基于微观交通仿真的交叉口交通噪声模拟方法

基于微观交通仿真的交叉口交通噪声模拟方法

刘阳

刘阳

南京市城市与交通规划设计研究院股份有限公司山东分公司山东省青岛市266000

摘要：交通噪声是城市环境噪声的重要污染源之一，对车辆噪声的测量，建立交通噪声预测模型是城市交通噪声防治的重要基础工作.城市公交车以大型车为主，具有声级高频率低的特点，是城市交通噪声源的重要成份。随着计算机技术的不断发展，计算机模拟在交通噪声预测中的应用越来越广泛。利用计算机能很好地实现对复杂交通流现象的模拟，以便对道路交通噪声做出全面的预测和对其特性进行深入的研究。基于此，本文主要对基于微观交通仿真的交叉口交通噪声模拟方法进行分析探讨。

关键词：基于微观交通仿真；交叉口；交通噪声；模拟方法

前言

长期以来，国内外学者关于公交车噪声方面做了大量研究工作，建立了各种噪声预测模型.然而这些模型大多属静态模型，只能计算一段时间内的等效声级，无法反映噪声的动态变化规律.随着计算机技术的发展，结合微观交通仿真的交通噪声动态模拟方法日渐成熟并得到了越来越广泛的应用.目前这种方法已被用于研究十字交叉口、环形交叉口、城市局部路网的交通噪声时空分布，但对公交车站附近交通噪声的关注仍然较少。

1、原理与方法

1.1交通噪声计算机模拟方法

Paramics是英国QuadstoneLimited公司开发的用于微观交通仿真的软件包，用于模拟和分析实际的道路交通状况。它具有细致的路网建模、灵活的信号及车辆控制、完善的路径诱导、丰富的编程接口、详尽的数据分析等特色。

应用Paramics软件可以对道路交叉口交通状况进行仿真，同时可用计算机程序每隔1秒钟对交通流数据进行采样，得到车辆位置、速度、加速度等信息，并根据这些信息对交通噪声进行实时模拟。模拟一段时间后，可对得到的一系列交通噪声瞬时值进行处理，计算出连续等效声级Leq，统计声级L10，L50，L90。采用C语言编写Paramics软件的插件程序，以实现在Paramics软件仿真过程中对交通流数据的定时采样和对交通噪声实时模拟。该插件程序中关于交通噪声计算的流程图，Paramics软件在进行交通仿真的过程中，每一时间步长的开始都将调用该函数。

1.2交通噪声计算模型

单个车辆在周围无遮挡的道路上行驶时，可视为半自由声场中的点声源，在不考虑地面吸收的情况下，路网上第i秒钟第j辆车在观测点处的声级可表示为：

式中，LO为车辆在参考距离处的声级，dB；d0为参考距离，m；di，j为第i秒钟第j辆车到观测点的距离，m；ΔAi，j为第i秒钟第j辆车的变速噪声修正值，dB。第i秒钟路网上所有车在观测点处的噪声为：

式中，mi为第i秒钟路网上的车辆数量。那么，一段时间在观测点上接收到的噪声等效值为：

式中，T为计算时间，s。

等效声级是从能量平均的角度来评价噪声的，从噪声对人的干扰来说，起伏变化的噪声比平稳的噪声更大一些。噪声污染级是综合噪声的能量平均和起伏变化特性两者的影响而给出的评价量，记作LNp，单位为dB。它的表达式为：

LNp=Leq+2.56σ（4）

式中，σ为噪声的标准差，dB。

2、算例与结果分析

2.1计算实例

应用Paramics软件建立十字交叉口路网模型，路网中心坐标设在点（0，0），噪声观测点坐标为（40m，30m）。各路口均为4车道，车道宽度为3.75m，各路口长度均为500m，各车道车辆的最大速度限制为45km/h。信号灯相位设置如下：第一相位为东西直行与右转，30s；第二相位为东西左转，20s；第三相位为南北直行与右转，30s；第四相位为南北左转，20s。大、中、小车型比例分别为15%、15%、70%。假设各路口的交通需求量相等，对各路口的交通需求量从100veh/h、200veh/h、300veh/h、……1000veh/h分别进行模拟，模拟时间各为1h（3600s）。模拟时，Paramics软件自动计算出每时刻路网上各车辆的坐标、速度、加速度和各路口的交通信号灯状态、车辆排队情况等参数。同时，作者编写的计算机程序每隔1秒对各车的坐标、速度、加速度进行采样，并自动计算出各车到观测点的距离和观测点接收到的噪声总量。计算时，车辆在参考距离处的声级采用西安公路交通大学的实验模型，即小型车：Los＝19.24＋31.77lgV；中型车：Lom＝4.80＋43.70lgV；大型车：Lol＝18.00＋38.10lgV；参考距离d0=7.5m。式中，V为车速，km/h。车辆变速噪声修正值ΔA与加速度a（m/s2）的关系如下：

2.2结果分析

把模拟所得的交通需求量从100veh/h到1000veh/h的10组交通噪声瞬时值（每组3600个）进行统计。

等效声级、L10、L50、L90与车流量的对数的关系，当车流量达到800veh/h以上时，等效声级、L10、L50、L90均呈现下降趋势，原因是当车流量达到800veh/h时，车流量已达到饱和，实际通行量无法继续增大；另外，当车流量达到饱和后，车速降低，因此噪声下降。车流量达到饱和之前，等效声级、L10、L50、L90与车流量的对数呈线性关系，这与模型计算法得到的结果一致。

标准差与车流对数的关系中，在非饱和车流情况下，标准差随车流量对数的增大呈线性减小趋势。车流量达到饱和后，标准差不再减小。车流量为800veh/h时的交通噪声强度明显比车流量为100veh/h时大。另外，车流量较小时交通噪声变化幅度较大，而车流量较大时交通噪声则相对稳定。对不同车流量下的所有声级瞬时值进行频率分布统计，随着车流量的增大，频率分布曲线的重心逐渐右移，即车流量增大，等效声级随之增大。另外，声级分布范围随车流量的增大而逐渐变窄，因而，标准差随车流量的增大而减小。

按式（4）计算所得的噪声污染级与车流量的关系中，噪声污染级的峰值出现在车流量为400veh/h～500veh/h之间。噪声污染级随车流量的增大呈现出先增大后减小的特征。

3、结论

（1）在非饱和车流情况下，交通噪声水平随车流量的增加而增大，并与车流量的对数呈线性关系，当车流量达到饱和后，交通噪声不增反降。

（2）在非饱和车流情况下，交通噪声的波动范围随车流量的增大而缩小。

（3）从噪声对人的干扰角度考虑，噪声污染级随车流量的增大呈现出先增大后减小的特征。

（4）本文提出的基于微观交通仿真的交通噪声预测方法充分考虑了车流的行驶细节，不仅能从宏观上预测交通噪声的污染状况，又能从微观上预测噪声的波动性，进而对噪声的干扰程度做出评价。

参考文献：

［1］罗鹏。蔡铭。王海波.不同速度的各类型机动车噪声频率特性［J］.噪声与振动控制。2013。33（5）：86-89.

［2］李锋。蔡铭。刘济科.公交车站对交通噪声的影响分析［J］.中国环境监测。2009。25（1）：105-108.

［3］朱丽颖。李贤徽.公交车辆停靠站位置对交通噪声的影响分析［J］.噪声与振动控制。2014。18（3）：86-91.

［4］李锋。蔡铭。刘济科等.街道峡谷型道路交叉口交通噪声动态模拟［J］.公路交通科技。2011。28（1）：138-142。148.