CN106530705A - 一种考虑公交车行驶状态的公交车站交通噪声计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种考虑公交车行驶状态的公交车站附近交通噪声计算方法，具体为：1）考虑公交车在公交车站附近频繁的匀速、减速、怠速和加速的过程，针对不同的公交车行驶状态分段建模，计算得到公交车站附近单辆公交车的交通噪声；2）建立基于排队理论的公交车停靠站模型，计算单位时间公交车站每个泊位停靠的公交车；3）利用声能量叠加原理，计算所有泊位单位时间所有公交车的交通噪声；4）考虑单位时间道路上其他类型车辆的影响，得到公交车站附近总交通噪声值计算的通用形式。本发明应用于公交车站附近混合车流的交通噪声计算，解决了因公交车行驶状态多变带来的公交车站附近交通噪声难以精确计算的问题。

Description

一种考虑公交车行驶状态的公交车站交通噪声计算方法

技术领域

本发明涉及交通噪声预测和排队论的技术领域，特别是涉及一种考虑公交车行驶状态的公交车站交通噪声计算方法。

背景技术

优先发展城市公共交通是提高交通资源利用效率，缓解交通拥堵的重要手段，是解决当前城市交通问题的根本出路。作为公共交通的一种，公交车在方便了人们生活的同时也带来了噪声污染的问题。由于公交车停靠站的影响，包括公交车在内的混合车流噪声具有更强的突发性和穿透力，严重的影响着人们的生活。

各国在交通噪声预测方面大多采用宏观模型。如美国联邦公路局的FHWA模型、英国的CRTN模型、德国的RLS模型以及法国的MITHRA模型等。我国虽没有专门发布交通噪声预测模型，但在《环境影响评价技术导则声环境》和《公路建设项目环境影响评价规范》中均给出了长直道路的交通噪声计算方法。随着交通噪声预测理论的发展，针对各类特殊的道路场景建立了对应的交通噪声预测局部模型纷纷出现。这些模型考虑了车辆加、减速影响的间断交通流的影响。长期以来，学者们针对交通噪声计算建立了各种有效的预测模型，但专门针对公交车站交通噪声计算的研究仍然较少，并且还存在一些不足：

(1)目前的公交车噪声计算大多集中于公交车某种状态下的噪声排放特点。无法在公交车站及附近综合考量公交车匀速、减速、怠速和加速整个过程带来的交通噪声影响。

(2)作为交通形式的一种，公交车交通噪声的计算需要回归到道路交通噪声计算的整体中，公交车和多车道多车型车流量的综合交通噪声计算需要进一步的完善。

发明内容

本发明目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种考虑公交车行驶状态的公交车站交通噪声计算方法，是一种能考虑公交车匀速、减速、怠速和加速状态，考虑不同车道不同车流量的交通噪声计算方法，从而精确的预测公交车站附近总的交通噪声。

为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

一种考虑公交车行驶状态的公交车站附近交通噪声计算方法，包括计算单辆公交车的交通噪声、计算单位时间公交车的交通噪声和计算单位时间道路车辆总的噪声三部分，所述方法包括以下步骤：

(a)考虑公交车在公交车站附近频繁的匀速、减速、怠速和加速的过程，针对不同的公交车行驶状态分段建模，计算得到公交车站附近单辆公交车的交通噪声；

(b)建立基于排队理论的公交车停靠站模型，计算单位时间公交车站每个泊位停靠的公交车；

(c)利用声能量叠加原理，计算所有泊位单位时间所有公交车的交通噪声；

(d)考虑单位时间道路上其他类型车辆的影响，通过声能量的叠加原理，计算公交车站附近所有交通量总交通噪声值。

更进一步的，所述单辆公交车噪声计算时，匀速、减速、怠速和加速四种状态有单独的噪声排放源强L₀。

更进一步的，所述单辆公交车，匀速、减速、怠速和加速四种状态过程是连续的；即公交车在远离公交车站的-∞<x<A和B<x<∞路段匀速行驶，在AO路段减速行驶，停车点在O处，然后再经历OB路段的加速行驶过程，其中公交车在公交车站停车时间为T_S。

更进一步的，设最右侧停车位中心点的x坐标为0，从右到左每个停车位中心点的x坐标为-s(i-1)，i＝1,2,…,j，j为停车位的数量，s为任意两个停车位的中心点之间的距离，停车点O处时间t＝0。空间坐标为(X,Y,Z)的噪声接收点R在公交车匀速行驶过程中的等效声级为：

其中，L₀为噪声排放源强，v为公交车当前的运行速度，匀速阶段几何距离简化参数T₁为匀速阶段噪声计算时间，l为行驶路线距离路边的距离；h为公交车的声源高度，l₁为AO路段的长度，l₂为OB路段的长度。

公交车在AO路段运行时，公交车做匀减速运动，空间坐标为(X,Y,Z)的接收点R减速行驶过程中等效声级为：

其中，减速阶段时间关联函数减速阶段距离简化参数a′为公交车减速过程的加速度，t₁为公交车减速过程的时间，n为计算时减速过程分成的子区间，T₂为减速阶段噪声计算时间。

公交车在BO路段运行时，公交车做匀加速运动，空间坐标为(X,Y,Z)的接收点R加速行驶过程中等效声级为：

其中，加速阶段时间关联函数加速阶段距离简化参数a为公交车加速过程的加速度，t₂为公交车加速过程的时间，n′为计算时加速过程分成的子区间，T₃为加速阶段噪声计算时间。

接收点R(X,Y,Z)怠速过程中等效声级为：

其中，怠速阶段距离简化参数T₄为加速阶段噪声计算时间；

所述单辆公交车整个行驶过程中，接收点R(X,Y,Z)等效声级为：

更进一步的，假设公交车站共有4个泊位，每个停车位的服务率均为μ，公交车的平均到达率为λ；所述时间T内从右到左每个停车位的停靠车辆数依次为：

更进一步的，利用能量叠加原理，所有公交车在时间T内的等效声级为：

更进一步的，所述对于除公交车外的其他车辆，先分别计算各车型在各车道的噪声，然后利用能量叠加原理进行计算：

式中：为其他类型车辆在接收点的等效声级，R为总车道数，L_eqk,r为第k种车型在第r条车道上的等效声级，N_k,r为第k种车型在第r条车道上的流量，A_r为接收点到第r条车道的距离，L_wk为第k种车型的声功率级。

更进一步的，所述公交车站附近各种车型总的交通噪声计算为：

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本方法从考虑公交车匀速、减速、怠速和加速四个行驶状态出发，精确的模拟公交车进站出站的行驶过程，并综合道路上其他车辆的噪声排放，达到了综合计算公交车站附近交通噪声的目的。本方法具有很高的精确性和针对性，具体表现为：

(1)公交车匀速、减速、怠速和加速四个过程建立有独立的噪声计算模型，而且计算模型充分的考虑了车辆停靠站所选择的泊位位置，精确的模拟了公交车进站出站的过程，保证了计算的精确性，同时显示了计算方法对公交车的针对性。

(2)应用排队论理论对公交车的到达进行建模，公交车的泊位选择模式更贴合实际的公交车运行状态，针对性的提高了公交车噪声计算的精确性。

(3)公交车站附近多车道多车型的交通量给交通噪声带来了重要的贡献。方法综合考虑了这些车辆对公交车站区域的交通噪声影响，使到预测的结果更为准确和合理。

附图说明

图1为本发明的流程示意图；

图2为本发明车辆噪声计算示意图；

图3为本发明公交车站停车位示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，本发明提供一种考虑公交车行驶状态的公交车站附近交通噪声计算方法。通过以下步骤实现：

S100、考虑公交车在公交车站附近频繁的匀速、减速、怠速和加速的过程，针对不同的公交车行驶状态分段建模，计算得到公交车站附近单辆公交车的交通噪声；

S110、建立基于排队理论的公交车停靠站模型，计算单位时间公交车站每个泊位停靠的公交车；

S120、利用声能量叠加原理，计算所有泊位单位时间所有公交车的交通噪声；

S130、考虑单位时间道路上其他类型车辆的影响，通过声能量的叠加原理，计算公交车站附近所有交通量总交通噪声值。

实施例1

步骤1：单辆公交车，匀速、减速、怠速和加速四种状态过程是连续的。如图2所示，假设公交车在远离公交车站的-∞<x<A和B<x<∞路段匀速行驶，在AO路段(AO路段的距离为l₁)减速行驶，停车点在O处，然后再经历OB路段(OB路段的距离为l₂)的加速行驶过程。公交车在车站停车时间为T_S。

步骤2：设最右侧停车位中心点的x坐标为0，从右到左每个停车位中心点的x坐标为-s(i-1)，i＝1,2,…,j，j为停车位的数量，s为任意两个停车位的中心点之间的距离，停车点O处时间t＝0。

步骤3：计算空间坐标为(X,Y,Z)的噪声接收点R在公交车匀速行驶过程中的等效声级为：

其中，L₀为噪声排放源强，v为公交车当前的运行速度，匀速阶段几何距离简化参数T₁为匀速阶段噪声计算时间，l为行驶路线距离路边的距离；h为公交车的声源高度。

步骤4：公交车做匀减速运动，空间坐标为(X,Y,Z)的接收点R减速行驶过程中等效声级：

其中，减速阶段时间关联函数减速阶段距离简化参数a′为公交车减速过程的加速度，t₁为公交车减速过程的时间，n为计算时减速过程分成的子区间，T₂为减速阶段噪声计算时间。

步骤5：计算公交车做匀加速运动，空间坐标为(X,Y,Z)的接收点R加速行驶过程中等效声级：

其中，加速阶段时间关联函数加速阶段距离简化参数a为公交车加速过程的加速度，t₂为公交车加速过程的时间，n′为计算时加速过程分成的子区间，T₃为加速阶段噪声计算时间。

步骤6：定义

步骤7：计算接收点R(X,Y,Z)怠速过程中等效声级：

其中，怠速阶段距离简化参数T₄为加速阶段噪声计算时间。

步骤8：计算单辆公交车整个行驶过程中接收点R(X,Y,Z)等效声级：

步骤9：如图3所示，假设公交车站共有4个泊位，每个停车位的服务率均为μ，公交车的平均到达率为λ。

步骤10，计算时间T内从右到左每个停车位的停靠车辆数依次：

步骤11：利用能量叠加原理，计算所有公交车在时间T内的等效声级：

步骤12：对于除公交车外的其他车辆，先分别计算各车型在各车道的噪声，然后利用能量叠加原理进行计算：

式中：为其他类型车辆在接收点的等效声级，R为总车道数，L_eqk,r为第k种车型在第r条车道上的等效声级，N_k,r为第k种车型在第r条车道上的流量，A_r为接收点到第r条车道的距离，L_wk为第k种车型的声功率级。

步骤13：计算公交车站附近各种车型总的交通噪声计算为：

以上所述的本发明的实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神原则之内所作出的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (7)

1.一种考虑公交车行驶状态的公交车站交通噪声计算方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

(a)针对不同的公交车行驶状态分段建模，计算得到公交车站单辆公交车的交通噪声，其中公交车行驶状态包括匀速、减速、怠速和加速；

(b)建立基于排队理论的公交车停靠站模型，计算单位时间公交车站每个泊位停靠的公交车；

(c)利用声能量叠加原理，计算所有泊位单位时间所有公交车的交通噪声；

(d)考虑单位时间道路上其他类型车辆的影响，通过声能量的叠加原理，计算公交车站所有交通量总交通噪声值。

2.根据权利要求1所述的考虑公交车行驶状态的公交车站交通噪声计算方法，其特征在于，所述单辆公交车的交通噪声计算时，匀速、减速、怠速和加速四种状态有单独的噪声排放源强L₀；

所述单辆公交车，匀速、减速、怠速和加速四种状态过程是连续的；即公交车在远离公交车站的-∞<x<A和B<x<∞路段匀速行驶，在AO路段减速行驶，停车点在O处，然后再经历OB路段的加速行驶过程，其中公交车在公交车站停车时间为T_S。

3.根据权利要求2所述的考虑公交车行驶状态的公交车站交通噪声计算方法，其特征在于，所述步骤(a)中，设最右侧停车位中心点的x坐标为0，从右到左每个停车位中心点的x坐标为-s(i-1)，i＝1,2,…,j，j为停车位的数量，s为任意两个停车位的中心点之间的距离，停车点O处时间t＝0，空间坐标为(X,Y,Z)的噪声接收点R在公交车匀速行驶过程中的等效声级为：

$L_{eq1}^i=L_0+10\lg \frac{{7.5}^2}{{\mathrm{vMT}}_1}+10\lg (\mathrm{\&pi;}+\arctan \frac{X+s(i-1)-2l_2}{M}-\arctan \frac{X+s(i-1)+2l_1}{M})$

其中，L₀为噪声排放源强，v为公交车当前的运行速度，匀速阶段几何距离简化参数T₁为匀速阶段噪声计算时间，l为行驶路线距离路边的距离；h为公交车的声源高度；l₁为AO路段的长度，l₂为OB路段的长度；

所述步骤(a)中，公交车在AO路段运行时，公交车做匀减速运动，空间坐标为(X,Y,Z)的接收点R减速行驶过程中等效声级为：

$L_{eq2}^i=10lg\frac{1}{T_2}+10lg{7.5}^2+10lg\{\frac{l_1}{nv}\&lsqb;f(-\frac{2l_1}{v})+f\left(0\right)+2\underset{k=1}{\overset{n-1}{\&Sigma;}}f\left(t_k\right)\&rsqb;\}$

其中，减速阶段时间关联函数减速阶段距离简化参数a′为公交车减速过程的加速度，t₁为公交车减速过程的时间，n为计算时减速过程分成的子区间，T₂为减速阶段噪声计算时间；

公交车在BO路段运行时，公交车做匀加速运动，空间坐标为(X,Y,Z)的接收点R加速行驶过程中等效声级为：

$L_{eq3}^i=10lg\frac{1}{T_3}+10lg{7.5}^2+10lg\{\frac{l_2}{n^{\&prime;}v}\&lsqb;g\left(\frac{2l_2}{v}\right)+g\left(0\right)+2\underset{k=1}{\overset{n^{\&prime;}-1}{\&Sigma;}}g\left(t_k\right)\&rsqb;\}$

其中，加速阶段时间关联函数加速阶段距离简化参数a为公交车加速过程的加速度，t₂为公交车加速过程的时间，n′为计算时加速过程分成的子区间，T₃为加速阶段噪声计算时间；

所述步骤(a)中，接收点R(X,Y,Z)怠速过程中等效声级为：

$L_{eq4}^i=10lg\frac{T_S}{T_4}{10}^{0.1L_0}=10lg\frac{T_S}{T_4}{10}^{0.1(62.83+10lg{7.5}^2-20{\mathrm{lgd}}_3)}$

$L_{eq4}^i=10lg\frac{T_S}{T_4}{10}^{0.1L_0}=10lg\frac{T_S}{T_4}{10}^{0.1(62.83+10lg{7.5}^2-20{\mathrm{lgd}}_3)}$

其中，怠速阶段距离简化参数T₄为加速阶段噪声计算时间；

所述步骤(a)中，单辆公交车整个行驶过程中，接收点R(X,Y,Z)等效声级为：

$L_{eq}^i=10lg({10}^{0.1L_{eq1}^i}+{10}^{0.1L_{eq2}^i}+{10}^{0.1L_{eq3}^i}+{10}^{0.1L_{eq4}^i}).$

4.根据权利要求3所述的考虑公交车行驶状态的公交车站交通噪声计算方法，其特征在于，所述步骤(b)中，设公交车站共有4个泊位，每个停车位的服务率均为μ，公交车的平均到达率为λ；

所述步骤(b)中，时间T内从右到左每个停车位的停靠车辆数依次为：

$\left\{\begin{array}{c}{N}_1=\frac{T\mathrm{\&lambda;}(96{\mathrm{\&mu;}}^4+72{\mathrm{\&lambda;\&mu;}}^3+24{\mathrm{\&lambda;}}^2{\mathrm{\&mu;}}^2+4{\mathrm{\&lambda;}}^3\mathrm{\&mu;}+{\mathrm{\&lambda;}}^4)}{4{\mathrm{\&mu;T}}_S({\mathrm{\&lambda;}}^3+6{\mathrm{\&lambda;}}^2\mathrm{\&mu;}+18{\mathrm{\&lambda;\&mu;}}^2+24{\mathrm{\&mu;}}^3)(\mathrm{\&mu;}+\mathrm{\&lambda;})}\\ N_2=\frac{{\mathrm{T\&lambda;}}^2(192{\mathrm{\&mu;}}^5+240{\mathrm{\&lambda;\&mu;}}^4+120{\mathrm{\&lambda;}}^2{\mathrm{\&mu;}}^3+34{\mathrm{\&lambda;}}^3{\mathrm{\&mu;}}^2+8{\mathrm{\&lambda;}}^4\mathrm{\&mu;}+{\mathrm{\&lambda;}}^5)}{4{\mathrm{\&mu;T}}_S({\mathrm{\&lambda;}}^3+6{\mathrm{\&lambda;}}^2\mathrm{\&mu;}+18{\mathrm{\&lambda;\&mu;}}^2+24{\mathrm{\&mu;}}^3)(\mathrm{\&mu;}+\mathrm{\&lambda;})(2{\mathrm{\&mu;}}^2+2\mathrm{\&lambda;}\mathrm{\&mu;}+{\mathrm{\&lambda;}}^2)}\\ N_3=\frac{{\mathrm{T\&lambda;}}^3(576{\mathrm{\&mu;}}^6+816{\mathrm{\&lambda;\&mu;}}^5+540{\mathrm{\&lambda;}}^2{\mathrm{\&mu;}}^4+216{\mathrm{\&lambda;}}^3{\mathrm{\&mu;}}^3+64{\mathrm{\&lambda;}}^4{\mathrm{\&mu;}}^2+12{\mathrm{\&lambda;}}^5\mathrm{\&mu;}+{\mathrm{\&lambda;}}^6)}{4{\mathrm{\&mu;T}}_S({\mathrm{\&lambda;}}^3+6{\mathrm{\&lambda;}}^2\mathrm{\&mu;}+18{\mathrm{\&lambda;\&mu;}}^2+24{\mathrm{\&mu;}}^3)(6{\mathrm{\&mu;}}^3+6{\mathrm{\&lambda;\&mu;}}^2+3{\mathrm{\&lambda;}}^2\mathrm{\&mu;}+{\mathrm{\&lambda;}}^3)(2{\mathrm{\&mu;}}^2+2\mathrm{\&lambda;}\mathrm{\&mu;}+{\mathrm{\&lambda;}}^2)}\\ N_4=\frac{{\mathrm{T\&lambda;}}^4(96{\mathrm{\&mu;}}^3+54{\mathrm{\&lambda;\&mu;}}^2+12{\mathrm{\&lambda;}}^2\mathrm{\&mu;}+{\mathrm{\&lambda;}}^3)}{4{\mathrm{\&mu;T}}_S({\mathrm{\&lambda;}}^3+6{\mathrm{\&lambda;}}^2\mathrm{\&mu;}+18{\mathrm{\&lambda;\&mu;}}^2+24{\mathrm{\&mu;}}^3)(6{\mathrm{\&mu;}}^3+6{\mathrm{\&lambda;\&mu;}}^2+3{\mathrm{\&lambda;}}^2\mathrm{\&mu;}+{\mathrm{\&lambda;}}^3)}\end{array}\right..$

5.根据权利要求4所述的考虑公交车行驶状态的公交车站交通噪声计算方法，其特征在于，所述步骤(c)中，利用能量叠加原理，所有公交车在时间T内的等效声级为：

$L_{eq}^{bus}=10lg\underset{i=1}{\overset{j}{\&Sigma;}}{10}^{0.1\left(10lg\underset{m=1}{\overset{N_i}{\&Sigma;}}{10}^{0.1L_{eq}^i}\right)}.$

6.根据权利要求1所述的考虑公交车行驶状态的公交车站交通噪声计算方法，其特征在于，所述步骤(d)中，对于除公交车外的其他车辆，先分别计算各车型在各车道的噪声，然后利用能量叠加原理进行计算：

$L_{eq}^{other}=10lg\frac{1}{T}\underset{k=1}{\overset{3}{\&Sigma;}}\underset{r=1}{\overset{R}{\&Sigma;}}{10}^{0.1L_{eqk,r}}$

$L_{eqk,r}=L_{wk}+10lg\frac{1}{2\mathrm{\&pi;}}+10lg\frac{N_{k,r}}{{\mathrm{TvA}}_r}$

式中：为其他类型车辆在接收点的等效声级，R为总车道数，L_eqk,r为第k种车型在第r条车道上的等效声级，N_k,r为第k种车型在第r条车道上的流量，A_r为接收点到第r条车道的距离，L_wk为第k种车型的声功率级。

7.根据权利要求1所述的考虑公交车行驶状态的公交车站交通噪声计算方法，其特征在于，所述步骤(d)中，公交车站各种车型总的交通噪声计算为：