機場噪聲與運行監測系統概述及應用探討

周鑫，段鋼，胡笑滸

(1.環境保護部環境工程評估中心，北京　100012；2.國家環境保護環境影響評價數值模擬重點實驗室，北京　100012；3.北京首都國際機場股份有限公司，北京　100621)

?

機場噪聲與運行監測系統概述及應用探討

周鑫1,2，段鋼3，胡笑滸1,2

(1.環境保護部環境工程評估中心，北京100012；2.國家環境保護環境影響評價數值模擬重點實驗室，北京100012；3.北京首都國際機場股份有限公司，北京100621)

目前我國機場噪聲問題日益凸顯，監測和管理手段嚴重滯后于機場發展，亟須更先進的智能化機場噪聲監管工具。機場噪聲與運行監測系統具有飛機噪聲事件識別、噪聲與航跡關聯、航跡管理等功能，可承擔機場噪聲和航班飛行監測和管理等任務，同時可在督促航空公司采用低噪聲飛機、加強機場周圍土地利用規劃、應對居民投訴、采取最優降噪措施等方面發揮積極作用。通過系統介紹和典型案例說明，對我國加強機場噪聲監管提供一定的經驗借鑒。

機場噪聲；噪聲監測；機場噪聲與運行監測系統；機場噪聲管理

隨著民航業的迅速發展，機場噪聲污染問題日益嚴重，投訴量持續升高，其引發的社會矛盾也成為機場發展的制約因素。目前，我國航空噪聲管理水平相對落后，缺乏有效的監管手段，對航班飛行軌跡進行監管是機場噪聲管理中的難點。

機場噪聲與運行監測系統具備噪聲監測、航跡監測與分析、投訴處理、機場周圍噪聲等值線圖繪制等功能，可對機場噪聲影響進行評價，為噪聲控制措施的選取提供數據支持。國外很多發達國家的大型機場都采用了此類系統，如美國邁阿密機場、英國倫敦機場、德國法蘭克福機場等。目前，國內僅北京首都國際機場建立了此類系統并投入運行，上海虹橋機場和廣州白云機場的噪聲與運行監測系統還在建設中。

1　機場噪聲與運行監測系統概述

1.1系統硬件功能

機場噪聲與運行監測系統硬件主要包括：噪聲監測終端、氣象儀、聲學校準器、GPS設備、服務器、路由器等。其中，噪聲監測終端是系統的核心設備[1]，戶外傳聲器常年置于戶外進行噪聲監測，需具備防雨防雪等功能。

噪聲監測終端按用途可以分為固定式和移動式[2]兩類。固定式噪聲監測終端通常在噪聲敏感區域設置，可進行長期定點監測。移動式噪聲監測終端常用于短期監測，在處理機場噪聲投訴中應用較多。氣象儀主要用于測量風速、風向、雨量、溫度、濕度、氣壓6個參數。

1.2系統軟件功能

系統軟件主要包括噪聲數據采集、雷達數據處理、航跡監測與分析、投訴處理、機場噪聲報告、噪聲等值線繪制等軟件。其中，噪聲數據采集軟件主要接收噪聲監測終端的噪聲數據，并處理將其保存到數據庫；雷達數據處理軟件用來接收空管局提供的雷達數據，并對其進行解讀；航跡監測與分析軟件可以對起降航班進行監測和分析，將噪聲數據、氣象數據、航班飛行軌跡進行關聯分析，確認哪些是機場航班引發的噪聲事件，還可以識別違規飛行的航班；投訴處理軟件可以有針對性地分析居民投訴，根據投訴時間、地點查詢可能產生噪聲影響的航班；噪聲等值線繪制軟件將根據機場飛行量、航班飛行軌跡繪制實際的或預測的機場噪聲等值線圖。

1.3飛機噪聲識別

通常飛機經過某監測點時，隨著距離越來越近，監測點的噪聲值逐漸升高并達到最大，之后隨著飛機逐漸遠去，噪聲值逐漸降低。這一過程有兩個特點[3]：一是飛機噪聲值高于背景噪聲值，二是噪聲會持續一段時間。根據這兩個特點，采用觸發值和持續時間初步識別飛機噪聲，比如當噪聲值高于背景值10 dB、持續時間10 s以上時，系統認為可能是飛機產生的噪聲，并將其記錄為飛機噪聲事件。

1.4噪聲事件與航跡關聯性分析

航跡監測與分析軟件根據雷達數據繪制出機場起降航班的飛行軌跡，并將其與初步識別的噪聲事件進行關聯分析，剔除由于汽車等其他原因引起的噪聲事件。系統先根據噪聲監測點的位置劃定相關空間半徑，再根據噪聲事件的時間劃定時間半徑，進而篩選出該范圍內經過的航班，將此噪聲事件標記為某航班的飛機噪聲事件。

2　監測系統在機場噪聲管理中的應用

2.1開展長短期噪聲監測

機場噪聲監測設備具備無人值守的特點，可以長期持續地對機場周圍敏感點噪聲情況進行監測，監測應遵循機場噪聲監測布點原則[4]，全面反映出機場周圍噪聲敏感點的全年噪聲情況，以及因風向、機場運行、航線改變等產生的影響。此外，機場在接到周圍居民投訴時，可以利用機場噪聲監測設備對投訴點進行有針對性的短期監測。

2.2進行航班飛行軌跡監管

機場起降航班應根據空管部門的要求，按規定飛行程序飛行。而在實際操作中，飛行員操作具有一定的隨意性，存在提前轉彎、飛行高度偏低等情況，導致航跡發散，飛機噪聲影響區域較大。應用機場噪聲與運行監測系統，空管部門和機場可以設置空中閘門和空中走廊，對航班飛行軌跡進行監督和管理。如圖1所示，G1、G2、G3、G4、G5分別為空中閘門(參數包含長寬高)，這些空中閘門連起來形成空中走廊。航班應在空中走廊中飛行，且不能偏離。圖1中的虛線軌跡即從機場起飛經過該區域時，飛行軌跡完全在G1、G2、G3、G4、G5組成的空中走廊中，屬于合格的飛行軌跡，反之偏離出該空中走廊的航跡則為違規航班。若大量航班偏移航線，將導致噪聲影響區域增加。機場管理部門可根據系統記錄，對違規飛行員和航空公司給予處罰，督促其嚴格按照規定飛行，減少機場噪聲的影響范圍。空管部門也可將空中走廊設置在人口較少的區域，從而減少機場噪聲的影響。

圖1　空中閘門和空中走廊Fig.1　Air gate and air corridor

2.3督促航空公司采用低噪聲飛機

利用此類系統，機場可對起降航班機型和噪聲情況進行分析，統計出高噪聲航班和機型號，進而協調航空公司調查原因，對高噪聲航班和機型進行調整或更換。可制定高噪聲航班收費或處罰規定，以督促航空公司采用低噪聲飛機[5]。

2.4加強機場周圍土地利用規劃

在各項機場噪聲控制措施中，加強機場周圍土地使用規劃和管理是關鍵。利用機場噪聲與運行監控系統繪制的機場周圍噪聲等值線圖，可以更好地規劃土地用途，在高噪聲區域對居民進行搬遷，改變土地用途，將其轉變為機場公共設施、商業等可以接受高噪聲的項目；機場應將逐年繪制的噪聲等值線圖報環保部門、規劃部門備案。

2.5應對居民投訴及改善公共關系

機場在接到周圍居民投訴時，可利用系統數據進行準確分析，如居民投訴飛機噪聲擾民的具體時間、居民所在位置，在系統中設置時間和空間搜索范圍，從中找出擾民的航班信息，可查詢其飛行路徑、機型、經過居民所在地時飛機的經緯度和高度等信息，分析航班噪聲超標的原因，推薦解決方案，改善機場與周圍居民關系。

2.6為機場噪聲控制提供決策支持

機場噪聲監測數據是民航部門、環保部門防治噪聲污染和規劃部門制定機場周圍土地利用規劃的重要依據[6]。利用噪聲與運行監控系統的數據，可以得出較為準確的機場噪聲影響報告，作為機場采取噪聲控制措施和調整航班運行方案(如飛行程序、航線、航班時刻表、降噪飛行程序)等的決策依據，為機場噪聲控制和管理提供有力的數據支撐。此外，還可以為我國機場進行噪聲控制、標準制定提供數據參考，可以進行航跡優化，對違規航班實施經濟處罰。

3　機場噪聲與運行監測系統應用案例

3.1韓國仁川機場

韓國仁川機場是韓國規模最大的機場，也是亞洲最繁忙的機場之一。仁川機場共有3條可以起降大型民航機的主跑道，其環境管理目標為“建立友好的生態機場”。機場設有環境管理中心，在機場周圍設置了18個噪聲監測站、3個空氣質量監測站、1個水質監測站，噪聲監測內容包括Leq、Lmax、Lp、LWECPN等參數，如圖2所示。

圖2　仁川機場噪聲監測站Fig.2　Noise monitoring station of Incheon Airport

仁川機場除了設有固定式噪聲監測站，還設有移動監測車，移動監測車可以針對投訴進行短期監測。移動監測車上配有監測設備和傳聲器升降桿，可以將傳聲器升高到6 m進行測量。另外，車上還配有蓄電池，能保證持續測量3～7 d。

3.2臺灣機場

目前，臺灣已有多家機場建立了機場噪聲監控系統，包括臺北松山機場、桃園國際機場、高雄小港機場、臺東豐年機場等。臺灣機場管理單位應用該系統主要開展4個方面的工作：一是實施機場噪聲監測(包括機場試車)、對飛機飛行資料進行分析和整理、定期繪制機場噪聲等值線圖；二是每季度將機場噪聲監測結果向環保部門進行申報；三是處理民眾投訴，針對投訴的具體問題提供專業的數據分析和圖表說明，并提出可行的解決方案；四是加強與機場周邊居民的溝通，減少對立和抗爭，允許居民和學術單位參觀機場噪聲監控中心，讓民眾了解機場對于噪聲管理所做的努力和成效。

臺北松山機場每年依據噪聲污染情況征收噪聲污染防治費用，并將其用于以下方面：一是補助附近學校、幼兒園、居民區建設噪聲污染防治設施或措施；二是用于補助相關居民電費、房屋稅、低價稅等費用；三是用于噪聲污染防治措施及其技術研發等相關費用。噪聲污染防治措施主要包括安裝或設立隔聲門、隔聲窗、消聲器、緩沖綠化帶等有助于隔離或降低機場噪聲影響的設施。

3.3北京首都國際機場

北京首都國際機場噪聲與運行監測系統于2008年1月25日通過民航總局組織的行業驗收并開始投入使用[7]，是該系統在國內的首次安裝和使用。系統24小時監測首都機場及區域內航空器運行情況，為噪聲影響的分析和實施有效的降噪措施提供科學依據。系統包括21個固定式監測站和1部車載移動監測站，通過網絡將噪聲數據傳至機場噪聲辦公室。系統從華北空管局獲取航班信息、雷達數據、氣象數據等，通過時間標簽將噪聲與航班數據相關聯，形成一套完整的航班與噪聲數據記錄體系。此外，該系統還安裝了投訴模塊，可以錄入投訴信息，并可將投訴信息與航班信息進行關聯；安裝了INM預測分析軟件，可以根據不同的業務量和運行模式繪制實際或預測的噪聲等值線圖。系統架構如圖3所示。

4　結語

圖3　首都機場噪聲與運行監測系統架構圖Fig.3　The airport noise and operation monitoring system of Beijing Airport

應用機場噪聲與運行監測系統，可開展飛機噪聲的長、短期監測，對航跡進行有效監管，可逐年繪制噪聲等值線圖，優化飛行程序，為管理部門制定有效降噪措施提供技術手段。此類系統的關鍵技術在于：一是要求監測結果準確，設備性能穩定，滿足長期戶外需要；二是對于雷達數據的解讀成為航跡分析和管理的關鍵。目前我國尚無此類系統建設相關標準，建議參考《ISO 20906:2010 Acoustics — Unattended monitoring of aircraft sound in the vicinity of airports》開展系統建設工作。同時，在進行噪聲監測站選址時，應綜合考慮航空器飛行軌跡、跑道位置、噪聲敏感點、背景噪聲、周圍設施對噪聲傳播的遮擋或反射等影響，以及預測的噪聲等值線圖、電力和通訊保障等因素。此外，在建設過程中還應考慮系統的穩定性、易用性和可擴展性等問題。

[1]李國, 李成通, 蒿培培. 基于Android系統的機場噪聲監測終端設計與實現[J]. 中國民航大學學報, 2014(4): 49- 54.

[2]陳歡, 許娟娟. 機場噪聲監測系統研究[J]. 科技傳播, 2011(3): 213- 214.

[3]楊勇. 航空器噪聲識別方法研究[D]. 北京: 中國民航大學, 2013.

[4]申旭輝, 韓濤, 李昱. 機場噪聲監測布點方法[J]. 環境影響評價, 2013(6): 40- 41.

[5]余成軒. 機場噪聲監測系統及其作用[J]. 中國民航大學學報, 2012(12): 71- 74.

[6]龔輝, 王巧燕. 機場航空噪聲監測終端選址方法和實踐[J]. 噪聲與振動控制, 2013(1): 140- 151.

[7]姚秀娟. 首都機場噪聲與運行監測系統投入運行[N]. 中國民航報, 2008- 03- 10(6).

Overview and Application Analysis on Airport Noise and Operation Monitoring System

ZHOU Xin1,2, DUAN Gang3, HU Xiao-hu1,2

(1.Appraisal Center for Environment & Engineering, Ministry of Environmental Protection, Beijing 100012, China;2.State Environmental Protection Key Laboratory of Numerical Modeling for Environment Impact Assessment, Beijing 100012, China;3.Beijing Capital International Airport Co., Ltd., Beijing 100621, China)

Since the noise monitoring is lagging far behind the airport construction and airline development, the airport noise pollution is becoming increasingly prominent in China. The airport noise and operation monitoring system was introduced to solve the problems. The noise event recognition, flight track monitoring and analysis, and flight track management were illustrated to explain features of the system. The system can run long time or short time noise monitoring, flight monitoring and management, while urging airlines to use low-noise aircraft, strengthening land use planning around airports, handling complaints from residents to improve public relations, and helping airports take optimum noise control measures. Several typical application cases were presented to provide

for other airports in noise monitoring.

airport noise; noise monitoring; airport noise and operation monitoring system; airport noise management

2015-12-18

環境保護部基金項目(14402400000015001-2)

周鑫(1977—)，女，遼寧鞍山人，工程師，碩士，研究方向為環境噪聲，E-mail：zhouxin@acee.org.cn

胡笑滸(1983—)，男，山東日照人，助理研究員，博士，研究方向為環境噪聲和振動預測，E-mail：huxh@acee.org.cn

10.14068/j.ceia.2016.05.014

X839.1

A

2095-6444(2016)05-0055-04