[发明专利]一种基于动态交通流的长直公路周边区域噪声预测方法

权利要求书

1.一种基于动态交通流的长直公路周边噪声敏感区域噪声预测方法，其特征包括以下步骤：

(1)建立公路长直路段动态交通流仿真模型；

(2)建立基于实际动态交通流的公路长直路段噪声预测模型；

其中，步骤(1)具体包括：

(1-1)将预测地点的动态交通流仿真所要记录的车型分类；

(1-2)按照调查结果进行车辆构成设置，建立动态交通流仿真的车辆状态序列矩阵；

(1-3)建立动态交通流车辆行驶模型；

(1-4)依据车辆状态序列矩阵和车辆行驶模型，进行动态交通流模拟仿真；

步骤(2)具体包括：

(2-1)确定不同车型的参考辐射声级；

(2-2)考虑交通组成和距离衰减的辐射声级测算。

2.根据权利要求1所述的一种基于动态交通流的长直公路周边噪声敏感区域噪声预测方法，其特征是步骤(1)中各步骤具体为：

(1-1)将实际观测的小客车、小货车映射至小汽车集合，将大货车、拖挂车、集装箱车映射至重型货车集合进行车型统计；在已建好的公路路段当中选取分析截面，并选取车辆时间、车辆类型和速度3个变量，建立动态交通流仿真的车辆状态序列矩阵：

$\begin{array}{ccc}{t}_0^i& \mathrm{...}& t_0^n\\ v_0^i& \mathrm{...}& v_0^n\\ c_0^i& \mathrm{...}& c_0^n\end{array}---\left(1\right)$

是第i辆车到达的时间，是第i辆车到达的速度，是第i辆车的类型；

(1-2)动态交通流车辆行驶模型计算：动态交通流模型是为了更好地描述单车是在高速公路上的运行轨迹，路网上所有车辆的在每一个仿真步长中的实时位置由下列公式描述：

x_i(t+Δt)＝min(x_i(t)+uΔt,x_i-1(t)-S_min) (2)

x_i(t+Δt)是下一时刻第i车到达的位置，u是自由交通流下所能达到的最大速度，通常由实地观测得出，S_min是指在拥堵情况下两车之间保持的最小距离；

(1-3)依据车辆状态矩阵和车辆行驶模型，模拟过程中，当仿真时钟t等于车辆到达时间时,矩阵中的该列数据将作为初始值输入车辆行驶模型；反之，则时钟向前推进一个步长Δt；其程序流程为：判断是是否成立；若成立，则令并代入车辆行驶模型计算；反之，则令t＝t+Δt,循环上述步骤，直至仿真结束。

3.根据权利要求1所述的一种基于动态交通流的长直公路周边噪声敏感区域噪声预测方法，其特征是步骤(2)中各步骤具体为：

(2-1)考虑动态实时交通运行数据的交通噪声辐射声级测算：假设车辆经过公路敏感点截面时垂直情况下辐射声级最大，这时仅仅考虑距离衰减的情况，单车车辆对敏感点噪声级的贡献为：

$L_t=\stackrel{\‾}{L_0}-20{\log }_{10}\frac{R}{D_0}=\stackrel{\‾}{L_0}-20{\log }_{10}\frac{D_0^2}{D^2+{\left(st\right)}^2}---\left(3\right)$

L₀为参考辐射声级，一般按照各地经验数值拟合确定；

L_t为车辆在截面处仅仅考虑距离衰减时的噪声辐射声级，R为车辆离开敏感点的实际距离，D₀为参考距离，s为该单车通过截面的速度，该速度由第一步中动态交通流仿真矩阵计算结果获得；

一段时间内对时间做积分，所述一段时间通常为1个小时，得到单车对敏感点贡献的等效声级为：

$L_{Aeq}\left(T\right)=10{\log }_{10}\frac{1}{t_2-t_1}{\∫}_{t_1}^{t_2}{10}^{L_t/10}dt=\stackrel{\‾}{L_0}+10{\log }_{10}\frac{1}{T}{\∫}_{t_1}^{t_2}\frac{D_0^2}{D^2+{\left(st\right)}^2}dt---\left(4\right)$

进一步假设车辆正好处在与敏感点截面垂直的时间段，预测点获得最大声级，且远远大于该车处于非垂直距离时所贡献的声级，因此模型简化为：

$\begin{array}{c}{L}_{Aeq}\left(T\right)\≈\stackrel{\‾}{L_0}+10{\log }_{10}\frac{1}{T}{\∫}_{-\mathrm{\∞}}^{+\mathrm{\∞}}\frac{D_0^2}{D^2+{\left(st\right)}^2}dt\\ \≈\stackrel{\‾}{L_0}+10{\log }_{10}\left(\frac{{\mathrm{\πD}}_0}{sT}\right)+10{\log }_{10}\left(\frac{D_0}{D}\right)\end{array}---\left(5\right)$

考虑到该车型一段时间经过敏感点截面的流量N，敏感点噪声声级计算公式为：

$\begin{array}{c}{L}_{Aeq}\left(N_{i,j}T\right)\≈10{\log }_{10}\[\underset{j=1}{\overset{N_{i,j}}{\Σ}}{10}^{L_{Aeq}\left(T\right)/10}\]\\ =10{\log }_{10}\[\frac{1}{N_i}\underset{j=1}{\overset{N_{i,j}}{\Σ}}({10}^{\stackrel{\‾}{L_{0j}}/10}\×\frac{{\mathrm{\πD}}_0}{s_{j}T}\×\frac{D_0}{D})\]\end{array}---\left(9\right)$

(2-2)考虑到无限长声屏障插入损失模拟计算的交通噪声预测模型：通常情况下分别考虑到一般长度声屏障左边、右边和上面的衍射点而造成不同的声程差，声屏障的插入损失由下面的公式描述:

$A_{bar}=-10{\log }_{10}\[\frac{1}{3+20N_1}+\frac{1}{3+20N_2}+\frac{1}{3+20N_3}\]---\left(7\right)$

N_i表示第i种声程差的菲涅尔常数，该常数由N_i＝2δ_i/λ计算而得，δ_i表示通过第i个衍射点计算而得的声程差，λ表示声音的波长；

考虑到高速公路长直路段的特殊性，声屏障的长度看成无限长，即忽略左右的衍射点，仅考虑声音衍射发生在屏障上方的情况，因此，声屏障的插入损失公式简写为：

考虑到所有车型及声屏障插入损失的噪声预测模型如下：

$L_{Aeq}\left(N_{i,j}{\mathrm{TA}}_{bar}\right)=10{\log }_{10}\[\frac{1}{N_i}\underset{j=1}{\overset{N_{i,j}}{\Σ}}({10}^{\stackrel{\‾}{L_{0j}}/10}\×\frac{{\mathrm{\πD}}_0}{s_{j}T}\×\frac{D_0}{D})\]-10{\log }_{10}\[\frac{1}{3+20N_1}\].$