區域環境噪聲自動監測與手工監測對比研究

楊仲瑋

（蘭州新區環境監測站，甘肅 蘭州 730314）

隨著我國城鎮化建設的快速推進，城市的規模在不斷擴大，人類活動的強度也在隨之增加，隨之而來的環境噪聲污染問題也愈來愈凸顯。由于環境噪聲具有瞬時性、隨機性、局域性等特點，而手工監測由于時間短、頻次低、數據少，使噪聲監測點位的空間、時間代表性十分有限，加之缺乏長時間的監測數據，增加了噪聲監測與評價的難度，難以長期、連續反映城市整體的聲環境質量狀況。因此如何利用現代化手段對區域環境噪聲進行自動監測，更及時、準確地為環境管理及決策部門提供環境噪聲防治的技術支撐，成為一項緊迫的工作。

1 區域環境噪聲自動監測的必要性

1.1 環境噪聲污染的特點和危害

環境噪聲污染是指由于人類活動所產生的噪聲干擾他人正常生活、工作和學習的現象。噪聲污染的主要特點：一是影響范圍有限，噪聲污染是一種能量流污染，聲波的傳播過程是聲能量傳播的過程，聲能量隨距離逐步衰減，所以其影響范圍有限；二是聲源分散，由于噪聲源廣泛而分散且不固定，噪聲污染隨時隨地都可能會發生；三是非持續性，噪聲源一旦停止發聲，噪聲即會消失，噪聲污染不再持續，但噪聲已產生的傷害不一定消除，如突發性噪聲造成的突發性耳聾。

有研究表明，如果長期暴露在強噪聲環境下，那么聽力下降的情況將不能復原，使內耳感覺器官發生器質性病變，變成噪聲性聽力損失。長期生活在噪聲環境中，更容易出現耳鳴、頭痛、頭暈、失眠等精神衰弱癥狀，并有可能對人體的各個器官造成不良影響。同時長期暴露在噪聲下，還有可能出現胃腸功能紊亂，女性月經失調等癥狀[1-6]。噪聲給受害人帶來的精神傷害是客觀存在的，這種損害具有潛伏性的特征，并且很難通過物理學或者醫學上的方法測量出來加以量化。

1.2 環境噪聲自動監測的意義

隨著我國不斷加快推進生態環境監測體系和監測能力現代化水平，利用現代化手段，實施對環境噪聲進行自動監測，將使我國的環境噪聲監測能力達到新的水平，可更及時、準確地為噪聲污染防治管理及決策提供可靠依據。噪聲自動監測的意義主要體現在以下幾個方面[7-9]：第一，目前我國聲環境功能區常規監測主要還是采用定點監測法進行24 h監測，各測點每季度僅監測1次，主要采用便攜手持式監測儀器，監測頻次低、勞動強度大，監測結果的代表性及反映噪聲污染狀況的及時性都受到一定限制。針對環境噪聲污染具有變化大和隨機性的特點，對環境噪聲進行自動連續監測，能更全面、真實地反映聲環境質量狀況；第二，噪聲監測的現代化、自動化水平與國外噪聲監測水平，或與國內大氣、水質監測水平相比已遠遠落后。噪聲自動監測技術在對聲環境質量變化分析、重點源監控等方面有明顯優勢，是建立先進的環境監測預警體系的主要內容之一。甘肅省人民政府辦公廳2017年印發的《甘肅省生態環境監測網絡建設實施方案》中已明確提出，要對交通、功能區、機場等重點環境噪聲源逐步實施自動監測，為此甘肅省生態環境廳于2020 年投資1 800 萬元在全省范圍內新建121個功能區噪聲自動監測站和14個交通噪聲自動監測站，并對已有8 個噪聲自動監測站進行升級改造。2021 年12 月中華人民共和國第十三屆全國人民代表大會常務委員會通過的《中華人民共和國噪聲污染防治法》中也明確要求各級生態環境主管部門要組織開展聲環境質量監測，推進監測自動化，統一發布聲環境質量狀況信息，因此推行聲環境質量自動化也是今后噪聲污染防治管理的重要舉措。

2 研究區域及監測儀器

2.1 研究區域

區域環境噪聲監測在布點時應考慮測點位置的空間代表性、分散性和抗干擾性，使測點盡可能布設在人口稠密的區域[10-12]。本次研究區域為蘭州新區宗家梁安置小區附近區域，該區域內分布有一個大型居民小區、一所綜合性醫院以及一所九年一貫制學校等噪聲敏感目標。在該區域內設置一個聲環境質量自動監測點位，該點位距蘭州中川國際機場跑道南端約3.8 km，位于飛機航跡投影線下方東側，在該點位采集到的數據可以反映出該區域內聲環境質量的狀況以及中川機場飛機起降噪聲對該區域的影響情況。

2.2 監測儀器

自動監測儀器選用杭州愛華儀器有限公司生產的AWA6218J 型環境噪聲自動監測系統，該系統主要由噪聲監測終端（包括戶外傳聲器單元、數據采集控制單元和電源部分）、數據傳輸單元、中心服務器（計算機）、環境噪聲數據管理軟件等組成。儀器前端采用實時信號分析技術，對噪聲信號進行實時1∕3 倍頻程分析，并監測與分析環境噪聲的特征，判斷噪聲來源，通過無線網絡傳輸，實現遠程數據遙測、噪聲事件監測、系統自動校準。經過連續監測，其數據獲取率均值為96.36%，符合環境噪聲自動監測系統技術要求中的數據采集率應大于95%的要求。

手工監測儀器選用杭州愛華儀器有限公司生產的AWA6228+型聲級計，現場校準儀器為杭州愛華儀器有限公司生產的AWA6221A 型聲校準器。以上監測儀器均已由省級計量檢定部門檢定合格。

3 自動監測與手工監測數據對比分析

3.1 儀器功能核查

對照《環境噪聲自動監測系統技術要求》（HJ 907-2017），需對自動監測儀器基本功能進行核查，核查內容包括：（1）傳聲器是否具有防風罩；（2）是否具有防雷設計；（3）傳聲器支架是否方便傳聲器安裝、拆卸和聲校準操作；（4）傳聲器距離反射面＞2 m，安裝高度＞4 m；（5）數據采集單元是否符合1級聲級器要求；（6）量程范圍：30～130 dB；（7）頻率范圍：20～20 kHz；（8）是否具有A、C、Z 頻率計權方式；（9）是否具有F、S 時間計權方式，采樣時間間隔不大于1s；（10）是否具有倍頻程或1∕3倍頻程等實時頻譜分析功能（1∕1 倍頻程分析范圍：16～16 kHz、1∕3 倍頻程分析范圍：12.5～20 kHz）；（11）是否可對子站進行遠程校時；（12）是否可以遠程查詢子站電源配置及當前狀態；（13）是否可以進行遠程復位子站；（14）上電運行72 h測試有無死機，核查結果全部合格。

3.2 儀器校準

為確保監測結果的有效性，按照環境噪聲監測技術規范中噪聲監測質量保證和質量控制的要求，噪聲測量儀器在每次測量前后應在現場用聲校準器進行聲校準，其前后校準值偏差不應大于0.5 dB，否則測量無效。因此在進行比對監測前后，均對自動監測設備與手工監測儀器進行了校準核查，聲校準器聲壓級為94.0 dB，校準頻率為1 000 Hz，自動監測設備校準前值94.0 dB，校準后值94.0 dB，差值0 dB；手工監測儀器校準前值93.8 dB，校準后值94.0 dB，差值0.2 dB；校準差值均小于0.5 dB。

3.3 比對測試情況

為驗證自動監測數據的準確性，監測人員采用手工儀器和自動儀器進行現場比對監測，每10 min獲得一組數據，共獲得6 組數據進行比對見表1，測試的指標包括LAeq、Lmin、Lmax、L10、L50和L90。

表1 兩種方法比對測試數據表

為判斷兩種監測方法獲得的監測數據有無顯著性差異，利用T-test 法對兩種方法獲得的監測數據進行檢驗[13]。

T 檢驗主要通過樣本均值的差異進行檢驗，統計學上以“總體間沒差別”計算顯著性水平H0，拒絕原假設H0的最小顯著性水平稱為檢驗的p 值，來檢驗假設的結果[14-15]。由于本次為兩個獨立樣本的T檢驗，需要先進行F檢驗，以檢驗兩個獨立樣本的方差是否相同，若兩總體方差相等，則直接用T檢驗[16]。

首先進行F檢驗，

假設H0:δ1=δ2

經計算可得，

FLAeq=1.24、FLmin=1.56、FLmiax=2.24、FL10=1.38、FL50=1.45、FL90=1.53

給定α=0.025，查F 分布臨界值表可得F0.025(5,5)=7.15

FLAeq、FLmin、FLmiax、FL10、FL50、FL90均小于F0.025(5,5)，因此兩種方法具有相同的方差。

然后進行T檢驗，

假設H0:μ1=μ2

經計算可得，

tLAeq=0.056、tLmin=1.955、tLmiax=0.042、tL10=0.634、tL50=1.124、tL90=1.027

通過T 檢驗結果可以看出，兩種方法所獲得的LAeq、Lmin、Lmax、L10、L50和L90的監測數據結果無顯著性差異。

給定α=0.05，查t 分布臨界值表可得t0.05(10)=2.228

tLAeq、tLmin、tLmiax、tL10、tL50、tL90均小于t0.05(10)，所以兩種方法監測結果無顯著差異。

4 結語

相比于手工監測，環境噪聲自動監測具有多重優勢。一是可以連續獲得實時監測數據，針對環境噪聲污染具有變化大和隨機性的特點，對環境噪聲進行連續監測，能更全面、真實地反映聲環境質量狀況，可以更及時、準確地為噪聲污染防治管理及決策提供可靠依據，相反手工監測由于對監測人員的依賴程度較大，只能獲取某一時間段內的噪聲監測數據，無法連續完整地反映該區域的聲環境狀況；二是自動監測系統可以選配實時頻譜分析功能，以及加入氣象模塊、車流量等功能模塊，更好地監測與分析環境噪聲的特征，判斷噪聲來源；三是自動監測系統具有自動或遠程校準功能，可以根據設置的時間、間隔自動進行電校準，以確保噪聲監測數據的準確。

從本次比對測試的情況來看，自動監測采集的數據與手工監測采集的數據之間無顯著差異。在儀器配置符合要求和做好運行維護的前提下，自動監測技術可以在區域聲環境質量監測工作中代替手工監測，這也已經逐漸成為未來區域聲環境質量監測的一種主要手段。