累積事件飛機噪聲評價指標改進研究

許躍鳳，胡 榮，陳 琳，張菲菲

（南京航空航天大學民航學院，江蘇 南京 210016）

累積事件飛機噪聲評價指標改進研究

許躍鳳，胡 榮，陳 琳，張菲菲

（南京航空航天大學民航學院，江蘇 南京 210016）

選取合理的噪聲評價指標是機場飛機噪聲評估與控制的重要前提。文章分析了部分國家和地區的典型累積事件噪聲評價指標，總結了其共性和差異；針對我國計權等效連續感覺噪聲級與聲環境噪聲指標不統一，提出了累積事件噪聲新指標；針對現有指標一定程度上湮沒夜間噪聲事件的影響，新增了夜間噪聲評價指標；最后采用廣州白云國際機場實際數據開展實例研究，驗證改進后評價指標的有效性，研究結果具有一定的現實參考價值。

航空運輸；飛機噪聲；累積事件；評價指標；夜間指標；實例驗證

航空運輸大大縮短了出行時間，給人們的日常生活帶來很多便利，成為越來越多出行者的首選。2016年，民航業完成運輸總周轉量962.51億噸公里，同比增長13%，民航運輸機場起降架次達到923.8萬架次，同比增長7.9%。民航業飛速發展的同時，飛機起降架次的增多給機場周邊居民帶來了很多噪聲問題，頻頻引發居民抗議事件，機場噪聲控制已成為研究熱點。而科學、客觀地評估機場噪聲則是進行噪聲控制的基礎，如何選取噪聲評價指標合理評估噪聲顯得尤為重要。

飛機噪聲評價指標可以分為單事件噪聲評價指標和累積事件噪聲評價指標。單事件噪聲評價指標用來衡量單架航空器單次飛行事件對地面噪聲影響，可分為兩類，基于噪度的有效感覺噪聲級（LEPN）和最大感覺噪聲級（LEPNmax），以及基于響度的 A 聲級（LA）、聲暴露級（Lse）和等效聲級（Leq）。累積事件噪聲評價指標用來衡量多個飛行事件的累積聲級的影響，其差異性體現在飛行架次、飛行時間等元素累積方式不同。

針對現有飛機噪聲評價指標，Luis Gasco[1]概述了飛機噪聲評價指標的發展歷程，分析了歐洲、美國部分機場的噪聲評價指標；Jules G Slama[2]考慮了環境評價指標和噪聲評價指標之間的轉換方法，以晝夜等效聲級（LDN）和等效聲級為例，開展了轉化計算；Tarcilene Aparecida Heleno[3]針對LDN會造成噪聲失真的現象，提出用等效聲級評估飛機噪聲，并建立了晝間等效聲級和夜間等效聲級兩個噪聲評價量，等等。在國內，對現有飛機噪聲評價量改進的方法主要分為兩類，一類是不改變原有指標，增加新指標，包括：提出增加ISO20906 標準中的 LN[4]、增加最大 A 聲級（LAmax）[5-6]、增加 LEPN[7]、增加感覺噪聲級（LPN）[8]以及增加夜間噪聲評價指標[9]。另一類是改進現有噪聲評價指標：沈穎[10]提出了基于聲暴露級的飛機等效聲級；王冬冬[11]參考噪聲事件數指數NNI設計了基于聲暴露級的噪聲評價指標NEI；朱志聰[12]提出采用LDN代替等效連續感覺噪聲級（LWECPN），并對夜間噪聲加入10 dB的噪聲補償，等。除此之外，沈穎[13]提出基于暴露聲級的飛機等效聲級并建議增加聲暴露級；李玉文[5]針對飛機噪聲對不同人群影響差異，考慮利用系數法進行修正；李東亞[14]提出采用聲暴露級測算單事件噪聲并在噪聲敏感區域加上5 dB的噪聲補償，等等。

綜上所述，國內外學者對噪聲評價指標的研究十分透徹，成果豐富，特別是對我國噪聲評價指標的改進，國內學者從不同角度提出了很多建議和方案。但仍存在如下改進空間：一是很多建議和改進方法還停留在理論層面，鮮有實證研究，可操作性未知；二是夜間噪聲是引起機場周邊居民不滿的重要因素，現有研究對夜間噪聲關注度不夠。因此，本文將對部分國家和地區的累積事件噪聲評價指標進行概述，探討指標間的共性和差異，分析我國現有噪聲評價指標的優點和不足，提出改進方法并進行實例驗證，以期為我國飛機噪聲評價指標改進提供參考。

1 飛機噪聲評價指標概述

19世紀50年代初，專家學者開始致力于飛機噪聲的研究。較之交通運輸中其他運輸方式（公路、鐵路、水運等）的噪聲，飛機噪聲具有突發性、非穩態性、噪聲級高等特點，飛機噪聲評價指標需要綜合反映以上特征，因此種類更多。對12個國家（地區）典型的飛機噪聲評價指標統計與特征分析的結果見表1。

表1 部分國家（地區）噪聲評價指標匯總Tab.1 Summary of noise metrics in some countries and regions

梳理現有研究成果可知，累積事件噪聲評價指標的差異性主要體現在以下幾個方面：

1）單事件噪聲評價指標選取不同。A聲級基于響度，可用聲級計測量獲取；等效聲級基于A聲級，考慮時間因素，是某一段時間內的A聲級能量平均值；有效感覺噪聲級基于噪度，考慮了持續時間和純音修正，計算復雜。所以，單事件噪聲評價指標決定了累積事件噪聲評價指標是基于表征聲音的主觀響度，還是考慮飛機噪聲對人的煩擾度，同時，影響到累積事件噪聲計算的難易程度。

2）時間段劃分及不同時間段計權因子不同。不同國家（地區）的時間段劃分基本為2段或3段，且通常夜間噪聲加10 dB，傍晚噪聲加5 dB或夜間1架次等于白天10架次、傍晚1架次等于白天3架次，例如：等干擾數、社區噪聲等效聲級、晝夜等效聲級等。

3）評價指標考慮的因素多少不同。一些評價指標考慮更為全面，例如計權等效連續感覺噪聲級，單事件噪聲級為有效感覺噪聲級，本身就包含對時間的修正；南非的噪度指數包含對季節的修正，等等。而有些評價指標考慮因素較少，如等效晝夜干擾數，單事件噪聲級為A聲級峰值，可以直接測得，計算簡單。

不同國家（地區）由于政治經濟、人文地理、航空業發展現狀的差異，對飛機噪聲評價指標的選取和制定各不相同，但上述飛機噪聲評價指標可歸納為以下2種形式：

2 我國評價指標存在問題及改進方法

2.1 現行指標

國家環境保護局1988年頒布的《機場周圍飛機噪聲環境標準》（GB9660-88），規定了我國飛機噪聲評價量為一晝夜的計權等效連續感覺噪聲級，單事件噪聲基于有效感覺噪聲級，單位為dB。計算公式如下：

N個有效感覺噪聲級的能量平均值計算公式：

計權有效連續感覺噪聲級計算公式：

式中：N1為白天飛行次數（07：00-19:00）；N2為傍晚飛行次數（19：00-22:00）；N3為夜間飛行次數（22：00-07:00）。

2.2 存在不足

我國現行飛機噪聲評價指標采用能量平均的思想，可以反映一晝夜噪聲事件平均每秒對人的沖擊，在單個噪聲事件的計算時，考慮純音修正，進行累積計算時，考慮到不同時間段飛行架次的權重，具有一定的科學性和合理性。但是仍然存在以下2點不足：

1）難以與環境噪聲評價指標橫向比較，不便于理解。《聲環境質量標準》（GB3096-2008）中規定，我國城市、鄉村、及交通干線的噪聲指標均是基于A聲級的等效聲級，并且分晝/夜等效聲級，各類聲環境功能區有不同的限值標準。而飛機噪聲標準獨立于聲環境標準，采用LEPN為單事件噪聲，造成飛機噪聲評價量難以與城市噪聲、交通噪聲等相互轉化或進行綜合分析。飛機噪聲評價量是將機場噪聲信息傳達給公眾的紐帶，但是對于大部分公眾，現行飛機噪聲評價量是一個陌生、復雜的概念，在對機場周邊居民的走訪中，大多只對聲環境標準有概念，而Leq和LWECPN不對等，這樣會造成對機場噪聲信息的錯誤理解，使標準執行力不足。

2）對夜間噪聲考慮不足。多頻次、高噪聲級的夜間飛行噪聲對機場周邊居民的喚醒率高，嚴重影響睡眠質量，長此以往，會對周邊居民心理和生理造成無法估量的損害。雖然現行噪聲評價標準對夜間噪聲進行了噪聲補償：夜間1架次噪聲等于白天10架次。但是，基于其等能量原理，還是無法體現飛機噪聲聲壓級高、突發性的特點，削弱了夜間噪聲對機場周邊居民的影響。也就是說，即使噪聲符合國家標準的區域，部分機場仍然存在夜間噪聲嚴重擾民的情況，僅用現有指標進行度量的結果不完全準確，需增加其他輔助指標加以補充。

2.3 指標改進

基于上述不足，建立以Lse為單事件噪聲評價指標的新指標，同時增加夜間噪聲評價指標作為補充。

1）選取單事件噪聲評價指標。聲暴露級，同樣是基于等能量原理，定義為：在保持聲壓級不變的情況下，持續時間為1 s的A加權聲級，聲暴露級的能量值與實際獲取的來自于某一噪聲事件的噪聲值相等[10]，可以直接測量、計算簡便，如

式中：LA（t）是 A 計權聲壓級。

2）計算N個等效聲級的能量平均值。參考計權等效連續感覺噪聲級中N個有效感覺噪聲級的能量平均值計算公式，可得到計算方法如

3）確立累積噪聲事件評價新指標。有效感覺噪聲級和暴露聲級的換算關系為：LEPN≈Lse+3，常數項可確定為37，同時保留原來的時間分段和噪聲補償。因而獲得的新指標既能與環境標準相統一，又能利用原有噪聲評價指標限值，具體如

式中：N1為白天飛行次數（07：00-19:00）；N2為傍晚飛行次數（19：00-22:00）；N3為夜間飛行次數（22：00-07:00）。

4）新增夜間噪聲評價指標。為了不湮沒夜間飛機噪聲對人的影響，建立基于架次的夜間噪聲評價指標，將夜間噪聲分攤到每個航班；同時考慮到夜間飛行架次越多，對機場周邊居民的干擾越大、喚醒率越高，對夜間飛行架次總量設置權重，參考噪聲事件指數NNI，本文將權重設置為15。

新增夜間噪聲評價指標如

式中：Leq（i）為第 i架次夜間飛行事件的聲暴露級。

3 實例驗證

本文以廣州白云機場離場數據為例，結合MATLAB繪制指標改進前后累積事件噪聲等值線圖和夜間噪聲等值線圖，并計算噪聲值和噪聲影響面積。

3.1 數據準備

選取2015年8月1號廣州白云機場VIBOS離場數據，該日天氣情況良好，沒有大面積航班延誤等情況，可代表機場日常情況。離場航班總數為150架次，各時段主要機型統計如表2。

3.2 實例計算

3．2．1 改進后累積事件噪聲評價指標

采用ECAC．CEAC Doc29提供的“飛機軌跡—網格化—斜距計算—NPD差值—修正計算—噪聲事件累加”的累積事件噪聲計算方法，利用MATLAB編程，繪制改進前累積事件噪聲評價指標噪聲等值線如圖1，改進后如圖2。根據我國《機場周圍飛機噪聲環境標準》，確定噪聲影響面積計算范圍為70～100 dB，計算最大噪聲值和噪聲影響面積匯總如表3。

表2 不同時段主要機型離場架次統計表Tab.2 The statistic data of main aircraft types at different time periods

圖1 改進前噪聲評價指標噪聲等值線圖Fig.1 Noise contours of old noise metric

圖2 改進后噪聲評價指標噪聲等值線圖Fig.2 Noise contours of new noise metric

由圖1，圖2可看出，改進前后的噪聲評價指標噪聲等值線差別不大；結合表3的計算數據，改進前后的最大噪聲值和各個分貝值下的噪聲影響面積十分相似。這就說明：改進后的噪聲評價指標依然可以利用現行機場飛機噪聲評價指標限值，且與聲環境標準相統一，計算簡便。

3.2.2 夜間噪聲評價指標

據統計，夜間噪聲飛行航班共有26架次，占離場航班總量的17%，機型包括A321、A320、A333、A319、B737、B738、B77W，繪制夜間噪聲事件等值線如圖3。

表3 最大噪聲值及噪聲影響面積匯總Tab.3 Summary of maximum noise value and noise impact area

圖3 夜間噪聲評價指標噪聲等值線圖Fig.3 Noise contours of noise metric at night

對比圖1、圖3，可明顯看出，雖然兩者等值線輪廓相似，但夜間噪聲等值線高分貝值覆蓋情況遠遠高于改進前指標噪聲等值線；計算夜間噪聲最大值為104.6 dB，較之改進前指標，夜間指標最大噪聲增加12．6 dB，導致出現100 dB以上的噪聲影響面積，同時使70～90 dB的噪聲影響面積呈現倍數級增長，分別是：5．5，9．7，28．0。 為了更加直觀地對比兩者噪聲影響，對比 75 dB 和 90 dB 的噪聲等值線如圖 4，圖 5。

圖4 75 dB噪聲等值線對比Fig.4 Comparison of noise contours in 75 dB

圖5 90 dB噪聲等值線對比Fig.5 Comparison of noise contours in 90 dB

由圖4，圖5可明顯看出夜間指標噪聲等值線覆蓋面積遠大于改進前指標，也就是說：很多情況下，按照噪聲評價指標（24 h）計算結果雖然符合國家標準，但是夜間噪聲對機場周邊居民的實際影響遠遠高于標準，嚴重影響到機場周邊居民的睡眠質量，造成機場周邊居民抗議事件頻發。在新建機場或者改擴建機場的時候，需要將夜間噪聲納入考量范圍。本文新增的夜間噪聲評價指標合理可行，具有參考價值。

4 結論

本文分析了國內外噪聲評價指標研究現狀，總結了評價指標制定的通式，針對我國噪聲評價指標與環境標準不統一、忽略夜間噪聲影響的問題，提出以聲暴露級為單事件噪聲評價指標、新增夜間噪聲評價指標的改進思路，同時鑒于國內指標研究鮮有實例驗證從而造成指標應用性不強的問題，開展了實例分析，研究結論如下：

1）改進后的累積事件噪聲評價指標最大噪聲值及噪聲影響面積計算結果與改進前相近，可在不改變現行機場飛機噪聲限值的前提下應用。

2）改進后的累積事件噪聲評價指標計算簡便，且易與我國環境噪聲指標相互轉換，適用性強。

3）新建的夜間噪聲評價指標可很好地反映夜間噪聲的實際影響，與改進前的指標相比，噪聲級越高，噪聲影響面積增長率越大。

4）夜間噪聲評價指標可在新建機場或者改擴建機場時提供一定參考。

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Research on Improving Aircraft Noise Metric of Cumulative Event

Xu Yuefeng，Hu Rong，Chen Lin，Zhang Feifei
（College of Civil Aviation,Nanjing University of Aeronautics and Astronautics,Nanjing 210016,China）

Reasonable selection of noise evaluation index is an important prerequisite for airport noise assessment and control.The typical noise evaluation indexes of some countries and regions were analyzed,and their commonalities and differences were summarized in this paper.To solve the problem that the weighted equivalent continuous perceived noise level in China was in disunity with the acoustic environment noise metric,a new noise metric of cumulative event was proposed.Aiming at the fact that the existing metrics,to a certain degree,neglect the influence of night noise event,a new night assessment metric was put forward.Finally,a case study based on the data of Guangzhou Baiyun International Airport was carried out to verify the effectiveness of the evaluation metrics.It maintains the results are of reference value.

air transportation； aircraft noise； cumulative event； evaluation index； night metric； instances verification

（責任編輯 姜紅貴）

V216；[U8]

A

1005-0523（2017）06-0090-07

2017－07－04

國家自然科學基金（71401072）；中央高校基本科研業務費專項資金（NR2014007，NS2015068）；江蘇省研究生培養創新工程（SJLX16_0118）；南京航空航天大學研究生創新基地（實驗室）開放基金（KFJJ20160702）

許躍鳳（1992—），女，碩士研究生，研究方向為航空航天。

胡榮（1980—），男，副教授，博士，研究方向為民航經濟。