基于典型飛行事件的飛機噪聲影響評估方法

張昌佳，鄧東明

（廣東省建筑科學(xué)研究院集團股份有限公司 廣州 510500）

關(guān)鍵字：飛機噪聲；計權(quán)等效連續(xù)感覺噪聲級；典型飛行事件；數(shù)字信號處理

0 引言

隨著我國社會經(jīng)濟的持續(xù)快速發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，機場建設(shè)日益活躍，機場周邊也大量建設(shè)配套建筑以保障機場的正常運行。另一方面，由于飛機噪聲較大（近進區(qū)域單架飛機噪聲可達90 dB［1］），加之機場及周邊區(qū)域交通車流持續(xù)增加，機場周邊建筑噪聲污染問題日益嚴(yán)重，因此研究機場周邊場地飛機噪聲的影響尤為重要。

《機場周圍飛機噪聲環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)：GB 9660—1988》［2］及《機場周圍飛機噪聲測量方法：GB 9661—1988》［3］規(guī)定機場周圍飛機噪聲的環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)采用一晝夜的計權(quán)等效連續(xù)感覺噪聲級（LWECPN）作為單值評價量。LWECPN綜合考慮了一段監(jiān)測時間內(nèi)通過一固定點的飛行引起的總噪聲級，同時也考慮了不同時間內(nèi)飛行所造成的不同社會影響。鄭大瑞等人［4］的研究表明計權(quán)等效連續(xù)感覺噪聲級不但在物理上，而且在心理上都是對機場周圍飛機噪聲有效的評價方法。然而，韓芹芹等人［5-7］的研究也提出，由于機場噪聲的非穩(wěn)態(tài)性及時空間斷性特點，在對機場周邊場地飛機噪聲進行監(jiān)測時，受飛機起降的不確定性、天空能見度以及背景噪聲較大等各種噪聲的影響，使得對飛機噪聲的計算和評價存在諸多困難。

陳林等人［8-9］的研究采用INM、AEDT 等模擬軟件對飛機噪聲影響進行了分析。軟件模擬主要基于單架飛機的駕駛情況和飛行路徑，在通過獲得機場的起降數(shù)據(jù)后對機場噪聲進行預(yù)測。模擬方法能預(yù)測不同流量、不同機型的機場噪聲，但不容易反映具體案例的實際噪聲大小。

本文借鑒了機場噪聲實測和模擬方法的優(yōu)點，提出利用典型飛行事件聲序列，運用數(shù)字信號處理技術(shù)評估機場噪聲，并選取了機場附近一塊場地作為實例進行方法的驗證和分析。

1 典型飛行事件的飛機噪聲影響評估方法

根據(jù)文獻［3］，LWECPN由以下公式計算得到：

式中：N1為白天的飛行次數(shù)；N2為傍晚的飛行次數(shù)；N3為夜間的飛行次數(shù)。

LEPN為N次飛行的有效感覺噪聲級LEPN的能量平均值，LEPN的計算方法如式⑵：

式中：Td為持續(xù)時間；T0為標(biāo)準(zhǔn)時間，取10 s。

從式⑴、⑵可以看出，要得到等效連續(xù)感覺噪聲級，應(yīng)測量晝夜所有飛行事件有效感覺噪聲級，所以實際測量時通常采用晝夜連續(xù)監(jiān)測的方法。對于機場周邊地塊，由于交通復(fù)雜，大部分飛行事件發(fā)生時背景噪聲較大，信噪比低，因此監(jiān)測得到的噪聲聲壓級時間序列中很難判斷出哪些時段出現(xiàn)了飛行事件；即使判斷出飛行事件，也往往由于信噪比過低，絕大部分飛行事件不易得到有效的飛行事件歷程圖，因為測量要求飛機噪聲級最大值至少超過背景噪聲級20 dB，測量結(jié)果才被認為可靠［10］。

鑒于實際測量中的不可操作性，本文提出采用一種試驗性方法計算等效連續(xù)感覺噪聲級，其步驟如下：⑴分析場地長時段監(jiān)測的聲壓級時間序列，并結(jié)合現(xiàn)場測量視覺判斷，挑選出信噪比較高的飛行事件作為典型飛行事件，提取其測量數(shù)據(jù)；⑵通過數(shù)據(jù)處理得到典型的飛行事件歷程圖，得到其最大聲壓級和持續(xù)時間，將其作為其他飛行事件的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；⑶在滿足飛機起降頻次（通過向空管部門或相關(guān)航空服務(wù)公司獲得）的約束下，通過隨機的方法（隨機選擇飛行事件出現(xiàn)時間，隨機選擇典型飛行事件）生成晝夜各個時段的飛行事件分布；⑷通過對晝夜飛行事件分布進行能量平均得到計權(quán)等效連續(xù)感覺噪聲級。

2 實例場地測量與數(shù)據(jù)處理

2.1 場地現(xiàn)狀

如圖1 所示，測量實例場地位于南方某大型機場南側(cè)，距離機場最近跑道盡端1.0 km，距離機場其他兩條跑道1.3 km。場地內(nèi)將興建機場綜合服務(wù)大樓項目，占地面積近6萬m2，主要功能為機場服務(wù)辦公。

圖1 案例場地位置Fig.1 Case Location Indication

目前場地為空地，其四周已建多個機場服務(wù)配套建筑，場地東側(cè)、南側(cè)緊鄰服務(wù)區(qū)內(nèi)交通道路，西側(cè)100 m 遠處為車流量較大的機場高速道路。按照文獻［2］的要求，測量得到的場地環(huán)境噪聲顯示：場地邊界噪聲較大，其晝間連續(xù)等效聲級在60～65 dB（A）之間，地塊內(nèi)部連續(xù)等效聲級為50～55 dB（A）之間；夜間噪聲級比晝間小約5 dB。

2.2 測量實例的典型飛行事件

通過現(xiàn)場觀察和分析案例場地噪聲級監(jiān)測的時間序列圖，飛行事件出現(xiàn)時最大聲壓級與本地噪聲聲壓級差10～20 dB之間，因此挑選信噪比較高的飛行事件進行數(shù)據(jù)處理，獲得7 個典型飛行事件的噪聲時間序列，其中兩個的時間歷程示例圖如圖2和表1所示，7 次飛行事件最大聲壓級值錄得為62.4～69.5 dB（A），持續(xù)時間從7～28 s 不等（見表2），反映了不同狀態(tài)的飛行事件的噪聲影響長短有所差異。

圖2 典型飛行事件時間歷程示例Fig.2 Typical Flight Event Time Sequence Example

表1 7次典型飛行事件最大聲級和持續(xù)時間Tab.1 Maximum Sound Level and Duration of Seven Typical Flight Events

2.3 飛行頻次數(shù)據(jù)獲取

通過飛常準(zhǔn)提供的測量當(dāng)日（晝夜）的航班起降時間數(shù)據(jù)，得到該日總飛行次數(shù)2 625架次，晝夜起降架次數(shù)量約為1.8 架次/min，早上6 時至當(dāng)日24 時，平均2.3架次/min，具體時段飛行數(shù)量如表2所示。

表2 測量當(dāng)日各時段飛機起降數(shù)量統(tǒng)計Tab.2 The Number of Aircraft Take-offs and Landings at Each Time of the Measurement Day

2.4 晝夜噪聲譜生成

根據(jù)表2 提供的不同時間段起降數(shù)量，采用數(shù)字信號模擬軟件隨機生成與飛行次數(shù)等長的數(shù)字信號序列，序列中各隨機飛行事件取值等于由軟件隨機選取典型飛行事件的噪聲時間序列，從而形成了全天隨機飛行事件序列，其中10 min 的噪聲聲壓級時間序列如圖3所示，供后續(xù)評估與分析使用。

圖3 模擬得到的飛機噪聲聲壓級時序圖（截取10 min）Fig.3 Simulated Sound Pressure Level Sequence of Aircraft Noise（10 minutes）

3 飛機噪聲對環(huán)境噪聲影響評估

3.1 等效連續(xù)感覺噪聲級

從式⑴可以看出，等效連續(xù)感覺噪聲級考慮了不同時間段內(nèi)飛行所造成的不同影響，即在一個晝夜24 h 內(nèi)，突出了傍晚與夜間、尤其是夜間的噪聲影響。由于白天、傍晚、夜間的具體劃分并不明確，本文考察了兩種時間劃分方法。第一種（Ⅰ）參考了聲質(zhì)量環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)，也是環(huán)境影響評價技術(shù)導(dǎo)則［11］的劃定方法，將一天分為：白天06∶00～19∶00，傍晚19∶00～22∶：00，夜間22∶00～06∶00。第二種（Ⅱ）參考氣象預(yù)報中的劃分方法，將一天分為：白天08∶00～19∶00，傍晚19∶00～20∶00，夜間20∶00～08∶00，根據(jù)前述基于典型飛行事件預(yù)測方法，得到實例場地的等效連續(xù)感覺噪聲級如表3 所示。兩種劃分方法得到的LWECPN為80 dB 左右，其中第二種方法計算值高于第一種方法，表明夜間8點后的飛機噪聲依然較大。

表3 LWECPN計算值Tab.3 LWECPN Calculation Value

3.2 飛機噪聲引起環(huán)境噪聲級增量分析

為考慮飛行事件對環(huán)境噪聲連續(xù)等效聲壓級的影響，本文對隨機生成晝夜飛行事件序列疊加背景噪聲，就能得到一段時間內(nèi)的噪聲序列，再進行等效聲級計算，從而得到不同背景噪聲下不同飛行頻率的噪聲級。

將案例背景的噪聲分別設(shè)定60 dB（A）、50 dB（A）兩個量級（分別對應(yīng)聲質(zhì)量環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)中二類區(qū)的晝、夜間限值），飛行起降頻率從0.5～5 次/min（考慮機場未來將增設(shè)2條跑道），每種情況進行10次模擬，模擬結(jié)果分析如圖4所示。

從圖4 可以看出，現(xiàn)狀起降頻次時飛機噪聲使得環(huán)境噪聲晝間增加5 dB，夜間增加12 dB。如果按照未來起落架次加倍（5 次/min）情景預(yù)測，環(huán)境噪聲晝間增加7 dB，夜間增加15 dB。

圖4 機場起落架次與預(yù)測環(huán)境噪聲聲壓級關(guān)系曲線Fig.4 Relationship Curve between Airport Landings and Predicted Ambient Noise Sound Pressure Levels

4 結(jié)論

考慮到機場周邊環(huán)境噪聲較高的現(xiàn)狀，結(jié)合實測和預(yù)測方法，提出并應(yīng)用了典型飛行事件估算飛機噪聲影響的方法。在應(yīng)用實例中，測量得到了7 個典型飛行事件事件歷程，通過限定起降頻次得到全天飛機噪聲級事件序列，從而計算得到一晝夜計權(quán)等效連續(xù)感覺噪聲級約為80 dB，大于文獻［2］中規(guī)定的低限要求。另外，模擬顯示：目前情況下，由于飛機噪聲影響，環(huán)境噪聲晝間增加約5 dB（A），夜間增加約12 dB（A）；如果起落架次加倍，環(huán)境噪聲再增加2～3 dB（A）。

本文提出通過典型事件的方法，是基于實際測量中環(huán)境的背景噪聲較大的情況的一種簡化處理方法，跟實際通過準(zhǔn)確監(jiān)測和逐個飛行事件測量得到的結(jié)果的應(yīng)存在一定差異，后續(xù)可進一步研究典型飛行事件選取和隨機飛行生成算法以提高方法的準(zhǔn)確性。