常 亮

（中國(guó)鐵路設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司 機(jī)械動(dòng)力與環(huán)境工程設(shè)計(jì)研究院，天津 300251）

1 概述

一直以來(lái)，鐵路環(huán)境噪聲預(yù)測(cè)是評(píng)價(jià)建設(shè)項(xiàng)目對(duì)沿線敏感點(diǎn)噪聲影響程度的重要依據(jù)。由于鐵路沿線敏感點(diǎn)數(shù)量多，編制鐵路環(huán)境噪聲預(yù)測(cè)軟件能夠顯著提高噪聲預(yù)測(cè)計(jì)算與數(shù)據(jù)處理效率，并直觀展示預(yù)測(cè)結(jié)果。國(guó)內(nèi)外鐵路噪聲預(yù)測(cè)及數(shù)據(jù)處理軟件的研究成果眾多[1-3]，常用的國(guó)外軟件主要有CadnaA和SoundPlan等環(huán)境噪聲預(yù)測(cè)軟件。現(xiàn)行的商業(yè)軟件所采用的鐵路噪聲源強(qiáng)，特別是高速鐵路噪聲源強(qiáng)取值和預(yù)測(cè)方法與我國(guó)鐵路行業(yè)《鐵路建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境影響評(píng)價(jià)噪聲源強(qiáng)取值和治理原則指導(dǎo)意見(jiàn)》(鐵計(jì)[2010] 44號(hào))及其修改意見(jiàn)采用的預(yù)測(cè)方法并不完全一致。缺乏專業(yè)的噪聲軟件來(lái)解決實(shí)際工程中的噪聲預(yù)測(cè)問(wèn)題，難以處理、統(tǒng)計(jì)、輸出大量的敏感點(diǎn)數(shù)據(jù)。因此，設(shè)計(jì)適合我國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)預(yù)測(cè)方法且數(shù)據(jù)處理效率高的鐵路環(huán)境噪聲預(yù)測(cè)軟件很有必要。

Matlab是較為常用的科學(xué)計(jì)算軟件，在數(shù)據(jù)處理、圖形繪制與處理方面具有優(yōu)勢(shì)，提供了強(qiáng)大的圖形用戶(GUI)編程功能，可以進(jìn)行噪聲預(yù)測(cè)、現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)噪聲頻譜數(shù)據(jù)的FFT濾波、信號(hào)處理等。因此，選擇計(jì)算能力強(qiáng)、數(shù)據(jù)處理工具箱較多的Matlab軟件作為軟件開(kāi)發(fā)的基礎(chǔ)語(yǔ)言[4-5]是適宜的。

2 軟件設(shè)計(jì)思路及功能

該軟件主要包括項(xiàng)目數(shù)據(jù)處理、前處理、預(yù)測(cè)計(jì)算、數(shù)據(jù)展示與輸出等主要功能。軟件的運(yùn)行流程圖如圖1所示。

程序啟動(dòng)后，首先搜索數(shù)據(jù)庫(kù)中已存儲(chǔ)的項(xiàng)目數(shù)據(jù)，并列表顯示供選擇；選擇項(xiàng)目后載入數(shù)據(jù)，讀取項(xiàng)目信息，依次進(jìn)行項(xiàng)目預(yù)測(cè)條件的錄入修改、預(yù)測(cè)計(jì)算選項(xiàng)設(shè)置、預(yù)測(cè)計(jì)算、結(jié)果輸出、等聲級(jí)圖的繪制，完成工程項(xiàng)目的整個(gè)任務(wù)要求。

2.1 項(xiàng)目數(shù)據(jù)管理

噪聲預(yù)測(cè)軟件所能參與處理的項(xiàng)目類型主要包括環(huán)境保護(hù)設(shè)計(jì)、環(huán)境影響評(píng)價(jià)等，目前預(yù)測(cè)軟件涵蓋了此類項(xiàng)目的功能需求。項(xiàng)目數(shù)據(jù)文件存儲(chǔ)在軟件根目錄Projects文件夾下，項(xiàng)目數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在“項(xiàng)目名+項(xiàng)目類型”的Excel文件中，軟件將項(xiàng)目置為當(dāng)前。軟件啟動(dòng)主界面及項(xiàng)目管理界面如圖2所示。

圖1 噪聲預(yù)測(cè)軟件流程圖

2.2 條件的錄入及前處理

噪聲預(yù)測(cè)軟件計(jì)算條件錄入包括線路信息、敏感點(diǎn)信息、監(jiān)測(cè)結(jié)果、計(jì)算設(shè)置信息等內(nèi)容，前處理模塊功能主要包括為敏感點(diǎn)布置計(jì)算點(diǎn)，自動(dòng)確定噪聲執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)狀監(jiān)測(cè)結(jié)果的分析、處理及擬合等。噪聲預(yù)測(cè)軟件計(jì)算條件、前處理功能為噪聲預(yù)測(cè)提供必要的計(jì)算參數(shù)。

2.2.1 線路信息

線路信息主要包括線路名稱、軌道結(jié)構(gòu)尺寸、線路性質(zhì)軌道條件及線路運(yùn)行的列車信息等。每條線路包含多種列車的信息，而每類列車的信息主要包括列車類型、列車長(zhǎng)度、列車軸重、列車輻射噪聲的等效頻率、列車速度、列車對(duì)數(shù)等。

2.2.2 敏感點(diǎn)信息

敏感點(diǎn)信息主要包括敏感點(diǎn)名稱、敏感點(diǎn)里程位置、敏感點(diǎn)布點(diǎn)信息、敏感點(diǎn)建筑物情況、房屋分布及與線路的關(guān)系等信息。每個(gè)敏感點(diǎn)根據(jù)設(shè)計(jì)、環(huán)評(píng)工作的不同工作深度確定布點(diǎn)規(guī)則，建立若干測(cè)點(diǎn)，每個(gè)測(cè)點(diǎn)是進(jìn)行噪聲預(yù)測(cè)計(jì)算的基本單元。敏感點(diǎn)、線路信息錄入界面如圖3所示。

2.2.3 前處理功能模塊

圖2 軟件啟動(dòng)主界面及項(xiàng)目管理

前處理功能模塊主要包括測(cè)點(diǎn)布置、標(biāo)準(zhǔn)確定、現(xiàn)狀結(jié)果的分析處理。測(cè)點(diǎn)布置功能是將得到的敏感點(diǎn)信息與布點(diǎn)規(guī)則相結(jié)合，自動(dòng)布置噪聲測(cè)點(diǎn)進(jìn)行噪聲預(yù)測(cè)計(jì)算。標(biāo)準(zhǔn)確定功能將敏感點(diǎn)所處的噪聲功能區(qū)與測(cè)點(diǎn)所在的位置綜合考慮，得出某一測(cè)點(diǎn)具體的噪聲執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)?，F(xiàn)狀噪聲監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理是將現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)的、有代表性的敏感點(diǎn)數(shù)據(jù)錄入預(yù)測(cè)程序中，通過(guò)現(xiàn)狀數(shù)據(jù)分析模塊得到現(xiàn)狀噪聲的水平評(píng)價(jià)，對(duì)于大量無(wú)監(jiān)測(cè)覆蓋的敏感點(diǎn)，自動(dòng)選取類比點(diǎn)，類比得到現(xiàn)狀結(jié)果。

圖3 敏感點(diǎn)、線路信息的錄入

2.3 計(jì)算模塊及繪圖算法設(shè)計(jì)

計(jì)算模塊主要功能為根據(jù)給定的測(cè)點(diǎn)信息、線路信息，計(jì)算敏感點(diǎn)的噪聲預(yù)測(cè)結(jié)果，計(jì)算每條線路對(duì)測(cè)點(diǎn)的貢獻(xiàn)值及疊加后的總預(yù)測(cè)值，并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)結(jié)果參數(shù)的賦值，以得出大數(shù)據(jù)量敏感點(diǎn)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果。

綜合考慮鐵路行業(yè)噪聲預(yù)測(cè)普遍采用的預(yù)測(cè)方法[6-7]，及“關(guān)于印發(fā)《鐵路建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境影響評(píng)價(jià)噪聲源強(qiáng)取值和治理原則指導(dǎo)意見(jiàn)(2010年修訂稿)》的通知”(鐵計(jì)[2010] 44號(hào))等，軟件采用的鐵路噪聲預(yù)測(cè)等效聲級(jí)(LAeq，p)的基本預(yù)測(cè)計(jì)算如公式(1)所示。

式中：T為規(guī)定的評(píng)價(jià)時(shí)間，s；ni為T時(shí)間內(nèi)通過(guò)的第i類列車列數(shù)，列；teq,i為 第i類列車通過(guò)的等效時(shí)間，s；Lp0,t,i為第i類列車最大垂向指向性方向上的噪聲輻射源強(qiáng)，dB；Ct,i為第i類列車的噪聲修正項(xiàng)，dB。

預(yù)測(cè)點(diǎn)晝間或夜間的環(huán)境噪聲預(yù)測(cè)公式為

式中： LAeq,環(huán)境為預(yù)測(cè)點(diǎn)晝間或夜間的環(huán)境噪聲預(yù)測(cè)值，dB(A)；LAeq,p為預(yù)測(cè)點(diǎn)晝間或夜間的鐵路噪聲預(yù)測(cè)值，dB(A)；LAeq,背景為預(yù)測(cè)點(diǎn)的環(huán)境噪聲背景值，dB(A)。

軟件可以繪制不同測(cè)點(diǎn)高度下環(huán)境噪聲的等聲級(jí)平面圖，以及垂直于線路方向的等聲級(jí)橫斷面圖，并能將所繪制的圖形導(dǎo)出。鐵路噪聲預(yù)測(cè)軟件繪制的等聲級(jí)圖如圖4所示。

圖4 鐵路噪聲預(yù)測(cè)軟件的繪圖功能

圖5 鐵路噪聲預(yù)測(cè)軟件數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

2.4 文件、圖表的輸入輸出

鐵路噪聲預(yù)測(cè)軟件能夠?qū)㈨?xiàng)目信息及設(shè)置選項(xiàng)信息存儲(chǔ)到項(xiàng)目文件中，以Excel格式進(jìn)行存儲(chǔ)。用戶既可以在預(yù)測(cè)程序界面中對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行修改，也可以直接對(duì)Excel進(jìn)行操作，接口條件優(yōu)良。此外，針對(duì)環(huán)保設(shè)計(jì)、環(huán)評(píng)等項(xiàng)目對(duì)圖表文件的需求情況，可以直接輸出文件編制所需的表格或統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，極大提高工作效率。鐵路噪聲預(yù)測(cè)軟件數(shù)據(jù)存儲(chǔ)如圖5所示。

3 結(jié)束語(yǔ)

基于面向?qū)ο蟮木幊趟枷耄肕atlab編程語(yǔ)言設(shè)計(jì)編制的噪聲預(yù)測(cè)軟件，具有良好的圖形用戶界面，并能夠?qū)?shù)量巨大的敏感點(diǎn)進(jìn)行批量錄入、存儲(chǔ)、計(jì)算、統(tǒng)計(jì)、輸出，可以繪制噪聲相關(guān)等聲級(jí)圖等圖件，可以應(yīng)用于我國(guó)鐵路噪聲預(yù)測(cè)領(lǐng)域。