交通流影響因子與道路交通噪聲的關系研究

馮 霞，孫鳳英，胡 薇

(東北林業(yè)大學 交通學院，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系，為未來交通噪聲的預測提供一定的思路，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系建模

美國FHWA道路交通噪聲預測模型，經(jīng)多次改進，比較完善、預測精度高，在許多國家得到廣泛應用[6]，但模型建立時依據(jù)的環(huán)境標準、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，應用在我國道路交通噪聲預測中并不能保證預測的精度。因此，本文將對美國FHWA道路交通噪聲預測模型進行修正，建立適合我國的交通流影響因子與道路交通噪聲的關系模型。

美國FHWA道路交通噪聲預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成線性關系，與流量Qi、平均車速Vi和預測點的相對距離r0/r成對數(shù)線性關系。而FHWA道路交通噪聲模型中L0i跟平均車速Vi也成對數(shù)線性關系。引入等效流量及等效車速的概念后，可以認為L1跟L1i一樣，與等效車流量Q、等效車速V及預測點的相對距離r0/r成對數(shù)線性關系。因此，可建立交通流影響因子與道路交通噪聲關系的對數(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，調整三腳架的高度及角度，并對準道路上運行的車輛，以獲取各類型車流量；一人將雷達測速儀對準車輛，測試車輛的運行速度，另外一人負責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，應用SPSS軟件進行回歸分析。

2.4 SPSS結果分析

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測，并將預測值與實測值進行對比分析。實際監(jiān)測值與預測值的大小見表2，通過表2可以看出預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 道路交通噪聲預測值與實測值的對比 db

4 結 論

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

(2)該模型經(jīng)過驗證，預測值與實際監(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測。

【參 考 文 獻】

[1]李 江.交通工程學[M].北京：人民交通出版社，2002.

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[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，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，2011.

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[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測模式在典型路段的應用效果及修正[D].廣州：暨南大學，2006.