)街道的聲級(jí)計(jì)算方法。

設(shè)預(yù)測(cè)點(diǎn)的噪聲級(jí)Lr為：

Lr=Lm+K

式中，Lm為車道上計(jì)算噪聲平均A聲級(jí)；K為交通信號(hào)控制路口效果增加的一個(gè)額外量。

（2）對(duì)于長(zhǎng)直線路段的計(jì)算方法。

對(duì)于每條線路，平均噪聲級(jí)的計(jì)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(jí)；Lm為車道上車輛行駛產(chǎn)生的噪聲級(jí)；Lm，E為車道上車輛行駛產(chǎn)生的噪聲級(jí)；主要與車道上的車流量、車型等數(shù)據(jù)有關(guān)；Di為不同小段的線聲源長(zhǎng)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(chǎn)生的輻射噪聲級(jí)計(jì)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(jí)；Dv為速度調(diào)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(dāng)|g|>5%時(shí)，Dstg=0.6|g|-3；當(dāng)|g|<5%時(shí)，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(shí)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(zhì)）

Dmreft=2×HB/W≤1.6（反射面具有吸音性質(zhì)）

式中，HB為反射面平均高度；W為聲源至反射面距離。

Di計(jì)算方法：Di=101 g（i）。

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

DZ的衰減正值計(jì)算方法：DZ=10×lg（3+80×Z×KW），式中，Z為繞射聲傳播路徑（聲源經(jīng)遮擋物頂端至接受點(diǎn)）的長(zhǎng)度與直達(dá)聲傳播路徑（聲源至接收點(diǎn)的直線距離）的長(zhǎng)度間的差值。當(dāng)只有1個(gè)聲屏障時(shí)，如圖2所示；當(dāng)存在2個(gè)或2個(gè)以上聲屏障時(shí)，如圖3所示。

2關(guān)鍵技術(shù)

筆者重點(diǎn)探討城市道路交通噪聲模擬預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性及對(duì)環(huán)境的影響程度，選擇在RLS90交通噪聲預(yù)測(cè)模型的基礎(chǔ)上，根據(jù)實(shí)際研究區(qū)域情況實(shí)現(xiàn)城市交通噪聲的Kriging插值預(yù)測(cè)道路噪音情況。技術(shù)模型如圖4所示。

2.1聲源模型計(jì)算RLS90模型對(duì)于聲源模型計(jì)算的技術(shù)方法是當(dāng)路段符合長(zhǎng)直線的條件時(shí)，可采用聲源模型進(jìn)行計(jì)算，否則應(yīng)采用聲傳模型進(jìn)行計(jì)算。該模型的關(guān)鍵技術(shù)在于確定能夠?qū)︻A(yù)測(cè)點(diǎn)噪聲有影響的街道（即線性聲源），并計(jì)算聲源產(chǎn)生的噪聲強(qiáng)度。線性聲源產(chǎn)生的噪聲污染主要采用道路長(zhǎng)度、寬度、材質(zhì)、坡度、車流量、重型車比、車速、隔音墻等數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算。

2.2聲傳模型計(jì)算聲音在傳播過(guò)程中會(huì)有損失，到達(dá)預(yù)測(cè)點(diǎn)的聲音強(qiáng)度并不完全等同于聲源點(diǎn)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(jì)算出線聲源的每一微分弧段到預(yù)測(cè)點(diǎn)的噪聲大小，最后進(jìn)行疊加得到預(yù)測(cè)點(diǎn)處的總噪聲值，再將離散點(diǎn)的噪聲值內(nèi)插得到整個(gè)區(qū)域面的噪聲分布情況（圖5）。

2.3內(nèi)插技術(shù)輸出噪聲值克里金插值法是應(yīng)用隨機(jī)函數(shù)理論，不僅考慮待估點(diǎn)與已知點(diǎn)的位置相關(guān)程度，還考慮他們之間的空間相關(guān)性，對(duì)每個(gè)樣點(diǎn)賦予不同權(quán)重，進(jìn)行滑動(dòng)加權(quán)平均，進(jìn)而估算所求點(diǎn)的值[4]?？死锝鸩逯捣ǖ倪m用范圍為區(qū)域化變量存在空間相關(guān)性，即如果變異函數(shù)和結(jié)構(gòu)分析的結(jié)果表明區(qū)域化變量存在空間相關(guān)性，則可以利用克里金插值技術(shù)進(jìn)行內(nèi)插或外推；反之，不可行。

城市道路噪音預(yù)測(cè)點(diǎn)是根據(jù)未知樣點(diǎn)有限鄰域內(nèi)的若干已知樣本點(diǎn)數(shù)據(jù)，在考慮了預(yù)測(cè)區(qū)域?qū)嶋H測(cè)量樣本點(diǎn)的形狀、大小和空間方位，與未知樣點(diǎn)的相互空間位置關(guān)系，以及變異函數(shù)提供的結(jié)構(gòu)信息之后，對(duì)道路噪音未知樣點(diǎn)進(jìn)行的一種線性無(wú)偏最優(yōu)預(yù)測(cè)估計(jì)。因此，選擇克里金內(nèi)插技術(shù)輸出噪音預(yù)測(cè)結(jié)果。

其基本思路：設(shè)x1，…，xn為道路噪音預(yù)測(cè)區(qū)域的一系列實(shí)際觀測(cè)點(diǎn)，z（x1），…，z（xn）為相應(yīng)的觀測(cè)值。區(qū)域化變量在x0處的值z(mì)×（x0）可采用一個(gè)線性組合進(jìn)行估計(jì)：

z×（x0）=ni=1λiz（xi）

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

3實(shí)例應(yīng)用

應(yīng)用GIS與RLS90模型相結(jié)合構(gòu)成的道路交通噪聲預(yù)測(cè)模塊對(duì)長(zhǎng)沙市芙蓉區(qū)雍景園典型小區(qū)道路進(jìn)行試驗(yàn)，該小區(qū)西臨車站北路，北依雍景街，東接湘湖路，南靠晚報(bào)大道。采用的地理空間數(shù)據(jù)有研究區(qū)域1∶10 000 DEM數(shù)據(jù)、1∶500矢量基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)資料和高分辨率遙感影像；噪聲源屬性數(shù)據(jù)有車流量、車速、輕重車型比和路面材料；影響噪聲傳播數(shù)據(jù)有建筑、聲屏障和植被。預(yù)測(cè)點(diǎn)為高于地面1.5 m，距離反應(yīng)物的距離至少為2.8 m，實(shí)測(cè)值測(cè)量的是距地表1.5 m的噪聲值，噪聲預(yù)測(cè)結(jié)果比實(shí)際結(jié)果偏高。試驗(yàn)區(qū)5個(gè)測(cè)量點(diǎn)的預(yù)測(cè)值與測(cè)量值見(jiàn)表1，結(jié)果表明，噪聲空間分布和傳播趨于一致。

4結(jié)語(yǔ)

運(yùn)用GIS技術(shù)與RLS90模型結(jié)合預(yù)測(cè)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(yù)測(cè)結(jié)果，兩者結(jié)合的道路噪聲預(yù)測(cè)值與實(shí)際測(cè)量值在空間分布和傳播趨于一致。通過(guò)預(yù)測(cè)點(diǎn)的不同高度可以發(fā)現(xiàn)，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(yùn)用某一GIS空間分析技術(shù)與RLS90模型結(jié)合得出道路噪聲預(yù)測(cè)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(jié)合實(shí)時(shí)空間預(yù)測(cè)，實(shí)現(xiàn)噪聲的三維實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)分布規(guī)律將是今后的研究方向。

參考文獻(xiàn)

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

[2] 李本綱，陶澍.應(yīng)用英國(guó)CRTN88模式和GIS進(jìn)行道路交通噪聲預(yù)測(cè)與規(guī)劃[J].環(huán)境工程，1999，17（5）：61-64.

[3] 鄧佳，趙劍強(qiáng)，張曉寧，等.公路交通噪聲預(yù)測(cè)模型FHWA與RLS90的比較[J].環(huán)境工程學(xué)報(bào)，2012（2）：687-691.

[4] 周汝良，丁琨，石雷.稀疏觀測(cè)數(shù)據(jù)的空間內(nèi)插方法的分析與比較[J].云南地理環(huán)境研究，2008，20（4）：1-4.44