楊仲瑋

（蘭州新區(qū)環(huán)境監(jiān)測(cè)站，甘肅 蘭州 730314）

隨著我國(guó)城鎮(zhèn)化建設(shè)的快速推進(jìn)，城市的規(guī)模在不斷擴(kuò)大，人類活動(dòng)的強(qiáng)度也在隨之增加，隨之而來(lái)的環(huán)境噪聲污染問(wèn)題也愈來(lái)愈凸顯。由于環(huán)境噪聲具有瞬時(shí)性、隨機(jī)性、局域性等特點(diǎn)，而手工監(jiān)測(cè)由于時(shí)間短、頻次低、數(shù)據(jù)少，使噪聲監(jiān)測(cè)點(diǎn)位的空間、時(shí)間代表性十分有限，加之缺乏長(zhǎng)時(shí)間的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，增加了噪聲監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)的難度，難以長(zhǎng)期、連續(xù)反映城市整體的聲環(huán)境質(zhì)量狀況。因此如何利用現(xiàn)代化手段對(duì)區(qū)域環(huán)境噪聲進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)測(cè)，更及時(shí)、準(zhǔn)確地為環(huán)境管理及決策部門提供環(huán)境噪聲防治的技術(shù)支撐，成為一項(xiàng)緊迫的工作。

1 區(qū)域環(huán)境噪聲自動(dòng)監(jiān)測(cè)的必要性

1.1 環(huán)境噪聲污染的特點(diǎn)和危害

環(huán)境噪聲污染是指由于人類活動(dòng)所產(chǎn)生的噪聲干擾他人正常生活、工作和學(xué)習(xí)的現(xiàn)象。噪聲污染的主要特點(diǎn)：一是影響范圍有限，噪聲污染是一種能量流污染，聲波的傳播過(guò)程是聲能量傳播的過(guò)程，聲能量隨距離逐步衰減，所以其影響范圍有限；二是聲源分散，由于噪聲源廣泛而分散且不固定，噪聲污染隨時(shí)隨地都可能會(huì)發(fā)生；三是非持續(xù)性，噪聲源一旦停止發(fā)聲，噪聲即會(huì)消失，噪聲污染不再持續(xù)，但噪聲已產(chǎn)生的傷害不一定消除，如突發(fā)性噪聲造成的突發(fā)性耳聾。

有研究表明，如果長(zhǎng)期暴露在強(qiáng)噪聲環(huán)境下，那么聽(tīng)力下降的情況將不能復(fù)原，使內(nèi)耳感覺(jué)器官發(fā)生器質(zhì)性病變，變成噪聲性聽(tīng)力損失。長(zhǎng)期生活在噪聲環(huán)境中，更容易出現(xiàn)耳鳴、頭痛、頭暈、失眠等精神衰弱癥狀，并有可能對(duì)人體的各個(gè)器官造成不良影響。同時(shí)長(zhǎng)期暴露在噪聲下，還有可能出現(xiàn)胃腸功能紊亂，女性月經(jīng)失調(diào)等癥狀[1-6]。噪聲給受害人帶來(lái)的精神傷害是客觀存在的，這種損害具有潛伏性的特征，并且很難通過(guò)物理學(xué)或者醫(yī)學(xué)上的方法測(cè)量出來(lái)加以量化。

1.2 環(huán)境噪聲自動(dòng)監(jiān)測(cè)的意義

隨著我國(guó)不斷加快推進(jìn)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)體系和監(jiān)測(cè)能力現(xiàn)代化水平，利用現(xiàn)代化手段，實(shí)施對(duì)環(huán)境噪聲進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)測(cè)，將使我國(guó)的環(huán)境噪聲監(jiān)測(cè)能力達(dá)到新的水平，可更及時(shí)、準(zhǔn)確地為噪聲污染防治管理及決策提供可靠依據(jù)。噪聲自動(dòng)監(jiān)測(cè)的意義主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面[7-9]：第一，目前我國(guó)聲環(huán)境功能區(qū)常規(guī)監(jiān)測(cè)主要還是采用定點(diǎn)監(jiān)測(cè)法進(jìn)行24 h監(jiān)測(cè)，各測(cè)點(diǎn)每季度僅監(jiān)測(cè)1次，主要采用便攜手持式監(jiān)測(cè)儀器，監(jiān)測(cè)頻次低、勞動(dòng)強(qiáng)度大，監(jiān)測(cè)結(jié)果的代表性及反映噪聲污染狀況的及時(shí)性都受到一定限制。針對(duì)環(huán)境噪聲污染具有變化大和隨機(jī)性的特點(diǎn)，對(duì)環(huán)境噪聲進(jìn)行自動(dòng)連續(xù)監(jiān)測(cè)，能更全面、真實(shí)地反映聲環(huán)境質(zhì)量狀況；第二，噪聲監(jiān)測(cè)的現(xiàn)代化、自動(dòng)化水平與國(guó)外噪聲監(jiān)測(cè)水平，或與國(guó)內(nèi)大氣、水質(zhì)監(jiān)測(cè)水平相比已遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后。噪聲自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)在對(duì)聲環(huán)境質(zhì)量變化分析、重點(diǎn)源監(jiān)控等方面有明顯優(yōu)勢(shì)，是建立先進(jìn)的環(huán)境監(jiān)測(cè)預(yù)警體系的主要內(nèi)容之一。甘肅省人民政府辦公廳2017年印發(fā)的《甘肅省生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)實(shí)施方案》中已明確提出，要對(duì)交通、功能區(qū)、機(jī)場(chǎng)等重點(diǎn)環(huán)境噪聲源逐步實(shí)施自動(dòng)監(jiān)測(cè)，為此甘肅省生態(tài)環(huán)境廳于2020 年投資1 800 萬(wàn)元在全省范圍內(nèi)新建121個(gè)功能區(qū)噪聲自動(dòng)監(jiān)測(cè)站和14個(gè)交通噪聲自動(dòng)監(jiān)測(cè)站，并對(duì)已有8 個(gè)噪聲自動(dòng)監(jiān)測(cè)站進(jìn)行升級(jí)改造。2021 年12 月中華人民共和國(guó)第十三屆全國(guó)人民代表大會(huì)常務(wù)委員會(huì)通過(guò)的《中華人民共和國(guó)噪聲污染防治法》中也明確要求各級(jí)生態(tài)環(huán)境主管部門要組織開(kāi)展聲環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)，推進(jìn)監(jiān)測(cè)自動(dòng)化，統(tǒng)一發(fā)布聲環(huán)境質(zhì)量狀況信息，因此推行聲環(huán)境質(zhì)量自動(dòng)化也是今后噪聲污染防治管理的重要舉措。

2 研究區(qū)域及監(jiān)測(cè)儀器

2.1 研究區(qū)域

區(qū)域環(huán)境噪聲監(jiān)測(cè)在布點(diǎn)時(shí)應(yīng)考慮測(cè)點(diǎn)位置的空間代表性、分散性和抗干擾性，使測(cè)點(diǎn)盡可能布設(shè)在人口稠密的區(qū)域[10-12]。本次研究區(qū)域?yàn)樘m州新區(qū)宗家梁安置小區(qū)附近區(qū)域，該區(qū)域內(nèi)分布有一個(gè)大型居民小區(qū)、一所綜合性醫(yī)院以及一所九年一貫制學(xué)校等噪聲敏感目標(biāo)。在該區(qū)域內(nèi)設(shè)置一個(gè)聲環(huán)境質(zhì)量自動(dòng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位，該點(diǎn)位距蘭州中川國(guó)際機(jī)場(chǎng)跑道南端約3.8 km，位于飛機(jī)航跡投影線下方東側(cè)，在該點(diǎn)位采集到的數(shù)據(jù)可以反映出該區(qū)域內(nèi)聲環(huán)境質(zhì)量的狀況以及中川機(jī)場(chǎng)飛機(jī)起降噪聲對(duì)該區(qū)域的影響情況。

2.2 監(jiān)測(cè)儀器

自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀器選用杭州愛(ài)華儀器有限公司生產(chǎn)的AWA6218J 型環(huán)境噪聲自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要由噪聲監(jiān)測(cè)終端（包括戶外傳聲器單元、數(shù)據(jù)采集控制單元和電源部分）、數(shù)據(jù)傳輸單元、中心服務(wù)器（計(jì)算機(jī)）、環(huán)境噪聲數(shù)據(jù)管理軟件等組成。儀器前端采用實(shí)時(shí)信號(hào)分析技術(shù)，對(duì)噪聲信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)1∕3 倍頻程分析，并監(jiān)測(cè)與分析環(huán)境噪聲的特征，判斷噪聲來(lái)源，通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)遙測(cè)、噪聲事件監(jiān)測(cè)、系統(tǒng)自動(dòng)校準(zhǔn)。經(jīng)過(guò)連續(xù)監(jiān)測(cè)，其數(shù)據(jù)獲取率均值為96.36%，符合環(huán)境噪聲自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)技術(shù)要求中的數(shù)據(jù)采集率應(yīng)大于95%的要求。

手工監(jiān)測(cè)儀器選用杭州愛(ài)華儀器有限公司生產(chǎn)的AWA6228+型聲級(jí)計(jì)，現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)儀器為杭州愛(ài)華儀器有限公司生產(chǎn)的AWA6221A 型聲校準(zhǔn)器。以上監(jiān)測(cè)儀器均已由省級(jí)計(jì)量檢定部門檢定合格。

3 自動(dòng)監(jiān)測(cè)與手工監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比分析

3.1 儀器功能核查

對(duì)照《環(huán)境噪聲自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)技術(shù)要求》（HJ 907-2017），需對(duì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀器基本功能進(jìn)行核查，核查內(nèi)容包括：（1）傳聲器是否具有防風(fēng)罩；（2）是否具有防雷設(shè)計(jì)；（3）傳聲器支架是否方便傳聲器安裝、拆卸和聲校準(zhǔn)操作；（4）傳聲器距離反射面＞2 m，安裝高度＞4 m；（5）數(shù)據(jù)采集單元是否符合1級(jí)聲級(jí)器要求；（6）量程范圍：30～130 dB；（7）頻率范圍：20～20 kHz；（8）是否具有A、C、Z 頻率計(jì)權(quán)方式；（9）是否具有F、S 時(shí)間計(jì)權(quán)方式，采樣時(shí)間間隔不大于1s；（10）是否具有倍頻程或1∕3倍頻程等實(shí)時(shí)頻譜分析功能（1∕1 倍頻程分析范圍：16～16 kHz、1∕3 倍頻程分析范圍：12.5～20 kHz）；（11）是否可對(duì)子站進(jìn)行遠(yuǎn)程校時(shí)；（12）是否可以遠(yuǎn)程查詢子站電源配置及當(dāng)前狀態(tài)；（13）是否可以進(jìn)行遠(yuǎn)程復(fù)位子站；（14）上電運(yùn)行72 h測(cè)試有無(wú)死機(jī)，核查結(jié)果全部合格。

3.2 儀器校準(zhǔn)

為確保監(jiān)測(cè)結(jié)果的有效性，按照環(huán)境噪聲監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范中噪聲監(jiān)測(cè)質(zhì)量保證和質(zhì)量控制的要求，噪聲測(cè)量?jī)x器在每次測(cè)量前后應(yīng)在現(xiàn)場(chǎng)用聲校準(zhǔn)器進(jìn)行聲校準(zhǔn)，其前后校準(zhǔn)值偏差不應(yīng)大于0.5 dB，否則測(cè)量無(wú)效。因此在進(jìn)行比對(duì)監(jiān)測(cè)前后，均對(duì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)備與手工監(jiān)測(cè)儀器進(jìn)行了校準(zhǔn)核查，聲校準(zhǔn)器聲壓級(jí)為94.0 dB，校準(zhǔn)頻率為1 000 Hz，自動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)備校準(zhǔn)前值94.0 dB，校準(zhǔn)后值94.0 dB，差值0 dB；手工監(jiān)測(cè)儀器校準(zhǔn)前值93.8 dB，校準(zhǔn)后值94.0 dB，差值0.2 dB；校準(zhǔn)差值均小于0.5 dB。

3.3 比對(duì)測(cè)試情況

為驗(yàn)證自動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，監(jiān)測(cè)人員采用手工儀器和自動(dòng)儀器進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)比對(duì)監(jiān)測(cè)，每10 min獲得一組數(shù)據(jù)，共獲得6 組數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)見(jiàn)表1，測(cè)試的指標(biāo)包括LAeq、Lmin、Lmax、L10、L50和L90。

表1 兩種方法比對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)表

為判斷兩種監(jiān)測(cè)方法獲得的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)有無(wú)顯著性差異，利用T-test 法對(duì)兩種方法獲得的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行檢驗(yàn)[13]。

T 檢驗(yàn)主要通過(guò)樣本均值的差異進(jìn)行檢驗(yàn)，統(tǒng)計(jì)學(xué)上以“總體間沒(méi)差別”計(jì)算顯著性水平H0，拒絕原假設(shè)H0的最小顯著性水平稱為檢驗(yàn)的p 值，來(lái)檢驗(yàn)假設(shè)的結(jié)果[14-15]。由于本次為兩個(gè)獨(dú)立樣本的T檢驗(yàn)，需要先進(jìn)行F檢驗(yàn)，以檢驗(yàn)兩個(gè)獨(dú)立樣本的方差是否相同，若兩總體方差相等，則直接用T檢驗(yàn)[16]。

首先進(jìn)行F檢驗(yàn)，

假設(shè)H0:δ1=δ2

經(jīng)計(jì)算可得，

FLAeq=1.24、FLmin=1.56、FLmiax=2.24、FL10=1.38、FL50=1.45、FL90=1.53

給定α=0.025，查F 分布臨界值表可得F0.025(5,5)=7.15

FLAeq、FLmin、FLmiax、FL10、FL50、FL90均小于F0.025(5,5)，因此兩種方法具有相同的方差。

然后進(jìn)行T檢驗(yàn)，

假設(shè)H0:μ1=μ2

經(jīng)計(jì)算可得，

tLAeq=0.056、tLmin=1.955、tLmiax=0.042、tL10=0.634、tL50=1.124、tL90=1.027

通過(guò)T 檢驗(yàn)結(jié)果可以看出，兩種方法所獲得的LAeq、Lmin、Lmax、L10、L50和L90的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)果無(wú)顯著性差異。

給定α=0.05，查t 分布臨界值表可得t0.05(10)=2.228

tLAeq、tLmin、tLmiax、tL10、tL50、tL90均小于t0.05(10)，所以兩種方法監(jiān)測(cè)結(jié)果無(wú)顯著差異。

4 結(jié)語(yǔ)

相比于手工監(jiān)測(cè)，環(huán)境噪聲自動(dòng)監(jiān)測(cè)具有多重優(yōu)勢(shì)。一是可以連續(xù)獲得實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，針對(duì)環(huán)境噪聲污染具有變化大和隨機(jī)性的特點(diǎn)，對(duì)環(huán)境噪聲進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)，能更全面、真實(shí)地反映聲環(huán)境質(zhì)量狀況，可以更及時(shí)、準(zhǔn)確地為噪聲污染防治管理及決策提供可靠依據(jù)，相反手工監(jiān)測(cè)由于對(duì)監(jiān)測(cè)人員的依賴程度較大，只能獲取某一時(shí)間段內(nèi)的噪聲監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，無(wú)法連續(xù)完整地反映該區(qū)域的聲環(huán)境狀況；二是自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以選配實(shí)時(shí)頻譜分析功能，以及加入氣象模塊、車流量等功能模塊，更好地監(jiān)測(cè)與分析環(huán)境噪聲的特征，判斷噪聲來(lái)源；三是自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有自動(dòng)或遠(yuǎn)程校準(zhǔn)功能，可以根據(jù)設(shè)置的時(shí)間、間隔自動(dòng)進(jìn)行電校準(zhǔn)，以確保噪聲監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確。

從本次比對(duì)測(cè)試的情況來(lái)看，自動(dòng)監(jiān)測(cè)采集的數(shù)據(jù)與手工監(jiān)測(cè)采集的數(shù)據(jù)之間無(wú)顯著差異。在儀器配置符合要求和做好運(yùn)行維護(hù)的前提下，自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)可以在區(qū)域聲環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)工作中代替手工監(jiān)測(cè)，這也已經(jīng)逐漸成為未來(lái)區(qū)域聲環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)的一種主要手段。