噪聲自動監測系統相關問題研究

文 | 安徽省蚌埠市環境監測站 余 洋

噪聲自動監測系統相關問題研究

文 | 安徽省蚌埠市環境監測站 余 洋

總結了環境噪聲人工監測方法的缺陷，然后從城市環境噪聲數據的性質、噪聲自動監測系統的物理構成、噪聲監測子站的布設、噪聲自動監測有效時間的確定這幾個方面對噪聲自動監測系統進行了相關問題的論述。

環境噪聲；噪聲自動監測；噪聲測點布設

1.言

隨著我國城市化進程的加快，城市噪聲污染日益嚴重。目前，我國大部分城市還是采用傳統人工監測的方法進行環境噪聲監測。但傳統人工監測本身有一些難以克服的缺點，這包括：① 為使人的工作量減輕，采用短時間測量來說明較長一段時間內環境噪聲情況，即試圖通過抽取子樣來對總體特征進行推斷，但因缺乏嚴密的進一步理論分析而導致誤差較大。② 人工監測時，會由于人對監測工作的過多參與而導致監測數據的質控工作可能會受到一些本可以避免因素的干擾。③ 近來頒布的標準GB3096—2008中提出夜間突發噪聲最大值超過環境噪聲限值的幅度不得高于15db(A)，而人工監測在這方面的缺陷顯而易見。④ 人工監測得到的數據是散亂的，使用它們時需要進行額外的人工整理和分析。而上述這些問題，都可以通過實行自動監測得到圓滿地解決。

目前我國還沒有制定一套完整的噪聲自動監測技術規范體系，在噪聲自動監測的軟硬件方面都還處于研究階段。噪聲自動監測系統是由幾個部分有機組合在一起來自動完成噪聲數據的全過程處理。這個系統可從邏輯和物理兩方面來劃分：從邏輯上可劃分為功能區環境噪聲、道路交通噪聲、軌道交通和機場飛機噪聲自動監測系統以及噪聲數據庫等五個部分組成；物理上有多種劃分方法，總的來說可以劃分為數據采集功能塊、數據傳輸功能塊和數據處理功能塊。縱覽我國目前關于噪聲自動監測的研究成果后發現，大家的研究點一般集中在以下這幾個方面：① 城市環境噪聲數據的性質；② 噪聲自動監測系統的物理構成；③ 噪聲監測子站的布設；④ 噪聲自動監測有效時間的確定。下面將針對以上內容進行展開。

2.市環境噪聲數據的性質

對城市環境噪聲性質的研究是一項基礎性的研究，它對我們弄清城市里噪聲污染的特點以及噪聲自動監測點的選取都有很大的幫助。關于城市環境噪聲數據的性質，目前的研究方向有：噪聲變化度和與天氣的相關性。噪聲變化度，這是指在一段時間內某一地點或區域噪聲級上下變化的程度。這個變化程度可以分為短期變化度(比如晝夜變化度)和長期變化度（比如季度變化度）。各類噪聲功能區的晝夜噪聲變化穩定性從高到低依次為4類區、1類區、2類區、3類區，其中2類區和4類區噪聲晝夜變化具有較好的規律性，而3類區沒有規律性。在研究了全國8個有代表性的城市的功能區噪聲歷史數據后,發現各功能區晝夜噪聲變化穩定性與人們出行狀況相關，并且1類區和2類區3季度環境噪聲均值較高而1季度較低，4類區則相反，這也就是說噪聲長期變化度是有規律的。

所謂與天氣的相關性，即被測量噪聲數據的準確性、代表性與測量期間的天氣情況緊密相關。當風速為4 m/s時可產生大小為40 dB(A)的風噪聲，5m/s時為42 dB(A)，19m/s時為70 dB(A)。這分別達到（超過）了0類區、4類區的夜間標準值。另外，聲源到傳聲器如果是順風，則接收點處的噪聲值因此可能達到最大值，反之亦然，所以從長期來看，沿聲傳遍路線上氣象條件的變化會導致噪聲源和接收點之間的噪聲衰減是不穩定的，從而可能影響所得數據的準確性。

3.聲自動監測系統的物理構成

目前在發達國家已有成熟的噪聲自動監測系統，并已廣泛投入使用。但由于我國噪聲標準與外國的差異以及經濟條件的限制，不能照搬國外產品，而是需要在國外產品的基礎上研制開發出自己的產品。這就需要首先確定符合我國噪聲自動監測系統自身特點的物理構成。系統應由傳聲器、前置放大器、輸入放大器、防風(雨、蟲、鳥)罩以及自動校準器組成的戶外單元，由有線電話或移動通訊網或計算機互聯網組成的數據傳輸單元，由計算機系統和質量保證人員組成的中央控制單元組成。系統也可由噪聲數據采樣裝置、數據預處理計算機、無線通訊傳輸模塊組成的前端智能儀表，由數據通訊計算機、數據管理計算機和網絡設備組成的數據管理中心，以及由數據處理計算機、監視器、打印機、數據庫軟件、地理信息系統軟件、統計分析軟件等組成的數據處理中心組成。為了降低系統成本，也可利用普通計算機的聲卡采集噪聲數據，再編寫應用軟件對采集到的數據進行分析來達到使用專業聲級計測量噪聲的效果。對于系統的數據傳輸方式，可使用GPRS技術來無線傳輸數據的具體方法。GPRS技術具有成本低、擴展性高和安裝方便等數傳電臺、GSM短消息及光纖接入等傳輸方式不可比擬的優點。在系統的計算機軟件方面，可在GIS平臺上編寫噪聲環境管理系統。

4.聲監測子站的布設

噪聲自動監測點的主要任務一是能反映各類聲環境功能區的聲學狀況，二是通過監控交通、機場等噪聲源來反映城市主要噪聲源特征。在布點時總的原則有如下：① 考慮測點位置的空間代表性、分散性和抗干擾性，盡量分散測點，即要考慮測點的功能區的區域代表性,又要考慮功能區內部聲環境特征的代表性，并使測點盡可能布設在人口稠密區。② 測點位置的確定要和城建、交通、市政等部門共同研究決定，在宏觀規劃上有機結合。③ 戶外傳聲器距離任一反射面的距離大于3. 5 m，周圍不應有明顯固定噪聲源，沒有強電磁場干擾，室外裝置應考慮避雷問題。④ 盡可能利用現有水氣自動監測點資源，監測結果兼容現有環境自動監測系統。

交通噪聲自動監測點的布點辦法可以是先對道路分類，再利用歷史數據進行優化計算得出能有效反映所求區域內交通噪聲情況的最少測點數量，最后依照上述的布點原則進行布點。但此方法的優化計算方法的選取存在一定的困難，并且不能全面掌握某一路段的噪聲狀況，對城市道路情況和機動車流量的快速變化難以適應。交通噪聲自動監測站可以使用固定式、半固定式與流動式3種布點形式，并以半固定式為主，流動式為輔，在少數典型道路上建設固定式自動監測站。半固定式是在條件允許的情況下建設多個固定站點基礎設施(土建部分),以少量便攜式聲級計輪流在各站點進行自動監測。流動式站點可以設置在汽車上來作為固定式和半固定式的補充和替代。

功能區噪聲測點的布點方法可先由歷史數據計算出各功能區噪聲歷史平均值，然后從各功能區中選取與該值最接近的幾個點為備選，最后根據上述的布點原則選定。每類功能區至少要有一個測點，而4類區測點應按總點位數與原總點位數的擴大比例增加，其它區的應按各區面積比例分配，最后再結合人口、地區發展狀況和地理特征等因素綜合確定測點位置。

在子站實際布設過程中，會出現一些和周圍環境有關的問題，而這些問題的解決對所得數據的有效性是至關重要的。首先是傳聲器安裝高度問題，綜合目前國內的研究結果，大家一致認為4m是最合適的高度。其次是天氣問題，經研究后發現，全國大部分城市年平均風速在1～4 m/s之間，即在一般情況下我國大部分城市可以滿足噪聲自動監測對平均風速的要求，但數據的準確性、有效性與瞬時風速密切相關，因此應同步進行風速測量，以對噪聲監測數據進行有效取舍，用來降低風對測量結果的影響，建議0類與1類區的自動監測站點應安裝風速監測儀，且聲級-風速最小統計時間為不大于1min。

5.聲自動監測有效時間的確定

在進行噪聲自動監測時，我們沒必要測量全時段的數據來反映環境噪聲狀況。其原因是，第一，由于上述所說的風速、雨雪等天氣因素能使所得噪聲數據失真，所以在風速大于5m/s或有雨雪時測量數據無效；第二，我們可以用部分時間段的數據應用統計原理來推斷全時段的數據，即可以部分時間段的數據來反映全時間段的聲環境狀況。為了能正確反映各功能區全天聲環境狀況，噪聲自動監測時間至少連續l8個小時以上。對我國道路交通噪聲最少監測時間問題進行研究后發現了一些正確反映某些時間段內道路聲環境狀況的最少監測時間：反映一小時聲環境狀況時最少監測時間為30分鐘；反映晝夜聲環境狀況時，晝間最少連續監測6小時，夜間要全時段監測；反映季度聲環境狀況時，最少監測時間為任意連續7天或隨機7天；反映年聲環境狀況時，為最少任意連續30天或隨機28天。

6.境噪聲自動監測系統案例

某市環境噪聲自動監測系統于2010年3月投入使用，整個監測系統包括：1個系統控制中心、17個BK3639E型噪聲監測終端、數據采集儀、連接各部分的網絡系統以及其他一些輔助監測設備。噪聲監測子站的布設方案為：噪聲功能區例行監測點9個，交通噪聲監測點7個，移動監測點1個。所有子站可分為甲、乙兩類，甲類的通信網絡采用ADSL技術，其配置包括BK3639E型噪聲監測端口、數據采集儀、車流量計數器和氣象儀；乙類的通信網絡采用GPRS技術，其配置包括BK3639E型噪聲監測端口和數據采集儀。系統控制中心的硬件部分包括網絡服務器及圖形工作站，使用的軟件包括B&K 7843噪聲管理軟件、B&K 7812-ALIMA環境噪聲預測軟件以及地理信息系統軟件。整個監測系統結構圖見圖1：

此系統的技術指標包括：① 各子站全天24小時的Leq、LN、Lmin、Lmax、SD、1/3倍頻程；② 可選用的頻率計權有A計權、C計權和線性，快慢檔可選，最小采樣間隔0.5秒；③ 可自定義各子站處的噪聲事件錄音；④ 設置在交通干線旁的子站自動記錄車流量；⑤ 自動監測與噪聲數據相應的氣象條件。

7.望

隨著國家對噪聲污染的日益重視，噪聲自動監測定會和先前的水氣自動監測一樣得到國家財政支持，從而廣泛用于全國各城市。目前我國噪聲自動監測事業面臨的首要任務是頒布噪聲自動監測相關標準，確定布點原則、數據傳輸格式、配套計算機應用軟件的標準化、質量控制等一系列工作的技術規范。

[1] 劉嘉林 徐謙.北京城市聲環境自動監測系統監測點位布設方法初探[J].中國環境監測 ,2008,2： 17～20.

[2] 李文君 張金艷 張朋等. 道路交通噪聲自動監測應用探討[J]. 環境監測管理和技術 ,2010,2： 67～69.

[3] 劉硯華 張朋 高小晉. 我國城市噪聲污染現狀與特征[J]. 中國環境監測 ,2009,4： 88～90.

[4] 翟國慶 王國鑫 張莉. 優化選取區域環境長期噪聲監測點[J]. 噪聲與振動控制 ,2008,3： 160～162.

[5] 王天利 謝佳茵. 城市交通噪聲監測優化布點研究[J]. 噪聲與振動控制 ,2010,4： 45～49.

Study of Correlative Problems of Noise Automatic Monitoring System

This paper summarized some defects of manual monitoring of environmental noise, and then discussed some correlative problems of noise automatic monitoring system in several aspects including features of urban environmental noise data, physical structure of noise automatic monitoring system, setting monitoring substations situation of noise monitoring, confirmation of the r.m.s time of noise automatic monitoring.

environmental noise；noise automatic monitoring；setting noise monitoring situation

余洋(1978-)，男，安徽蚌埠人，工程師。