噪声自动监测系统相关问题研究

文 | 安徽省蚌埠市环境监测站 余 洋

噪声自动监测系统相关问题研究

文 | 安徽省蚌埠市环境监测站 余 洋

总结了环境噪声人工监测方法的缺陷，然后从城市环境噪声数据的性质、噪声自动监测系统的物理构成、噪声监测子站的布设、噪声自动监测有效时间的确定这几个方面对噪声自动监测系统进行了相关问题的论述。

环境噪声；噪声自动监测；噪声测点布设

1.言

随着我国城市化进程的加快，城市噪声污染日益严重。目前，我国大部分城市还是采用传统人工监测的方法进行环境噪声监测。但传统人工监测本身有一些难以克服的缺点，这包括：① 为使人的工作量减轻，采用短时间测量来说明较长一段时间内环境噪声情况，即试图通过抽取子样来对总体特征进行推断，但因缺乏严密的进一步理论分析而导致误差较大。② 人工监测时，会由于人对监测工作的过多参与而导致监测数据的质控工作可能会受到一些本可以避免因素的干扰。③ 近来颁布的标准GB3096—2008中提出夜间突发噪声最大值超过环境噪声限值的幅度不得高于15db(A)，而人工监测在这方面的缺陷显而易见。④ 人工监测得到的数据是散乱的，使用它们时需要进行额外的人工整理和分析。而上述这些问题，都可以通过实行自动监测得到圆满地解决。

目前我国还没有制定一套完整的噪声自动监测技术规范体系，在噪声自动监测的软硬件方面都还处于研究阶段。噪声自动监测系统是由几个部分有机组合在一起来自动完成噪声数据的全过程处理。这个系统可从逻辑和物理两方面来划分：从逻辑上可划分为功能区环境噪声、道路交通噪声、轨道交通和机场飞机噪声自动监测系统以及噪声数据库等五个部分组成；物理上有多种划分方法，总的来说可以划分为数据采集功能块、数据传输功能块和数据处理功能块。纵览我国目前关于噪声自动监测的研究成果后发现，大家的研究点一般集中在以下这几个方面：① 城市环境噪声数据的性质；② 噪声自动监测系统的物理构成；③ 噪声监测子站的布设；④ 噪声自动监测有效时间的确定。下面将针对以上内容进行展开。

2.市环境噪声数据的性质

对城市环境噪声性质的研究是一项基础性的研究，它对我们弄清城市里噪声污染的特点以及噪声自动监测点的选取都有很大的帮助。关于城市环境噪声数据的性质，目前的研究方向有：噪声变化度和与天气的相关性。噪声变化度，这是指在一段时间内某一地点或区域噪声级上下变化的程度。这个变化程度可以分为短期变化度(比如昼夜变化度)和长期变化度（比如季度变化度）。各类噪声功能区的昼夜噪声变化稳定性从高到低依次为4类区、1类区、2类区、3类区，其中2类区和4类区噪声昼夜变化具有较好的规律性，而3类区没有规律性。在研究了全国8个有代表性的城市的功能区噪声历史数据后,发现各功能区昼夜噪声变化稳定性与人们出行状况相关，并且1类区和2类区3季度环境噪声均值较高而1季度较低，4类区则相反，这也就是说噪声长期变化度是有规律的。

所谓与天气的相关性，即被测量噪声数据的准确性、代表性与测量期间的天气情况紧密相关。当风速为4 m/s时可产生大小为40 dB(A)的风噪声，5m/s时为42 dB(A)，19m/s时为70 dB(A)。这分别达到（超过）了0类区、4类区的夜间标准值。另外，声源到传声器如果是顺风，则接收点处的噪声值因此可能达到最大值，反之亦然，所以从长期来看，沿声传遍路线上气象条件的变化会导致噪声源和接收点之间的噪声衰减是不稳定的，从而可能影响所得数据的准确性。

3.声自动监测系统的物理构成

目前在发达国家已有成熟的噪声自动监测系统，并已广泛投入使用。但由于我国噪声标准与外国的差异以及经济条件的限制，不能照搬国外产品，而是需要在国外产品的基础上研制开发出自己的产品。这就需要首先确定符合我国噪声自动监测系统自身特点的物理构成。系统应由传声器、前置放大器、输入放大器、防风(雨、虫、鸟)罩以及自动校准器组成的户外单元，由有线电话或移动通讯网或计算机互联网组成的数据传输单元，由计算机系统和质量保证人员组成的中央控制单元组成。系统也可由噪声数据采样装置、数据预处理计算机、无线通讯传输模块组成的前端智能仪表，由数据通讯计算机、数据管理计算机和网络设备组成的数据管理中心，以及由数据处理计算机、监视器、打印机、数据库软件、地理信息系统软件、统计分析软件等组成的数据处理中心组成。为了降低系统成本，也可利用普通计算机的声卡采集噪声数据，再编写应用软件对采集到的数据进行分析来达到使用专业声级计测量噪声的效果。对于系统的数据传输方式，可使用GPRS技术来无线传输数据的具体方法。GPRS技术具有成本低、扩展性高和安装方便等数传电台、GSM短消息及光纤接入等传输方式不可比拟的优点。在系统的计算机软件方面，可在GIS平台上编写噪声环境管理系统。

4.声监测子站的布设

噪声自动监测点的主要任务一是能反映各类声环境功能区的声学状况，二是通过监控交通、机场等噪声源来反映城市主要噪声源特征。在布点时总的原则有如下：① 考虑测点位置的空间代表性、分散性和抗干扰性，尽量分散测点，即要考虑测点的功能区的区域代表性,又要考虑功能区内部声环境特征的代表性，并使测点尽可能布设在人口稠密区。② 测点位置的确定要和城建、交通、市政等部门共同研究决定，在宏观规划上有机结合。③ 户外传声器距离任一反射面的距离大于3. 5 m，周围不应有明显固定噪声源，没有强电磁场干扰，室外装置应考虑避雷问题。④ 尽可能利用现有水气自动监测点资源，监测结果兼容现有环境自动监测系统。

交通噪声自动监测点的布点办法可以是先对道路分类，再利用历史数据进行优化计算得出能有效反映所求区域内交通噪声情况的最少测点数量，最后依照上述的布点原则进行布点。但此方法的优化计算方法的选取存在一定的困难，并且不能全面掌握某一路段的噪声状况，对城市道路情况和机动车流量的快速变化难以适应。交通噪声自动监测站可以使用固定式、半固定式与流动式3种布点形式，并以半固定式为主，流动式为辅，在少数典型道路上建设固定式自动监测站。半固定式是在条件允许的情况下建设多个固定站点基础设施(土建部分),以少量便携式声级计轮流在各站点进行自动监测。流动式站点可以设置在汽车上来作为固定式和半固定式的补充和替代。

功能区噪声测点的布点方法可先由历史数据计算出各功能区噪声历史平均值，然后从各功能区中选取与该值最接近的几个点为备选，最后根据上述的布点原则选定。每类功能区至少要有一个测点，而4类区测点应按总点位数与原总点位数的扩大比例增加，其它区的应按各区面积比例分配，最后再结合人口、地区发展状况和地理特征等因素综合确定测点位置。

在子站实际布设过程中，会出现一些和周围环境有关的问题，而这些问题的解决对所得数据的有效性是至关重要的。首先是传声器安装高度问题，综合目前国内的研究结果，大家一致认为4m是最合适的高度。其次是天气问题，经研究后发现，全国大部分城市年平均风速在1～4 m/s之间，即在一般情况下我国大部分城市可以满足噪声自动监测对平均风速的要求，但数据的准确性、有效性与瞬时风速密切相关，因此应同步进行风速测量，以对噪声监测数据进行有效取舍，用来降低风对测量结果的影响，建议0类与1类区的自动监测站点应安装风速监测仪，且声级-风速最小统计时间为不大于1min。

5.声自动监测有效时间的确定

在进行噪声自动监测时，我们没必要测量全时段的数据来反映环境噪声状况。其原因是，第一，由于上述所说的风速、雨雪等天气因素能使所得噪声数据失真，所以在风速大于5m/s或有雨雪时测量数据无效；第二，我们可以用部分时间段的数据应用统计原理来推断全时段的数据，即可以部分时间段的数据来反映全时间段的声环境状况。为了能正确反映各功能区全天声环境状况，噪声自动监测时间至少连续l8个小时以上。对我国道路交通噪声最少监测时间问题进行研究后发现了一些正确反映某些时间段内道路声环境状况的最少监测时间：反映一小时声环境状况时最少监测时间为30分钟；反映昼夜声环境状况时，昼间最少连续监测6小时，夜间要全时段监测；反映季度声环境状况时，最少监测时间为任意连续7天或随机7天；反映年声环境状况时，为最少任意连续30天或随机28天。

6.境噪声自动监测系统案例

某市环境噪声自动监测系统于2010年3月投入使用，整个监测系统包括：1个系统控制中心、17个BK3639E型噪声监测终端、数据采集仪、连接各部分的网络系统以及其他一些辅助监测设备。噪声监测子站的布设方案为：噪声功能区例行监测点9个，交通噪声监测点7个，移动监测点1个。所有子站可分为甲、乙两类，甲类的通信网络采用ADSL技术，其配置包括BK3639E型噪声监测端口、数据采集仪、车流量计数器和气象仪；乙类的通信网络采用GPRS技术，其配置包括BK3639E型噪声监测端口和数据采集仪。系统控制中心的硬件部分包括网络服务器及图形工作站，使用的软件包括B&K 7843噪声管理软件、B&K 7812-ALIMA环境噪声预测软件以及地理信息系统软件。整个监测系统结构图见图1：

此系统的技术指标包括：① 各子站全天24小时的Leq、LN、Lmin、Lmax、SD、1/3倍频程；② 可选用的频率计权有A计权、C计权和线性，快慢档可选，最小采样间隔0.5秒；③ 可自定义各子站处的噪声事件录音；④ 设置在交通干线旁的子站自动记录车流量；⑤ 自动监测与噪声数据相应的气象条件。

7.望

随着国家对噪声污染的日益重视，噪声自动监测定会和先前的水气自动监测一样得到国家财政支持，从而广泛用于全国各城市。目前我国噪声自动监测事业面临的首要任务是颁布噪声自动监测相关标准，确定布点原则、数据传输格式、配套计算机应用软件的标准化、质量控制等一系列工作的技术规范。

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Study of Correlative Problems of Noise Automatic Monitoring System

This paper summarized some defects of manual monitoring of environmental noise, and then discussed some correlative problems of noise automatic monitoring system in several aspects including features of urban environmental noise data, physical structure of noise automatic monitoring system, setting monitoring substations situation of noise monitoring, confirmation of the r.m.s time of noise automatic monitoring.

environmental noise；noise automatic monitoring；setting noise monitoring situation

余洋(1978-)，男，安徽蚌埠人，工程师。