哈尔滨市道路交通噪声分析与预测

樊庆锌，徐 涵，石 磊

(哈尔滨工业大学市政环境工程学院环境科学与工程系，哈尔滨150090)

随着社会经济、道路交通业和工业的发展，环境噪声污染日益严重.噪声污染已成为我国城市“四大公害”之一[1]，是城市中“无形的暴力”，是21世纪环境污染控制的主要对象[2].所以控制噪声污染是我国目前亟待解决的环境问题[3].而在各类噪声污染中，道路交通噪声辐射最强、影响面最广[4]，是城市噪声的主要来源，本文通过对哈尔滨市道路交通噪声的调查，对道路交通噪声的现状进行分析并对其变化趋势进行预测，为政府及有关部门在城市建设发展方面的政策制定提供参考.

1 分析指标的选取

国内学者在噪声分析指标上也有一定的研究，包括统计噪声级、昼夜等效声级等[5-6].为了较好的描述交通噪声的物理特性和公众的主观反映，本文选取等效连续声级(Leq)、噪声标准指数(NPI)作为评价指标.Leq是基于A计权声级计算和统计的结果，Leq预计有害噪声反映随能量级增加的变化情况，这种评价指标与许多常见声音的相对响度和人耳对中等声级的反映灵敏度有良好的相关性.为了了解道路噪声污染本身的能量水平和达标状况，选取了噪声标准指数NPI.

1.1 等效声级Leq

当噪声的A声级随时间起伏变化时，需要按能量法则算出的平均A声级来评价该噪声，称为等效连续A声级，简称等效声级，记为LAeq或Leq，单位为dB.等效声级等效于一个连续稳定的噪声作用在测量周期内，此稳定噪声和实际起伏噪声具有相同的A计权能量.

在交通噪声评价中，Leq是一个非常重要的评价量，国家进行道路交通声环境质量评价时，就是以等效声级作为划分等级依据.表1为《声环境质量评价方法技术规定》关于道路交通噪声质量等级划分的规定标准.

表1 道路交通噪声质量等级划分(dB(A))

根据《声环境质量标准(GB3096-2008)》中规定，按区域的使用功能特点和环境质量要求，声环境功能区分为五种类型，本文所讨论的道路交通噪声值应该属于4类声环境功能区中的4a类，其昼间限值70 dB，夜间限值55 dB.

1.2 噪声标准指数NPI

此评价指标以道路干线两侧适用区域的国家标准为依据，描述道路噪声本身的能量水平和达标状况，算式为:

其中:Leq为交通噪声等效A声级实测值;L为国家标准限值，根据《声环境质量标准(GB3096-2008)》，昼间Ls为70 dB.

2 哈尔滨市道路交通噪声现状分析

2.1 噪声指标分析

本文选取2001～2009年哈尔滨市道路交通噪声进行分析，其变化情况见表2[7]所示.表2中哈尔滨市交通噪声的监测范围涵盖了哈尔滨市主要交通干线，监测道路共66条，路段总长120.2 km，设置监测点位158个.表2中达标率的计算公式为:

表2 2001～2009年哈尔滨市道路交通噪声变化情况

根据表2所列NPI和达标率两项指标，以时间为横坐标，两项指标为纵坐标，分别绘制趋势图.2001～2009年哈尔滨市整体道路交通噪声标准指数见图1，达标率见图2.

从图1中可以看出，总体上，2001～2009年哈尔滨市道路交通噪声处于平稳下降的趋势，2001～2005年Leq值为范围为68.2～68.4 dB(A)，为较好水平，并呈现逐年下降的趋势，2006～2009年Leq值为范围为67.8～68.0 dB(A)，为好的水平.哈尔滨市道路交通噪声整体达标，处于较好与好的水平，交通噪声污染程度较轻，交通噪声值年际变化不大.

从图2中可以看出，2001～2009年哈尔滨市道路交通噪声达标率，从最低值2001年的77.3%到最高值2009年的93.9%，处于平稳上升趋势，达标率较高.

2.2 道路相关影响因素分析

2001～2008年哈尔滨市整体道路与车辆变化情况见图3～6所示，各图是根据监测数据[7]，分别以汽车保有量、道路总数量、道路总长、道路总面积为纵坐标，时间为横坐标作图.

可以看出，汽车保有量、道路总数量、道路总长、道路总面积均呈现逐年上升的趋势.哈尔滨市民用汽车保有量逐年增加，并且增长迅速，从2001年的20.8万辆到2008年的52.6万辆，增长了1.5倍.道路数量从2001年的1 689条增长到2008年的1 862条，增长了10.2%，道路长度从2001年的957 km到2008年的1 378 km，增加了44.0%，道路总面积值从2001年的1 199.9万m2到2008年的2 826.0万m2，增加了1.4倍.

图5 道路总长度变化情况

图6 道路总面积变化情况

从这个变化可以看出，汽车保有量和道路面积的增加比例相近，因此，尽管随着国民经济的发展与进步，汽车量快速增加，但是道路建设的步伐紧跟交通量的增加而快速发展，通过新建、扩建、延伸的不同路该工程建设道路，保证了哈尔滨市的道路交通承载能力，从而，保证了道路交通噪声值的平稳发展.但是，道路噪声的下降趋势是由于多种复杂的路面状况引起的，主要原因包括:绿化带的建设，隔离墙的建设，路面粗糙度的降低等.当然也包括车流量增大引起的车行缓慢、车辆拥堵等原因，当车行速度降低时，产生的噪声也会随之降低.

3 哈尔滨市道路交通噪声状况预测与分析

关于道路交通噪声的预测，国内外学者也有一定的研究，如高架交通噪声等特殊情况的研究等[8-10]，林志周等人运用灰色系统的理论模型对城市环境噪声变化进行综合预测[11]，引用了统计分析的方法，这类方法以实测数据在时间序列上的规律为基础，应用时不受噪声的物理机制和周边环境条件限制.因此，本文采用灰色理论GM(1，1)预测模型对哈尔滨市道路交通噪声状况进行预测分析，利用表2中所列数据，预测2010～2015年哈尔滨市道路交通噪声的变化趋势，并分析预测结果.

3.1 灰色理论GM(1，1)预测模型理论

灰色系统理论以“部分信息已知，部分信息未知”的“小样本”、“贫信息”不确定性系统为研究对象，主要通过对“部分”已知信息的生成、开发，提取有价值的信息，实现对系统运行行为、演化规律的正确描述和有效监控.灰色系统(GM(1，1))的建模主要思想是:将原始信息数列通过一定的数学方法进行处理，通常采用累加或累减生成方法，转化为微分方程来描述系统的客观规律.就是使系统由“灰”变“白”的过程，即灰色系统的白化.GM(1，1)为单序列的一阶线性动态模型，其离散时间响应函数近似呈指数分布[12].

3.2 哈尔滨市道路交通噪声整体情况的GM(1，1)模型建立于预测

本文针对表2中2001～2009年的Leq值进行预测，取表2中Leq值作为原始序列建立GM(1，1)模型.对原始序列做1-AGO序列，1-AGO的紧邻均值序列，结果见表3所示，并计算出发展系数a和灰色作用量b，a=0.000 9，b=68.385 4.

其中:-a≤0.3，GM(1，1)模型成立，并可用于中长期预测.

建立GM(1，1)模型，(其中:t≥1):

基于上述模型计算出模拟值，见表3所示.

表3 模型建立过程

从表3中可以看出，模拟值与原始数据没有很大差别，数据接近，并且趋势接近，模型在排除了干扰其趋势更加明显，呈逐年下降形态.

对模型进行检验，计算平均相对误差=0.1565%＜0.01，精度为一级;计算原始序列与模拟序列之间的关联度=9878＞0.90，关联度等级为一级.因此模型等级为一级，可以用来预测.

运用模型对2011～2015年哈尔滨市道路交通噪声值进行预测，预测结果见表4所示.

表4 哈尔滨市道路交通噪声预测结果

由表4中可以看出，2011～2015年哈尔滨市噪声值均小于标准值70 dB，处于达标水平，噪声均值67.6 dB，小于68 dB属于衡量标注好的水平.同时可以看出，噪声值将会呈现逐年下降的趋势，从2010年的67.7 dB下降到2015年的67.5 dB，噪声变化趋势乐观.

4 结语

总体上，2001～2009年哈尔滨市道路交通噪声处于平稳下降的趋势，并且逐年变好.汽车保有量、道路总数量、道路总长、道路总面积均呈现逐年上升的趋势，汽车保有量和道路面积的增加比例相近且最大，从2001～2008年分别增加了1.5倍和1.4倍，因此，尽管哈尔滨市交通量呈逐年上升趋势，由于国民经济的发展和人民生活水平的提高等多种因素的影响，汽车保有量逐年增加，随之而来的交通压力不断增大，但是路面的不断增加分散了不断增加的交通压力，因此，噪声值并没有发生急剧变化.而哈尔滨是总体道路交通情况趋于饱和，由于车流量大等原因导致的车速缓慢，车速下降的同时，汽车轮胎与路面摩擦力变小，从而产生的噪声变小，因此尽管城市交通不断发展，车辆增加，道路交通噪声仍然能保持平稳并处于略微下降的趋势.

通过GM(1，1)模型的建立，预测出哈尔滨市2011～2015年噪声的变化总体呈下降趋势，从2010年的67.7 dB下降到2015年的67.5 dB，这与道路交通噪声的总体变化情况相吻合，说明在保持现有道路状况，保证道路面积与汽车保有量同步增加的情况下，将会使哈尔滨市道路交通噪声继续逐年降低.

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