利用阈值浮动技术实现机场周围飞机噪声的自动测量

符江涛

厦门市环境监测中心站，福建 厦门 361021

利用阈值浮动技术实现机场周围飞机噪声的自动测量

符江涛

厦门市环境监测中心站，福建 厦门 361021

介绍一种自动、高效测量机场周围飞机噪声的技术方法“阈值浮动技术”，即噪声测量仪的运行阈值随环境背景噪声的高低而自主浮动的技术。利用该技术，当被测飞机噪声声级高于运行阈值时，噪声测量仪启动“记录、分析、录音”等程序的运行；当被测飞机噪声声级低于运行阈值时，停止相关程序的运行。由于运行阈值是浮动的，因而实现了机场周围飞机噪声的自动、高效和准确测量。给出了实现“阈值浮动技术”的计算机算法，并列举了测量实例对该项技术加以验证，证明了该技术方法行之有效。

机场周围飞机噪声；自动测量；阈值浮动技术

《机场周围飞机噪声测量方法》(GB 9661—1988)[1]规定了机场周围飞机噪声测量条件、测量仪器、测量方法和测量数据的计算方法。有关机场周围飞机噪声测量方法的问题，国内一些文献从不同方面、不同角度予以了探讨，但论述的出发点和侧重点不尽相同。肖慧慧等[2-3]探讨了现行测量方法和评价指标的缺点和不足，王菲等[4-6]论述了测量过程的监测点位、监测条件、监测方法以及数据分析等内容，赵海霞[7]提出了飞机噪声测量时间的长短以及何时启动飞机噪声的测量等问题。对于如何高效、自动捕捉和测量机场周围飞机噪声的相关文献则比较少，因此有必要进一步研讨。本文将从概述机场周围飞机噪声测量方法入手，引入高效、自动测量飞机噪声的技术手段 “阈值浮动技术”，并用测量实例加以验证。文中实例中的数据来源于笔者研发的噪声综合自动监测系统[8]。

1 机场周围飞机噪声测量方法概述

1.1 有效感觉噪声级的测量

有效感觉噪声级LEPN是计算计权等效连续感觉噪声级的基础参数之一，测量方法有2种：简易测量法和精密测量法。目前通常采用的是简易测量法，以下有关有效感觉噪声级的测量方法均特指简易测量法。简易测量法通过测量每次飞机飞过测点时最大A声级和最大A声级下10 dB的持续时间Td，由此计算出每架次飞机飞过时的有效感觉噪声级。此外，机场周围飞机噪声测量方法还要求，飞机噪声最大值至少超过环境背景噪声20 dB，测得的数据才有效。因此，测量有效感觉噪声级的关键是，在确保环境背景噪声足够低的前提下，准确测量飞机飞过时的最大A声级和持续时间。

1.2 计权等效连续感觉噪声级的计算

机场周围飞机噪声的评价量为计权等效连续感觉噪声级LWECPN，该评价量对照机场周围飞机噪声环境标准[9]，即可评价该区域的飞机噪声的现状。以一昼夜计权等效连续感觉噪声级LWECPN为例：

式中：N1为白天的飞行架次；N2为傍晚的飞行架次；N3为夜间的飞行架次。

经常因环境背景噪声的总体水平过高或环境背景噪声的干扰过大，造成参与飞机噪声统计计算的有效数据(有效感觉噪声级和飞行事件)的缺失，导致计算结果的偏差，而飞机噪声对环境产生的影响是客观存在的。在对机场周围飞机噪声的测量过程中，为了避免无效数据的产生，应注重测点的优化布点[10]，尽量选取背景噪声低又不影响测点代表性的地方作为测量点位，还应采取必要的技术手段提高对飞机噪声的捕捉率，尽可能增加飞机噪声统计计算的有效数据数量。阈值浮动技术正是基于这一想法而提出的，并已成功付诸实施。

2 机场周围飞机噪声的自动和高效测量

2.1 飞机噪声自动测量的实现

通过设定噪声测量仪的运行阈值来实现机场周围飞机噪声的自动测量。当被测飞机噪声声级高于运行阈值时，噪声测量仪启动“记录、分析、录音”等程序的运行；当被测飞机噪声声级低于运行阈值时，停止相关程序的运行。运行阈值可由人工来设定，即由操作人员根据环境背景噪声的高低，取比环境背景噪声略高的数值作为运行阈值。这一方法存在明显缺陷，当环境背景噪声过高时，运行阈值设置高了会造成低分贝的飞机噪声无法被捕捉；而当环境背景噪声降低时，运行阈值却没有跟随着降低，这些低分贝的飞机噪声依然无法被捕捉。因此，运行阈值是否能够随着环境背景噪声的高低而自主浮动，是实现机场周围飞机噪声自动、高效测量的技术关键。

2.2 飞机噪声高效测量的实现

利用阈值浮动技术实现机场周围飞机噪声的高效测量。阈值浮动技术是指噪声测量仪的运行阈值可随环境背景噪声的高低而自主浮动的技术，其主要目的是最大程度地提高对飞机噪声的捕捉效率。阈值浮动的机理是，当出现记录的时间过长，提高噪声测量仪的运行阈值，当长时间未有噪声触发事件，则降低噪声测量仪的运行阈值。通过构建和编写噪声测量仪的算法和程序，使噪声测量仪的运行阈值始终浮动在环境背景噪声之上，并可以根据现场环境背景噪声的高低随时进行调整，从而实现高效率捕捉不同机型的飞机噪声。运行阈值自主浮动的算法流程见图1。首先，噪声测量仪扫描、分析环境噪声的现状，计算环境背景噪声L10的数值，将其取整后设置为噪声测量仪的初始运行阈值，实现对飞机噪声的自动测量。当飞机飞过时，噪声测量仪自动捕捉、测量飞机噪声，如果测得的飞机噪声数据满足有效感觉噪声级的计算条件(即能够求得最大A声级和持续时间Td，并且飞机噪声的最大值超过环境背景噪声20 dB)，便可认定测量的数据有效，并存储飞机噪声的原始数据、音频文件和有效感觉噪声级等计算结果。经验表明，每架飞机飞过测点的时间长度基本在1 min以内，当出现记录的时间过长，说明噪声测量仪的运行阈值设置偏低，通过上调噪声测量仪的运行阈值来进行实时调整；相邻2架飞机飞过测点的最短时间间隔通常在3 min左右，当长时间未有噪声触发事件，说明噪声测量仪的运行阈值设置过高，需降低噪声测量仪的运行阈值。譬如，当记录的时间长度超过1 min，上调噪声测量仪的运行阈值1 dB；当超过3 min未有噪声触发事件，则降低噪声测量仪的运行阈值1 dB。记录和触发的时间长短以及阈值的调整幅度等规则可以是多种组合方式和灵活有效的，其数值应当适中、合理，否则会因阈值的浮动过于迟缓或过于灵敏而造成不记录或误记录的现象。通过这些方法便可实现噪声测量仪运行阈值的自主浮动，并且确保运行阈值的大小始终保持在环境背景噪声最大值的水平。

图1 运行阈值自主浮动计算机算法流程图Fig.1 Computer algorithm fow chart of autonomous floating threshold

由于测量过程不仅记录了原始数据曲线，同时还记录了音频信息等文件，对于偶然出现的非飞机噪声和存在严重背景噪声干扰的飞机噪声很容易甄别和剔除，因而能够得到高质量的飞机噪声数据。此外，还可以借用传声器阵列技术[11]或利用飞机视频技术[12]来辅助识别飞机噪声和非飞机噪声。

3 阈值浮动技术的验证实例

2014年11月13日，在某机场周围房地产项目环评监测中，利用阈值浮动技术实施飞机噪声的无人、自动测量。为验证阈值浮动技术的实际运作情况，抽取了此次飞机噪声测量期间昼间和夜间的2组飞机噪声数据，其数据曲线分别见图2、图3。图中Td、LAmax、LEPN、LAE分别为飞机飞过时的持续时间以及持续时间内的最大A声级、有效感觉噪声级、A计权暴露声级。图2的持续时间为7.7 s，最大A声级为84.9 dB，有效感觉噪声级为93.8 dB；图3的持续时间为10.2 s，最大A声级为74.9 dB，有效感觉噪声级为85.0 dB。图2昼间13：38：44的飞机噪声数据，起始记录时的噪声数值为60.9 dB，结束记录时的噪声数值为59.4 dB；图3夜间00：59：47的飞机噪声数据，起始记录时的噪声数值为50.2 dB，结束记录时的噪声数值为49.4 dB。由于噪声测量仪的运行阈值为整数，因此可以断定，图2的昼间时段噪声测量仪的运行阈值为60 dB，图3的夜间时段噪声测量仪的运行阈值为50 dB，夜间的运行阈值比昼间低10 dB，符合夜间环境背景噪声低的特点，说明噪声测量仪的运行阈值是浮动的，就此也验证了阈值浮动技术是有效运作的。

图2 某机场周围房地产项目2014年11月13日昼间飞机噪声数据曲线Fig.2 Daytime aircraft noise curve of a real estate project around airport

图3 某机场周围房地产项目2014年11月13日夜间飞机噪声数据曲线Fig.3 Nighttime aircraft noise curve of a real estate project around airport

如果噪声测量仪的运行阈值不浮动，譬如图3的夜间运行阈值仍为图2的昼间运行阈值(即60 dB)，则图3的夜间飞机噪声是无法捕捉到的。原因在于，假如夜间这一时段噪声测量仪的运行阈值仍为昼间的60 dB，则其启动记录和停止记录时的噪声数值应在60 dB上下，而夜间这组飞机噪声的最大值为74.9 dB，与60 dB相差14.9 dB，无法满足机场周围飞机噪声测量方法规定的最大A声级与环境背景噪声的差值至少20 dB的条件，因而会造成此架次的飞机噪声数据无法被捕捉。可见，阈值浮动技术的应用,使一些分贝值较低的飞机噪声也能被有效测量,从而实现了机场周围飞机噪声的自动、高效测量。

4 结论

通过对机场周围飞机噪声的测量方法、评价指标的回顾，简述了有效感觉噪声级和计权等效连续感觉噪声级的测量和计算要点。介绍了一种飞机噪声自动测量的方法，即当被测飞机噪声声级高于噪声测量仪的运行阈值时，噪声测量仪启动“记录、分析、录音”等程序的运行，当被测飞机噪声声级低于运行阈值时，停止相关程序的运行。着重探讨了实现高效测量飞机噪声的技术手段“阈值浮动技术”，即噪声测量仪的运行阈值随环境背景噪声的高低而自主浮动的技术。文中给出了实现阈值浮动技术的计算机算法，并列举测量实例加以验证，证明了该项技术是行之有效的。阈值浮动技术的运用，大大提高了对各型飞机噪声的捕捉效率，加之测量过程不仅记录了原始数据，同时还记录了音频信息等文件，所得到的机场周围飞机噪声的统计数据更加详实、客观和准确。

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Automatic Measurement of Aircraft Noise Around Airport by Using Floating Threshold Technique

FU Jiangtao

Xiamen Environmental Monitoring Centre, Xiamen 361021, China

This paper introduces a method for automatic and efficient measurement of aircraft noise around airport, that is,floatingthresholdtechnique. The running threshold of sound level meter for aircraft noise may float automatically with the high or low level of environmental background noise. When the measured noise level is higher than the running threshold, the sound level meter will start the data and sound recording procedures; when the aircraft noise level is below the running threshold, then the sound level meter will stop running. As the running threshold is floating, the measurement of aircraft noise around airport is automatic efficient and accurate. In this paper, a computer algorithm is given to realizefloatingthresholdtechnique, and it is proved by some examples that this method is feasible.

aircraft noise around airport; automatic measurement; floating threshold technique

2015-11-17；

2016-03-22

符江涛(1965-)，男，浙江台州人，学士，高级工程师。

X839.1

A

1002-6002(2017)01- 0127- 04

10.19316/j.issn.1002-6002.2017.01.19