（环境工程专业论文）大连市区域环境噪声污染预测和控制.pdf

大连理工大学专业学位硕士学位论文 摘要 城市区域环境噪声污染已经成为重要的环境问题之一。城市区域环境噪声的来源很 多，例如交通噪声、社会生活噪声、工业噪声和旌工噪声等。了解各个声源的比重和声 级变化，有利于更好地评价噪声污染情况。为了及时有效地对城市区域环境噪声做出准 确的预报，并为制定相应的防治对策提供科学依据，寻找一个精度较高的预测模型是十 分必要的。灰色系统理论及方法在环境科学领域已得到广泛应用，例如，对城市环境质 量进行预测时，g m ( 1 ，1 ) 灰色理论模型得到了广泛的应用。 本文采用声源构成变化曲线和趋势定量分析方法，对大连市2 0 0 0 - 2 0 0 4 年噪声源比 重的变化情况和声级变化情况进行了分析。利用大连市1 9 9 1 - 2 0 0 4 年区域环境噪声监测 原始数据，构建了全数据g m ( 1 ，1 ) 模型和部分数据g m ( 1 ，1 ) 模型，通过模型精度检验， 选择了最优模型。在此基础上，预测了大连市未来几年内区域噪声变化规律，并提出了 噪声污染控制途径。 结果表明，大连市2 0 0 0 - 2 0 0 4 年间交通噪声所占比重在下降，生活噪声的比重不断 上升，上升的趋势很显著。同时交通噪声声级数逐渐增加，而生活噪声声级数呈下降趋 势，下降趋势明显。通过构建全数据g m ( 1 ，1 ) 模型和部分数据g m 0 ，1 ) 模型，比较两个 模型的相对误差、关联度、方差比和小误差概率，发现全数据g m ( i ，1 ) 模型符合建模和 预测要求，而部分数据g m ( 1 ，1 ) 模型的方差比不符合建模和预测的要求，故选择全数据 g m ( 1 ，1 ) 模型作为预测模型。其预测结果表明2 0 1 2 年以前，大连市区区域环境噪声均值 均星下降的变化趋势，下降的幅度较大。并探讨了噪声控制的途径和方法。 关键词：区域环境噪声；灰度预测；灰度模型 大连市区域环境噪声污染预测和控制 p o l l u t i o np r e d i c t i o na n dc o n t r o lm e a s u r e sf o rr e g i o n a ln o i s e o f d a l i a nc i t y a b s t r a c t 1 1 l er e g i o n a ln o i s eo f d a l i a nc i t yi so n eo f t h ei m p o r t a n te n v i r o n m e n t a lq u a l i t yp r o b l e m s b e c a u s eo ft b ee c o n o m i cd e v e l o p m e n to fc i t y t h e r ea r em a n yl a c t o r st h a tc o n t r o lc i t yr e g i o n n o i s e ，s u c ha st r a 伍c ，s o c i e t y ，i n d u s t r ya n dc o n s t r u c t i o n t ou n d e r s t a n dt h en o i s ep o i l u t i o n c o n d i t i o n , t h er a t i o so fn o i s es o u c e sa n dn o i s el e v e lw e ei n v e s t i g a t e d t op r e d i c t i v e 也ec i t y r e g i o nn o i s ee x a c t l y ，ap r e d i c t i v em o d e lw i t hh i g hp r e c i s i o nw i l lb ed e v e l o p e d 田1 em e t h o d s a n dt h e o r i e so fg r e ys y s t e m sh a v eb e e na p p l i e di nm a n yf i e l d so fe n v i r o n m e n t a ls c i e n c e o m ( 1 ，1 ) m o d e li sa ni m p o r t a n tm o d e lo fg r e ys y s t e mm o d e l s i th a sb e e na p p l i e dt op r e d i c t c i t ye n v i r o n m e n t a lq u a l i t yf r e q u e n t l y w ea p p l i e dt h er a t i oc l u v eo fn o i s es o u r c 4 u = sa n dt r e n dq u a n t i t ya n a l y s i st oa n a l y z et h e c h a n g eo fn o i s es o u r c e sa n dn o i s el e v e lo fd a l i a nc i t yb c t w c e nt h ey e a ro f2 0 0 la n d2 0 0 4 b a s e do nt h em o n i t o r e dd a t aa n dt h er e l a t e dd a t ao i ld a l i a ne n v i r o n m e n t a ln o i s ei n t h ep e r i o d o f1 9 9 1 2 0 0 4 ，t h eg m ( 1 ，1 ) o f u s i n gf u l ld a ma n dp a r t i a ld a mw 时ee s t a b l i s h e dr e s p e c t i v e l y a c c o r d i n gt ot h ep r e c i s i o nt e s to f m o d e l ，ic h o o s et h eo p t i m a lm o d e lt op r e s e tt h en o i s el e v e l o fd a l i a nc i t yi nt h eu e a rf u t u r e n 坞i n t e g r a t i v et r e a t m e n tw a y so fn o i s ep o l l u t i o nw e r e d i s c u s s e d n l ea n a l y s i so f d a t af r o m2 0 0 1 2 0 0 4i nd a l i a nc i t ys h o w e dt h a tt h er a t i oo f 订a f 矗cn o i s e s o u r c e si sd e c r e a s i n g , a n dt h er a t i oo fs o c i a ls o u r c ei si n c r e a s i n g h o w e v e r ，t h el e v e lo ft h e t r a f f i cn o i s ei si n c r e a s i n g ，a n dt h el e v e lo fs o c i a ln o i s ei sd e c r e a s i n g b a s e do nt h et e s t a n a l y s i so f r e l a t i v ee r r o r ，r e l a t i o n a ld e g r e e , v a r i a n c e - r a t i oa n di n f i n i t e s i m a l 岛 r o rp r o b a b i l i t y o f t h ef u l ld a t aa n d p a r t i a ld a t ao fg r a yp r e d i c t i v em o d e lo m ( 1 ，1 ) ，t h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h e t r e n do fr e g i o ue n v i r o n m e n t a ln o i s ec o u l db eg o t t e nt h r o u g hf i l l ld a mg m ( 1 。1 ) m o d e l p r e d i c t i v e p r e d i c t i v er e s u l ts h o w e dt h a t ，n o i s ei nd a l i a nr e g i o na r e aw i l lb ek e p td e c r e a s i n g i nr e c e n ty e a r s k e yw o r d s ：r e g i o n a le n v i r o n m e n tn o i s e ；g r e yp r e d i c t i o n ；g m ( 1 ，1 ) m o d e l 独创性说明 作者郑重声明：本硕士学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工 作及取得研究成果尽我所知，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的研究成果，也不包含为获得大连理 工大学或者其他单位的学位或证书所使用过的材料与我一同工作的同志 对, - t , j o f 究所做的贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 作者签名：弘垒日期：之三j 二：2 大连理工大学硕士研究生学位论文 大连理工大学学位论文版权使用授权书 本学位论文作者及指导教师完全了解“大连理工大学硕士、博士学位 论文版权使用规定”，同意大连理工大学保留并向国家有关部门或机构送 交学位论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大连理 工大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，也 可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编学位论文。 作者签名：i 歪型苎 导师签名：箍蛊量 迎2 年上胡日 大连理工大学专业学位硕士学位论文 引言 环境噪声污染自本世纪7 0 年代以来被称为城市环境问题的四大公害之一，是2 l 世 纪环境污染控制的主要对象。根据研究推算，中国每年因道路交通噪声污染导致的经济 损失约合2 1 6 亿元人民币。类似的经济损失美国为5 l 亿美元年，德国1 0 6 亿美元年， 瑞士6 8 亿美元侔，芬兰2 8 亿美元年。而且，环境噪声扰民的问题也日益突出，由嗓 声污染引起的公众投诉日益增加。鉴于环境噪声越来越严重，经济损失越来越大，它已 经成为各界广泛关注和深入探讨的一个问题。 城市人口、工业、交通运输业的迅速发展，使城市环境嗓声污染日趋严重。声环境 质量已成为影响城市人民生活的一个重要污染指标。影响城市环境噪声质量的主要污染 有：生活源、工业源、交通源和施工源等。其中区域环境噪声是影响城市声环境质量的 主要因素之一。如果能较精确城市区域环境噪声水平，将有利于城市规划、噪声达标区 建设和道路建设等工作的开展。 城市声环境质量评价和翅划是进行环境决策和实旌环境综合整治的基础工作。目前 我国城市环境噪声评价与规划主要采用实际监测采样并对结果进行统计分析的方法。由 于城市环境噪声与城市布局、经济发展状况、人口数量、区域覆盖面积、机动车流量和 质量、人的环境意识和管理水平等许多因素之间存在着复杂的内在联系，致使监测任务 繁重，监测困难，难以保证评价和规划的准确性、时效性和客观性。因此，国内外很多 学者在城市环境噪声预测方面作了大量的研究工作，建立了相应的噪声预测模型。 大连市作为中国东北地区的开放先导城市。二十多年来城市经济和工业发展十分迅 速。城市基础设施和居民生活水平极大提高的同时，大城市环境噪声污染也逐渐显现并 日趋严重。城市噪声污染的控制治理有着强烈的现实意义和紧迫感。对城市环境噪声的 预测、分析和控制，是该领域的研究热点。 本文通过对近年来大连市环境噪声污染情况分析，研究噪声声源构成变化和声级变 化情况，揭示噪声变化的规律，利用灰色模型预测未来时间内噪声的变化趋势，探讨控 制环境噪声污染的有效途径，为环境噪声污染防治提供科学的依据。 大连市区域环境噪声污染预测和控制 1 环境噪声的概述及其研究进展 1 1 噪声的基本知识 1 1 i 噪声的概念及其特点 众所周知，现代化工业生产、交通运输和城市建设的发展，噪声已成为继水污染、 空气污染、固体废弃物污染的第四大环境公害。噪声属于感觉公害。从物理学的观点看， 噪声就是各种频率和声强杂乱无序组合的声音。从生理学和心理学观点看，令人不愉快、 讨厌以致对人们健康有影响或危害的声音都是噪声，即对噪声的判断与个人所处的环境 和主观愿望有关。在通常情况下，噪声固然令人厌烦，但有时，噪声也能成为有用的声 音或被有效利用【m l 。 噪声污染是一种物理污染。与水、气和固体废物的污染相比，它具有以下特点： 噪声污染的无形性和多发性，相较于其它污染，噪声污染的发生不受任何条件限制，噪 声是人们不需要的声音总称，因此一种声音是否属于噪声全由判断者心理和生理上的因 素所决定。对于某些人喜欢的声音，对于另一些人则认为是噪声，优美的音乐对正在思 考问题的人却是噪声。所以，可以说任何声音都可以成为噪声。噪声污染的分散性， 污染面积大，污染源分布广，污染轻重不一。影响范围的局限性，声音在空气中传播 时衰减很快，就某一单一污染源来讲，它不像大气污染和水污染影响面广，而是带有局 部的特点。一般的噪声源只能影响其周围的一定区域，它不会像大气中的飘尘，能扩散 到很远的地方。但是在某些情况下噪声影响的范围很广，例如发电厂高压排放空气，其 噪声可能干扰周围几十公里内居民生活的安宁。噪声污染的暂时性，嗓声污染在环境 中不会有残剩的污染物质存在，一旦噪声源停止，污染也会随即消失。危害性及其危 害的不易评估性。噪声污染在环境中不会造成积累，声能量最后完全转变成热能散失掉 i - 3 。 由于声的传播方式构成城市噪声的区域性，以声源为中心，随着声源的强度、频率 构成一个受噪声覆盖的“局部”。而城市中有多种声源，就有许多“局部”，进而形成 了一个被噪声污染的城市或区域整体。换言之，城市环境噪声污染是由“点”到“面”， 由许多污染的局部构成一个城市污染的整体。城市噪声错综复杂，又有主导声源的各种 强度、各种频率的声音组合1 3 4 。 一2 一 大连理工大学专业学位硕士学位论文 1 1 2 环境噪声的来源 噪声对环境的污染与工业“三废”一样，是一种危害人类健康的公害。噪声的种类 多种多样，分别包括自然噪声和人为噪声( 交通噪声、生活噪声、工业噪声和施工噪声) 。 交通噪声、工业噪声和建筑施工噪声主要有动力性噪声、机械性噪声和电磁性噪声；生 活噪声主要有电声性噪声、声乐性噪声和人类语言性噪声。 ( 1 ) 自然噪声：由火山爆发、地震、潮汐、降雨和刮风等自然现象所引起的地声、 雷声、水声和风声等，都属于自然噪声。城市环境噪声中这类噪声所占比重较小。 ( 2 ) 工业噪声：由工厂企业生产过程产生的噪声，主要是机器运转产生的噪声，如 空气机、通风机、纺织机、金属加工机床等，还有机器振动产生的噪声，如冲床、锻锤 等。这种噪声一般持续时间较长，不仅直接危害工人健康，而且，对附近居民也会造成 影响，是造成职业性耳聋的主要原因。 ( 3 ) 交通噪声：主要包括飞机、火车、轮船、各种机动车辆等交通运输工具的行驶、 振动和喇叭声。其中飞机的噪声强度最大。由于交通噪声是流动的噪声源，对环境影响 范围比较广。尤其是汽车和摩托车，它们量大面广，几乎影响每个城市居民。交通工具 作为活动污染源，不仅污染面广，而且噪声级高，尤其是航空噪声和汽车的喇叭声。城 市化和交通事业的飞速发展，使交通噪声在整个噪声污染中所占比重越来越大1 2 , 4 。 ( 4 ) 建筑施工噪声：虽然是由施工设备的运行而产生的一种临时性的污染，但随着 城市建设的发展，兴建和维修工程的工程量与范围不断扩大，其声音强度很高，又属于 露天作业，因此，污染也十分严重，影响越来越广泛。此外，施工现场多在居民区，有 时施工在夜间进行，严重影响周围居民的睡眠和休息。建筑施工噪声包括打桩机、混凝 土搅拌机、推土机等产生的噪声。有监测结果表明，建筑工她的打桩声能传到数公里以 外【2 一。 ( 5 ) 社会生活噪声【2 ，毋；社会噪声主要是指社会活动和家庭生活所引起的噪声，如娱 乐场所、商业活动中心、运动场、高音喇叭、家用机械、电器设备等产生的噪声。这类 嗓声虽然声级不高( 一般在8 0 d s ( a ) 口a 下) ，对入体没有直接的危害，但普遍存在，并随 着日常的生活、社会活动规律变化，也随着城市人口密度、繁华程度，往往给居民生活 造成干扰。人口密度高的繁华区噪声就高，尤以商业及各类混合区尤为突出。 1 1 3 环境噪声的危害 声音带给人们各种信息。依靠语言声音的交流，人类的知识才能得以连续地传播和 发展。和谐的声音，对人来说是一种美的享受。然而，有些声音是人们不需要的，即噪 大连市区域环境噪声污染预测和控制 声。噪声影响人们的正常工作和休息，危害人体健康。研究表明，噪声的危害是多方面 的【3 1 。 ( 1 ) 噪声会造成听力损伤：噪声对听觉器官会引起损伤，人初进入噪声环境中，常 会感到烦恼、难受、耳鸣，甚至出现听觉器官的敏感性下降，听不清一般说话声，但这 种情况持续时间并不长，几分钟就会恢复原状，这种现象称为听觉适应。如上述情况又 重复出现，且症状随接触次数增加及时间延长而加重，逐渐出现听觉疲劳，进而发生听 力丧失而成为噪声性耳聋。据调查，在高噪声车间里，噪声性耳聋的发病率有时可达 5 0 - - 一6 0 ，甚至高达9 0 。例如，在长期噪声环境下工作和生活，耳聋的发病率的统 计结果如下，从表1 1 中可以看出，在8 0d b 以下工作4 0 年不致耳聋，8 0d b 以上，每 增加5d b 噪声性发病率增加约1 0 【3 7 】。 表1 1t 作4 0 年后噪声性耳聋发病率 t a b 1 1t h ei n c i d e n c eo f n o i s yd e a f a f t e rw o r k i n gf o r4 0y e a r s ( 2 ) 噪声对睡眠的干扰：睡眠对人是极端重要的，它能够使人的新陈代谢得到调节， 使人的大脑得到休息，从而使人恢复体力和消除疲劳，保证睡眠是人体健康的重要因素。 噪声会影响睡眠的质量和数量。连续噪声可以加快熟睡到轻睡的回转，使人熟睡的时间 缩短；突然的噪声可使人惊醒。一般4 0d b 连续噪声可使1 0 的人受影响，7 0d b 影响 5 0 ；突然噪声为4 0d b 时，使1 0 的人惊醒；6 0 d b 惊醒7 0 的人i ”。 ( 3 ) 对交谈、工作思考的干扰，影响工作效率【7 ，s 】：在噪声的环境下，人对一个声音 的听阙会因受噪声的影响而提高。这个被提高的听阈叫掩蔽阈。造成这一现象的噪声称 为掩蔽噪声。噪声能掩蔽讲话的声音而影响正常的交谈、通讯，也能掩蔽报警信号，影 响安全。有实验研究表明噪声干扰交谈，其干扰程度结果如表1 2 所示。 国内外大量的主观评价调查表明，噪声超过5 5d b ，人们感到吵闹。统计结果表明 当环境噪声为5 5d b 时，会有1 5 的人感到很吵，5 0d b 还有6 感到很吵，只有4 5d b 以下，才能使一般人感到安静。 4 - 大连理工大学专业学位硕士学位论文 ( 4 ) 噪声诱发各种疾病：一些实验表明【9 1 1 1 ，噪声会引起人体神经紧张的反应，刺 激肾上腺的分泌，因而引起心跳加快，心律不齐，血管痉挛，血压升高等症状。噪声还 会使人的唾液、胃液分泌减少，胃酸降低，造成消化不良，从而易得胃病。 表1 2 噪声对交谈的影响 t a b 1 2e f f e c t so f n o i s e0 1 1t a l k i n g 噪声栅b ( a ) 主观反映 保证正常讲话距离，m 通讯质量 4 5 安静 1 0 很好 5 5 稍吵 3 5 好 6 5 吵 1 2 较困难 7 5 很眵03困难 8 5太吵01 不可能 ( 5 ) 噪声引起的心理影响主要是烦恼，使人激动、易怒、甚至失去理智，因噪声干 扰引发民间纠纷等事件是常见的。吵闹环境中儿童智力发育比安静环境中低2 0 1 2 1 。 表1 3 美国环境保护局( e p a ) 于1 9 7 5 年提出了保护健康与安宁噪声标准 t a b 1 3n o i s ec r i t e r i o mf o rh e a l t h y g r o t e c t i o na n dq u i e tp r o p o s e db ye p a 兰! 兰!竺兰竺竺：竺。耋篓茧；i ；i ；篓墨， 听力保护 7 5 ( 8 h )7 0 ( 2 4 1 1 ) 户外防干扰 室内防干扰 5 5 4 5 ( 6 ) 噪声影响儿童智力和胎儿发育：在高噪声环境下，母体产生神经紧张的反应， 会引起子宫血管收缩，影响胎儿发育所必需的养料和氧气，从而减轻胎儿体重，甚至发 生畸变。对机场附近居民的初步研究发现，噪声与胎儿畸形、婴儿体重减轻有密切关系 【l3 1 。另外，吵闹的环境还会使一些女性的性机能紊乱，月经失调，孕妇流产率增高。 噪声除了对人有危害外，噪声对自然界的动物也是有影响的，如强噪声会使鸟羽毛 脱落，不产卵，甚至会使其内出血和死亡。而且由于声波的振动，会使金属结构产生裂 纹和断裂现象。航天器在超音速飞行和进入大气层时，都处在强噪声环境中，在声频交 变负载的反复作用下，会引起铆钉松动，有时还会引起蒙皮撕裂。随着航天器法发动推 力的不断增加，噪声对航天器结构影响也越来越大【那。 大连市区域环境噪声污染预测和控制 1 2 噪声评价及标准 1 2 1 噪声评价方法 噪声评价是指根据不同强度的噪声及其频谱特性以及噪声的时间特性等所产生的 危害与干扰程度所作的研究。这种研究所使用的方法基本上有两种，一种是在实验室里 进行测量的方法，即将已经录下的声音重新播放，或另外产生定强度和频率的声音， 然后反复测量它对许多人的影响，这个影响可能是噪声引起的暂时性听阈改变，也可能 是噪声引起的响度和吵闹度；另一个方法是进行社会调查和现场试验，如测量一个车间 的噪声后，检查该车间里工人的听力和身体健康状况，调查访问群众对某些噪声影响的 反应，组织一些人到现场实地评价某些噪声的干扰 2 a 4 。 这两种方法各有其优缺点，可相互补充。实验室的方法虽然条件容易控制，但它与 现场环境有差异；而现场调查或实验，因为有很多复杂因素和困难条件，所以也不容易 掌握。由于噪声与主观感觉的关系非常复杂，人们对各种噪声影响的反应很不一致。因 此，噪声评价仍然是环境声学研究工作中的一个重要课题。 目前，使用比较广泛的是评价噪声的响度和烦恼相应的a 声级和以a 声级为基础 的等效声级、感觉噪声级；评价语言干扰的语言干扰级；评价建筑物室内的噪声评价曲 线以及综合评价噪声引起的听力损失、语言干扰和烦恼三种效应的噪声评价数等。 ( 1 ) 响度级 这是描述人耳对不同频率和强度的声音的一种主观评价量。用一组等响曲线对不同 的声音做主观上的比较。 ( 2 ) a 计权声级【2 ，1 4 】 入耳的听觉不能定量地测定出噪声的频率成分和相应的强度。因此，需要借助仪器 来反映入耳的听觉特性。为此，人们在测量声音的仪器一声级计中，安装了一个滤波器， 并使其对频率的判别与人耳的更相似，这个滤波器被称为a 计权网络。用a 声级评价 噪声始于1 9 6 7 年。多年来，经过大量的试验和测量，现己被世界各国的声学届和医学 界公认。用a 声级测得的结果与人耳对声音的响度感觉基本一致，用它来评价各类噪声 的危害和干扰，都得到了很好的结果。因此，a 声级已经成为被国内外广泛使用的最主 要的环境噪声评价量之一。 ( 3 ) 等效连续声级 a 计权声级对于稳定的宽频带噪声是一种较好的评价方法，但对于一个声级起伏或 不连续的噪声，a 计权声级就不够合适。也就是说在相同时间内作用与人的噪声能量不 一6 一 大连理工大学专业学位硕士学位论文 相同。于是提出了将噪声能量按时问平均的方法来评价噪声对人体健康的影响，即等能 量声级，又称等效连续声级，用符号l e q 表示。也就是说，用一个在相同时间内声能与 之相等的连续稳定的a 声级来表示该时段内不稳定噪声的声级。等效连续声级能反映在 声级不稳定的场合，人们实际所接受的噪声能量的大小。等效连续声级按其定义，可由 下式计算，即 l 。q = 1 0 l g 击喏斗埘s b l 2 t 司 t ， 式中，l 4 为在t 时刻测量到的计权声级。只为参考声压，2 0 ，以。 显然，对于稳定的连续噪声，等效连续声级即等于所测得的噪声级。l e q 的计算有 时不一定用4 计权声级，也可以是等效声压级，此时式中朋换成三。 ( 4 ) 语言干扰级 语言干扰级是由b e r a n e k 提出的，作为一种对清晰度指数的简易转换，它最初主要 用于飞机客舱噪声的评价，现已广泛用于许多其他场合。语言干扰级是6 0 0 - 4 8 0 0h z 之 间三个倍频带声压级的算术平均值。以后又经过修正，被5 0 0 、1 0 0 0 和2 0 0 0h z 三个倍 频带中心频率声压级的平均值取代，成为更佳语言干扰级( p s i l ) ，它与老的语言干扰关 系为 p s i l d b = s 1 l + 3 ( 1 2 ) ( 5 ) 噪声掩蔽 当噪声很响而使人们听不清楚其他声音时，我们就说后者被噪声掩蔽了。由于噪声 的存在，使人耳对另外一个声音听觉的灵敏度降低，从而导致昕阈发生迁移，这种现象 叫做噪声掩蔽。听阈提高的分贝数被称为掩蔽值。由于噪声对语言具有掩蔽作用，所以， 在较高的噪声环境中，人们的谈话就会感到吃力。 ( 6 ) 斯蒂文斯( s t e v e n s ) 法计算响度 前面所考虑的主要是建立测量到的声压级( d b ) 与纯音或狭带信号的主观感觉响度 之间的关系，然而，大多数噪声源产生的声音频率范围都是很宽的。为了计算这一复杂 噪声的响度，s t e v c n 在对大量听力正常人的主观测试基础上提出了等响度指数曲线。这 一方法是假定在一个扩散声场内，它的响度指数由对应于该中心频率和频带声压级的响 度指数曲线来确定。这一响度指数代表该频段对总响度的作用，但在各频带的响度指数 中以最大的响度指数对总响度的作用比其他频带指数作用为大。因此，计算总响度时， 大连市区域环境噪声污染预测和控制 最大响度指数的计权数为l ，而其他响度指数的计权数小于l ，其值随频带的宽度而异。 与倍频带宽度为i i 、i 2 、1 3 相对应得带宽修正因子f 分别为o 3 0 、o 2 0 、o 1 5 。 计算响度方法：先根据各中心频率和频带声压级分别确定各种频带的响度指数。在 各指数中找到最大的一个指数s 。，然后在各指数总和中除去最大的指数乘以计权数f ， 最后与s 。相加，即 墨= - + f p s ，) ( 1 3 ) 式中只为总响度，s = y 墨是频带响度指数的总和，f 为带宽修正因子。 智 ( 7 ) 感觉噪声级 确定噪声对人的干扰程度比确定响度复杂得多，因为，这里包含了心理因素的影响。 感觉噪度的单位为呐，类似于响度指数宋。感觉噪度的定义是：中心频率为1 0 0 0h z 倍 频带，声压级为4 0 d b ，规定其感觉噪度为1 呐。感觉噪度可转换到类似d b 指标，称为 感觉噪声级( l p n ) ，单位用p n d b 表示，也可写成为姻。感觉噪声级是飞机噪声的评价 参数。感觉噪声级、噪度与响度级、响度的不同之处在于前者是以复音为基础，而后者 则以纯音或频带声为基础。噪度更多地反映了1 0 0 0h z 以上的高频声对人的危害和干扰。 计算感觉噪声级的方法与用斯蒂文斯法计算的响度s 雷同。先绘制等噪度曲线。总 的感觉噪度( 呐) 可用下式将各频带的感觉噪度加以计权，然后相加求得，即 呐= n 。+ f ( n n 。) ( 1 4 ) 式中， _ 是，的最大值，n = n i 是各频带噪度之和，f 是与频带有关的加权数，称 f i l 为带宽修正因子。l ，1 倍频带为0 3 0 ，1 3 频带为0 1 5 。 感觉噪声级与总的感觉噪度的关系可由下式来确定 r f 呐= 2 ( l p n 一4 0 ) 1 0 ( 1 5 ) ( 8 ) 最佳噪声标准( p n c ) 曲线 由b e r a n e k 提出的噪声标准( n c ) 曲线最早在美国得到普遍推广应用。它是以语言干 扰级和晌度级为基础的，可作为评价各类室内噪声环境的一种方法。经过实践证明，n c 曲线尚有一些不足之处，于是b e r a n e k 对这些曲线作了修正，提出了新的最佳噪声标准 ( p n c ) 曲线。这些曲线不但适用于室内活动场所稳态环境噪声的评价，而且也可用于设 计控制噪声为主要目的的许多场合。p n c 曲线的使用方法是对实际存在的或建筑设计中 一8 一 大连理工大学专业学位硕士学位论文 将出现的环境噪声，取频率3 1 5 8 0 0 0h z 共8 个倍频带的声压级，由p n c 曲线分别得 到对应的p n c 号数，其中，最大的号数即为该环境噪声的评价值。 ( 9 ) 累积百分声级 现实生活中，许多环境噪声是属于非稳态的。对于这类噪声前面已经有叙述，可用 等效连续声级l e q 表达其大小，但上述方法对噪声随机的起伏程度却没有表达出来。因 而，需要用统计方法，以噪声级出现的时间概率或者累积概率来表示。目前，主要采用 累积概率的统计方法，也就是用累积百分声级l x 表示。l x 是表示x 的测量时间内所 超过的噪声级。例如，l 1 0 = 7 0 d b a ，是表示在整个测量时间内有1 0 的时间，其噪声 超过了7 0 d b a ，其余9 0 的时闯噪声级则低子7 0 d b a 。 如果某声级的统计特性符合正态分布，那么等效声级也可用下式累积百分声级近似 得出为 k * k + 竽 ( 1 6 ) ( 1 0 ) 交通噪声指数 通常，起伏的噪声比稳定的噪声对人们的干扰更大，因此，评价这类噪声时必须考 虑这一因素。交通噪声指数的基本测量方法为：在2 4 h 周期内进行大量的室外a 计权声 压级取样。取样的时间是不连续的。对这些取样声级进行统计，求得累积百分声级厶0 和 l g o a 交通噪声指数t a r 为厶。和的计权组合被规定如下 t n i d b a = 4 幅o - l ) + 上如一3 0 ( 1 7 ) 式中，第一项表示“噪声气候”的范围和说明噪声的起伏变化程度；第二项表示本底噪 声；第三项是为使用数据方便而加入的修正值。 t n i 是根据交通噪声特性，经大量测量和调查而得出的。它只适用于机动车辆噪声 对周围环境干扰的评价，而且只限于交通车辆比较多的地段和时间内。 ( 1 1 ) 噪声污染级 噪声污染级也是用以评价噪声对人们情绪影响的一种方法，不过，它是用噪声的能 量平均值和标准偏差来表示的。标准偏差实际上也是表达噪声起伏的一种形式。标准偏 差越大，表示噪声离散程度越大，也即噪声的起伏越大。它的表达式为 三 = 乞+ k o ( 1 8 ) 大连市区域环境噪声污染预测和控制 式中，第一项主要取决于干扰噪声的强度。在这一项中已经计入了出现的各个噪声在总 的噪声暴露中所占的分量。第二项取决于干扰噪声时间。 标准偏差 ( 1 9 ) 式中，厶为第f 个声级值；三为所测疗个声级的算术平均值：行为取样总数；l e q 表示在 一个指定的测量时间内a 计权声级的等能量声级值；盯是声级的标准偏差；k 为常数， 经过一些测量和对噪声主观反应的调查研究，得出k = 2 5 6 最为合适4 1 。 1 2 2 噪声标准 我国1 9 8 0 年根据生理与心理学研究，结合我国人民工作与学习生活现状和经济条 件，提出了适合我国的噪声允许范围【1 。 表1 4 噪声允许范围等效声级d b ! 坐：! 墨旦! 型堕型! 翌垒篷堕塑塑i ! g ! 塑! 型! 盟型! 塑幽堡) 适用条件最高值 理想值 报据上面的噪声允许范围，我国近几年制定的适用于环境噪声评价的有关标准如 下，具体内容【刀： g b 3 0 9 9 3 g b 厂r 1 4 6 2 3 9 3 g b1 2 3 4 8 1 2 3 4 9 - - 9 0 g b l 2 5 2 5 9 0 g b l 2 5 2 3 1 2 5 2 4 9 0 g b 9 6 6 0 9 6 6 l 一8 8 g b j l l 2 8 8 城市区域环境噪声标准 城市区域环境噪声测量方法 工业企业长界噪声标准及测量方法 铁路边界噪声限值及测量方法 建筑施工厂界噪声限值及测量方法 机场周围飞机噪声环境标准及测量方法 工业企业噪声测量规范 1 3 噪声的预测 城市噪声污染防治领域内，当前的一个研究热点，就是噪声的环境影响评价以及预 测方法研列1 5 。1 7 】。主要是根据城市噪声的不同分类，在城市的不同区划内，对城市噪声 大连理工大学专业学位硕士学位论文 中主要的交通噪声、工业噪声以及居民生活噪声声源进行监测、以实际噪声采样点的实 测数据为依据，采用不同的噪声评价和预测模型，对城市噪声的影响程度进行数据分析、 评价和预测埘。 目前城市噪声评价与规划主要采用实际监测采样并对结果进行统计分析的方法，监 测任务繁重，难以保证评价和规划的时效性和客观性。因此国内外许多学者在城市噪声 环境预测方面作了大量的研究工作，建立了相应的噪声预测模型。根据不确定性数学的 原理，应用统计分析方法提出的预测方法。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的限制，但预测模型公式使用的局限 性很大，随着信息处理系统和技术的发展，这类预测模型也不断的完善p 以。如：陈德容 等【1 9 】根据1 9 9 6 - 2 0 0 2 重庆市主城区的区域环境噪声监测数据，采用g m ( i ，1 ) 模型预测了 重庆市主城区未来几年区域环境噪声的变化规律；刘美英，谢正文等【2 0 】从g m ( 1 ，1 ) 模型 原理出发指出理论缺陷，进而提出改进方法，建立广州市主城区区域环境噪声改进 g m ( i ，1 ) 预测模型，并作了中、短期预测，从而掌握区域环境噪声未来几年的发展，对 未来发展状态做出科学的定量预测，为有关部门提供管理决策的依据；l i 等1 2 1 】研究了 g i s 在道路交通噪声预测中的应用，其模拟结果好，可与美国f h w a 模型很好的拟合。 谢正文等 2 2 1 调查收集了某城市环境噪声污染监测的历史数据，应用指数平滑法建立预测 城市环境噪声污染的数学模型，并计算了不同平滑系数时数学模型的精度。g t l n d o g d u 等幽】利用以车辆组成为基础的遗传算法来预测交通噪声，模型预测值与测量值之间拟合 很好。 城市环境噪声主要包括：交通噪声、工业噪声、施工噪声和社会生活噪声等。随着 生活水平的提高，致使交通噪声的比例有逐年上升的趋势，近年来在噪声源构成中达到 6 0 以上。欧美发达国家之比例更高。因此，自2 0 世纪8 0 年代以来，各国相继开发了 基于当地实情的交通噪声预测模型。而中国目前基本上多借用国外的预测模型，有些稍 加改进。故针对中国国情，建立适用于中国的交通噪声预测模型是中国内该领域的一个 研究方向。交通噪声对城市环境的影响面广、危害程度大，故各国均积极致力于交通噪 声的预测模型研究。迄今为止所提出的道路交通预测模型，主要可归纳为图表模型，物 理缩尺模型、理论计算模型。图表模型要求手工从各类图表上查找噪声计算中间值，计 算过程繁琐精度有限。而城市区域环境噪声预测方法主要有以下几种： ( 1 ) 人口预测模式 研究表明，城市噪声随人口密度的增加而增大，城市人口的过度集将使环境噪声日 益严重。城市人口密度与城市噪声之间有如下的统计关系，即人口对数模式为【1 4 j ： 大连市区域环境噪声污染预测和控制 地= 7 9 1 9 p + k ( 1 9 ) 式中：p 为人口密度( 人p k m 2 ) 、k i 为城市的特征系数。 ( 2 ) 政策模型预测方法网 1 9 9 7 年3 月实施中华人民共和国噪声污染防治法。为了反映所处政策变动时期 的噪声发展趋势，拟建立一个包含城市区域环境噪声主要影响因素，即人口密度、车辆 总数和噪声法规实施时间的预测模型，简称为政策模型。 噪声法规实施前后的时间可分为两个阶段，政策时间变量t 在1 9 9 6 年前均为0 ，1 9 9 6 年、1 9 9 7 年2 0 0 0 年年均为1 、2 5 1 0 。车辆总数采用等效车辆总数m ，即根据噪 声能量叠加原理，将重型车、中型车和摩托车数量换算为相应的轻型车数量。换算公式 如下： m = b h m h + b m m m + 钆+ 式中：m 表示总等效车辆总数；表示重型车实际车辆数：研。表示中型车实际车辆数； m ，表示轻型车实际车辆数；m 。表示摩托车实际车辆数。系数瓦的物理意义是l 辆重型 车产生的噪声相当于玩辆轻型车产生的噪声，6 。、饥类似。 ( 3 ) 线性指数平滑预测方法1 2 4 时间序列分析方法中的线性指数平滑法将城市区域设为一个暗盒，不考虑其影响因 素，只根据时间序列本身的趋势进行预测。该方法逐步计算t 时期的指数平滑值，水平 值和增量值。 ( 4 ) 综合预测模型1 2 4 城市区域环境噪声是一个复杂系统。用单一模式可能仅体现该系统的局部特征，现 用权重综合技术对3 种模型作合理综合，建立综合预测模型。人口模型是一个经验模型， 预测结果受预测值年结果的影响很大，历年估值方差较大，采用标准差法，方差倒数法， 均方差法等方法计算模型权重系数将使综合预测模型倾向政策模型的程度很大，因此采 用算术平均法综合。 ( 5 ) 灰色预测模型1 2 5 1 在实际操作当中，很多情况下，如某区域的开发建设规划，我们对规划实施后可能有的 声源及传播途径两个方面的各种参数并不完全了解，甚至知之甚少。我们把这种已知信 息不完全的系统叫灰色系统。对这样的系统，如果我们已经知道其中某些参数的历史状 况，或它们在空间的某一范围的分布，就可以用灰色系统的理论方法来预铡这些参数在 大连理工大学专业学位硕士学位论文 未来的情况，或者它们在空间更大范围内分布。例如，根据某一区域历年噪声污染的发 展变化情况，可以预测在未来若干年内噪声的污染趋势。 1 4 研究内容及意义 中国正处在深化改革开放和加快经济发展的新时期，城市环境噪声污染随着工业生 产、交通运输、城市建设的迅速发展及城市生活的多样化而逐步加剧，并在一定程度上 影响了经济的发展和人们的健康，乃至在某些地方造成纠纷，影响社会的安定团结。据 统计，我国反映噪声污染的来信来访占环境污染投诉的比例逐年增加，而且一直高居各 类环境污染投诉的第一位。这些都说明噪声污染的严重性普遍受到了老百姓的关注，迫 切希望解决环境噪声污染扰民的问题。 随着经济的发展，近年来城市区域环境噪声已经成为大连市区重要的环境闯题之 一，为了能够及时有效地对城市区域环境噪声做出准确的预报，为相应的防治对策的制 定提供科学依据，寻找一个精度较高的预测模型是十分必要的。灰色系统理论及其方法 在环境科学领域已得到广泛应用，特别是对城市环境质量进行分析预测时，人们常常采 用g m ( i ，1 ) 模型。该模型因其构建简单，拟合结果较好而应用较多。 应用灰色系统理论预测建模方法建立大连市区区域环境噪声g m ( i ，1 ) 预测模型，进 而掌握区域环境噪声未来几年的发展规律，可对未来发展态势做出科学的定量预测，为 有关部门提供管理决策的依据，对改善区域噪声环境具有重要的意义。 大连市区域环境噪声污染预测和控制 2 灰色预测g m 模型的建模机理和预测 灰色理论是中国学者邓聚龙教授于1 9 8 2 年3 月在国际上首先提出来的，它是对某 不完全确知的元素的处理过程，不是找概率分布，求统计规律，而是用“生成”的方法， 求得随机性弱化，规律性增强了的新的数据序列。这一新序列既体现原数据序列的变化 趋势，又消除了其波动性。 灰色模型( g r a ym o d e l ) 简称g m 模型，是灰色系统理论的基本模型，也是灰色控制 理论的基础。灰色系统理论建模的主要任务是根据社会、经济、技术等系统的行为为特 征数据，找出因素本身或因素之间的数学关系，从而了解系统的动态行为和发展趋势。 一般建模方法是采用原始数列直接建模。灰色建模，则是用原始数据序列生成后建立微 分方程。在实际运用中，只要完全掌握了建模的特点和方法，g m ( 1 ，1 ) 模型一般都有较 好的拟合效果。g m ( 1 ，1 ) 是g m ( 1 , n ) q 1 ，n = i 的特例，其中g 表示灰色( o r a y ) ，m 表示 模型( m o d e l ) ，前一个l 代表一阶方程，后一个l 代表1 个变量，所以建立o m ( 1 ，1 ) 之需 要一个数列，建模相对简单而且具有较好的拟合效果。 灰色系统建模的基本思路可以概括为以下几点：( 1 ) 定性分析是建模的前提；( 2 ) 定 量模型是定性分析的具体化；( 3 ) 定性和定量紧密结合，相互补充；( 4 ) 明确系统因素， 弄清因素间的关系及因素与系统的关系是系统研究的核心；( 5 ) n 素分析不应该停留在一 种状态上，而应考虑到时间推移、状态变化，即系统行为的研究要动态化：( 6 ) 因素间的 关系及因素与系统的关系不是绝对的，而是相对的；( 7 ) 为了将控制中卓有成效的方法和 成果推广到社会、经济、农业、生态等研究领域中，系统模型应控制化；( 8 ) 要通过模型 了解系统的基本控制性能，如是否可控，变化过程是否可观测等；( 9 ) 要通过模型对系统 进行诊断，搞清楚现状，揭示潜在的问题；( 1 0 ) 应从模型获得尽可能多的信息，特别是 发展变化信