田曉東

摘? 要：針對(duì)高校校園聲環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)治理問題，采用模塊化設(shè)計(jì)思路和大數(shù)據(jù)分析方法，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)高校校園環(huán)境噪聲監(jiān)測(cè)與分析系統(tǒng)，通過人機(jī)交互方式設(shè)定監(jiān)測(cè)參數(shù)，以及監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)處理，為高校校園聲環(huán)境監(jiān)測(cè)和改善提供必要的依據(jù)和支撐。

關(guān)鍵詞：聲環(huán)境；監(jiān)測(cè)；校園；噪聲監(jiān)測(cè)；數(shù)據(jù)采集

中圖分類號(hào)：TP274? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ? 文章編號(hào)：2095-2945（2024）19-0027-04

Abstract： Aiming at the problem of monitoring and evaluation of college campus acoustic environment quality， using modular design idea and big data analysis method， the university campus environmental noise monitoring and analysis system is designed and realized， and the monitoring parameters are set by human-computer interaction. And the real-time processing of monitoring data provides the necessary basis and support for the monitoring and improvement of campus acoustic environment.

Keywords： acoustic environment; monitoring; campus; noise monitoring; data acquisition

噪聲是一類引起人煩躁或音量過強(qiáng)而危害人體健康的聲音。噪聲污染不僅擾亂人們的正常生活，還會(huì)引起人們生理和心理上的不良反應(yīng)，其現(xiàn)已成為影響城市居民身體健康和生活質(zhì)量的主要來源之一，受到社會(huì)的廣泛關(guān)注[1]。自2022年6月正式實(shí)施的《中華人民共和國噪聲污染防治法》明確指出各級(jí)政府要組織建設(shè)噪聲污染監(jiān)測(cè)治理網(wǎng)絡(luò)體系，開展噪聲污染專項(xiàng)監(jiān)測(cè)治理。

高校校園是學(xué)生在校內(nèi)進(jìn)行學(xué)習(xí)和生活的外界環(huán)境，良好的校園環(huán)境可以促進(jìn)學(xué)生的身心健康，使學(xué)生有充沛的精力從事各項(xiàng)活動(dòng)，保障學(xué)習(xí)任務(wù)的高質(zhì)量完成。高校處在城市之中，其噪聲污染問題越來越多，對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)生活帶來嚴(yán)重影響。由于學(xué)生數(shù)量增加，周邊市政道路發(fā)展，社會(huì)車輛進(jìn)入校園的頻次和種類也在增加，還有圍繞高校商業(yè)圈的發(fā)展迅速，使得校園內(nèi)的噪聲的影響嚴(yán)重，對(duì)師生的學(xué)習(xí)、生活、工作產(chǎn)生了不良影響[2]。近十年來國內(nèi)諸多高校相繼開展了校園部分功能區(qū)的聲環(huán)境監(jiān)測(cè)工作，但沒有對(duì)噪聲數(shù)據(jù)的有效利用等問題開展研究。本文基于數(shù)據(jù)分析和挖掘技術(shù)，充分全面提取環(huán)境噪聲檢測(cè)數(shù)據(jù)特征，在完善治理措施的同時(shí)，探討其數(shù)據(jù)信息利用方法和應(yīng)用領(lǐng)域，而且后續(xù)可將相關(guān)的理論方法推廣到社會(huì)治理、智慧城市建設(shè)等領(lǐng)域，具有重要的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

1? 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

1.1? 法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)

世界各個(gè)國家和國際標(biāo)準(zhǔn)化組織針對(duì)噪聲的監(jiān)視、測(cè)量與評(píng)價(jià)、噪聲的排放及聲環(huán)境質(zhì)量都有相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，開展本系統(tǒng)設(shè)計(jì)需嚴(yán)格按照相關(guān)法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，以確保數(shù)據(jù)真實(shí)可信，參照?qǐng)?zhí)行的法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)主要有[3]：GB 3096—2008 《聲環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》；中華人民共和國國家環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)：HJ 906—2017《功能區(qū)聲環(huán)境質(zhì)量自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》；中華人民共和國國家環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)：HJ 907—2017《環(huán)境噪聲自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)技術(shù)要求》。

1.2? 監(jiān)測(cè)方案

為了評(píng)價(jià)不同聲環(huán)境功能區(qū)不同時(shí)段的聲環(huán)境質(zhì)量，了解功能區(qū)環(huán)境噪聲時(shí)空分布特性，根據(jù)GB 3096—2008《聲環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定，采用定點(diǎn)測(cè)量方法對(duì)校區(qū)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。選擇在無雨無雪的天氣條件下進(jìn)行測(cè)量，風(fēng)速在5 m/s以下，測(cè)量中監(jiān)測(cè)點(diǎn)與任一建筑物的距離不小于3.5 m，距地面的垂直距離不小于1.2 m。測(cè)量過程中，應(yīng)手持聲級(jí)計(jì)，聲級(jí)計(jì)距離身體不小于0.5 m，并盡量遠(yuǎn)離能反射聲音的建筑物[4]。

1.3? 監(jiān)測(cè)點(diǎn)位選擇

綜合考慮功能分區(qū)、范圍大小、附近路網(wǎng)情況等，在校園園區(qū)內(nèi)選取監(jiān)測(cè)點(diǎn)8個(gè)，覆蓋主要功能分區(qū)和噪聲分布特征明顯的區(qū)域，如教學(xué)區(qū)、運(yùn)動(dòng)場(chǎng)、食堂、圖書館、南北區(qū)之間的道路橋洞等部位，如圖1所示。經(jīng)實(shí)地勘察，初步選定北區(qū)圖書館南側(cè)、西區(qū)學(xué)前教育學(xué)院辦公樓前區(qū)域、西區(qū)宿舍樓區(qū)域、南區(qū)宿舍區(qū)北側(cè)過街橋洞南口附近區(qū)域、南區(qū)知新樓和職校中間南側(cè)區(qū)域、南區(qū)護(hù)理學(xué)院實(shí)驗(yàn)樓和籃球場(chǎng)之間區(qū)域、北區(qū)體育館北側(cè)和南區(qū)學(xué)生食堂前8個(gè)點(diǎn)位。各噪聲點(diǎn)監(jiān)測(cè)區(qū)域位置分布和噪聲源特性分析見表1。

1.4? 監(jiān)測(cè)時(shí)間點(diǎn)選擇

根據(jù)GB 3096-2008《聲環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中的規(guī)定，晝間是指06∶00—22∶00之間的時(shí)段，夜間是指22∶00—次日06∶00之間的時(shí)段。鑒于此并結(jié)合實(shí)際情況，本次的噪聲測(cè)量在時(shí)間點(diǎn)的設(shè)置上，為了全面測(cè)量校園環(huán)境噪聲水平，考慮到學(xué)校的正常上課狀況和測(cè)量結(jié)果的全面性，設(shè)定檢測(cè)周期為4周，每周一、周三、周六，上午（08∶30—11∶30）、下午（15∶30—17∶30）、晚上（22∶00—23∶00）等時(shí)間段開展噪聲實(shí)地測(cè)量。統(tǒng)籌兼顧了學(xué)生上午上課時(shí)間、傍晚體育活動(dòng)和晚上休息時(shí)間，連續(xù)開展4周。監(jiān)測(cè)日期上區(qū)分夏季和冬季，分別在6月份和12月份各開展一個(gè)監(jiān)測(cè)周期。

1.5? 數(shù)據(jù)采集

在監(jiān)測(cè)開始前做好標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備的校準(zhǔn)工作，每隔5 s進(jìn)行一次采樣，連續(xù)100次，計(jì)算連續(xù)等效聲壓級(jí)作為當(dāng)前監(jiān)測(cè)點(diǎn)的環(huán)境噪聲指標(biāo)數(shù)據(jù)。在系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的同時(shí)，采取人工方式對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)周圍的聲學(xué)環(huán)境進(jìn)行定性分析并記錄。

2? 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)功能組成

校園環(huán)境噪聲監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的主要功能是實(shí)現(xiàn)校園環(huán)境噪聲的信號(hào)采集、記錄保存、遠(yuǎn)程傳輸、分析處理、報(bào)警提示和查詢利用等，系統(tǒng)功能框圖如圖2所示。該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要包括監(jiān)測(cè)點(diǎn)模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊、監(jiān)控中心模塊，其中監(jiān)測(cè)點(diǎn)模塊主要包括信號(hào)采集前端單元、接口單元、數(shù)據(jù)分析單元、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元與監(jiān)測(cè)參數(shù)設(shè)置單元等；數(shù)據(jù)傳輸模塊主要包括數(shù)據(jù)發(fā)送單元、數(shù)據(jù)接收單元等；監(jiān)控中心模塊主要包括監(jiān)控平臺(tái)、信息檢索查詢、信息綜合分析、可視化顯示、綜合指令發(fā)布等單元，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖3所示。

3? 數(shù)據(jù)處理方法

3.1? 等效連續(xù)A聲級(jí)法

噪聲是無規(guī)律的、起伏不定的，即非穩(wěn)態(tài)的，所以采用等效連續(xù)A聲級(jí)法用于非穩(wěn)態(tài)噪聲的評(píng)價(jià)，其定義為某時(shí)間段內(nèi)的非穩(wěn)態(tài)噪聲的瞬時(shí)A聲級(jí)。用能量平均的方法，以一個(gè)連續(xù)不變的A聲級(jí)來表示該時(shí)間段內(nèi)噪聲的聲級(jí)，將所測(cè)得的100個(gè)數(shù)據(jù)從大到小排列，第10%個(gè)數(shù)據(jù)、第50%個(gè)數(shù)據(jù)、第90%個(gè)數(shù)據(jù)作為計(jì)算數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算[5-6]。

等效連續(xù)A聲級(jí)Leq采用如下公式

Leq=L50+d2/60，d=L10-L90。

3.2? 噪聲污染指數(shù)法

為了準(zhǔn)確描述校園總體聲環(huán)境質(zhì)量水平，本研究采用噪聲污染指數(shù)法，全面系統(tǒng)反映校園總體環(huán)境噪聲，其噪聲污染指數(shù)計(jì)算公式為

根據(jù)《聲環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范》等標(biāo)準(zhǔn)，利用噪聲污染指數(shù)進(jìn)行環(huán)境噪聲污染等級(jí)劃分，見表2。

4? 數(shù)據(jù)分析

依據(jù)GB 3096—2008《聲環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定的聲環(huán)境功能區(qū)監(jiān)測(cè)方法，采用定點(diǎn)測(cè)量方法對(duì)校區(qū)8個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行環(huán)境噪聲監(jiān)測(cè)，并利用記錄下的噪聲數(shù)據(jù)及相關(guān)信息進(jìn)行了系統(tǒng)分析。

監(jiān)測(cè)點(diǎn)模塊監(jiān)測(cè)軟件操作界面如圖4所示，部分監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)見表3和表4。

校園聲環(huán)境質(zhì)量特點(diǎn)分析。

第一，從總體上看（以6月份為例），校園整體環(huán)境處于可控水平，在部分時(shí)段和部分監(jiān)測(cè)點(diǎn)位存在噪聲超標(biāo)情況。

監(jiān)測(cè)點(diǎn)1位于生活區(qū)，其主要噪聲源來源于城市主干道大型車輛和來往學(xué)生的交談、校內(nèi)車輛等，上午和下午的噪聲水平相當(dāng)，處于標(biāo)準(zhǔn)閾值附近，晚上噪聲聲壓級(jí)處于標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。

監(jiān)測(cè)點(diǎn)2位于文教區(qū)，其主要噪聲源來自于城市主干道大型車輛、上下課的學(xué)生行進(jìn)和交談等，其噪聲水平與監(jiān)測(cè)點(diǎn)1大致相當(dāng)，略高一點(diǎn)。

監(jiān)測(cè)點(diǎn)3位于文教區(qū)，其主要噪聲源來自于城市主干道大型車輛和來往學(xué)生的交談、校內(nèi)車輛以及鳥鳴聲等，全天噪聲值處于超標(biāo)狀態(tài)。

監(jiān)測(cè)點(diǎn)4位于生活區(qū)，且處于南北區(qū)的交通關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)上，其主要噪聲源來自于城市主干道大型車輛、來往學(xué)生的行進(jìn)交流、南北區(qū)間過往車輛等，噪聲水平處于各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的最大值（晚上除外），主要原因是上午和下午來往學(xué)生較多、距離城市主干道距離較近，且缺少樹木、聲屏障等遮擋等，晚上過往車輛和行人明顯減少，噪聲水平下降明顯。

監(jiān)測(cè)點(diǎn)5位于文教區(qū)，其主要噪聲源來自于校外道路車輛行駛和鳴笛、校外附近市場(chǎng)以及學(xué)生交談等。由于靈海路車輛車速相對(duì)較慢，且監(jiān)測(cè)時(shí)間該處學(xué)生相對(duì)較少，噪聲水平處于標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，晚上受校外車輛以及校園東側(cè)區(qū)域施工等因素的影響噪聲略有超標(biāo)。

監(jiān)測(cè)點(diǎn)6位于文教活動(dòng)區(qū)，主要噪聲源來自于學(xué)生運(yùn)動(dòng)場(chǎng)活動(dòng)、校園東側(cè)區(qū)域施工等，白天噪聲均超標(biāo)，晚上學(xué)生活動(dòng)減少，噪聲水平明顯下降。

監(jiān)測(cè)點(diǎn)7位于活動(dòng)區(qū)，主要噪聲源來自于城市主干道大型車輛、鳥鳴等，噪聲水平在白天受過往車輛的影響時(shí)有超標(biāo)，優(yōu)點(diǎn)在于綠化帶相對(duì)較寬，不足在于距離山體較近樹木較多，鳥鳴聲較明顯。

監(jiān)測(cè)點(diǎn)8位于生活區(qū)，主要噪聲源來自于食堂設(shè)備、校內(nèi)外通行車輛以及過往學(xué)生行進(jìn)交談等，此處白天行人、車輛不斷，聲環(huán)境較為嘈雜，但晚上聲環(huán)境較好，晝夜間噪聲水平相差較大。

第二，從月份上看，6月份校園環(huán)境噪聲均值為55.885 dB（上午）、56.43 dB（下午）、45.92（晚上），均處于超標(biāo)水平，超標(biāo)率分別為1.6%、2.59%和2.04%，超標(biāo)程度相對(duì)較弱。12月份校園環(huán)境噪聲均值為55.06 dB（上午）、56.32 dB（下午）、43.85 dB（晚上），較6月份均有下降，晚上噪聲水平處于達(dá)標(biāo)狀態(tài)。這主要是冬季校園文化相對(duì)較少，學(xué)生室外活動(dòng)頻次減少，由于天氣寒冷等原因夜間外出活動(dòng)減少幅度更為明顯。

第三，從監(jiān)測(cè)點(diǎn)位置上看，靠近城市主干道和學(xué)生活動(dòng)密集的地方環(huán)境噪聲水平較差，其中以監(jiān)測(cè)點(diǎn)4最有代表性，該監(jiān)測(cè)點(diǎn)緊靠城市主干道，來往大型車輛較多；處于南區(qū)和北區(qū)西區(qū)的通行節(jié)點(diǎn)，學(xué)生上課和業(yè)余活動(dòng)通過頻次和人次均較高；該處綠化帶設(shè)置不足，寬度和密度均有待提高。

5? 結(jié)束語

在對(duì)高校校園聲環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)進(jìn)行全面、準(zhǔn)確的需求分析的基礎(chǔ)上，文中采取定點(diǎn)觀測(cè)方式對(duì)校園聲環(huán)境進(jìn)行了監(jiān)測(cè)，設(shè)計(jì)開發(fā)數(shù)據(jù)處理分析模塊，實(shí)現(xiàn)友好的人機(jī)交互和數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)處理，并可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行聲光報(bào)警。隨著工作的進(jìn)一步開展，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)愈加完善，可考慮引入深度學(xué)習(xí)等算法實(shí)現(xiàn)噪聲分類和預(yù)測(cè)等，同時(shí)還可對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行更深入分析，提出改進(jìn)措施和建議。

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