道路声屏障声学设计方法.pdf

一种道路声屏障声学设计方法，步骤是：1)导入用以表征声屏障所在地形的Cad格式的矢量图或jpg、bmp、tif等格式的栅格图；2)对导入的图形进行校准，以达到图形比例与实际比例一致；3)在导入图形基础上，结合实际情况，绘制道路、地形、房屋、树林、草地等实体，如果是Cad图形，则可采用批量转换功能，完成声学建模基本工作；4)在受保护的敏感点处设置噪声预测点，计算无屏障时的噪声值，确定屏障降噪指标；5)模拟声屏障，调节屏障高度及长度，初步计算满足要求的屏障几何尺寸；6)结合声屏障的几何尺寸，模拟不同结构及吸声系数的屏障，再次计算屏障降噪效果，直至计算出符合要求的声屏障几何尺寸、结构及吸声系数的组合。

1、  一种道路声频障声学设计方法，利用计算机处理得到声频障的外形尺寸、结构形式、以及风载强度和材质选取的相关数据，并对数据进行保存和输出，其具体设计方法为：
(1)导入设计声屏障所在处的经Cad格式处理的矢量图形，或者是jpg、bmp或tif格式的栅格图形；
(2)对导入图形进行选择，选用Cad格式的矢量图，导入前确定Cad图形的单位比例与实际是否一致，一致时采用默认设置，不一致时采用自定义设置修改比例，通过导入设置菜单可修改Cad各图层属性，将不同图层的物体加以区别；如采用栅格图形导入，则应在导入后通过校准功能完成图形比例调整工作；
(3)如导入的为栅格图形，则需结合实际情况，绘制地形、道路、房屋、树林、草地等实体，完成声学建模基本工作；
(4)在受保护的敏感点处设置噪声预测点，收集并计算无屏障时的噪声值，确定声屏障的降噪指标；
(5)在拟实施声屏障的位置模拟声屏障，调节声屏障高度或长度，初步计算符合预测点降噪指标的声屏障几何尺寸；
(6)根据声屏障几何尺寸，模拟直立型、直弧型不同结构屏型及不同吸声材料状态下的屏障吸声系数，再次计算屏障降噪效果，直至计算出符合要求的声屏障几何尺寸、结构及吸声系数的组合。

2、  如权利要求1所述的一种道路声频障声学设计方法，其特征在于：在以Cad矢量图形时，利用批量转换功能完成声学建模基本工作。

3、  如权利要求1所述的一种道路声频障声学设计方法，其特征在于：在计算无屏障时的噪声值时，所采用的计算方法为：
(1)将道路声源以最边两侧的两条车道的中线作为两条线声源，根据预测点与声源之间的距离情况，再将线声源进一步微分为较小的微分区段，以每个微分区段作为点声源参与计算；
(2)分别计算各微分区段的点声源对预测点的噪声贡献值，计算中根据设置条件考虑声音的几何发散、大气吸收、地面效应及障碍物引起的屏障衰减等因素；
(3)叠加所有点声源对预测点的噪声贡献值即为预测点的噪声值。

道路声屏障声学设计方法
技术领域
本发明涉及道路交通噪声治理技术，尤其是一种道路声屏障声学设计方法，属环保工程领域。
背景技术
现代城市的公路密集和网络化的形成，既给现代人类带来交通的便利和经济的繁荣，也给我们带来噪声污染的危害。因此，随着人类环保意识的日益提高，对于降低城市道路噪声污染的要求越来越高，对于能降低城市道路噪声的声屏障也逐渐引起相关技术行业的重视。
目前关于声屏障的设计方法有不少，特别是随着计算机技术的推广使用，有关这一技术领域的设计方法也越来越依赖于计算机完成。国际上比较著名的有：德国Braunstein+Berndt公司的Soundpan，丹麦B&K公司的Lima和美国的Stamin & Opinion等软件。由于这些软件度是由特殊的操作界面组成、由十分复杂模块组成计算机系统，对于操作人员的专业背景和专业水平有相当高的要求。
中国专利文献中公开了申请号为200410041442.7的“声屏障设计方法”，该方法是利用计算机，通过设计参数的输入完成声屏障高度和长度的理论计算、以及结构形式和材质的选择、声场模拟、声屏障效果预测、风荷载强度校核等过程。同时，该方法软件采用导向式界面，逐步引导操作者输入必要的参数完成各部分设计工作。
由于该方法涉及的是声屏障设计的大部分过程，对声学设计方法过程阐述较少，在现有的声屏障设计方法中，存在的问题主要有：
1)对复杂条件下的声学建模使用不够准确，不能输入Cad等矢量图形完成声学建模的基本工作，声学模型主要以处理简单地形为主，复杂条件下的则难以处理。
2)由于声学建模的不准确导致声屏障降噪效果计算结果不够准确，现有方法都是参照声屏障降噪效果的理论计算公式，不能准确模拟实际的噪声辐射情况。
3)声屏障降噪效果及计算中，对声屏障结构及材料等因子的具体影响考虑较少。
由于上述存在的问题，导致声屏障的声学设计方法既不够完善，也不能针对复杂条件进行有针对性的声学设计，从而导致实际使用中的声屏障降噪效果不能达到理想状态。
发明内容
本发明的目的：旨在提出一种新的声屏障设计方法，解决目前声屏障设计中存在的不准确问题，提高声屏障的实际使用效果。
这种道路声频障声学设计方法，利用计算机处理得到声频障的外形尺寸、结构形式、以及风载强度和材质选取的相关数据，并对数据进行保存和输出，其具体设计方法为：
(1)导入设计声屏障所在处的经Cad格式处理的矢量图形，或者是jpg、bmp或tif等格式的栅格图形。
(2)对导入图形进行选择，选用Cad格式的矢量图，导入前确定Cad图形的单位比例与实际是否一致，一致时采用默认设置，不一致时采用自定义设置修改比例，通过导入设置菜单可修改Cad各图层属性，将不同图层的物体加以区别；如采用栅格图形导入，则应在导入后通过校准功能完成图形比例调整工作。
(3)如导入的为栅格图形，则需结合实际情况，绘制地形、道路、房屋、树林、草地等实体，完成声学建模基本工作。
(4)在受保护的敏感点处设置噪声预测点，收集并计算无屏障时的噪声值，确定声屏障的降噪指标。
(5)在拟实施声屏障的位置模拟声屏障，调节声屏障高度或长度，初步计算符合预测点降噪指标的声屏障几何尺寸。
(6)根据声屏障几何尺寸，模拟直立型、直弧型不同结构屏型及不同吸声材料状态下的屏障吸声系数，再次计算屏障降噪效果，直至计算出符合要求的声屏障几何尺寸、结构及吸声系数的组合。
在以Cad矢量图形，则可利用批量转换功能完成声学建模基本工作。
在计算无屏障时的噪声时，所采用的计算方法为：
(1)将道路声源以最边两侧的两条车道的中线作为两条线声源，根据预测点与声源之间的距离情况，再将线声源进一步微分为较小的微分区段，以每个微分区段作为点声源参与计算。
(2)分别计算各微分区段的点声源对预测点的噪声贡献值，计算中根据设置条件考虑声音的几何发散、大气吸收、地面效应及障碍物引起的屏障衰减等因素。
(3)叠加所有点声源对预测点的噪声贡献值即为预测点的噪声值。
利用上述方法可以解决上述声学设计中存在的不准确问题，同时可计算不同结构及材料构成声屏障的降噪效果。
附图说明
图1为声屏障声学设计流程图；
图2为声学计算原理图。
图3-1~3-4为声屏障声学设计模型界面示意图；
具体实施方式
以下给出本发明的具体实施方法，并进一步阐述本发明。
利用本技术方案介绍的声屏障声学设计方法，采用Visual C++编写软件，具体实施方法阐明如下：
1)导入设计声屏障所在处的地形图，一种为Cad格式的矢量图形，一种为jpg、bmp、tif等格式的栅格图形，通过这两种图形的导入，基本可处理实际遇到的所有地形底图。
2)图形导入后，接下来是对图形进行校准，所谓的校准就是将图形比例与实际比例调整为一致，对于栅格图形，可采用校准功能通过输入校准点完成校准，对于Cad矢量图形，应在导入前在Cad中确定一个长度单位是否是实际的1m，如是则不需校准，如不是则采用变换功能完成校准。
3)图形校准后，接下来就是声学建模工作，主要是完成道路、房屋、树林、草地、地形等的模拟工作。如果是栅格图形，则模拟工作需在栅格图形上绘制上述实体，如是Cad矢量图，可采用批量转换功能完成上述实体的绘制，如cad的road层为道路层，contourline层为等高线层，则可通过批量转换，选择所转换的图层为转换条件，分别将road层和contourline层转换为软件所识别的道路及等高线，完成声学建模工作。
4)分别输入实测的道路源强、道路宽度、道路高度等参数，输入树林、草地、地面等吸声因子。在受保护的敏感点处设置噪声预测点，计算无屏障时的噪声值，并通过实测的噪声值微调道路源强及树林、草地或地面等吸声因子，以基本确定二者基本一致。
5)在拟实施声屏障的位置模拟声屏障，调节声屏障高度或长度，初步计算满足预测点符合屏障降噪指标下的声屏障几何尺寸，初步尺寸的确定是为了在此尺寸的基础上选择合适的屏障结构及形式。
6)根据声屏障几何尺寸，模拟直立型、直弧型不同结构屏型及不同吸声材料状态下屏障吸声系数，再次计算屏障降噪效果，直至计算出符合要求的声屏障几何尺寸、结构及吸声系数的组合。
在计算无屏障时的噪声预测值时，所采用的计算方法(见图2)为：
(1)将道路最外侧的两条车道的中线作为两条线声源。
(2)根据设置的条件，进一步将线声源微分为较小的微分区段，每个微分区段作为点声源参与计算。
(3)默认条件下，各微分区段的长度不大于微分区段中点至预测点长度与某个常数K的乘积，默认K＝0.5，当然，也可以根据设置将该K设置为0.2或0.1倍，K值越小，则微分段越多，计算也越精确，但计算时间也较长。
(4)将各微分区段作为点声源，分别计算各点声源对预测点的噪声贡献值，计算中根据设置条件考虑声音的几何发散、大气吸收、地面效应、物体反射及障碍物引起的屏障衰减等因素，计算公式按照GB/T 17247.2-1998(声学户外声传播的衰减第2部分：一般计算方法)中的相关公式执行。
(5)叠加所有点声源对预测点的噪声贡献值即为预测点的噪声值。
采用本专利提供的声学设计方法，应用于上海外环线一期声屏障设计中，通过将沿线11处声屏障监测的实际降噪效果与采用本专利方法计算的理论降噪效果对比分析表明，二者差别很小，误差在1dB之内。
总体而言，尽管上海外环线具有路幅宽、车速快、流量大、大型车比例高、沿线噪声污染严重等特点，但采用本专利提供的声学设计方法应用于外环线声屏障设计实例，依然达到了预期的降噪效果，沿线敏感点声环境也得到较大改善，从增加土地利用、房产升值、改善民生、创造和谐社会等方面，采用本声学设计方法设计的外环线声屏障意义重大，同时也表明该方法完全可应用于任何道路的声屏障声学设计中。