城市噪聲污染監測與評價方法研究

胡亦晨

上海市環境監測技術裝備有限公司 上海 201108

目前，城市噪聲污染問題日益凸顯，給居民健康帶來了嚴重影響。城市噪聲污染監測與評價是解決城市噪聲污染問題的關鍵步驟之一，而其準確度和有效性對于城市噪聲治理的成效具有至關重要的作用。目前，國內外在城市噪聲監測與評價方面的研究取得了一定的進展，但仍存在一些問題，例如監測方法不夠全面、評價方法不夠準確、監測與評價系統建設缺乏統一標準等。因此，開展城市噪聲污染監測與評價方法的研究，具有重要的理論意義和實踐價值。本文將系統地探討城市噪聲污染的監測與評價方法，旨在為城市噪聲污染治理提供科學的決策依據和技術支撐。

1 城市噪聲污染的概述

1.1 城市噪聲的來源

城市噪聲的來源是多種多樣的，包括交通噪聲、工業噪聲、建筑施工噪聲、社會噪聲和環境噪聲等。交通噪聲是城市噪聲污染的主要來源之一，來自于各種交通工具的行駛和交通設施的運行。工業噪聲則來自于各種工業設施的運行，包括機械設備、生產線和廠房等。建筑施工噪聲是由建筑施工過程中的機械設備、工具和車輛等引起的。社會噪聲則是由人類活動產生的噪聲，如音樂、人聲、廣播等。環境噪聲則來自于自然環境中的各種聲音，如風聲、水聲等。不同來源的城市噪聲具有不同的特點，頻率、強度、時域和空域分布等各不相同[1]。因此，對城市噪聲污染進行有效的監測和評價需要針對不同來源的噪聲進行詳細分析，以制定針對性的控制措施。

1.2 城市噪聲對人類健康的影響

城市噪聲污染是當代城市環境中的一大公共衛生問題。長期暴露于高噪聲環境中會給人類健康帶來嚴重影響。首先，高噪聲水平會對人的聽力系統造成損害，例如聽力損失和耳鳴等。其次，城市噪聲也會引起心理壓力和情緒失調，進而導致失眠、焦慮、抑郁等心理問題。此外，高噪聲環境還會對人的心血管系統、內分泌系統、免疫系統等產生不良影響，從而增加心臟病、高血壓、糖尿病等疾病的發病率。特別是在兒童和老年人中，這種影響更為明顯。因此，城市噪聲污染對人類健康造成的影響不容忽視。

1.3 城市噪聲污染的監測與評價方法概述

城市噪聲污染的監測需要對噪聲進行實時或定期的測量，以確定污染源、污染程度和污染特征等信息，為城市環境管理提供科學依據。城市噪聲污染的評價需要對測量結果進行分析和綜合，評估噪聲對人體健康和環境影響的程度，為決策提供科學依據。城市噪聲污染的監測方法主要包括基于測量設備、基于模型和基于人工智能的監測方法?；跍y量設備的方法是利用專門的噪聲測量設備進行實時或定期的測量，包括固定監測點和移動監測點。基于模型的方法則是通過建立噪聲傳播模型，預測噪聲污染分布和影響范圍[2]?；谌斯ぶ悄艿姆椒ㄊ菍C器學習、深度學習等算法應用于城市噪聲監測，提高監測效率和準確度。城市噪聲污染的評價方法主要包括靜態評價、動態評價和基于GIS的評價方法。靜態評價方法是根據噪聲測量數據或模擬結果進行定量或定性的評價，主要包括單點評價、等效級評價和統計分析評價等。動態評價方法是根據噪聲時變特征進行評價，主要包括時間特征評價、頻譜特征評價和統計特征評價等?；贕IS的評價方法是將噪聲測量數據與地理信息系統相結合，分析噪聲分布規律和空間特征。

2 城市噪聲監測方法

2.1 基于測量設備的監測方法

基于測量設備的城市噪聲監測方法，通過設備的安裝、運行和數據采集，可以直接獲得城市噪聲的實時監測數據，常見的測量設備包括噪聲計、聲級計和噪聲傳感器等。噪聲計和聲級計是兩種廣泛應用的測量設備，噪聲計一般采用頻率加權法，按照國際標準ISO1996-2進行測量，能夠準確測量不同頻率范圍內的聲音強度，具有廣泛的應用領域。聲級計則是一種更加精確的測量設備，它能夠測量聲音的聲壓級和頻率響應等參數，適用于噪聲污染源的實時監測和頻譜分析等方面。此外，噪聲傳感器是一種基于MEMS技術的新型噪聲測量設備。它具有體積小、功耗低、精度高等優點，能夠實時采集噪聲數據，并通過與云端通訊實現數據的集中管理與分析，可廣泛應用于城市噪聲污染監測領域。在基于測量設備的監測方法中，需要注意設備的準確性和可靠性。設備的準確性可以通過定期校準和檢測來保證，而設備的可靠性則需要在設備的選型、安裝和維護方面做好相應工作，確保設備能夠穩定運行并采集到準確的數據。

2.2 基于模型的監測方法

基于模型的城市噪聲污染監測方法，對城市噪聲污染的來源、傳播和接受規律的理論分析，建立相應的數學模型，用于預測噪聲污染水平?；舅悸肥峭ㄟ^建立噪聲傳播數學模型，分析噪聲源和受體之間的空間關系，計算預測不同區域的噪聲水平，并與實測值進行比較，進而評估噪聲污染狀況。這種方法具有成本低、實時性好等優點，適用于對城市噪聲污染的大范圍監測。在建立噪聲傳播模型時，需要考慮多種因素的影響，如地形、建筑物、道路交通等。因此，建模的過程需要較為全面的噪聲污染源數據和準確的環境參數，如建筑高度、路面類型、交通流量等?；谀Ｐ偷谋O測方法需要準確建立噪聲源和受體的數學模型，并采用數值模擬方法進行計算，需要具備較高的數學模型和計算機模擬技術。不同的數學模型有其適用的場景和局限性，如Gaussian模型適用于平原區域的噪聲傳播，但對山區等地形復雜的區域效果不佳。因此，需要根據實際情況選擇合適的模型，并結合實測數據進行不斷調整和完善。

2.3 基于人工智能的監測方法

基于人工智能的城市噪聲監測方法，可以通過模式識別和預測來實現對噪聲污染的準確監測?；谌斯ど窠浘W絡的監測方法中，人工神經網絡會學習噪聲監測設備采集的數據，并根據其特征對噪聲污染進行分類和預測。該方法具有監測精度高、實時性強等優點，但需要大量數據進行訓練，且網絡結構的設計和參數的設置對監測結果有著很大的影響。另一種基于人工智能的城市噪聲監測方法，通過學習一些已知的噪聲樣本，能夠構建一個分類器，從而將噪聲信號進行分類。基于支持向量機的監測方法能夠對非線性噪聲信號進行分類，具有較好的泛化能力和分類精度。然而，該方法對噪聲特征的選擇和分類器的設計有一定的要求。此外，基于深度學習的城市噪聲監測方法也成為了研究熱點，該方法利用深度神經網絡進行特征提取和分類，能夠更好地學習數據的高階特征，從而提高監測精度和可靠性[3]。但是，該方法需要大量的數據和計算資源，且對網絡的結構和參數的調節有一定的技術難度。

3 城市噪聲評價方法

3.1 靜態評價方法

靜態評價方法是常見的城市噪聲污染評價方法之一，其基本思路是通過對城市噪聲環境的分析，利用適當的數學模型，對城市噪聲污染進行定量分析和評價。靜態評價方法通常分為兩種類型，即基于標準的評價方法和基于專家經驗的評價方法?；跇藴实脑u價方法是將噪聲監測數據與國家或地方政府的相關標準進行比對，以判斷城市噪聲污染的等級和嚴重程度。而基于專家經驗的評價方法則是利用專家對城市噪聲環境的認知和經驗，綜合考慮噪聲源、環境特征、噪聲對人體健康的影響等因素，對城市噪聲污染進行評價。

在基于標準的評價方法中，常用的評價指標包括噪聲級別、聲音頻率分布、持續時間等。這些指標可以通過現場噪聲監測儀器進行實時監測和分析。在基于專家經驗的評價方法中，專家的經驗和知識通常通過定量分析方法進行歸納總結，建立專家咨詢系統，以協助決策者進行城市噪聲污染評價。無論是基于標準的評價方法還是基于專家經驗的評價方法，都有其優點和不足?；跇藴实脑u價方法相對簡單易行，且評價結果具有客觀性和可比性；而基于專家經驗的評價方法則能綜合考慮各種因素，具有較高的可靠性和準確性。但由于城市噪聲環境的復雜性和變化性，單一的評價方法難以全面評價城市噪聲污染，因此需要綜合采用多種評價方法，并結合實際情況進行調整和完善。

3.2 動態評價方法

城市噪聲污染的動態評價方法與靜態評價方法的區別在于，動態評價方法更加關注城市噪聲污染的時空變化情況，能夠更準確地反映噪聲污染對城市居民的影響。動態評價方法主要包括以下幾種：時頻分析、周期性分析和多元統計分析。其中，時頻分析是一種較為常用的方法，它通過將時域和頻域相結合來分析噪聲信號的時空特征，進而評估城市噪聲污染水平。時頻分析可將噪聲信號進行小波分解，從而提取出信號的時頻特征，進而分析噪聲污染的時空變化規律。另一種動態評價方法是周期性分析。它主要基于噪聲信號的周期性變化，通過對信號的周期性進行分析來評估噪聲污染的程度。周期性分析方法通常包括周期檢測、周期分析和周期識別三個步驟。多元統計分析是一種較為復雜的動態評價方法，它能夠綜合考慮多種因素對城市噪聲污染的影響[4]。它可以將噪聲信號與其他環境因素進行關聯分析，進而評估城市噪聲污染水平。

3.3 基于GIS的評價方法

基于GIS（地理信息系統）的城市噪聲污染評價方法，是一種基于空間數據的動態評價方法，基本思想是將城市噪聲監測數據與地理信息數據相結合，通過空間分析技術將噪聲污染情況可視化，從而更好地了解噪聲污染的空間分布和變化趨勢。GIS技術可以實現噪聲污染的空間數據分析、噪聲源分布分析、噪聲污染的空間可視化等。具體來說，基于GIS的城市噪聲污染評價方法包括以下步驟：首先，收集城市噪聲監測數據和相關的地理信息數據，如建筑物分布、交通流量等。然后，利用GIS軟件對這些數據進行處理和分析。這包括數據的空間插值、分類、統計分析等操作。接下來，利用GIS技術將處理后的數據可視化，生成噪聲污染的熱力圖、等值線圖等，直觀地顯示噪聲污染的空間分布。最后，通過對可視化結果的分析，得出噪聲污染的程度、分布、變化趨勢等評價結果。

4 城市噪聲污染監測與評價系統

4.1 監測與評價系統的概述

城市噪聲污染監測與評價系統是一種基于計算機技術和傳感器技術的綜合系統，其主要功能是對城市噪聲污染的程度進行實時監測，并根據監測結果對城市噪聲污染的程度進行評價。該系統包含了監測設備、數據處理模塊、評價模塊等多個部分，能夠實現對城市噪聲污染的實時、準確、可靠的監測和評價。

4.2 監測與評價系統的架構設計

城市噪聲污染監測與評價系統的整體架構設計如圖1所示。系統由傳感器、信號調理模塊、數據采集模塊、數據處理模塊和評價模塊等多個部分組成。

圖1 城市噪聲污染監測與評價系統架構

傳感器用于實時監測城市噪聲污染的數據，信號調理模塊則用于對傳感器采集到的原始數據進行處理和校準。數據采集模塊用于將處理后的數據傳輸至數據處理模塊，數據處理模塊則是對數據進行預處理、過濾、分析和統計，并對城市噪聲污染的程度進行評價。最后，評價模塊則將評價結果反饋至數據處理模塊，并將結果顯示在界面上，供用戶查看。

4.3 監測與評價系統的實現技術

城市噪聲污染監測與評價系統的實現技術主要包括傳感器技術、信號處理技術和數據處理技術。傳感器技術是城市噪聲污染監測與評價系統的核心技術。傳感器可以實時監測城市噪聲污染的數據，并將數據傳輸至數據處理模塊。根據傳感器的特性和功能，可以將傳感器分為聲學傳感器、振動傳感器和電子傳感器等多個類型。信號處理技術是對傳感器采集到的原始數據進行處理和校準，以提高數據的可靠性和準確性。在信號處理過程中，主要采用濾波、采樣、放大、校準等多種技術手段，以保證數據的準確性和穩定性。數據處理技術是城市噪聲污染監測與評價系統的關鍵技術之一。數據處理技術的主要任務是對采集到的數據進行預處理、過濾、分析和統計，并對城市噪聲污染的程度進行評價。數據處理技術主要包括數據處理算法、數據分析方法和模型建立等技術手段。在實現技術方面，城市噪聲污染監測與評價系統還需要考慮數據傳輸和存儲等方面的問題。數據傳輸主要采用無線通信技術，可以實現傳輸距離遠、傳輸速率快、傳輸穩定等優點。而數據存儲方面，可以采用數據庫技術，以實現數據的快速存取和查詢。

5 結語

本文綜述了城市噪聲污染監測與評價方法的研究現狀，從城市噪聲的來源、對人類健康的影響、監測與評價方法的概述、監測方法、評價方法以及監測與評價系統等方面進行了詳細的闡述。此外，本文還介紹了監測與評價系統的概述、架構設計和實現技術。然而，這些方法在實際應用中還存在一些問題和局限性，需要進一步完善和優化。綜上所述，本文研究為城市噪聲污染的監測與評價提供了理論基礎和應用指導，但在未來的研究中仍需要更多的努力和探索。