基于三维GIS的城市高架环线噪声地图研究 * 论文
                                 宁方立，王 康

【摘要】随着中国城市道路交通的迅速发展，城市环线交通以高架环线为主。现有的各类道路噪声预测模型都缺 乏处理城市高架环线这类复杂的空间三维实体的能力。以美国联邦公路局的FHWA噪声预测模型为基础，通过车 辆等效计算、高架环线多层多车道修正、高架桥声屏障修正等措施，对FHWA噪声预测模型进行修正。并将修正后 的噪声预测模型与三维GIS模型相结合，绘制出了城市高架环线噪声地图。最终通过与实测数据的对比，验证了所 修正噪声模型的正确性。

【关键词】噪声地图；高架环线；三维GIS;噪声预测模型 

           Study on Noise Mapping of Urban Elevated Loop Road Based on 3-D GIS

                               NING Fangli, WANG Kang

【Abstract】 With speed development of urban road traffic in China, the urban traffic is based on elevated loop road. All kinds of road noise prediction models are not suitable for the noise of elevated loop roads. Based on the U.S. FHWA(Federal Highway Administration) noise prediction model, one noise prediction model is proposed with vehicle equivalent method, amendment measures for multilane and sound barrier on elevated bridge. The noise prediction model is combined with the 3-D GIS model, and the noise mapping for elevated loop road is drawn. At last, compared with the measured data, the correctness of noise prediction model is proved.

【Key words】 noise mapping; elevated loop road; 3-D GIS; noise prediction model

      1 引言

      噪声地图是根据噪声预测模型计算出道路交通噪声、铁路噪声、工业噪声和机场噪声等噪声源对城市地图上各接收点的贡献值，再采用能量叠加原理得到各接收点的噪声值，并拟合绘制于城市地图上[1]。它既是一种有效的决策工具，也是评估噪声污染防治措施有效性的重要手段。能够提醒决策者哪些地区的噪声水平需要改善，哪些需要维持不下降；具有检验噪声污染防治措施（如声屏障）和城市规划控制措施（如交通改道）有效性的功能。

      噪声地图在国外的研究起步较早，发展较快。英国于2004年出版了世界上最大的官方噪声地图——《伦敦道路交通噪声地图》，人们只要登录噪声地图网站并输入邮编，就可知道他们要居住街道的噪声级别。巴黎也已着手制作第一批噪声地图，地图的数据在2007年完成，并输入计算机模型，它可在施工开始前帮助测试出街道或者新建筑物设计的声学效果。减少噪声污染已经成为欧共体国家新城市发展计划的重要部分。在国内的研究还处于起步阶段，有研究人员以国外的噪声模拟软件为基础进行了城市交通噪声预测[2]。现有的 国外通用噪声预测模型都有各自的适用范围。由于道 路车流状况、路面状况、道路复杂程度在不同地区、不 同时间差异甚大，这使得预测模型在其他地方使用时， 预测精度会有一定程度的降低。
      随着中国城市道路交通的迅速发展，城市环线交通以高架环线为主，其特点为高架桥上为环线主干道，无交叉路口，车速较快；高架桥下为环线辅道，通过环岛或十字路口与垂直方向道路相关联，起到分流转道的作用，车速较慢。现有的各类道路噪声预测模型都缺乏处理城市高架环线这类复杂的空间三维实体的能力。笔者以美国联邦公路局的FHWA噪声预测模型为基础，结合城市高架环线的特点，建立了适合于国内城市高架环线的噪声预测模型。最终将修正后的道 路噪声预测模型与三维GIS模型相结合，建立了基于三维GIS的城市高架环线的噪声地图。

       2 道路噪声预测模型

       2.1 FHWA噪声预测模型

       中国《环境影响评价技术导则——声环境》推荐使用美国联邦公路局开发的FHWA噪声预测模型进行公路交通预测[3]。该预测模型为

       2.2 车辆等效计算

       根据中国《机动车辆噪声测量方法》(GB 1495—2002)[4]，传声器应置于离车道中心线垂直距离7.5 m 的地方，高度为距离地面1.2 m。选取车速接近50 km/h 的平直且较窄的单行路段，测量各类车辆的匀速行驶噪声，通过对大量实测数据统计得到重型、中型、轻型三类车的参考噪声级及其标准差如表1所示。数据来源于文献[5]。

       根据声学上的等效关系，可获得重型车与轻型车、中型车与轻型车参考噪声之间的等效关系为：

       有了车流和车速的等效关系，FHWA 噪声预测模型可修改为：

       2.3 高架环线多层多车道修正

       由于城市高架环线为多层多车道结构，受声点距离声源距离D是等效距离，考虑到当测量点到中间线的距离大于7.5 m时对参考噪声进行修正。这个修正可从速率的降低情况得出并且以双分贝的形式表达，计算公式为[5]：

       2.4 高架桥声屏障修正

       在城市高架环线附近高层建筑聚集区域，通常会在高架桥上安装声屏障。声屏障使得声波在传播中受到阻挡，从而达到某特定位置上的降噪作用的装置。由障碍物引起的衰减被表述为菲涅儿数量的一个功能[6]。菲涅儿数N与声程差5有关。交通噪声的有效频率为 550只2，那么菲涅儿数斤=3.215，城市高架环线上声程差计算示意图，如图2所示。

       3 三维噪声地图

       西安市南二环位于西安市南郊，高架桥和高架立交共约6 km，占全长的54%。沿线两侧为商业、餐饮业、工业、文教、居住混合区，是西安市目前高层建筑较为集中的路段。南二环担负着市内主要的交通运输任务，昼夜交通量大，行驶车型种类复杂，噪声污染相 对比较严重[7]。

       笔者以西安市南二环为例，建立了西安市南二环的三维GIS模型。在模型中准确地建立了高架桥、高架立交及周边高层建筑的三维模型，如图3所示。

      将三维模型与所建立的道路交通模型相结合。绘制出了西安市南二环附近的三维噪声地图，如图4所示。

      选取南二环西安电子科技大学前的高架桥作为研 究对象。如图5所示为该高架桥附近的声屏障三维 GIS 模型。

      选取10个观测点，通过噪声预测模型得到观测点 处等效连续声压值如表2所示，在噪声地图上的具体位置及噪声数据如图6所示。

       将该噪声预测模型与FHWA预测模型得到结果和实测值进行对比。如图7所示。

       经对比发现，通过笔者修正的模型所计算出来的噪声更接近于实测噪声数据。

       4 结束语

       以美国联邦公路局的FHWA噪声预测模型为基础，通过车辆等效计算、高架环线多层多车道修正、高架桥声屏障修正等措施，对FHWA噪声预测模型进行修正。并将修正后的噪声预测模型与三维GIS模型相 结合，绘制出了城市高架环线噪声地图。最终绘制了西安市南二环附近的噪声地图，并对西安电子科技大学前的高架桥附近的噪声分布，通过与FWHA模型计算数据、实测噪声数据进行对比，验证了修正后的道路噪声预测模型的正确性。

       参考文献

       [1] 赵秋月.噪声地图及其在城市规划中的应用[J].四川环 境，2007(1):100-102.

       [2] 刘培杰，孙海涛，王红卫.噪声模拟软件Cadna/A在交通 噪声预测评估中的应用[J].电声技术，2008，32 (7): 6467.

       [3] 国家环境保护总局科技标准司.最新中国环境保护标准 汇编（1979-2000年）[G].北京：中国环境科学出版社， 2001.

       [4] 全国声学标准化技术委员会，中国标准出版社第二编辑 室.噪声测量标准汇编：机动车噪声[G].北京：中国标准 出版社，2007.

       [5] 李本纲，陶澍，曹军，等.城市道路交通噪声预测理论-统 计模型[J].环境科学，2000(6): 1-5.

       [6] 吴耀建.城市高架桥交通噪声分析与预测[J].福建环境， 1999(4)：25-28.

       [7] 王铮.西安市南二环交通噪声污染分布规律[J].西安科技 大学学报，2007(3):414-418.