欧盟环境噪声预测模型CNOSSOS-EU之道路交通噪声源强预测模型简介

周鑫 卢力 胡笑浒

欧盟环境噪声预测模型CNOSSOS-EU之道路交通噪声源强预测模型简介

周鑫 卢力 胡笑浒

介绍了欧盟最新环境噪声预测方法CNOSSOS-EU中的道路交通源强预测模型。CNOSSOS-EU方法于2012年8月发布，包括工业、道路交通、铁路、机场四类模型。介绍了道路交通噪声模型的源强计算方法，该方法考虑了车型、声源简化以及路面材料与结构、车速变化、温度、坡度等因素；与我国声环境预测中所采用的道路交通噪声模型进行了对比和分析，可供我国开展进一步的公路环境噪声影响评价研究借鉴参考。

环境噪声预测；道路交通噪声；噪声预测模型

欧盟于2002年6月颁布了《环境噪声指引2002/49/ EC》 （Environmental Noise Directive 2002/49/EC），要求各成员国进行环境噪声预测，绘制城市噪声地图，发布噪声污染情况，并要据此制定防治措施。在第一轮和第二轮各国城市噪声地图绘制中，因其采用模型不同，导致噪声地图差异较大，不能进行比较。

欧盟认为评估噪声水平是改善声环境的重要前提，绘制噪声地图可帮助欧盟各成员国对比噪声污染情况数据。为了实现这一目标，《环境噪声指引2002/49/EC》第6.2条规定，环境噪声评估需要统一的方法框架。因此2009年欧盟委员会决定开发CNOSSOS-EU模型，其中包括道路交通、铁路交通、飞机和工业噪声。它基于欧盟最先进的科学、技术和环境噪声评估实践知识，同时考虑了周期性进行噪声预测时的成本问题。CNOSSOS-EU欧盟方法框架的核心[1]由以下部分组成：

（1）目标和要求的质量框架；

（2）描述了道路交通、铁路交通、工业噪声源排放和声音的传播；

（3）飞机噪声预测和其相关信息数据库；

（4）建筑物人口数据和建筑物外墙的噪声等级；

（5）“CNOSSOS-EU的使用指导”的概念和范围，CNOSSOS应该在实施阶段得到充分开发。

欧盟CNOSSOS-EU模型研发包括三个阶段：第一阶段为模型方法框架研究，第二阶段为模型工具和验证研究，第三阶段为模型的应用阶段。欧盟有近150名噪声专家参与了模型的研发工作。2010—2012年为CNOSSOS-EU预测模型的基础研发阶段，计划于2012—2015年执行，最终目标是作为欧盟通用的环境噪声预测模型，以期应用于2017年欧盟新一轮环境噪声预测和噪声地图绘制。

本文主要针对道路交通源强预测模型进行讨论。欧盟CNOSSOS-EU道路交通预测模型提供了一个理论框架，其算法基于数学、物理理论以及实践经验的基础上推导和建立，模型算法考虑了不同车型的差异，分析了滚动噪声与动力系统噪声的影响，并讨论了路面、车速、温度、坡度等因素的影响。该模型值得我国环境噪声领域工作者学习与借鉴，以深入开展道路交通噪声源强模型的研究工作。

1 欧盟CNOSSOS-EU预测模型声源[1]

1.1 声源描述

不同类型的车辆组成了车流，这些车辆发出的噪声形成了道路交通噪声。按照车辆噪声排放的特点将其分为5类，如表1所示。其中，类别1～4为轻型、中型汽车、重型汽车和两轮车，并预留一个类别5，以便日后增加新的车型。

1.2 声源简化

在声功率测定和噪声传播过程中，通常需要将声源简化为1个或多个点声源。模型将每辆车简化为1个点声源，声源距路面高度为0.05 m，如图1所示。

表1 车辆分类

图1 车辆简化为点声源

2 欧盟CNOSSOS-EU噪声预测模式

在进行道路交通噪声预测时，欧盟CNOSSOS-EU模型考虑了滚动噪声和轮胎噪声的影响，并考虑了道路材料与结构、车辆加速或减速、温度、以及坡度等因素的影响，此外模型还分析了防滑钉轮胎和道路使用寿命的影响，车辆辐射声级计算公式为：

其中：

LW,i,m(vm):车辆辐射噪声级，单一车辆滚动噪声和动力系统噪声之和；

Δ Lroad,i,m：路面结构与材料对车辆噪声影响的修正项；

Δ Lacc,i,m：速度对车辆噪声影响的修正项；

Δ Lw,temp(τ)：温度对车辆噪声影响的修正项；

Δ Lgrad,i,m：坡度对车辆噪声影响的修正项。

2.1 车辆的辐射声级

车辆噪声主要来源于两方面：首先是轮胎与地面相互作用产生的滚动噪声；其次是车辆动力系统噪声，包括发动机、排气管、进气管等。当车速介于20～130 km/h时，车辆辐射声级为：

其中，Ai,m和Bi,m为常数，是与车速相关的函数，在滚动噪声和动力系统噪声中为对数函数，在动力系统噪声中为线性函数。

当m=1、2、3时，车辆声功率为滚动噪声和动力系统噪声的能量总和：

其中，轮胎噪声：

动力系统噪声：

式中，Vref为参考车速通常取70km/h。

当m=4时，即车型为两轮车时，噪声主要来源于动力系统噪声，辐射声级为：

2.2 路面材料与结构修正

路面材料与结构，对车辆辐射噪声有较大影响。欧盟各国的路面材料和结构差异很大，对轮胎滚动噪声影响显著；多孔表面有一定的吸声作用，故也会对动力系统噪声的传播有一定影响。对于普通路面，路面材料和结构的修正项只考虑对轮胎噪声的影响；对于多孔路面，路面材料和结构影响的修正项需要同时考虑轮胎滚动和动力系统的影响，如下式所示。

路面结构与材料对于轮胎噪声影响的修正计算公式为：

其中，αi,m为对于不同车辆类型的倍频程修正（125～4 000 Hz，单位dB）；βm为速度对轮胎噪声影响的参数，通常为常数。

多孔路面对动力系统噪声影响的修正计算公式为：

2.3 车速修正

车辆加速或减速（尤其到达或离开十字路口时），对车辆辐射声级影响较大。在平直路面上加、减速时，滚动噪声和动力系统噪声分别采用公式(10)和公式(11)进行修正，式中CR,m,k和CP,m,k等参数可通过查表2获得。

表2 当车辆到达或离开十字路口或环岛时的修正系数取值

2.4 温度修正

温度也对车辆噪声辐射声级有显著影响，例如温度升高时，轮胎噪声降低。通常假设空气平均温度为20℃，如年平均温度为τ，则路面修正系数为：

当温度低于20℃时，修正项为正值，噪声值增大；当温度高于20℃时，修正项为负值，噪声值减小。系数K 由道路表面和轮胎的特性共同决定。在CNOSSOS-EU道路交通噪声预测模型中，125～4 000 Hz倍频程，可以作如下简化：

轻型车辆（m=1），K=0.08；中型车和重型车（m =2，3），两轮车（m =4）， K=0.04。

2.5 道路坡度修正

图2 前三种车型滚动噪声的声功率级（不同车型的温度修正量）

道路坡度的影响有两方面，首先影响车辆速度，由此影响轮胎噪声和动力系统噪声；其次影响发动机负载和转速挡位选择，由此影响动力系统噪声。道路坡度的影响，被考虑到修正项中：

当m=1时，即轻型车辆的修正项为：

当m=2时，即中型车辆的修正项为：

当m=3时，即重型车辆的修正项为：

当m=4时，即两轮车的修正项为：

修正项包括坡度对车速的影响，尤其是轮胎噪声在上坡和下坡时速度变化的影响，因此不必单独做上坡或下坡的速度影响修正。在道路交通模型中，可以将同一道路的不同坡度路段，设置成多个有限长的线声源。坡度变化不超过2%的，作为同一线声源。同一路段内，坡度取这一路段的平均值。

2.6 带有防滑钉的轮胎修正

在欧盟少数国家如瑞典、挪威、芬兰等轻型车辆在每年中会有几个月的时间需要使用带有防滑钉的轮胎，必须考虑其对滚动噪声的影响，其对噪声的影响随速度变化，可以用公式（17）进行计算：

其中：ai和bi可以查看附表1,对于没有使用防滑钉轮胎的车辆，此项修正值为0。

2.7 道路使用年限修正

路面吸声特性会随着使用年限和路面保养情况而发生变化。通常低噪声路面随着使用年限增加，吸声能力减弱，低噪声路面的吸声性能年限会低于密实型吸声表面，尤其是混凝土表面。因此路面吸声系数修正，要考虑道路平均使用寿命。路面系数中应该如何考虑路面寿命的影响，欧盟计划在《Guidelines for the competent use of CNOSSOS-EU》中进一步说明，欧盟计划于2015年完成该指南。

3 欧盟CNOSSOS-EU模型与我国标准比较

3.1 欧盟CNOSSOS-EU模型与《环境噪声影响评价技术导则 声环境》（HJ 2.4—2009）

欧盟CNOSSOS-EU模型中对车辆进行了详细划分，并据此给出不同车型的噪声辐射水平计算公式，与此对比，我国《声环境导则》中将车辆划分为大、中、小三种类型车辆，详见表3。

表3 车型分类对比表

3.2 源强预测模型对比

在我国《声环境导则》中，在“8.4.2公路、城市道路交通运输噪声预测”中，关于声源参数说明为“8.4.2.1 b)声源参数按照附录中大、中、小车型的分类，利用相关模式计算各类型车的声源源强，也可通过类比测量进行修正”。《声环境导则》没有给出具体的模式，在环境噪声预测中，如源强参数不准确，则预测失去了基础，预测结果的准确性、可靠性也就无从谈起。建议我国环境噪声领域相关科研单位、工作人员能够深入开展道路交通噪声源强模型研究工作。

3.3 声源简化问题对比

欧盟CNOSSOS-EU模型中，将声源简化后的高度定为0.05 m的点声源。而在我国环境噪声影响评价中，通常车辆简化为0.5 m高的点源，两者存在一定的差异，笔者建议利用声阵列方法对车辆通过噪声进行声源识别测试，进一步探讨声源简化和定位问题。

欧盟CNOSSOS-EU模型的源强模型采用声功率级进行评价，较好地反映了车辆噪声辐射能量，我国《公路建设项目环境影响评价规范》（JTG B03—2006）主要采用参考点位的声压级评价车辆噪声的辐射水平，声源的指向性对参考点位的声压级的影响并没有考虑，因此应开展车辆噪声源声功率确定的研究工作。

3.4 欧盟CNOSSOS-EU模型与我国《公路建设项目环境影响评价规范》（JTG B03—2006）单车辐射噪声级比较

《公路建设项目环境影响评价规范》中单车行驶辐射噪声级，第i种车型车辆在参照点（7.5 m 处）的平均辐射噪声级（dB）按下式[3]计算：

式中，S、M、L：分别表示小、中、大型车；

Vi：车型车辆的平均行驶速度，km/h。

通过对比可以看出，《公路环评规范》中车辆源强简化为一个线性函数，小型车只考虑路面影响修正，不考虑坡度影响修正，中型车和重型车只考虑坡度影响修正，不考虑路面影响修正；其中路面和坡度影响采取简化常数取值的方法；而欧盟CNOSSOS-EU模型中，车辆源强为对数函数，修正项包括路面影响、车速影响、温度影响、坡度影响，且每个修正量提供了详细的计算方法。

4 结论

欧盟CNOSSOS-EU模型提供了一个理论框架，其道路交通噪声源强模型基于数学、物理理论以及实践经验的基础上建立和推导出来的，单一车辆源强计算公式充分考虑了不同车型的差异，提供了滚动噪声与动力系统噪声的计算公式，并充分考虑了路面、车速、温度、坡度等因素的影响，该模型值得我国环境噪声领域工作者学习与借鉴，并深入开展我国道路交通噪声源强模型研究工作。

我国《环境影响评价技术导则 声环境》中，关于车辆噪声源强的规定为“利用相关模式计算各类型车的声源源强，也可通过类比测量进行修正”，没有给出具体车辆噪声源强的计算方法。在实际工作中，环评单位通常自行选择预测模型，导致同一项目应用不同模型的预测结果差异较大。因此，借鉴国外经验，开展道路交通噪声预测模型进行研究，将对我国公路和城市道路建设项目噪声预测工作有一定的推动作用。

[1] Stylianos Kephalopoulos, Marco Paviotti, Fabienne Anfosso-Lédée. Common Noise Assessment Methods in Europe (CNOSSOS-EU)[R]. Italy: Joint Research Centre of Institute for Health and Consumer Protection of European Commission, 2012: 31-44.

[2] 环境保护部. HJ 2.4—2009 环境影响评价技术导则 声环境[S]. 北京:中国环境科学出版社, 2009.

[3] 交通部. JTG B03—2006 公路建设项目环境影响评价规范[S]. 北京: 人民交通出版社, 2006.

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2095-6444(2014)05-0054-05

2014-07-15

环境保护部环境影响评价基础数据库建设项目（1441402450017-2）作者简介：卢力，环境保护部环境工程评估中心高级工程师，国家环境保护环境影响评价数值模拟重点实验室；周鑫、胡笑浒，环境保护部环境工程评估中心，国家环境保护环境影响评价数值模拟重点实验室。