区域环境噪声自动监测与手工监测对比研究

杨仲玮

（兰州新区环境监测站，甘肃 兰州 730314）

随着我国城镇化建设的快速推进，城市的规模在不断扩大，人类活动的强度也在随之增加，随之而来的环境噪声污染问题也愈来愈凸显。由于环境噪声具有瞬时性、随机性、局域性等特点，而手工监测由于时间短、频次低、数据少，使噪声监测点位的空间、时间代表性十分有限，加之缺乏长时间的监测数据，增加了噪声监测与评价的难度，难以长期、连续反映城市整体的声环境质量状况。因此如何利用现代化手段对区域环境噪声进行自动监测，更及时、准确地为环境管理及决策部门提供环境噪声防治的技术支撑，成为一项紧迫的工作。

1 区域环境噪声自动监测的必要性

1.1 环境噪声污染的特点和危害

环境噪声污染是指由于人类活动所产生的噪声干扰他人正常生活、工作和学习的现象。噪声污染的主要特点：一是影响范围有限，噪声污染是一种能量流污染，声波的传播过程是声能量传播的过程，声能量随距离逐步衰减，所以其影响范围有限；二是声源分散，由于噪声源广泛而分散且不固定，噪声污染随时随地都可能会发生；三是非持续性，噪声源一旦停止发声，噪声即会消失，噪声污染不再持续，但噪声已产生的伤害不一定消除，如突发性噪声造成的突发性耳聋。

有研究表明，如果长期暴露在强噪声环境下，那么听力下降的情况将不能复原，使内耳感觉器官发生器质性病变，变成噪声性听力损失。长期生活在噪声环境中，更容易出现耳鸣、头痛、头晕、失眠等精神衰弱症状，并有可能对人体的各个器官造成不良影响。同时长期暴露在噪声下，还有可能出现胃肠功能紊乱，女性月经失调等症状[1-6]。噪声给受害人带来的精神伤害是客观存在的，这种损害具有潜伏性的特征，并且很难通过物理学或者医学上的方法测量出来加以量化。

1.2 环境噪声自动监测的意义

随着我国不断加快推进生态环境监测体系和监测能力现代化水平，利用现代化手段，实施对环境噪声进行自动监测，将使我国的环境噪声监测能力达到新的水平，可更及时、准确地为噪声污染防治管理及决策提供可靠依据。噪声自动监测的意义主要体现在以下几个方面[7-9]：第一，目前我国声环境功能区常规监测主要还是采用定点监测法进行24 h监测，各测点每季度仅监测1次，主要采用便携手持式监测仪器，监测频次低、劳动强度大，监测结果的代表性及反映噪声污染状况的及时性都受到一定限制。针对环境噪声污染具有变化大和随机性的特点，对环境噪声进行自动连续监测，能更全面、真实地反映声环境质量状况；第二，噪声监测的现代化、自动化水平与国外噪声监测水平，或与国内大气、水质监测水平相比已远远落后。噪声自动监测技术在对声环境质量变化分析、重点源监控等方面有明显优势，是建立先进的环境监测预警体系的主要内容之一。甘肃省人民政府办公厅2017年印发的《甘肃省生态环境监测网络建设实施方案》中已明确提出，要对交通、功能区、机场等重点环境噪声源逐步实施自动监测，为此甘肃省生态环境厅于2020 年投资1 800 万元在全省范围内新建121个功能区噪声自动监测站和14个交通噪声自动监测站，并对已有8 个噪声自动监测站进行升级改造。2021 年12 月中华人民共和国第十三届全国人民代表大会常务委员会通过的《中华人民共和国噪声污染防治法》中也明确要求各级生态环境主管部门要组织开展声环境质量监测，推进监测自动化，统一发布声环境质量状况信息，因此推行声环境质量自动化也是今后噪声污染防治管理的重要举措。

2 研究区域及监测仪器

2.1 研究区域

区域环境噪声监测在布点时应考虑测点位置的空间代表性、分散性和抗干扰性，使测点尽可能布设在人口稠密的区域[10-12]。本次研究区域为兰州新区宗家梁安置小区附近区域，该区域内分布有一个大型居民小区、一所综合性医院以及一所九年一贯制学校等噪声敏感目标。在该区域内设置一个声环境质量自动监测点位，该点位距兰州中川国际机场跑道南端约3.8 km，位于飞机航迹投影线下方东侧，在该点位采集到的数据可以反映出该区域内声环境质量的状况以及中川机场飞机起降噪声对该区域的影响情况。

2.2 监测仪器

自动监测仪器选用杭州爱华仪器有限公司生产的AWA6218J 型环境噪声自动监测系统，该系统主要由噪声监测终端（包括户外传声器单元、数据采集控制单元和电源部分）、数据传输单元、中心服务器（计算机）、环境噪声数据管理软件等组成。仪器前端采用实时信号分析技术，对噪声信号进行实时1∕3 倍频程分析，并监测与分析环境噪声的特征，判断噪声来源，通过无线网络传输，实现远程数据遥测、噪声事件监测、系统自动校准。经过连续监测，其数据获取率均值为96.36%，符合环境噪声自动监测系统技术要求中的数据采集率应大于95%的要求。

手工监测仪器选用杭州爱华仪器有限公司生产的AWA6228+型声级计，现场校准仪器为杭州爱华仪器有限公司生产的AWA6221A 型声校准器。以上监测仪器均已由省级计量检定部门检定合格。

3 自动监测与手工监测数据对比分析

3.1 仪器功能核查

对照《环境噪声自动监测系统技术要求》（HJ 907-2017），需对自动监测仪器基本功能进行核查，核查内容包括：（1）传声器是否具有防风罩；（2）是否具有防雷设计；（3）传声器支架是否方便传声器安装、拆卸和声校准操作；（4）传声器距离反射面＞2 m，安装高度＞4 m；（5）数据采集单元是否符合1级声级器要求；（6）量程范围：30～130 dB；（7）频率范围：20～20 kHz；（8）是否具有A、C、Z 频率计权方式；（9）是否具有F、S 时间计权方式，采样时间间隔不大于1s；（10）是否具有倍频程或1∕3倍频程等实时频谱分析功能（1∕1 倍频程分析范围：16～16 kHz、1∕3 倍频程分析范围：12.5～20 kHz）；（11）是否可对子站进行远程校时；（12）是否可以远程查询子站电源配置及当前状态；（13）是否可以进行远程复位子站；（14）上电运行72 h测试有无死机，核查结果全部合格。

3.2 仪器校准

为确保监测结果的有效性，按照环境噪声监测技术规范中噪声监测质量保证和质量控制的要求，噪声测量仪器在每次测量前后应在现场用声校准器进行声校准，其前后校准值偏差不应大于0.5 dB，否则测量无效。因此在进行比对监测前后，均对自动监测设备与手工监测仪器进行了校准核查，声校准器声压级为94.0 dB，校准频率为1 000 Hz，自动监测设备校准前值94.0 dB，校准后值94.0 dB，差值0 dB；手工监测仪器校准前值93.8 dB，校准后值94.0 dB，差值0.2 dB；校准差值均小于0.5 dB。

3.3 比对测试情况

为验证自动监测数据的准确性，监测人员采用手工仪器和自动仪器进行现场比对监测，每10 min获得一组数据，共获得6 组数据进行比对见表1，测试的指标包括LAeq、Lmin、Lmax、L10、L50和L90。

表1 两种方法比对测试数据表

为判断两种监测方法获得的监测数据有无显著性差异，利用T-test 法对两种方法获得的监测数据进行检验[13]。

T 检验主要通过样本均值的差异进行检验，统计学上以“总体间没差别”计算显著性水平H0，拒绝原假设H0的最小显著性水平称为检验的p 值，来检验假设的结果[14-15]。由于本次为两个独立样本的T检验，需要先进行F检验，以检验两个独立样本的方差是否相同，若两总体方差相等，则直接用T检验[16]。

首先进行F检验，

假设H0:δ1=δ2

经计算可得，

FLAeq=1.24、FLmin=1.56、FLmiax=2.24、FL10=1.38、FL50=1.45、FL90=1.53

给定α=0.025，查F 分布临界值表可得F0.025(5,5)=7.15

FLAeq、FLmin、FLmiax、FL10、FL50、FL90均小于F0.025(5,5)，因此两种方法具有相同的方差。

然后进行T检验，

假设H0:μ1=μ2

经计算可得，

tLAeq=0.056、tLmin=1.955、tLmiax=0.042、tL10=0.634、tL50=1.124、tL90=1.027

通过T 检验结果可以看出，两种方法所获得的LAeq、Lmin、Lmax、L10、L50和L90的监测数据结果无显著性差异。

给定α=0.05，查t 分布临界值表可得t0.05(10)=2.228

tLAeq、tLmin、tLmiax、tL10、tL50、tL90均小于t0.05(10)，所以两种方法监测结果无显著差异。

4 结语

相比于手工监测，环境噪声自动监测具有多重优势。一是可以连续获得实时监测数据，针对环境噪声污染具有变化大和随机性的特点，对环境噪声进行连续监测，能更全面、真实地反映声环境质量状况，可以更及时、准确地为噪声污染防治管理及决策提供可靠依据，相反手工监测由于对监测人员的依赖程度较大，只能获取某一时间段内的噪声监测数据，无法连续完整地反映该区域的声环境状况；二是自动监测系统可以选配实时频谱分析功能，以及加入气象模块、车流量等功能模块，更好地监测与分析环境噪声的特征，判断噪声来源；三是自动监测系统具有自动或远程校准功能，可以根据设置的时间、间隔自动进行电校准，以确保噪声监测数据的准确。

从本次比对测试的情况来看，自动监测采集的数据与手工监测采集的数据之间无显著差异。在仪器配置符合要求和做好运行维护的前提下，自动监测技术可以在区域声环境质量监测工作中代替手工监测，这也已经逐渐成为未来区域声环境质量监测的一种主要手段。