（人机与环境工程专业论文）机场噪声监测标准和评估算法研究.pdf

中目民航大学硕士学位论文 a b s t r a c t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fc h i n e s ec i v i la v i a t i o nt r a n s p o r t a t i o n , t h es o c i a lp r o b l e m s c a u s e db ya h f p o an o i s eh a v eb e c o m ei n c r e a s i n g l yp r o m i n e n t t h eg e n e r a la d m i n i s t r a t i o no f c i v i la v i a t i o no fc h i n aa n dm a n ym a j o ra h l x , ma r ev e r yc o n c e r n e da b o u ti t b e i j i n gc a p i t a l i n t e r n a t i o n a la i r p o r to d m i n e n c eo nb u i l d i n ga i r p o r tn o i s em o n i t o r i n gs y s t e ma t2 0 0 6 h o w e v e r ，o u rp r e s e n tr e s e a r c hi nt h i sa r e ah a sj u s tb e g u n , m a n ya r e a ss t i l li nas t a t eo fb l a n k , c o m p a r e dw i t hd e v e l o p e dc o u n t r i e s , t h e r ei ss t i l la l o to fg a p s a tp r e s e n t , t h e r ei sn oc h i n e s e n a t i o n a ls t a n d a r do fa i q 吣r tn o i s em o n i t o r i n ga n dc o m p u t i n ga i r p o r tn o i s ec o n t o u r s t h er e q u i r e m e n to fa i r p o r tn o i s em o n i t o r i n ga n dp r o c e d u r eo fc o m p u t i n ga i r p o r tn o i s e c o n t o u r sa r cs t u d i e di nt h i sp a p e r b ya n a l y z i n gf o r e i g na i r p o r tn o i s em o n i t o r i n gs t a n d a r d , i n c l u d i n gh a r d w a r e ，s o f t w a r e , m o n i t o r i n gi n d i c a t o r s ，d a t aa c q u i s i t i o n , d a t ap r o c e s s i n g , t r a n s m i s s i o no fd a t a , d a t as t o r a g e ，e q u i p m e n ti n s t a l l a t i o n , i t sp r e p a r ef o rd e v e l o p i n go u r n a t i o n a ls t a n d a r do fa a f p , an o i s em o n i t o r i n g i t sa l s oa n a l y z e dp r o c e d u r eo fc o m p u t i n g a i r p o r tn o i s ec o n t o u r s ，i n c l u d i n ga i r p l a n et a k e o f fp r o f i l e ，t h ee n g i n et h r u s to fe v e r yt a k e o f f s t a g e ，h o wt oi n t e r p o l a t en p d d a t a , h o wt oc o m p u t i n gt h ea d j u s tf a c t o r s a f t e rs t u d y i n gt h e t w oi n t e r n a t i o n a ls t a n d a r d s ，t h es o f t w a r eo fc o m p u t i n ga i r p o r tn o i s ec o n t o u r sw a sd e v e l o p e d t h es o f t w a r ec o u l dn o to n l yc o m p u t i n ga i r p o r tn o i s ec o n t o u r s ，b u t a l s o e n q u i r e t h e i n f o r m a t i o no fa i r p l a n et y p e ，a i r p l a n ea e r o d y n a m i cc o e f f i c i e n t , e n g i n ec o e f f i c i e n t , a i r p l a n e t a k e o f fp r o c e d u r ea n dn p dd a t a t h ea i l 驴r tn o i s ec o n t o u r sm a i np u r p o s ei sl a n dp l a n n i n g a r o u n da k p o r t i na d d i t i o n , t h en e wd e v e l o p m e n to fi n t e r n a t i o n a la i r p o r tn o i s em o n i t o r i n ga n dt h e p r o c e d u r eo fc o m p u t i n ga h 3 , o r tn o i s ec o n t o u r si si n t r o d u c e d , s u c ha st h ei m p r o v e m e n to f c o m p u t i n ge n g i n et h r u s t , e n g i n ei n s t a l l a t i o ne f f e c t s ，f l i g h tp r o f i l es t a g e t h e s ei m p r o v e m e n t s e n h a n c et h ea c c u r a t eo fc o m p u t i n gr e s u l tv e r ym u c h a tl a s t , h o wt ou s et h es o f t w a r et o e n q u i r ei n f o r m a t i o na n dc o m p u t i n ga i r p o r tn o i s ec o n t o u r si si n t r o d u c e d k e y w o r d s - n o i s e ；s t a n d a r do fm o n i t o r i n g ；c o n t o u r s ；p r o c e d u r eo fc o m p u t i n g ；s o f t w a r e d e v e l o p m e n t 中国民航大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所 知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果， 也不包含为获得中国民航大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料与我一同工作的同志 对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意 研究生签名；薹至越1 日 中国民航大学学位论文使用授权声明 中国民航大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的复印件 和电子文档。可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文本人电子文档的内容和纸质论文的内 容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阋，可以公布( 包括刊登) 论文的全 部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权中国民航大学研究生部办理 研究生签名；盔蓦狴l 导师签名： 中国民航大学硕士学位论文 1 1 选题意义及研究背景 第一章绪论 随着我国社会经济的发展，民航业相比以前有了长足的发展，就目前的形势而言我 国目前正处在由民航大国向民航强国转变的关键时期。与此同时也应该清晰地认识到我 国目前的现状和世界上其他的一些民航传统强国还有一定的差距，在某些领域我国还处 于空白状态或刚刚起步状态。例如航空器噪声和机场噪声的研究和应用在我国才刚刚开 展，而发达国家在这方面的研究早在上世纪印年代就已开展并在7 0 年代就已经成熟。 国际上各个民航组织或国家民航管理机构( t c j 如国际民航组织、美国联邦航空管理局、 欧洲航空管理局等) 早已在上世纪7 0 年代就制定了关于航空器噪声的标准和相应的一 系列政策和措施并且成功的付诸以实践。目前在国外的许多机场都建有完整的机场噪声 监测系统。 不论是在国内还是国外机场噪声问题都是一个严重的社会问题，1 9 9 4 年在德国曾经 作过调查显示4 0 的居民抱怨机场噪声对其生活和工作的影响，目前美国最繁忙机场之 一的亚特兰大机场，原本美国政府是打算建在伯明翰，当年就是由于噪声干扰而被当地居 民投票否决。在国内许多机场周围的居民不堪噪声的侵扰经常上访，造成了恶劣的社会 影响并且严重的干扰了国家企事业单位的正常工作。我国目前不少城市已经开始新建或 者改建机场，机场使用飞机的数量和种类在不断增加，城市的规模也在不断发展并且与 机场的距离也越来越近，机场周围的土地使用也越来越多，同时人们的生活水平不断提 高，对生活环境的要求也越来越高，所有这些都使得机场噪声问题日益突出。 我国环境保护部门已明文规定，新建机场在申报机场建设项目时，必须对机场周围 的土地做出噪声预估和环境影响评价，对原有的机场做出噪声暴露图( 即噪声影响的区 域范围) 机场土地规划和控制是解决机场噪声问题的有效手段，而在机场周围设立噪 声区是进行土地规划和控制的基础。科学地测量和预测机场噪声对新机场的选址、老机 场的扩建、机场周围土地的合理利用、环境保护决策管理和工程实施等方面均有重要意 义。对于机场周围环境噪声问题采用实验研究即实际测量的方法当然比较准确，但是对 于机场这种非常庞大的区域，实际测量需要大量的人力、物力，而且对于设计中或尚未 完工的机场则不存在实测问题，只能通过理论分析和计算来预测机场周围噪声。由于国 内对机场噪声的预测理论、预测方法缺乏研究，一般都采用国外的理论和方法，如f a a 的i n m ( i n t e g r a t e dn o i s em o d e l ，综合噪声模型) 软件，i n m 软件是f a a 开发的专门 用于机场周围噪声计算和预测的软件，1 9 7 8 年以来，美国民用航空领域广泛的使用了 i n m 软件进行机场周围噪声影响的研究【1 1 。目前在美国和其他地区i n m 已经拥有众多 的用户，是目前最权威的机场噪声计算和预测软件。近几年来，我国机场周围的噪声问 中国民航大学硕士学位论文 题日益突出，因此有必要尽快研究机场噪声监测标准和评估算法，制定机场噪声监测的 标准，开发机场噪声评估软件。 1 2 国内外研究现状 发达国家、地区和相关的国际组织早在上世纪六十年代就已经开始关注机场噪声污 染问题，目前比较权威的机构主要有国际民航组织( i c a o ) 、美国航空管理局( f a a ) 、 欧洲民航议会( e c a c ) 、美国机车工程师协会( s a e ) 和国际标准化组织( i s o ) 。这些 机构颁布的法规或标准主要分为四类，分别在下表中列出： 表1 - 1 世界各国或机构颁布的关于航空器或机场噪声的标准或法规 航空器噪声适 1 i c a oa n n e x1 6v o l u m 匣i “a l c r a f tn o i s e ” 2 e a ae a r3 6“n 0 l s es t a n d a r d s ：a t c r a f tt y p ea n d 航审定类 a i r w o r t h i n e s sc e r t i f i c a t i o n 1 s a e4 7 2 1p a r t1 “m o n i t o r i n ga i r c r a f tn o i s ea n do p e r a t i o n si nt h e 机场噪声监测 v i c i n i t yo f a i r p u r t s ：s y s t e md e s c r i p t i o n , a c q u i s i t i o n , a n do p e r a t i o n 标准类2 i s o c d2 0 9 0 6 “a c o u s t i c s u n a t t e n d o dm o n i t o r i n go fa i r c r a f ts o u n di n t h ev i c i n i t yo f a i r p u r t s ” 1 s a ea 玎畏1 8 4 5“p r o c e d u r ef o rt h ec a ic _ u l a t l 0 n0 f a 心l a n en 0 l s e 呵1 h ev i c m y0 fa t p o i n s ” 2 s a e a 【1 7 5 1 “p r e d i c n 0 n 正r r h o df o ri 脏r a i ， a m n u 觚0 no fa t p ia n en o i s ed u r 吁g1 = f 怔0 f fa n d l a n d 呵g ” 机场噪声等值3 s a ea 玎良8 6 6 a“s 1 = c 帅a r d 、，a iu e so f t m o s p 卸既u c 线绘制方法 a b s o 础p 1 7 k na saf o u n c n 0 no ft e m p e r a 盯瓜ea n d h u m n y ” 4 i ( ：a oc 【r c 【i a r2 0 5 0 心1 2 5 “r e c o m m e n d e dm 砌0 df o r c o m 呼u 1 1 n gn o l s ec o n t d u r sa r o u n da 冲0 r t s ” 5 e c a c c e a cd o c2 9 “r e p o r t0 1 1s t a n d a r dm e t h o do fc o m p u t i n gn o i s e c o n t o u r sa r o u n dc i v i la i r p o r t s 机场周围土地 1 e f a f a r1 5 0 馅j r p o r t n o i s e c 0 强印旧i i - y p i n n n i g ” 相容性计划 从上表可以看出发达国家对机场噪声问题十分重视，颁布了众多的标准和法规。在 美国，除了大学和政府科研机构一直在进行航空器和机场噪声科研项目，美国国家航空 2 中屋民航大学硕士学位论文 航天删a s a ) 也组织人员对航空器噪声进行了研究并发表了许多高水平的论文。我国 在这方面的研究起步很晚，进展较慢。在上世纪舳年代由国家环保总局颁布了两个国 家标准，即：g b 9 6 6 0 - 1 9 8 8 机场周围飞机噪声环境标准和g b ，r 9 6 6 1 1 9 8 8 机场 周围飞机噪声测量方法，但这两项标准一直未投入实际应用，其中机场周围飞机噪 声测量方法中的绘制机场噪声等值线的方法只是一个理论方法，并不可实际应用，其 要求在机场附近每隔5 0 0 米设置一个噪声监测点1 2 l ，用以监测飞机噪声。s a e1 8 4 5 中规 定要绘制出机场噪声等值线需要2 0 0 0 至6 0 0 0 个点的数据【3 l ，所以g b t 9 6 6 1 1 9 8 8 机 场周围飞机噪声测量方法中规定的方法并不可行。另外，目前世界上的机场建立噪声 监测点得最多数目也就2 0 多个，仅凭这2 0 多个监测点的数据并不能绘制出机场噪声等 值线。中国首都机场在建的机场噪声监测项目设置有2 1 个固定监测点和一个移动监测 点，每个固定监测点的造价在数十万元，假如按照g b t 9 6 6 1 1 9 8 8 机场周围飞机噪 声测量方法中规定的方法来绘制机场噪声等值线，那么所需的费用是十分惊人的! s a e 1 8 4 5 所采用的方法是建立飞机起飞个阶段的噪声模型，起降飞机起飞分成6 个阶段，每 个阶段所产生的噪声有其独立的算法，通过数学计算可以算出机场周围各点的噪声值l 挪。 我国目前研究航空器和机场噪声的人员很少，只有中国民航大学的闰国华教授和西北工 业大学的乔渭阳教授等人在进行研究。目前我国为了迎接2 0 0 8 年奥运会，正在积极地 推行绿色民航运动，如何科学的监测机场噪声、对机场周边的土地进行科学的规划已经 提上议程，本论文的研究就是在这种背景下开展的。 1 3本文的研究内容 本论文的研究了机场噪声监测标准以及机场噪声等值线计算方法。具体包括： 1 研究了机场噪声评价指标及监测终端地理位置及数目选择原则 2 研究了机场噪声监测标准，包括： 数据获取 推荐的监测参数 数据传输 声学效准和验证 环境因素 数据处理 不完整或不可靠的数据 数据存储 噪声监测系统的数据报告 航空器噪声事件数据的报告 环境报告 3 中国民航大学硕士学位论文 指导手册 3 研究了机场噪声评估算法，包括： 起飞剖面 起飞滑跑后方的噪声级计算步骤 起飞滑跑过程噪声级计算步骤 飞机在空中以恒定发动机功率和空速飞行时的声暴露级计算步骤 边线吸收 4 研究了发动机推力计算方法 5 研究了飞机飞行性能数据计算方法，包括： 实际空速与校准空速 起飞滑跑距离 初始爬升过程参数计算 加速收襟翼过程参数计算 收襟翼和加速后爬升阶段参数计算 6 研究了飞机噪声数据库及数据获取方法 7 编制了单事件噪声计算软件 4 中田民航大学硕士学位论文 第二章声学基础知识及噪声评价量 2 1航空声学基础 飞机噪声源 飞机噪声源主要有两个【4 l = 一、由飞机机身所引起的气动噪声； 二、由发动机工作所引起的噪声。 飞机机身气动噪声源方位如图2 - 1 所示。 f 机身 尾流 机翼 ( 尾翼 主起落架和舱门 图2 - 1 飞机机身气动噪声源示意图 如图所示，机身气动噪声源包括：边界层、前起落架和舱门、主起落架和舱门、尾 流( 包括机身、机翼、尾翼) 、襟翼和尾翼等所发出的噪声。 发动机噪声源方位如图2 2 所示 5 中国民航大学硕士学位论文 图2 - 2 发动机噪声源示意图 如图所示，发动机噪声源包括：进气道，风扇、压气机，燃烧室、涡轮、外涵道喷 气口、内涵道喷气口等所发出的噪声1 5 】。 航空器运行 航空器在航空器噪声监测系统附近的运动，这个运动可以导致一个航空器噪声事件 被监测到。 起飞 航空器从滑跑起点开始运动或航空器噪声可被从余声中识别出来时刻的运动直到 航空器噪声不可被从余声中识别出来时刻的运动 降落 航空器噪声可从余声中识别出来时刻的运动直到航空器降落后滑行到跑道出口的 运动，或直到航空器噪声不可被从余声中识别的时刻的运动。 监测终端 在特定位置安装的自动仪器或设备，其用来持续测量飞越传声器或在传声器附近飞 行的航空器所产生的噪声。 自动噪声监测系统 配置在机场附近的全自动持续噪声监测系统，包括所有的监测终端、中央数据收集 站( 主站) 和系统使用的所有软、硬件。 航空器噪声事件 可被噪声监测终端监测到的单个飞机的频率计权和时间计权声压级的航空器运行。 6 中国民航大学硕士学位论文 注1 ：由单个航空器事件测得的数据组可用来评价航空器噪声事件。 注2 ：在本文中，“事件”、“航空器事件”、“单一事件”和“航空器声压级”都表示航空 器噪声事件。 声标示 参阅图2 - 1 。 关键词 1 总声 2 特定声a 3 特定声b a ) 考虑三个特定声，余声和总声 b ) 考虑两个特定声a 和b ，余声和总声 4 特定声c 5 余声 注1 ：最小余声在所有特定声被抑制时获得。 注2 ：画点的区域表示声a 、b 和c 被抑制时的余声 注3 ：因为声c 未被考虑在内，图b ) 中的余声包括特定声c 图2 - 1 总声、特定声和余声标示 7 中国民航大学硕士学位论文 总声 在给定时间给定位置处的所有环绕声，通常包括从远近声源传过来的声。 特定声 总声的分量，可被识别由特定声源传播过来的声。 余声 在给定环境给定位置处当特定声被抑制时的剩余声。 背景噪声 余声的指示量，定义为总声的9 5 累积噪声级证。) 。 注：一些国家用工邮或工邮作为背景噪声的指示量。 2 2 噪声评价量 持续等效声压级 工。，1 0 倍的以十为底的对数，其真数为声压的均方根的平方除以基准声压在给定 时段t 内的积分，声压用标准频率计权获得。 洳：脯赚锵舻臌舭细以o l g 畔十h ( 2 - ) 其中：n ( f ) 是f 时刻的a 计权瞬时声压；p 。是基准声压( - 2 0 以) 。 注2 ：持续等效声压级也称作“时间平均声压级” 注3 ：k 主要应用于以下两个方面：a ) l , v 的序列，每一个l , v 在较短时间间隔内 ( 典型的为一秒或更短) 获得，其可用来描述声压级的时间函数，b ) 单独的l q ，其在 较长时间内获得，可用于描述总( 平均) 声压级。 时问计权声压级 三。，2 0 倍的以十为底的对数，其真数为声压的均方根除以基准声压，声压的均方 根应以频率a 计权和时间计权s ( 慢) 获得。 最大时间计权声压级 三，。，在给定时间段内的持续声压级的最大值。 注：对于航空器噪声来说，声压级的频率计权用功能a 、时间计权用功能s ( 慢) ， 并且它的符号为工。 8 中国民航大学硕士学位论文 累积噪声级 三，在给定的时间段内超过三，的对问计权和频率计权声压级为。 例：工m j 代表和a 频率计权和s 时间计权声压级在一小时内超过工。山为9 5 注：累积噪声级的单位是分贝( d b ) 。 声暴露 e ，在给定时间段k ，t ： 内对频率计权瞬时声压级的积分。 注：a 计权声暴露为毋一弦扛协，声暴露的单位是帕斯卡平方秒眈冬) 。 运用声暴露时，( a 计权) 声暴露表达式为： 圳，g 陆卜 沼2 ， 其中 e o 是基准声压2 0 以的平方乘以时间1 秒 i4 0 0 ( 皿) 2 s 】。 声暴露级 l e ，1 0 倍的以十为底的对数，其真数为声暴露除以基准声暴露，基准声暴露为基 准声暴露的平方乘以基准时间1 秒。 注1 ：声暴露级的单位是分贝( d b ) 。 注2 ：a 计权声暴露极为： k 砌g 【越掣疵d b 圳t 盹煽) + , r + l o l g 吼) c 2 一s ， 其中 瓦是标准时间1 秒5 f 1 是事件的开始时间o t ，是事件的终止时间5 t - t ：一t l 是测量声暴露级和等效持续噪声级时间，单位为秒； p 。o ) 是在f 时刻的a 计权瞬时声压； 风是基准声压( 一2 0 皿) ； 9 中国民航大学硕士学位论文 以是a 计权声暴露，单位是帕斯卡平方秒； e 。是基准声压( 2 0 皿) 2x ) = 4 x l o 1 2 2 s 注3 ：在时间段r 内的时间平均a 计权声压级工细，与总a 计权声暴露幺的关系为 只0 扫x l o “i l , a - ) ( 2 - 4 ) 或 l r - l o l g e 。( p ：r ) 】舾- 工艋一l o l g ( r t o ) a s ( 2 - 5 ) 注4 ：积分式中的持续时间r ( - f 2 一f 1 ) 是隐含的不必做精确的报告。在特定时间段内 测量的声暴露级应报告积分的持续时间并且符号应为工。 注5 ：对某一事件测得的声暴露级应包括对该事件的特性描述。 注6 ：在某些情况下，推荐采用具有线性性质的声暴露e 而不是对数关系的声暴露 级上。，他们可以互相替换使用。假如使用“声暴露级”，那么“声暴露”可以通过“声 暴露级”推导出来。通常中间结果以声暴露存储，只有最终结果转化为声暴露级。 平均声暴露级 所有噪声事件在某一时刻的平均声暴露级，其计算公式如下： 乏圳- g 盼叫协6 ， 感觉噪声级p n l 和噪度p n 为了评价飞机噪声，克利特k l y l c r 提出一个类似于响度、响度级的评价飞机噪声的 主观量，即噪度和感觉噪声级来评价飞机噪声的吵闹程度。 噪度的单位为呐( n o y ) ，按规定：中心频率1 0 0 0 h z 时倍频程声压级4 0 d b 的噪声 为一呐。呐和响度宋类似，2 呐的声音与1 呐的声音相比较，意味着噪度增强1 倍。 噪度的计算公式： n - n 一+ f ( l + 。) ( 2 - 7 ) 式中 总噪度，呐5 一各倍频程呐值最大的一个； ；等i 个频程的呐值： f 系数，对于倍频程和1 3 倍频程f 取值为0 3 和0 1 5 。 中国民航大学硕士学位论文 得出值以后求出感觉噪声级p n l 单位是p n d b 。 pnl40+33319n(2-8) 式中 p n l 巷觉噪声级，p n d b ； 总噪度，n o y 。 有效感觉噪声级 有效感觉噪声级是飞机噪声适航审定的评价量，有效感觉噪声级的计算步骤如下： 1 用呐( s o y ) 表把2 4 个三分之一倍频带声压级换算成感觉噪度。将呐值相加，然后 换算成瞬时感觉噪声级只忆伍) 。 2 为了考虑对出现最大纯音的主观反映，对每个频谱要计算纯音修正因子c 仅) 。 3 每o 5 秒时间段上，将纯音修正因子和感觉噪声级相加，得到纯音修正感觉噪声 级只阮r 任) 。该只阮r 伍) 的瞬时值应按时间标注下来，并从中确定其最大值p 舰删。 只忆丁皓) 由下式确定 p n l t ( k ) 一只阮任) + c ( 七) ( 2 9 ) 4 根据p r 伍) 与时间的关系曲线通过积分而求得持续时间修正因子d 。有效感 觉噪声级e p n l 由最大纯音修正感觉噪声级与持续时间修正因子的代数和所确定。 e p n l - p n l t m + d ( 2 1 0 ) 昼夜平均噪声级 此指标是美国大部分地区采用的用以评价机场噪声的指标。其计算公式如下； 小。k 怯的。啪枷m 枷母 2 - ， 式中 k 白天( 7 ：0 0 2 2 ：0 0 ) 的等效a 声级； 三夜间( 2 2 ：0 0 7 ：0 0 ) 的等效a 声级。公式中，夜间加上l o d b 以修正噪 声在夜间对人的干扰作用大于白天。 计权等效连续感觉噪声级 此评价指标为中国采用的用以评价机场噪声的指标，其计算公式如下： 工w b c p n 一工e 四r + 1 0 1 9 ( n ：+ 3 n 2 + 1 0 n 3 ) - 3 9 4 ( 2 1 2 ) 式中 1 1 中国民航大学硕士学位论文 工。2 4 小时内n 次飞行的有效感觉噪声级的能量平均值；即 i 圳培( 专；矿岷) ，。为，航黼架次飞行对某监测蒯起的有效感觉 噪声级，n 为2 4 小时内总飞行架次，n - n i + n 2 + n 3 。 n i 白天的飞行次数： 2 傍晚的飞行次数； n 3 j 葭问的飞行次数。 这三段时间的具体划分由当地人民政府决定 工也可用a 声级表示如下： 工w 鼢n - l 一+ 1 0 i g ( n l + 3 2 + 1 0 n 3 ) 一2 7 ( 2 1 3 ) 式中 l 一次飞行的最大a 声级的能量平均值。 2 3 数据处理基础 非声学数据 i 撇测量h 耕触h 耕微h 舯删t - - - ffff 工( f ) 噪声事件航空器噪声事件 识别航空器噪声事件l 图2 - 2 数据处理用到的术语 持续测量 用声级计( 或设备仪器) 做不问断的测量可测得持续声级l ( f ) 。 中冒民航大学硕士学位论文 事件提取 根据声学标准分离提取到的噪声事件。 噪声事件 数据组，最少包括声压级、最大a s 计权声压级、噪声事件持续时间和时钟同步。 注：为了恰当的进行事件分类，事件可包含更多的附加信息。 事件分类 根据已有的声学知识，例如事件的持续时间，噪声事件可被分类为“航空器噪声事 件”或“非航空器噪声事件” 注：事件提取和事件分类可在一个阶段同时完成，这取决于仪器的性能。 航空器噪声事件 由航空器运行产生的噪声事件 非声学数据 关于航空器运动的附加信息，例如：机场提供的运行信息、雷达记录的航空器位置 信息、等等。 事件识别 假如非声学信息是可被利用的，那么航空器噪声事件应与非声学信息相匹配。 识别航空器噪声事件 航空器噪声事件与特定航空器的运行正相关。 注：识别航空器噪声事件的数据组可能包括飞机型号、跑道、航迹等运行信息。 中国民航大学硕士学位论文 第三章机场噪声监测标准 3 1 机场噪声监测系统 机场周围飞机噪声监测系统( 以下简称监测系统) 主要由固定监测终端、移动监测 终端、中央监测控制服务器、通讯网络和相应的软件组成，其中每个部分仍可看作一个 子系统。监测系统组成如下图所示： 图3 - 1 机场噪声监测组成示意图 其中每个监测终端包括：户外麦克风、通讯设备、备用电池，工业计算机、事件分 析软件等。网络通讯可采用a d s l 宽带接入或专用的无线通讯网络( 需注意保密性、防 止病毒和网络攻击) 。在系统中应用到的软件比较多，除了常用的服务器软件、操作系 统软件和办公软件外，主要的有数据库软件、事件分析软件、航迹跟踪软件、投诉管理 软件、雷达和航班信息获取软件等。监测终端电源可根据实际情况选取太阳能或普通电 力，为了防止断电造成的数据丢失，不论选取哪种能源都应配备备用电池，同理噪声中 央监控室的所有电脑也应配备u p s l 6 1 。 机场噪声监测是相当复杂的一项系统工程，其主要特点有： 1 监测设备自动化程度高，其应具各自检功能并能达到无人值守的程度； 2 对监测设备的安全可靠性要求高，因为这些设备都在室外监测，要做到防风、 防雨、防雪、防沙尘、防鸟、防雷击，防人为破坏等； 3 监测持续时间长，基本上为常年不问断监测； 4 监测区域广，在机场周边有噪声影响的敏感区域都要进行噪声监测； 5 监测数据的量很大，例如首都机场目前每天有1 0 0 0 多架次的飞机起降，每一架 1 4 中国民航大学硕士学位论文 次的飞机都会产生大量的数据，首都机场在建的噪声监测项目设有2 1 个固定监 测点和一个移动监测点，每天产生的数据量是很可观的； 6 数据保密性要求高，例如监测过程中要用到空管数据。国家对空管数据的保密 性要求很严。民航总局和环保总局等单位经常会通过网络登陆查看最终的机场 噪声报告，这个数据传输过程也应注重数据的保密性： 7 对数据传输的可靠性要求很高，每天监测到的大量数据要通过网络传输到中央 控制室，因此必须要有非常可靠稳定的通信网络来支持噪声监测数据的传输； 8 对电力的要求高，因为监测设备在室外常年不间断监测，假如电力经常中断或 长时间中断，将引起设备故障或监测中断，虽然室外监测终端有备用电池，但 电池只能供应约8 小时的电力； 9 基于声学特性，传声器的安装有很严格的规定，例如高度、指向性、周围有无 声反射物影响、地面是否为硬质声反射面等； 1 0 监测系统要能够自动识别非航空器噪声，如监测终端附近的交通噪声、工业噪 声、生活噪声等，并能够自动的识别这些噪声，在最终存储的数据中剔除这些 无效数据； 1 1 机场的中央噪声监测控制室应有专门的数据库用以存储大量的噪声数据，在硬 件上应采用磁盘阵列，并对所有的监测数据进行备份等。 3 2 监测终端地理位置及数目选择原则 3 2 1 监测终端地理位置选择 监测终端地理位置的选择( 以下简称选点) 在整个系统工程中至关重要，其关系到 整个项目的成败，假如选点不当那将造成测量数据的不精确乃至数据的无效性，因此一 旦确定了监测系统的监测目标，那么测量点位置必须在项目实施初期就谨慎的选定。为 了提高测量的精度和避免测量数据的不确定性，最安静飞机所产生的最大声压级应高于 背景噪声1 5 分贝以上，假如未能达到此项要求，那么应有附加的专门用于测量数据不 确定性的测量程序。 选点基本原则嘿 1 获取各种类型飞机在特定点运行的声压级数据，用以判断此飞机是否满足噪声条 例( 噪声限制) ； 2 监测飞机起飞和进场航迹，判断跑道和航迹的利用率； 3 监测终端必须在重要的起飞和进场航迹下进行监测( 此类监测点应不止一处) ， 以便将飞机噪声信号从周边社区噪声信号中分离出来： 4 获取噪声敏感社区的噪声精确数据； 中国民航大学硕士学位论文 5 符合监测周期声暴露级的要求； 6 避免与其他声源相互之间的干扰( 如交通噪声、工业噪声、野生动植物所发出的 噪声等) ； 7 如果需要安装电话线和电力线，那么电话线和电力线应较容易的接入； 8 避免树木和建筑物对声传播的阻碍； 9 容易和低廉的获得监测点土地使用许可( 假如测量点位于私人领地则需为此支付 一定的费用，假如监测点位于公共用地那么将很难得到批准并要为此花费大量的时间) ； 1 0 监测终端的安全考虑( 流氓或贼的破坏) ； 1 1 应尽量减小测量数据的不确定性： 1 2 应尽量接近地面运行的飞机和飞机的空中航迹。 3 2 2 监测终端数目的选择 目前在监测终端数日方面还没有一个通用的或官方的标准。终端数目只取决于两个 因素：机场的规模和跑道的数量。国际上大型机场的噪声监测终端数目都在2 0 个以上， 中型机场基本上在1 0 个左右，小型机场3 个左右。中国首都机场在建的噪声监测系统 配备2 1 个固定监测终端、1 个移动监测终端。 3 3 机场噪声评价指标 世界各国在飞机噪声适航审定方面基本上都采用了国际民用航空公约附件1 6 第1 卷所规定的噪声指标e p n l ( 有效感觉噪声级) 嗍【卿，它可以用来评价某一噪声事件所 造成的影响，但其未考虑多种飞机、多架飞机在昼夜不同时间飞行时所造成的影响。中 华人民共和国国家标准g b 9 6 6 0 - 1 9 8 8 机场周围飞机噪声环境标准明确规定我国采用 w e c p n l ( 计权等效连续感觉噪声级) 来衡量机场周围飞机噪纠1 0 l ，但世界上只有中国 和日本等少数几个国家采用这个指标。下表给出世界各国采用的机场噪声评价指标： 1 6 中国民航大学硕士学位论文 表2 - 2 世界部分国家或地区采用的机场噪声评价指标汇总 国家评价指标计算公式 噪声和次数指数 n n 圳培传章加1 。) s o 英国 n n l 美国部 分地方 符合噪声评价数 以前标c n r - e p n l + 1 0 l g ( n d + 1 0 | ) - 1 2 c n r 准( 现已 停用) 美国部 噪声暴露预报 脚。1 0 l g 莩莩1 0 驯” 分地区、 n e f 其中n e f o - e p n l p + 1 0 1 9 ( n d 协) + 1 6 7 协) ) 一c 加拿大 美国加社会等效噪声级 c n e l l a + 1 0 1 9 ( n d + 3 虬+ 1 0 ) 一3 8 4 州 c n e l 白天：n - p n l 。+ 1 0 1 9 n , 一3 0 法国 等干扰指数n 夜间：n - 再豇= + 1 0 l g ( 3 。+ 2 ) 一3 1 德国 烦恼度指数蚕历- 1 3 3 l 鲋。而= 脚) + 1 3 3 1 9 n 一4 7 a u s t r a l i a nn o i s e 澳大利 e x p o s u r ea n e f - e p n l + 1 0 1 9 ( n d 4 - 螈e a n 3 一t s 亚 f o r e c a s t ( a n e f ) 美国部昼夜平均噪声级 小，。g 陆( l s 舢纠舢”1 0 ) 】 分地区d n l 计权等效连续感 日本觉噪声级 上删x + l o l o g n 2 + 3 n 3 + 1 0 ( i + 4 ) 一2 7 w e a p n l 欧洲( 即 欧洲环境标准 将全面 工。- 1 。1 9 1 ( 1 2 x 1 0 l 。+ 4 x l o k - “伽+ 8 1 。+ l 咖1 。) 推广) l e u 计权等效连续感 中国觉噪声级 上嘲- z + 1 0 1 9 ( n , + 3 j v j + i o n 3 ) 一3 9 4 ，e c p n l 1 7 中国民航大学硕士学位论文 3 4 机场噪声监测标准 目前世界上权威的机场噪声监测标准有美国机车工程师协会( s a e ) 颁布的a r p 4 7 2 1p a r t1 m o n i t o r i n ga i r c r a f tn o i s ea n do p e r a t i o n si nt h ev i c i n i t yo fa i r p o r t s ：s y s t e m d e s c r i p t i o n , a c q u i s i t i o n , a n do p e r a t i o n 和国际标准化组织( i s o ) 颁布的i s o c d 2 0 9 0 6 a c o u s t i c s u n a t t e n d e dm o n i t o r i n go fa i r c r a f ts o u n di nt h ev i c i n i t yo fa i r p o r t s ”。这两个 标准主要包括机场噪声监测系统的组成( 包括软硬件) 、监测点地理位置选择( 选点) 、 数据处理、数据报告和系统管理等内容。由于我国对机场噪声课题的研究才刚刚起步， 目前尚无机场噪声监测方面标准，而国内各大机场正在或陆续要建设机场噪声监测项 目，所以研究以上两个国际标准为以后制定符合我国国情的“机场周围航空器噪声无人 值守监测系统”做好准备。具体内容如下文所示。 3 4 1 数据获取 仪器和设备 对于监测航空器噪声的系统，全自动噪声监测系统的每一个测量通道应满足i e c 6 1 6 7 2 1 中对一类声级计的电子声学性能要求。系统应能够进行a 计权测量。频率计权应 遵照以下规定；飞机从基准方位发出的渐近声波应以标准或0 。入射角传入传声器振膜。 基准方位如何选取应在噪声监测系统制造厂商的指导手册中陈述 要求在监测终端能显示监测结果，但也可以采取在中控室或其它地方打印或显示 传声器组装 正常使用的完整传声器( 包括传声器、前级放大器、防雨器、风罩、传声器支撑部 件、防鸟设施、防电击设施和校准仪器) 应满足i e c6 1 6 7 2 1 对1 类传声器的指向性要求。 所有安装使用的附件都应满足指向性的要求。 传声器风罩 风罩作为传声器的一部分，本国际标准要求每一个监测终端的传声器都应安装风 罩。传声器风罩安装完成后应按生产厂商的推荐方法进行测试，测试时在1 0 m s 稳定风 条件下判断a 计权声压级的指向性。测试结果应在指导手册中陈述。由速度为1 0 m s 的风 所引起的一分钟之内的等效持续声压级不应超过6 0 r i b 。 传声器安装 传声器测量点应选择在非航空器噪声源所产生的赝声影响最小的地点。 注：由于余声的存在总有一些安静类型的飞机不能被精确的测量。只有运用基于声 级分辨的系统才能提供可靠的事件检测。推荐的测量点应满足最安静航空器的a 计权最 大声压级高于余声的长时间平均声压级1 5 d b 以上。 1 8 中国民航大学硕士学位论文 必须遵守的无障碍区要求 图3 3 表明了一个典型的直线航迹和监测终端的方位关系。最短距离s ( 通常称为斜 距) 垂直于航迹。沿斜距s 方向航空器产生的特定声压级为工。由于声的球型传播，在 航空器距监测终端3 s 时监测终端测到的声压级最少要减d 、l o d b 。因此可以在航迹上找出 声压级高于“工。一一1 0d b ”的部分。在图3 中s 与3 s 之间的夹角约为7 0 度由此可以根据 以下方法定义监测终端的无障碍区： 首先判定空中航路其包括被监测航空器飞行的主要航迹。假如监测终端被用来记录 多条航路的噪声事件，那么应对每一条航路重复以上工作。然后从监测终端位置观测航 路，假定航迹在航路的边界其应代表极限的几何条件，即航迹应为最大和最小爬升角时 的航迹对每一条航迹判断从传声器至航迹之间的最小距离( 斜距s ) ，同时判断在航 迹上距监测终端3 s 处的点。对于直线航迹，斜距两边相应的角度约为7 0 度。对于曲线航 迹，航迹上的点仍定义为3 s 处。从噪声监测终端到航迹上的这些点定义为一个区域，其 内不应有任何障碍物。此试验对选取的若干航迹应重复进行。此外这个区域下方的地面 上也不应有任何障碍物。 啦 盟姒 图3 3 航迹与监测终端之间最为重要的不应有障碍物的区域是监测终端两侧7 啵范围内的区域 除地面之外的反射面 传声器位置的选取应保证除地面之外的反射面对监测工作造成的影响