机场航空噪声监测系统及其作用

2012-07-31余成轩

中国民航大学学报 2012年6期

余成轩

（上海机场（集团）有限公司，上海 200335）

随着城市版图的不断扩张，许多原本位于郊区的机场已进入城市范围；同时民航业也在不断发展，机场数量快速增加，各机场航班量持续增长，伴随而来的航空噪声对机场周边居民生活的影响也日益扩大。近年来，机场周边的航空噪声影响问题也越来越受到各级政府和广大民众的重视。有效地控制航空噪声影响，也成为构建和谐社会、促进民航业进一步发展的需要。

国际上对航空噪声的研究始于20世纪60年代，通过实践和新技术的应用，航空噪声管理不断被推进[1]。目前，发达国家的主要做法是建立航空噪声自动监测系统，在此基础上，采取以“平衡法”为代表的综合治理对策[2]。中国也正大力推进航空噪声的监测和治理工作，国际上的做法值得借鉴，但同时又要契合中国的实际情况。本文结合上海虹桥国际机场航空噪声自动监测系统的筹建工作，介绍该监测系统的关键技术及其在航空噪声管理中的作用。

1 航空噪声监测系统概述

航空噪声自动监测系统与传统的手工监测有较大的区别。传统的手工监测依据《机场周围飞机噪声测量方法》（GB9661-88）[3]采取人工监测每架飞机的有效感觉噪声级LEPN，然后计算一个周期内的计权等效连续感觉噪声级LWECPN进行评价。监测工作难度和工作量很大，难以开展连续监测。

航空噪声自动监测系统不仅是一个可以长期连续多点监测的系统，还通过接入空管雷达、航班信息、地理信息等数据，运用机场噪声监控系统相关软件，可对航空噪声的相关因素进行信息收集、分析、监控，从而实现航空噪声计算评估、投诉处理、噪声治理决策、降噪程序执行及效果评估等功能。

1.1 系统主要目标

航空噪声监测系统的主要目标是对噪声影响进行监测，对噪声数据进行分析以满足噪声管理的需要。该系统通过对机场周围航空噪声连续监测，结合雷达航迹、航班信息、地理信息等数据，运用机场噪声监测系统软件对相关数据进行分析与管理：通过航空噪声的监测分析掌握航空噪声的实际影响情况；甄别高噪声事件，为噪声整治提供支撑，也便于处理公共关系；通过跟踪分析，进行降噪措施的效果评估，为噪声治理提供辅助决策；借助系统软件对未来的航空噪声影响进行预测和评估；给出噪声影响地图，可帮助实施机场周围地区的规划控制与协调。

1.2 系统的基本架构

航空噪声监测系统的基本架构如图1所示。整个系统以噪声监测管理软件为核心搭建，系统硬件主要包括：系统核心服务器、噪声监测设备以及网络设备、管理员工作站及相关外设等。系统软件部分主要包括：噪声监测系统软件、数据库管理系统、地理信息软件以及与航班信息等系统的接口软件等。

图1 噪声监测系统结构图Fig.1 Structure of aircraft noise monitoring system

系统的主要功能均由噪声管理软件完成，其输入数据包括噪声数据、航班信息、雷达信息、地理信息等，输出数据主要是噪声事件等各类报表、等值线图等噪声地图、噪声影响分析报告等。噪声数据由分布在各监测点的监测终端采集，通过无线3G网络传输至中央机房；航班信息、雷达信息通过接口软件经内部网络连接至航班信息系统和空管的雷达系统直接获取；地理信息则由专业地理信息软件提供，有关数据定期更新；另外，为排除天气因素对分析结果的干扰，部分监测站点配置了气象站，气象数据一并通过无线3G网络送回系统。各类报表、报告等可通过办公软件输出电子文件，也可直接打印纸质文件，有些系统可以直接通过互联网在专设的网站向公众发布相关信息。

1.3 系统发展和应用情况

国际上对机场航空噪声监测系统的研究发展较早，自20世纪60年代起，发达国家就结合机场航空噪声、标准及政策的研究，开始在一些繁忙的机场建立机场噪声监控系统并应用于机场噪声管理中。随着电声技术、通信和计算机技术的发展，机场噪声监测系统日趋成熟，包括系统的咨询设计、系统的软硬件产品以及系统的应用。

目前，国际上已形成包括丹麦Brüel&Kjær公司、德国Topsonic公司、法国01dB-Metravib公司和美国Rannoch公司在内的一批国外的系统供应商。同时，世界上已有数百个机场建立了噪声监测系统，各系统的功能、架构、设备选型以及实践应用等不尽相同，但都成为了提升航空噪声管理水平和效果的重要设施。

国外基于该系统的航空噪声管理成功案例很多。如意大利伦巴第（Lombardy）机场噪声监测系统同时监控了3个机场的飞机噪声，该系统通过对机场周边噪声进行长期监测，协助意大利相关部门评估飞机噪声影响人口、协助土地利用规划、管理飞机航迹等，取得了很好的成效。美国芝加哥机场噪声管理系统包含44个固定终端和10个移动终端，分析处理噪声监测数据、雷达数据、气象信息、噪声投诉等。美国航空环境署、地区噪声协调委员会、联邦航空管理局、航空公司等机构和部门利用这些数据作为减小居民区噪声影响的基础资料，如跑道使用情况报告、飞机噪声报告、飞机噪声投诉报告、飞机飞行报告、低噪声飞行程序报告等。利用这些资料，机场噪声被很好的控制在法律规定和居民容忍的程度内。澳大利亚的做法是建立全国单一的控制中心操作，监控整个澳大利亚机场的飞机噪声，该系统被用于监测飞机噪声、评估飞行程序、协助空域使用规划和土地利用、生成报表并提供政府、行业组织、社区团体和个人。该系统高效的协助相关部门系统地开展机场噪声管理工作，使得澳大利亚的航空噪声管理工作处于国际先进水平。

国内在航空噪声监控系统的建设和应用方面尚处于起步阶段。上海虹桥国际机场航空噪声监测系统是中国第一个自主设计的系统，北京首都机场是目前国内唯一开展基于航空噪声监测系统的航空噪声管理的机场，此外，国内尚没有成熟的国产航空噪声监测系统产品，主要障碍来自系统软件。该软件集成了航空噪声监测、预测、分析以及航空噪声治理、管理相关的实践技术，对于缺乏基于该系统开展航空噪声管理经验的国内系统供应商而言，形成具有自主知识产权的先进软件有较大的困难。

机场航空噪声监测系统的发展和应用有利于航空噪声的管理工作的推进，使得航空噪声的管理方法得以落实，管理效果得以提升。国际上很多国家、地区和机场通过建立基于航空噪声监测系统的环境管理，获得很好的航空噪声管理效果。国内应加快对系统的研究、建设和应用，开创航空噪声管理的新局面。

2 航空噪声自动监测系统关键技术

2.1 监测站点布局

监测站点的合理布局直接关系到监测数据的有效性，是确保系统功能实现的基础。监测站点的布局必须充分考虑以下因素：

1）满足标准规范要求站点环境必须符合《机场周围飞机噪声测量方法》以及ISO20906等法规规范的要求，尤其是背景噪声水平一般应低于55 dB，要远离其他噪声源，以免干扰航空噪声的识别[4]。

2）满足系统数据采集分析的需要结合系统绘制等值线噪声地图以及进行减噪飞行跟踪分析等功能的需要，监测点一般应在噪声影响范围内相对均匀分布，站点之间距离保持在1～3 km左右；优先考虑布置在航线转折点及各噪声级的过渡区。

3）兼顾公共关系处理的需要目前机场周遍普遍存在一些噪声敏感点，为及时准确掌握敏感点的实际噪声影响，为公共关系处理提供直接的数据支持，可适当兼顾在敏感点布设监测站点。

4）具备良好的建设条件监测站点应具备良好的供电、通讯等保障条件，同时站点所在地的业主方或管理单位能提供许可和支持。

遵循以上原则，上海虹桥机场噪声监测系统共设置了16个监测站点，另配备了2套移动监测设备可作为固定监测站点的补充，以满足数据校核以及补充测量的需要[5]。

2.2 监测终端选型

噪声监测设备是系统的关键设备，直接决定着监测数据的准确性。噪声监测终端设备配有户外传声器、噪声分析仪、本地存储设备、传输设备以及电源、机箱等配套设备。部分站点还配备气象站，提供风速、风向、雨量、气压、温度以及湿度等气象信息。为了保证系统功能的实现，监测设备选型应考虑以下几个因素：

1）满足测量精度要求要求满足EN/IEC61672标准规定的1级声级计标准，传声器要求灵敏度30mV/Pa以上，内部噪声＜20 dB（A），最大测量声压级＞130 dB；声级计要求动态范围≥100 dB不换档、测量下限≤30 dB（A）、测量上限≥130 dB，频率范围 20 Hz～10 kHz。

2）良好的防护性能为保证监测设备能在户外连续工作，不受各类气象条件和环境因素的影响，监测设备选型必须充分考虑其防护性能。工作温度：－20～50°C，温度影响系数 0.01 dB/K；湿度范围：0～100%RH（不凝结情况下）；风速10 m/s可正常工作，30 m/s不损坏；防水级别IP55或IEC529以上；麦克风还应配备防鸟叉，避免鸟类栖息破坏设备。

3）良好的安装维护性能监测站点数量多分布广，需要在无人看管的情况下工作，良好的安装维护性能可大大降低运行管理的难度。终端设备应具备在线故障报警功能，具备远程维护设置和自动校准功能，具备一定的集成度，便于安装拆卸。

2.3 航空噪声监测系统软件

机场噪声监控系统软件（NMOS）是实现系统功能的关键。目前，市场主流厂商提供的噪声监测系统应用软件均可提供噪声管理相关的基本功能，还可根据用户需要进行适当的定制开发。监测系统软件的具体功能主要取决于管理者的需要和外界资源的支持。航空噪声监测系统软件的核心技术包括：

1）航空噪声事件甄别航空噪声事件的甄别直接关系到监测结果的有效性和可靠性。系统应能结合门限设置、雷达数据、航班信息，利用多个终端数据比对和噪声频率分析等方法自动对噪声事件进行甄别，识别率应高于95%。由于不同时段背景噪声值变化较大，系统门限设置应具备分时段设置功能；同时，系统应具备人工校核功能。

2）航空噪声影响计算和分析系统应能对噪声监测数据进行系统分析，给出管理所需各项分析结果；系统软件能自动拟定参数，开展航空噪声等值线的计算，确保计算结果的可靠性。对历史影响的计算，必须是基于实际的航空信息，如实际的飞机航迹输入。

3）航迹处理和分析可根据雷达系统数据，显示航迹，可分类分时段统计航迹分布、航迹密度等；可以在空域上定义虚拟的门及多个门组成的门径，统计分析航迹穿越门径情况，进而发现偏离门径情况。

4）航空噪声管理系统软件应能很好地服务航空噪声管理，尤其是应融汇机场噪声管理方面的先进经验和做法，如通过噪声事件与航迹的匹配可以确定噪声来源，可以为噪声投诉的处理提供支持；通过对噪声事件的统计分析，还可以按航迹、机型、航班时刻、飞行程序等进行噪声影响程度的分类统计，指导开展噪声治理；记录高噪声事件，查找分析其原因，推进减噪运行；跟踪减噪运行措施的落实情况，识别违规行为，为强化管理提供依据。此外，还有飞行时间管理、跑道使用优化、控制区分析、宵禁等。

5）终端设备管理监测系统终端设备尤其是监测站设备分散安装在户外，要求系统必须具备强大的远程控制能力。如可对监测站设备的常规设置、状态查询及校准等实施远程管理；能监测系统终端设备状态，对于终端设备失效（包括主电源失效）、设备箱门非正常开启、通信中断等异常情况，系统应能及时探测并予以告警。

3 航空噪声监测系统在机场噪声管理中的作用

3.1 在航空噪声消减中的作用

对机场航空噪声的消减作用，主要通过降低航空噪声等级及其影响来实现，该措施是航空噪声消减中的优先措施。具体可采取以下几种方法：

1）选用低噪机型执行航班任务飞机噪声是航空噪声的根源，降低飞机飞行噪声是控制航空噪声的基本手段。飞机的噪声水平取决于其本身的设计及制造。国际民用航空公约附件十六就明确规定了航空器噪声鉴定的基本要求及具体方法，同时规定了各型航空器允许最大噪声级。飞机噪声主要噪声源是推进系统噪声，其噪声水平取决于飞机的设计制造水平。随着发动机降噪技术的不断完善，新机型的噪声已明显低于老机型。所以要降低航空噪声影响，首先要选用噪声水平较低的机型执行航班任务。监测系统可检测和分析每一架飞机、每一次飞行的噪声情况，结合高噪声飞机收费等管理措施，推动航空公司选择低噪声飞机。

2）执行降噪飞行程序合理安排飞行程序，从高度或者水平距离上避开噪声敏感区可以有效控制航空噪声影响[6]。如航路设计时，避开噪声敏感区；起飞时，加大爬升率，迅速拉开高度；进近时，采用较大下滑角；采用连续进近替代阶梯进近等。监测系统能够监控飞行程序，记录所有未执行规定降噪飞行程序的违规航班，记录违规情况，因此十分有利于降噪飞行程序的执行。

3）调整航班运行时刻由于不同时刻航空噪声对于人的影响差异很大，夜间是相对敏感的时段。为此，可以兼顾噪声控制和航班生产的需要，对航班运行时刻进行适当调整，减少敏感时段的航班量，甚至实行宵禁。如悉尼机场夜间关闭跑道，停止一切飞行活动。调整航班运行时刻达到航空噪声削减目的的决策、执行监控、效果评估均可以利用该系统来实现。

4）限制高噪声航班运行借助于监测系统，人们可以甄别出高噪声航班，进而可以根据噪声控制的需要限制其运行，如禁止其在该机场起降、禁止其在夜间或某些特定时刻起降等。限制高噪声航班的运行，可以有效的减少对机场周边地区的噪声影响。

3.2 在缓解航空噪声影响中的作用

除了通过削减航空噪声达到降噪目标外，还有一些措施同样可实现缓解航空噪声影响的目标。航空噪声监控系统在落实这些措施中，同样可发挥较大作用。

1）合理规划机场及周边地区布局对于机场周边地区应根据航空噪声影响情况建立相容性规划，结合不同目标对于噪声承受能力的不同，按照《机场周围飞机噪声环境标准》[7]等对周边土地的开发使用进行必要的限制。航空噪声监控系统通过监测、预测分析机场噪声过去、现在和将来对周边声环境影响，通过绘制等声级曲线等手段，协助航空噪声与规划的相容性分析。

2）公共关系协调可以利用该系统获得的航空噪声相关数据，就航空噪声问题与周边公众实现更好的沟通、投诉处理。如准确分析噪声投诉的原因，加以解释和控制。预报因特别需要而产生的高噪声飞行，以获得居民的谅解等。

3）准确评估噪声影响相关决策支持利用该系统做出的机场噪声影响评估结论，可以被用于机场建设、运行决策的参考，更可以作为是否对某一区域采取进一步降噪措施的决策依据。如根据评估结论，可以考虑对个人、房屋等采取降噪措施等。