[发明专利]一种基于响应曲面分析的声屏障优化设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种声屏障优化设计的方法，更具体的说涉及利用Minitab软件进行声屏障优化设计的方法。

背景技术

近年来，随着我国环城高架、高速公路的快速发展，以及公众对声环境质量要求的日益提高，交通噪声的污染与控制受到越来越多的关注。声屏障作为最实用、有效的交通噪声防治措施之一，在交通环保领域得到广泛的应用。在同一段声屏障保护范围内，由于各处房屋高度、路肩高差、至路肩距离等众多因素不尽相同，声屏障会对各保护目标产生不同的降噪效果；而对于同一处受声点，声屏障设计高度、长度和起始位置也会对插入损失及工程造价带来显著差异。研究表明，部分声屏障设计长度、高度不足，或者安置位置不合理，保护区域内声环境质量不能完全达标。

国内对声屏障工程的优化设计研究已取得若干积极成果。结合工程实践，利用Cadna/A、SYSNOISE等声学分析软件模拟声波辐射、散射和传播过程，可以实现对声屏障降噪效果和等声级线分布预测。然而这些研究大多以声屏障设置路段内特定位置的声学响应为单一优化指标，对保护范围内多处敏感目标的降噪优化研究，以及声屏障工程造价的控制却少有关注，因而难以实现声屏障工程的最佳综合环境效益。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种对多个敏感目标进行降噪优化研究，有效控制声屏障的降噪效果和工程造价的基于响应曲面分析的声屏障优化设计方法。

为达到上述目的，本发明是通过以下的技术方案来实现的：

一种基于响应曲面分析的声屏障优化设计方法，包括如下步骤：

（1）根据惠更斯-菲涅尔原理计算无限长声屏障绕射声衰减量，并进行物理量修正，得到有限长声屏障理论插入损失；

（2）基于理论插入损失计算方法，选取影响声屏障对各受声点插入损失的三个重要变量：高度、长度、起点桩号；

（3）根据Box-Behnken的中心组合设计原理与方法，利用Minitab软件自动生成声屏障设计方案，计算不同方案下声屏障对各受声点的插入损失和声屏障造价；

（4）利用Minitab设计软件对步骤（3）中计算的插入损失和声屏障造价数据整理分析拟合，得到二次多元回归模型：                                                ，式中，Y_i为因变量响应值，β₀为常数项，β_i为线性系数，β_ii为交互项系数，β_ij为二次项系数，X_i为自变量；

（5）对各回归方程系数及方程模型进行F检验和P检验，得出方差分析结果和显著性检验结果；

（6）根据模型生成的响应曲面及响应等高线图，对各设计参数进行显著性影响分析；

（7）根据步骤（5）中得到的结果和步骤（6）的曲面分析结果，利用Minitab软件中值线功能对声屏障设计参数进行优化，并使用Minitab优化器绘制优化图，从优化区域内分析得到最佳设计参数。

对本发明进一步限定的技术方案为：步骤（1）中所述的修正的物理量包括遮蔽角百分率和地面吸声衰减。

进一步的：步骤（3）中所述的计算声屏障造价的公式为：Y=（0.09+0.066X₁）X₂，其中，X₁、X₂分别为声屏障设计高度和长度。

本发明的有益效果是：本发明采用的响应曲面分析法是一种综合实验设计与数学建模的新型优化方法，在多因素优化分析研究中表现出显著的优越性。本发明通过在给定区域上构建因素与响应值间的明确函数关系，得到满足多个响应值的各因素的最佳组合，实现对多个敏感目标进行降噪优化研究，有效控制声屏障的降噪效果和工程造价。

附图说明

图1为本发明的基于响应曲面分析的声屏障优化设计方法的流程图；

图2为实施例1中声屏障高度、长度对A点插入损失的影响的响应曲面图；

图3为实施例1中声屏障高度、长度对A点插入损失的影响的等高线图；

图4为实施例1中声屏障高度、起点桩号对B点插入损失的影响的响应曲面图；

图5为实施例1中声屏障高度、起点桩号对B点插入损失的影响的等高线图；

图6为实施例1中声屏障长度、起点桩号对C点插入损失的影响的响应曲面图；

图7为实施例1中声屏障长度、起点桩号对C点插入损失的影响的等高线图；