道路分割精度对交通噪声模拟的影响

罗鹏，蔡铭，陈志斌

(中山大学工学院广东省智能交通系统重点实验室，广州510275)

道路分割精度对交通噪声模拟的影响

罗鹏，蔡铭，陈志斌

(中山大学工学院广东省智能交通系统重点实验室，广州510275)

根据7条珠江新城主要道路的交通流实测数据，结合标准ISO 9613-2噪声计算模型，采用不同的道路分割精度模拟出整个珠江新城的交通噪声分布，以分析不同道路分割精度对交通噪声模拟的影响。另外，在珠江新城选取8个地点进行噪声值实地采集，以评估噪声模拟值与实测值的误差。结果表明，以接收点为中心，扫描角度不大于5度的道路分割方式对交通噪声模拟效果较好。

声学；交通噪声；噪声模拟；道路分割

随着经济的发展，城市机动车的保有量不断提高，城市交通噪声也越来越严重，范围越来越广，严重影响了人们的正常生活作息[1]。目前，交通噪声污染问题受到了有关部门的高度重视。如何准确有效地模拟出城市内交通噪声污染分布情况是降低噪声污染的关键问题[2-3]。在城市交通噪声模拟中，建筑物对噪声的衰减作用是重要考虑因素。对于城市内复杂的建筑物群分布情况，学者们提出了许多噪声衰减算法和理论，如声线追踪法、经验计算法等等[4―7]。ISO 9613-2[8]作为一种较为简单的衰减算法，在城市道路交通噪声模拟中得到了广泛的应用。

在交通噪声研究中，道路噪声往往可以看作成由无数点声源组成的线声源[9]。而在ISO 9613-2户外噪声衰减计算模型中，声源被定义为点声源，所以为了使用ISO9613-2噪声衰减模型模拟出城市交通噪声污染分布，需把道路分割成有限点声源进行计算。本文在ISO 9613-2的基础上，结合实测的道路车流量和噪声数据，分析道路分割精度对城市交通噪声模拟计算精度的影响，得到了道路点声源分割的合适取值范围，为城市噪声模拟研究提供参考。

1 噪声计算方法

1.1 ISO 9613-2建筑物噪声衰减计算

当声源和噪声接收点位于建筑物群旁边时，建筑物的阻挡对噪声的传播产生了很大的影响，噪声在其表面产生复杂的反射、透射、衍射等一系列过程。ISO 9613-2标准在附录中提供了考虑建筑物群的噪声衰减算法，该算法是以建筑物面积和临街建筑物长度为参数的经验计算方法。在ISO 9613-2标准中，建筑物对噪声的衰减Ahous主要有两大部分组成，分别以Ahous,1和Ahous,2表示，如下式所示

其中第一部分主要以建筑物面积作为考虑对象，计算如下所示：

式中B是接收点与声源之间的建筑物密度，即是以总的地面面积（包括房屋所占面积）去除房屋的面积总和所得的商；db为通过房屋群区的声路线长度。

如果道路两旁有整齐排列的建筑物时，还应添加一个附件衰减项Ahous,2

式中p为临街建筑物正面长度占道路总长度的百分比，其值不大于90%。

1.2 道路分割方法

道路交通噪声通常被看作是线声源，而ISO 9613-2标准的房屋群噪声衰减计算方法是基于点声源进行计算的。因此，必须把道路交通噪声等效分割为有限个数的点声源。在本文中，采取的分割方法是以接收点为中心，用相同角度的扫描线把道路切割成若干等分，如下图所示。

图1 道路分割示意图

为保证道路噪声的能量守恒，每个分割后的点声源基准噪声与道路基准噪声有以下关系：

式中L为道路基准噪声；Li为分割所得的每个点声源基准噪声，对于同一条道路，分割后的点声源基准噪声Li是相等的。

把道路噪声等分为若干个相同的点声源后，每个点声源4对接收点的噪声影响需独立进行计算，衰减计算主要考虑了建筑物衰减和距离衰减。以点声源为例，如下图2(a)所示，建筑物2被分割为3个区域s1、s2、s3，建筑物2被分割为2个区域s4、s5，点声源4对接受点的噪声影响如下式

式中s2、s4、sΔABC为计算区域内的建筑物面积和计算区域总面积；l为点声源到接收点的距离；lDE、lBC分别是第一排建筑物在计算区域内的正面长度和计算区域的道路长度；Ld为噪声的距离衰减，为参考距离，取7.5 m。

对每个点声源进行计算后，便可得到整条道路噪声对接受点的噪声影响Lr为

从上述过程可知，不同的道路分割精度对接受点的噪声计算产生不同的影响。扫描角度改变后，计算所用的参数也会相应改变，如图2(b)所示。对于大区域噪声模拟，道路分割的扫描角度取值对噪声计算精度有很大影响。因此，有必要探讨不同精度的道路分割对区域噪声模拟的影响。

图2 单个点声源对接收点的影响示意图

2 模拟和分析

2.1 珠江新城交通噪声模拟

为了探讨不同精度的道路分割对噪声模拟的影响，本文以广州市珠江新城作为模拟对象。在珠江新城选取了7条道路测试交通流数据，通过实测交通流作为基础数据，计算出道路的基准噪声，每条道路测试1 h，其数值如表1所示。

表1 珠江新城道路交通流数据

式中Loi每种车型在7.5 m处的平均声压级，见式(8)；Ni为第i种车型的交通量；T为计算时间，取1 h；Vi为车速，在城市交通中，车速不容易测量，而且车速较稳定，取50 km/h。

计算各道路的基准噪声后，便选取不同的扫描角度对道路进行分割，分别为1度、5度、10度、15度、20度、30度。在计算区域内每10米布设一个接收点，使用ISO 9613-2模型计算其噪声等级，若接收点在建筑物内则不进行计算。整个珠江新城的计算区域面积为1 300×1 700 m2，布设的接收点共17 000个。针对接收点不同的噪声数值，在地图上标上不同的颜色，以模拟出整个区域的噪声分布情况，如图3所示。图中设置了2个标签A和B来呈现不同扫描角度的噪声模拟变化。可以很明显看出，随着扫描角度的增大，2个标签点的噪声值越来越小，也就是说，建筑物对噪声的衰减模拟效果增大了。

2.2 误差和运算效率分析

为了检验模拟的正确性，在珠江新城道路旁实地测量了8个地点的噪声值，用于评估模拟值与实测值的误差，测量点布设图如图4所示。对于每个扫描角度，其噪声模拟误差如表2所示。从结果可以看出，当扫描角度增加时，噪声模拟的平均误差变

图3 不同扫描角度的交通噪声模拟图(a)1°、(b)5°、(c)10°、(d)15°、(e)20°、(f)30°

大。当扫描角度是1度时，平均计算误差最小，为2.72 dBA，当扫描角度达到15度时，误差达到3.63 dBA，扫描角度为30度时误差值为4.84 dBA。综合比较，扫描角度不大于5度在噪声模拟中较为合适，最大误差为3.01 dBA。

图4 珠江新城交通噪声实测点布设图

表2 不同扫描角度下的计算模拟误差

3 结语

本文使用ISO 9613-2噪声衰减计算模型模拟出整个珠江新城的交通噪声分布，分析了不同道路分割精度对噪声模拟的影响。结果表明，道路分割的扫描角度越大，模拟值与实测值的误差越大。综合比较可得，扫描角度不大于5度的道路分割方式较为合适，噪声模拟误差为3.01 dBA。

[1]龚瑞婷.城市道路交通噪声污染分析与对策研究[J].北京建筑工程学院学报，2004，20(1)：84-87.

[2]刘培杰，孙海涛，王红卫.噪声模拟软件Cadna/A在交通噪声预测评价中的应用[J].电气技术，2008，32(7)：64-67.

[3]李锋，蔡铭，刘济科.基于微观交通仿真的交叉口交通噪声模拟方法[J].环境科学与技术，2010，33(5)：179-182.

[4]Pamanikabud P,Tansatcha M.Geoinformatic prediction of motorway noise on buildings in 3D GIS[J].Transportation Research Part D:Transport and Environment,2009,14: 367-372.

[5]Pamanikabud P,Tansatcha M.3 D analysis and investigation of traffic noise impact from a new motorway on building and surrounding area[J].Applied Acoustics, 2010,71:1185-1193.

[6]Ishizuka T,Fujiwara K.Traffic noise reduction at balconies on a high-rise building façade[J].Journal of the Acoustical Society of America,2012,131(3):2110-2117.

[7]ZHONG Jin-J,TIE Jun-C.Spatial distribution prediction of steady-state sound field with the ray-tracing method[J].Journal of Vibration and Acoustics,2008,130:064503.

[8]GB/T 17247.2-1998.声学户外声传播的衰减第2部分：一般计算方法[S].

[9]张玉芬，邓学钧.道路交通环境工程[M].北京：人民交通出版社，2001：47-48.

Simulation of the Impact of Different Precisions of Road Segmentation on Traffic Noise

LUO Peng,CAI M ing,CHEN Zhi-bin

(Guangdong Provincial Key Laboratory of Intelligent Transportation System, School of Engineering,Sun Yat-sen University,Guangzhou 510275,China)

The computational model based on standard ISO 9613-2 for noise attenuation is used to simulate the noise distribution in Zhujiang New Town of Guangzhou with different refinements of road segmentation according to the measurement data of traffic flow of seven main roads in this area.The impact of different refinements of road segmentation on traffic noise simulation is analyzed.For each refinement of road segmentation,eight points are selected to measure the noise level for error evaluation.The results show that the road segmentation with the scanning angle centered at the receiver less than 5 degree is appropriate for the traffic noise simulation.

acoustics;traffic noise;noise simulation;road segmentation

TB5；X839

A

10.3969/j.issn.1006-1335.2014.01.031

1006-1355(2014)01-0137-03

2012-03-14

国家自然科学基金资助项目(51178476)

罗鹏(1989-)，男，广东阳春人，硕士生，从事道路交通噪声监测与模拟方面的研究。

E-mail:532524679@qq.com

蔡铭，副教授。

E-mail:caim ing@mail.sysu.edu.cn