道路交通噪声预测模型实践探析

户文成，王蓓蓓，吴瑞，蒋从双

(北京市劳动保护科学研究所，北京　100054)



道路交通噪声预测模型实践探析

户文成，王蓓蓓，吴瑞，蒋从双

(北京市劳动保护科学研究所，北京100054)

摘要：通过介绍国外多种较为常用的道路交通噪声预测模型，从声源和传播模型方面进行对比分析，对目前主要道路噪声预测模型中存在的问题进行归纳总结，并对全国7个典型城市进行实测。在此基础上，提出了符合我国国情的道路交通噪声预测模型构建方法与思路，并初步建立了基于我国国情的道路交通噪声预测模型。

关键词：道路；交通；噪声预测模型

目前，道路交通噪声环境影响评价在许多国家和地区都得到重视。20世纪70年代以来，各国相继开发了基于当地实际情况的道路交通噪声预测模型。但国外预测模型的建立，都是以本国国情为基础，在使用条件和参数选取等方面存在不同，预测结果存在较大差异，具有一定的地区应用特色。因此，有必要建立基于我国国情的道路交通噪声预测模型。

1国内外道路噪声预测模型对比分析

国外常见的道路噪声预测模型主要有美国的FHWA TNM模型[1]、法国的NMPB模型[2]、日本的ASJ RTN 2008模型[3]和欧盟近年来提出的CNOSSOS-EU模型[4]等。我国主要采用《环境影响评价技术导则 声环境》(HJ 2.4—2009)[5]和《公路建设项目环境影响评价规范》(JTG B03—2006)[6](以下简称JTG模型)中的模型。几乎所有的道路交通噪声预测都具有相似形式，即预测点噪声由源强模型和声传播修正模型两部分组成。

1.1声源模型对比

源强模型部分影响因素众多，包括车速、车辆类型、车龄、路面类型、加减速以及路面坡度等，这些影响因素又随着国家和地区的不同而不同，因而噪声源强模型差异较大。

(1)在声源数量的划分方面，ASJ模型、CNOSSOS-EU模型和JTG模型将车辆简化为一个点声源；而FHWA TNM模型和NMPB模型则将车辆简化为两个点声源，一个主要由发动机噪声决定，另一个主要由轮胎噪声决定。

(2)在声源高度方面，CNOSSOS-EU模型将声源简化后的高度定为0.05 m，而在我国噪声评价中，通常将车辆简化为0.5 m高的点源。

(3)在坡度修正及路面类型方面，所有的模型均有所考虑却并不相同。如NMPB模型针对不同的坡度范围分上下坡提出修正量，并针对普通路面和低噪声路面提出轮胎噪声模型。而JTG模型主要针对不同坡度提出不同修正量，并对沥青混凝土路面和水泥混凝土路面分别提出修正量。

(4)在车辆指向性方面，ASJ模型、CNOSSOS-EU模型提出车辆噪声在水平方向的指向性不明显，垂直方向受车身遮挡指向性较强，而JTG模型未考虑车辆噪声的指向性。

(5)在车辆速度方面，ASJ模型将车辆运行状态分为稳定运行(40～140 km/h)和非稳定运行(10～60 km/h)；JTG模型适用于车速大于48 km/h的预测；NMPB模型对于不同速度段分别提出模型参数。

1.2声传播模型对比

各国均参考ISO9613建立了本国的声传播模型，通过对国外几个重点模型的声传播部分开展了比对分析，结果见表1。

表1　国外声传播模型对比Table 1　Comparison of foreign sound transmission models

注：表中的“特殊”指建立了具有自身特点的、与ISO 9613不同的模型。

我国声传播模型计算可参考《声学户外声传播》(GB/T 17247.2—1998)，等同于ISO相应标准。而声导则确定的交通噪声户外声传播计算方法，基本延续了国标计算方法，并将其运用到交通噪声预测中。

2我国道路噪声预测模型构建方法与思路

通过对国内外道路交通噪声预测模型的对比研究可知，国内道路噪声预测模型声源部分来源于FHWA模型，传播部分来源于ISO9613。国外几种模型在声源和声传播方面均做出细化，减少了模糊、不确定之处，但也带来了模型使用复杂的问题。国外模型均有详细的技术支撑文件，具有非常丰富的交通噪声数据库，形成了比较系统的道路交通噪声预测体系。相比之下，我国模型在内容体系和数据支撑方面尚较薄弱，且缺乏详细的指导性文件，预测能力较低，尤其是针对城市复杂道路条件下的道路交通噪声的预测。通过借鉴国外模型特点，可建立基于我国国情的道路交通噪声预测模型。

2.1思路流程

为建立基于我国国情的道路交通噪声预测模型，需进行系列测试与研究，主要流程如图1所示。

针对声源模型，声环境导则并未给出具体的模式。在环境噪声预测中，如源强参数不准确，则预测结果的准确性、可靠性也就无从谈起。JTG模型虽然给出单车噪声排放模型，但仅适用于车速大于48 km/h的道路交通预测，对于较低车速则无法使用。因此，需针对低车速的道路建立噪声模型。可通过大量实测数据建立声功率级(或声压级)与车速之间的回归曲线方程式。

针对声源简化，我国噪声环评中通常将车辆简化为0.5 m高的点源，与国外声源高度位置不太一致，可通过声阵列的方法对车辆通过噪声源进行声源识别测试来确定。

针对车型、速度以及声源高度，可分速度区间、按车型分别提出单车噪声排放模型，并进一步研究车辆的等效声源高度。

针对路面条件，可将路面分为沥青和水泥路面进行研究，建立路面修正量，并针对不同坡度区间分上下坡提出坡度修正量。

针对车辆的指向性，可研究不同路面类型、不同坡度下单车噪声在垂直方向的指向性。

图1　建立基于我国国情的道路交通噪声预测模型流程图Fig.1　Flow chart of establishing the road traffic noise prediction model in China

针对道路交通噪声源强特性、排放特性、特殊路段噪声排放特性，因各地差异较大，缺乏相关成熟的研究模型，因此采取实地测量并在实测基础上归纳总结的方法。

针对噪声衰减特性和计算参数影响特性，则采用参考现有模型并进行验证的方法。

2.2测试方法

2.2.1声源测试

(1)单车源强测试，主要研究单车源强与车辆、道路条件的关系，分析车型、车速、坡度、气候等的影响。在距离目标车道7.5 m处布置源强观测点，在观测点前后设置速度区间，用高速摄像机记录车速。

(2)单车噪声指向性测试，主要研究不同路面类型、不同坡度下单车辐射噪声在垂直方向的指向性。在距离目标车道7.5 m处布置一根7.5 m高的杆，分别在杆的0.2、1.2、2、3.5、5.3、7.5 m处布置传声器，与车道中心线的夹角正好是2°、9°、15°、25°、35°、45°。并用高速摄像机记录车辆速度。

(3)单车等效声源高度测试，主要研究单车等效噪声源强的高度。在距离目标车道7.5 m处布置声阵列。并用高速摄像机记录车辆速度。

2.2.2声传播测试

(1)空旷地中的传播，主要研究空旷地中点声源的传播规律，研究风速、风向、温湿度等气候条件对点声源传播的影响。可分别距离标准声源25、50、100、200 m布置观测点，测点高度均为1.5 m。

(2)建筑群中的传播，主要研究建筑群中点声源的传播规律。建筑物一侧布置标准声源，声源旁布置一个观测点，第一排与第二排建筑物后面均布置一个观测点。

2.2.3特殊路段测试

特殊路段测试主要包括交叉口测试和高架/路堑的测试。交叉口测试主要研究道路交叉口的噪声特性，所有测点与最外侧机动车道中心线的距离保持一致。高架/路堑的测试主要是为了研究高架/路堑的噪声特性及其传播规律。

2.3传播衰减研究

ISO 9613给出了有利于声传播条件下几何发散、大气吸收、地面效应、屏障等因素引起的声衰减。但是实际情况却往往存在差异，因此需根据实际情况对利于声传播条件下的声衰减进行修正。

(1)温度引起的衰减。在昼间和夜间不同温度梯度下测试点声源在不同测点处的噪声值，将测试结果与ISO 9613计算值进行对比，得出温度梯度对声传播的影响，并提出温度梯度修正量[7]。

(2)风速风向引起的衰减。在不同风速风向条件下进行测试，计算不考虑风影响的噪声值，将其与实测值对比，确定不考虑风影响导致的误差。利用标准声源，针对不同风速、风向测试噪声衰减情况，提出风向和风速的修正方法。

2.4研究结论

道路交通噪声声源模型和传播衰减模型涉及很多方面，本文仅对声源模型主要结论进行说明。

(1)车辆划分。预测模型中将车辆划分为中小型车和大型车。中小型车指车长小于6 m且乘坐人数小于20人的载客汽车，总质量小于12 t的载货汽车和挂车，以及摩托车，其余为大型车。

(2)水平路面单车排放噪声模型。在北京市芦求路、杭州市五一路、南昌市X052县道、南昌市金沙二路、苏州市贡山路、苏州市渚镇路、西宁市美丽水街、长春市东胜利大街、沈阳市新蔡线、哈尔滨市长胜路、拉萨市纳木错乡等道路测试沥青路面单车噪声排放大小，共测试有效样本量1 249组。车速与单车噪声源强之间的关系如图2所示。

图2　水平沥青路面单车噪声排放曲线Fig.2　Noise emission curve of vehicle on horizontal asphalt roads

单车在r0=7.5 m处的A声压级计算公式为：

Lr0=a+b·lgV+ΔLsour

(1)

式中，r0为测点距目标车道中心线的距离；Lr0为单车排放噪声在7.5 m处的A声压级，dB(A)；V为单车运行速度，km/h；ΔLsour为声源修正项；a、b为模型参数。

通过对图2中的水平单车噪声排放数据运用最小二乘法拟合，得出水平路面单车噪声排放模型参数。对于中小型车，适用车速范围为15～200 km/h，a为15，b为32.3；对于大型车，适用车速范围为20～100 km/h，a为41，b为22。

当小型车速度低于15 km/h、中型车或大型车速度低于20 km/h时，认为车辆处于起步、停止或频繁加减速阶段，此阶段车辆加减速比较频繁，排放噪声与速度的相关性较差，可认为车辆排放噪声恒定，中小型车噪声为53 dB(A)，大型车为69.6 dB(A)。

(3)路面类型修正。车辆在水泥路面行驶时噪声较高，通过对沥青路面和水泥路面大量不同类型单车进行测试，式(2)给出了水泥路面下单车排放噪声的修正项。

ΔLsurf=ksurfv

(2)

式中，ksurf为水泥路面修正系数；v为车辆运行速度，km/h。中小型车和大型车的ksurf值分别为0.02和0.04。

(4)声源高度。针对声源高度，通过声阵列的实测分析可知，当车辆以大于30 km/h的速度在沥青路面上行驶时，中小型车的等效声源高度为0.3 m；大型车的等效声源高度为0.44 m。

(5)坡度修正。针对坡度修正，分别根据上下坡，给出修正公式。车辆上坡的修正公式为：

ΔLgrad=kuβ

(3)

式中，ku为上坡修正系数；β为纵坡道路坡度，%。对于中小型车，适用车速范围为20～80 km/h，ku为0.12；对于大型车，适用车速范围为20～60 km/h，ku为0.55。

车辆下坡时的修正公式为：

ΔLgrad=kd1β+kd2log(β)

(4)

式中，kd1、kd2为下坡修正系数；β为纵坡道路坡度，%。对于中小型车，适用车速范围为20～75 km/h，kd1为0.9，kd2为-8；对于大型车，适用车速范围为20～55 km/h，kd1为0.4，kd2为-5。下坡修正模型适用于坡度值大于3%的纵坡道路。对于坡度值小于3%的纵坡道路，修正值取坡度值为0和3%对应修正值的线性插值。

3结语

本文在对比分析国内外道路交通噪声预测模型的基础上，提出了建立我国道路交通噪声预测模型的方法和思路，并通过对7个典型城市开展针对交通噪声源及特殊交通形式噪声源特性的实地测试和系统研究，初步建立基于我国国情的道路交通噪声预测模型，为建立符合我国实际情况，基于我国车辆、道路、环境标准的道路交通噪声预测通用模型提供了思路和案例。

虽然初步建立了模型，但是一些具体细节上还可进行进一步研究，如城市复杂道路(上为高架，下为地面道路的复合道路)的模型建立方法及其影响因素、高海拔对声源的影响等，以期能提出更为详尽、更加系统、基于我国交通噪声声源数据库的道路交通噪声预测体系。

参考文献(References)：

[1]Lau M C, Lee C S Y, Boeker E R,etal. FHWA Traffic Noise Model, Version 2.5: User’s Guide Addendum[R]. Cambridge, MA: Volpe National Transportation Systems Center Acoustics Facility, 2004.

[2]Besnard F, Hamet J F, Lelong J,etal. Road noise prediction 1- alculating sound emission from road traffic[R].Sétra Service d’étudessurles transports les routes etleursaménagements, 2009.

[3]Kohei Y. Road traffic noise prediction model“ASJ RTNModel2008”: Report of the Research Committee on Road Traffic Noise[R]. Ottawa Canada: Acoustical Science and Technology, 2010.

[4]Stylianos Kephalopoulos, Marco Paviotti, FabienneAnfosso-Lédée.Common Noise Assessment Methods in Europe (CNOSSOS-EU)[R]. Italy:Joint Research Centre of Institute for Health and Consumer Protection of European Commission, 2012.

[5]环境保护部. HJ2.4-2009环境影响评价技术导则声环境[S]. 北京: 中国环境科学出版社, 2009.

[6]交通部. JTG B03-2006公路建设项目环境影响评价规范[S]. 北京: 人民交通出版社, 2006.

[7]蒋从双, 吴瑞, 户文成. 温度梯度对户外声传播影响的实验研究[J]. 噪声与振动控制, 2013, 33(s1): 64- 66.

收稿日期：2016-04-11

基金项目：环保部环保公益性行业专项(201309066)；北京市自然科学基金(L150007)

作者简介：户文成(1974—)，男，河北廊坊人，研究员，硕士，主要从事噪声与振动控制研究，E-mail：who518@126.com 通讯作者：王蓓蓓(1981—)，女，安徽芜湖人，高级工程师，硕士，主要从事噪声与振动控制研究，E-mail：wangbeibei_2000@163.com

DOI:10.14068/j.ceia.2016.04.004

中图分类号：X593

文献标识码：A

文章编号：2095-6444(2016)04-0014-04

A Study on Practices of Road Traffic Noise Prediction Model

HU Wen-cheng, WANG Bei-bei, WU Rui, JIANG Cong-shuang

(Beijing Municipal Institute of Labor Protection, Beijing 100054, China)

Abstract:This paper introduced a variety of foreign road traffic noise prediction models, analyzed them in terms of the sound source model and sound transmission model, and summed up the current issues existing in the main road noise prediction models. This paper provided a systematic summary of the domestic and overseas road traffic noise prediction models, collected data from 7 typical cities in China, proposed the methods and concepts for constructing road traffic noise prediction models based on China’s national conditions, and established the preliminary road traffic noise prediction model.

Key words:road; traffic; noise prediction model