交通流影響因子與道路交通噪聲的關(guān)系研究

馮 霞，孫鳳英，胡 薇

(東北林業(yè)大學(xué) 交通學(xué)院，哈爾濱 150040)

近年來，隨著城市交通的快速發(fā)展，機動車數(shù)量的迅猛增長，道路交通噪聲污染越來越嚴(yán)重。而道路交通噪聲會對人類產(chǎn)生很大危害，包括對人耳聽力的損傷、對睡眠的干擾、對人體的生理影響和心理影響[1]。因此急需控制交通噪聲污染。國內(nèi)外大量研究表明，交通噪聲與交通流影響因子(車流量、速度、車型比、路面寬度等)存在著很大關(guān)系[2～5]。因此，本文將研究交通流影響因子與道路交通噪聲之間的關(guān)系，為未來交通噪聲的預(yù)測提供一定的思路，這對控制噪聲污染有著一定的重要意義。

1 交通流影響因子與道路交通噪聲的關(guān)系建模

美國FHWA道路交通噪聲預(yù)測模型，經(jīng)多次改進，比較完善、預(yù)測精度高，在許多國家得到廣泛應(yīng)用[6]，但模型建立時依據(jù)的環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)、道路狀況和車輛分類等與我國的實際情況存在著一定的差異，應(yīng)用在我國道路交通噪聲預(yù)測中并不能保證預(yù)測的精度。因此，本文將對美國FHWA道路交通噪聲預(yù)測模型進行修正，建立適合我國的交通流影響因子與道路交通噪聲的關(guān)系模型。

美國FHWA道路交通噪聲預(yù)測模型的建模思想是，將道路上行駛的車輛分為三類，先求出各類車流的小時等效聲級Leqi，再將三種類型車流的等效聲級進行疊加，得到總車流等效聲級Leq。而某類車流的小時等效聲級是在對此類基本車流參考噪聲級的基礎(chǔ)上進行流量、車速、有限長路段、地面及遮擋物等影響因素修正后得到的[7-8]。Leqi和Leq的計算公式分別見公式(1)和公式(2)。

(1)

(2)

式中：Leqi為第i類車型交通流的小時等效聲級，dB(A)；L0i為第i類車型交通流的參考聲級，dB(A)；Qi為在時間段T內(nèi)經(jīng)過測量點的第i類車型車流量；r0為參考距離，r0=15 m；r為預(yù)測點到車道中心線的垂直距離，m；Vi為第i類車型車輛的平均車速，km/h；T是測量時間，T=1 h；β為地面覆蓋系數(shù)，β=0或0.5；Δφ是有限長路段的修正量，dB(A)；ΔS是遮擋物衰減量，dB(A)；n為車型種類數(shù)。

Δφ，ΔS，β分別是有限長路段、遮擋物、地面覆蓋系數(shù)對某車型交通流等效聲級的修正，他們對噪聲的影響只依賴于環(huán)境條件，因此可將他們對噪聲的影響從公式(1)中分離出來，看做是L環(huán)境，其計算公式見公式(3)；公式(1)中分離后剩下的項所組成的部分即為第i類車型交通流噪聲的理想模型，用L1i來表示，其計算公式見公式(4)。

(3)

(4)

由上述FHWA的預(yù)測模型建模思想可知，確定各車型交通流的參考聲級是非常重要的。美國各車型交通流的參考聲級計算公式應(yīng)用在我國不一定適合，而且實際道路上車輛是以混合交通流的形式運行的，交通噪聲監(jiān)測時若將混合車流分離成不同車型的車流，分別確定各車型交通流的參考聲級較困難。因此，本文引進等效流量與等效車速的概念，將道路上運行的總交通流等效為某個車型的交通流。這樣，即可將車流量、車速、車型比及路面寬度4個交通流影響因子對道路交通噪聲的影響轉(zhuǎn)化為等效車流量、等效車速及路面寬度3個因子對道路交通噪聲的影響，從而建立交通流影響因子與道路交通噪聲關(guān)系的理想模型。

車輛分類方法及車流量的折合系數(shù)，參照《高速公路交通噪聲監(jiān)測技術(shù)規(guī)定(暫行)》，見表1。

表1 車型分類和車流量折算系數(shù)

根據(jù)噪聲的能量疊加原理，等效車流量Q為道路中各類型車輛的流量經(jīng)折算后的相加值，計算公式見公式(5)。等效車速V的計算式，見公式(6)。

Q=8QL+3.5QM+QS。

(5)

(6)

公式(5)和公式(6)中，QL，QM，QS分別為大、中、小型車流量，VL，VM，VS分別為大、中、小型車平均車速。

通過分析公式(4)，可以看出L1i與第i類車參考聲級L0i成線性關(guān)系，與流量Qi、平均車速Vi和預(yù)測點的相對距離r0/r成對數(shù)線性關(guān)系。而FHWA道路交通噪聲模型中L0i跟平均車速Vi也成對數(shù)線性關(guān)系。引入等效流量及等效車速的概念后，可以認(rèn)為L1跟L1i一樣，與等效車流量Q、等效車速V及預(yù)測點的相對距離r0/r成對數(shù)線性關(guān)系。因此，可建立交通流影響因子與道路交通噪聲關(guān)系的對數(shù)線性模型，見公式(7)。

(7)

2 模型參數(shù)的確定

由于所建立的交通流影響因子與道路交通噪聲關(guān)系的模型是線性模型，因此本文運用統(tǒng)計軟件SPSS 13.0，采用線性回歸分析方法確定模型中參數(shù)Ai的大小。

2.1 采集建模數(shù)據(jù)

選取哈爾濱市18條道路的50個測點進行數(shù)據(jù)采集，包括各類型車的流量、車速及測量距離等。具體測量方法如下：

把錄像機固定在三腳架上，調(diào)整三腳架的高度及角度，并對準(zhǔn)道路上運行的車輛，以獲取各類型車流量；一人將雷達測速儀對準(zhǔn)車輛，測試車輛的運行速度，另外一人負責(zé)記錄各類型車輛的速度；在人行道上，距離道路邊沿20 cm處，放置另外一個三腳架，將積分聲級計固定在三腳架上，調(diào)整三腳架高度為1.2 m，測量等效連續(xù)聲級；記錄道路的車道數(shù)及寬度。

2.2 數(shù)據(jù)整理

觀看錄像，統(tǒng)計各車型的交通量，并計算各車型車輛的平均車速。用Excel計算等效車流量Q，等效車速V及r0/r對數(shù)值的大小。

2.3 SPSS數(shù)據(jù)處理

隨機選取采集樣本中42個測點的測量數(shù)據(jù)，將等效車流量的對數(shù)值lgQ，等效車速的對數(shù)值lgV，r0/r的對數(shù)值lg(r0/r)作為自變量，等效聲級Leq作為因變量，應(yīng)用SPSS軟件進行回歸分析。

2.4 SPSS結(jié)果分析

經(jīng)SPSS統(tǒng)計分析后，得出各參數(shù)的大小分別為：

A1=9.448，A2=3.374，A3=0.789，A4=36.322。

因此，哈爾濱市交通流影響因子與道路交通噪聲關(guān)系的模型為：

該模型經(jīng)過F檢驗，p概率值為0，小于0.05，表明建立的回歸模型顯著性較高，即lgQ，lgV及l(fā)gr0/r整體上對Leq有高度顯著的線性影響。調(diào)整后的判定系數(shù)大小為0.75，說明模型的擬合度較高。

3 模型驗證

運用上述建立的道路交通噪聲模型對剩余8個測點的噪聲進行預(yù)測，并將預(yù)測值與實測值進行對比分析。實際監(jiān)測值與預(yù)測值的大小見表2，通過表2可以看出預(yù)測值與實際值的最大差值為1.4 db，表明模型擬合效果很好。

表2 道路交通噪聲預(yù)測值與實測值的對比 db

4 結(jié) 論

(1)通過對美國FHWA道路交通噪聲預(yù)測模型的修正，建立的交通流影響因子與道路交通噪聲的關(guān)系模型，更適用于我國道路交通噪聲的預(yù)測。

(2)該模型經(jīng)過驗證，預(yù)測值與實際監(jiān)測值相差不大，誤差在0.3～1.4dB，可用于道路交通噪聲的預(yù)測。

【參 考 文 獻】

[1]李 江.交通工程學(xué)[M].北京：人民交通出版社，2002.

[2]李 丹.青島市快速路交通噪聲影響與防治對策研究[D].青島：青島理工大學(xué)，2008.

[3]徐洪波.道路寬度及車速對交通噪聲的影響[J].環(huán)境保護科學(xué)，2007，33(6)：127-128.

[4]徐 涵.城市道路改造對道路交通噪聲的影響分析與對策研究[D].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2011.

[5]劉 濤.城市道路交通噪聲影響因素與傳播規(guī)律分析[D].西安：長安大學(xué)，2009.

[6]范東平.道路交通噪聲預(yù)測模型分析及實證研究[D].廣州：廣東工業(yè)大學(xué)，2012.

[7]劉華煒.哈爾濱市道路交通噪聲污染分析及防護研究[J].森林工程，2013，29(3)：105-107.

[8]王 弘.高速公路交通噪聲預(yù)測模式在典型路段的應(yīng)用效果及修正[D].廣州：暨南大學(xué)，2006.