91精品人妻互换日韩精品久久影视|又粗又大的网站激情文学制服91|亚州A∨无码片中文字慕鲁丝片区|jizz中国无码91麻豆精品福利|午夜成人AA婷婷五月天精品|素人AV在线国产高清不卡片|尤物精品视频影院91日韩|亚洲精品18国产精品闷骚

 李小曼，  劉勤，  徐夢潔

(1.中國科學(xué)院南京土壤研究所，江蘇南京210008；

2.南京農(nóng)業(yè)大學(xué)公共管理學(xué)院，江蘇南京210095)

 摘要：基于GIs研究了常熟楊同鎮(zhèn)噪聲污染。采用地統(tǒng)計學(xué)、確定性插值方法進行精度、效果的比較，選取最優(yōu)模型。在此基礎(chǔ)上，全面、直觀地分析了噪聲污染的時空分布特征，并對聲環(huán)境進行了評價。結(jié)果表明，楊園鎮(zhèn)晝、夜噪聲都具有二次趨勢，剔除趨勢后克里金的球狀模型擬合夜間噪聲效果較好：經(jīng)過驗證，徑向基函數(shù)法估計值與真實值相似樣點都在800x,以f：，預(yù)測精度，插值效果較克里金法更優(yōu)，被選為最優(yōu)模型。噪聲的空問變異主要存在于近正南一正北方向，以結(jié)構(gòu)性變異為主，隨機性變異為輔。楊園鎮(zhèn)噪聲整體評價為V二級，一般水平，超出限值的面積分別為晝問45.36%，夜間為57.32%，主要分布在立交、道路交叉路U、T-廠區(qū)域。需結(jié)合行政、法律等手段從聲源及聲傳播途徑上做出相應(yīng)的整改措施。

 關(guān)鍵詞：空間捕值；空間變異；聲環(huán)境評價；地理信息系統(tǒng)

 隨著社會的發(fā)展，環(huán)境噪聲污染糾紛頻發(fā)，噪聲問題已發(fā)展成為制約人們生活質(zhì)量提高，影響和諧社會建設(shè)的社會問題，因此逐漸被研究者關(guān)注。Brown等對11個大城市用CRTN88模型進行了交通噪聲預(yù)測；李妍提出降噪對策的空間組合是降低城市道路交通噪聲主要舉措；樊風雷等探究了城市噪音的垂直空間分布規(guī)律。目前，大多數(shù)研究都集中在對機場、工廠、交通等單一、瞬時噪聲污染進行研究，卻較少對連續(xù)空間整體噪聲進行研究。實際上，噪聲污染點多面廣，并具有復(fù)雜的空間分布特征，傳統(tǒng)的噪聲評價方法難以達到全面、直觀的效果，而GIS其強大的空間插值、空間分析能力，及可視化圖形界面使其在噪聲時空分布研究中體現(xiàn)出巨大優(yōu)勢�？臻g插值可以將離散點擬合成連續(xù)曲面，從而分析出區(qū)域的噪聲污染趨勢，為污染評價提供依據(jù)。事實上，污染評價的合理性及真實性在一定程度上都依賴于空間插值的精確性。因此噪聲污染趨勢擬合中必須考慮空間插值方法的適用性、模型精度、插值效果及其驗證。

 過去，人們往往認為城市是噪聲污染的重災(zāi)區(qū)，鄉(xiāng)村主要發(fā)展農(nóng)業(yè)，因此沒有噪聲污染。但是，隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展和城市化的加速，鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)逐漸增多，村鎮(zhèn)地區(qū)又沒有像城市地區(qū)那樣具有強而有力的防護措施和監(jiān)管政策，因此噪聲污染往往被忽視。本文以經(jīng)濟較為發(fā)達，鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)較多的常熟市楊園鎮(zhèn)為例，借助于ArcGIS的地統(tǒng)計學(xué)模塊，將地統(tǒng)計學(xué)插值、確定性插值方法的不同插值模型進行誤差、效果的比較，選取較優(yōu)插值模型生成噪聲等效聲級等值線圖，污染限值圖等，對村鎮(zhèn)噪聲環(huán)境進行評價，并初步提出降噪建議，為村鎮(zhèn)噪聲污染控制提供科學(xué)依據(jù)。

1  研究區(qū)與研究方法

1.1  研究區(qū)概況

 研究區(qū)為楊園鎮(zhèn)一帶，其位于常熟市西南，居北緯31。32’~ 31034r，東經(jīng)1200377—120。39’之間，地處中國經(jīng)濟最活躍的區(qū)域——上海經(jīng)濟圈中心。楊園鎮(zhèn)依托蘇虞張公路、錫太公路的地理優(yōu)勢，高速發(fā)展苗木種植、水產(chǎn)養(yǎng)殖、農(nóng)業(yè)觀光旅游，尤其是工業(yè)。由于村鎮(zhèn)與城市相比房屋低矮，建筑都在2層左右，無高樓建筑，市鎮(zhèn)外非常開闊，主要為草地。故考慮將噪聲研究區(qū)范圍擴大，包括楊園市鎮(zhèn)總共約為12.67kmz。

1.2  研究方法

1.2.1  數(shù)據(jù)采集與處理

根據(jù)《聲環(huán)境質(zhì)量標準》(GB 3096-2008)，在無雨雪、無雷電天氣，風速5.0 m/s以下，采用網(wǎng)格法500 mx500 m的格網(wǎng)對研究區(qū)域噪聲狀況進行監(jiān)測，如圖1，共70個監(jiān)測點，其中50個為分析點，布設(shè)在每個柵格的中心點，20個為驗證點，布設(shè)在監(jiān)測點之間（取南邊4排格網(wǎng)）。采用GPS定位，監(jiān)測時間分為晝間和夜間，晝間是上午9-11時，下午15-17時，夜間是22-24時。連續(xù)監(jiān)測2周，取其平均值。測量位置滿足《聲學(xué)環(huán)境噪聲測量方法標準》的戶外測量的要求。最后將點的區(qū)域環(huán)境噪聲監(jiān)測值，功能區(qū)類別等屬性值錄入ArcGIS空間屬性數(shù)據(jù)庫進行插值和分析操作。

在噪聲監(jiān)測中，常以10 min的等效連續(xù)A聲級k來表示噪聲大小：

 式(1)中，L為瞬A計權(quán)聲壓級，T為測量時段間隔。

1.2.2  空間插值

 這里采用地統(tǒng)計學(xué)方法和確定性方法2種力法進行插值，比較兩者的精度，選取擬合效果最好的方法。地統(tǒng)計法適用于那些區(qū)域化變量存在空間相關(guān)性的數(shù)據(jù)的插值，它的主要工具是變異函數(shù)，優(yōu)點是既能定量地反映出監(jiān)測點之間的空間變異性，又能顯示并預(yù)測出樣點在研究區(qū)內(nèi)的空間分布格局。變異函數(shù)有不同的模型：球狀模型( Spherical  model，SPH)、高斯模型(Gaussian model，GS)、指數(shù)模型(Exponentialmodel，EXP)、孔穴效應(yīng)(Hole effect，HE)模型、K-貝塞爾函數(shù)( K-Bessel，KB)模型等。選用不同的模型擬合可以得到不同的空間相關(guān)關(guān)系和插值結(jié)果。變異函數(shù)的塊金值(Nugget)、變程(Range)、基臺值(Sill)和偏基臺值(Partial Sill)等參數(shù)可以反映空間變異性程度。

 確定性插值方法以研究區(qū)域內(nèi)部的相似性或平滑度為基礎(chǔ)，由已知樣點來創(chuàng)建表面。ArcGIS分別選用冪為1—3的反距離權(quán)重插值(IDW)、最高階為4的局部多項式插值方法(LPI)，徑向基函數(shù)插值方法(RBF)選用完全規(guī)則樣條函數(shù)(Completely RegularizedSpline．CRS)、高次曲面函數(shù)(Multiquadric，MQ)、薄板樣條函數(shù)(Thin Plate Spline，TPS)和張力樣條函數(shù)(Spline with Tension，ST)、逆多元二次函數(shù)(InverseMultiquadric, IMQ)fll1.

 插值模型精度比較采用交叉驗證法，比較的指標為平均誤差(ME)、標準化平均誤差(MSE)最接近于0，均方根誤差(RMSE)越小，平均標準誤差(ASE)與均方根誤差（RMSE）越接近，標準化均方根誤差（RMSSE）最接近于l的插值模型作為較優(yōu)的克里金模型。

1.2.3  評價方法

 按照GB 3096-2008《聲環(huán)境質(zhì)量標準》鄉(xiāng)村聲環(huán)境功能確定，執(zhí)行2類聲環(huán)境功能區(qū)要求，標準限值為晝間60 dB(A)，夜間50 dB(A)。結(jié)合實地情況發(fā)現(xiàn)，由于研究區(qū)工廠較多，重型車輛較多車速較快，噪聲較大，并且執(zhí)行2類聲環(huán)境功能區(qū)要求，故評價標準可以按照城市區(qū)域聲環(huán)境質(zhì)量總體水平等級劃分，具體參見相關(guān)技術(shù)規(guī)定。

2  噪聲空間插值分析

2.1  描述性統(tǒng)計

變異函數(shù)的計算要求數(shù)據(jù)服從正態(tài)分布，否則可能存在比例效應(yīng)。2周內(nèi)晝間和夜間等效聲級統(tǒng)計特征見表1。晝間、夜間等效聲級的變異系數(shù)分別為13.36%和11.12%，屬于中等變異性中較低強度的變異。由于分析樣點數(shù)據(jù)≤50個，采用精確Kol-mogorov-Smirnov法檢驗發(fā)現(xiàn)，2周的晝夜等效聲級近似相伴概率值大于一般的顯著性水平0.05，均符合正態(tài)分布，可以采用克里金插值。

2.2  趨勢分析

圖2為研究區(qū)晝間和夜間噪聲趨勢分析示意圖。圖中，x軸表示正東方向，）y軸表示正北方向，z軸表示各監(jiān)測點測定值的大小。由此看出，晝間和夜間噪聲都存在較為明顯的趨勢變化。其中晝間噪聲主要表現(xiàn)為自西向東逐步增加，而由南到北則為先增加后減少的趨勢。夜間噪聲的趨勢效應(yīng)更為明顯，并且除了由南到北倒“U”型二次趨勢外，自西向東也呈現(xiàn)先增加后減少的倒“U”型二次趨勢，使用克里金插值時注意剔除趨勢。

2.3  地統(tǒng)計學(xué)插值

在均考慮各向異性的情況下，由于數(shù)據(jù)存在主導(dǎo)趨勢，故選擇泛克里金方法(Universal Kriging，UK)用不同模型，進行半方差函數(shù)擬合，由于夜間噪聲二次趨勢比較明顯，故剔除趨勢效應(yīng)。如表2所示可以看出去除趨勢效應(yīng)后的模型模擬得更好，晝間噪聲和夜間噪聲精度較高的擬合模型為SPH、GS、EXP和HE。選擇最優(yōu)水平的指標≥3個，其余指標處于平均水平以上的插值模型為最優(yōu)模型，則晝間噪聲以EXP模型最優(yōu)，夜間噪聲以SPH模型最優(yōu)。

空間變異性程度進行分析是地統(tǒng)計學(xué)方法的核心。通過變異函數(shù)分析得到了相應(yīng)的理論模型和參數(shù)，見表3。晝間和夜間的基底效應(yīng)來看比值都在25%N75%之間，表明系統(tǒng)的空間相關(guān)性中等強度，兩者都是結(jié)構(gòu)性變異主導(dǎo)，隨機性變異為輔，并且兩者差別不明顯，主要是由于研究區(qū)內(nèi)2條高架干道的交通噪聲晝夜差別不大，較為穩(wěn)定，增大了結(jié)構(gòu)性變異的部分，相對于白天來說，夜晚較為安靜，突然的風聲、雨聲、人聲、狗吠等隨機因素更容易影響系統(tǒng)，所以結(jié)構(gòu)方差率相對較低。而白天可能更易受到內(nèi)在因素的影響，如受到道路和施工工地等聲源的影響，以及噪聲傳播上的相互影響，因此結(jié)構(gòu)方差率相對較高。

 空間變異性尺度，即變程。它表達了空間自相關(guān)的范圍，反映了噪聲的主要變異過程。由表3可知，晝間長軸與短軸變程之比為2.83，比值較大，說明其具有明顯的各向異性，長軸方位角為19.10。夜間比值為1.61，各向異性較晝間相對小些，長軸方位角為4.30。說明晝夜噪聲的空間變異主要反映在西南一東北方向上，接近于正南一正北方向，即在這個方向上噪聲擴散范圍最廣，影響程度最大。

 克里金方法需要區(qū)域化變量滿足二階平穩(wěn)假設(shè)，當采用GS+9.0軟件分析發(fā)現(xiàn)，晝間噪聲幾種模型的可決系數(shù)都<0.3，夜間噪聲幾種模型的可決系數(shù)都>0.9，說明地統(tǒng)計學(xué)模型不是很適用于晝間噪聲數(shù)據(jù)的擬合，但夜間噪聲數(shù)據(jù)擬合情況較好。

2.4  確定性插值

  采用ME最接近于0、RMSE最�。▋�(yōu)先考慮）的原則來確定最優(yōu)空間插值模型。由表4可以看出IDW冪次越高插值效果越好。LPI隨著階數(shù)的增加，噪聲數(shù)據(jù)插值的精度先增加后減小，RBF的幾種插值效果都比較好。最高階為3的GPI盡管插值精度較高，但它是對全局趨勢進行分析，插值結(jié)果只能反映主要趨勢，不能反映細節(jié)趨勢變化。經(jīng)過比較分析，晝間插值最優(yōu)的插值方法是RBF( TPS)，而夜間插值方法最優(yōu)的是RBF( MQ)。幾種較優(yōu)插值方法生成的圖像如圖3所示。

2.5  最優(yōu)模型的選擇

 通過20個檢驗樣點數(shù)據(jù)驗證發(fā)現(xiàn)，晝間RBF的MQ方法的86.1%的估計值非常接近真實值，比例最高，誤差范圍在+0.1之間，而克里金的EXP法只有50.3%�？死锝鸱ǖ�8個低值點中，實際監(jiān)測值較高，說明克里金法預(yù)估的噪聲污染嚴重部分偏小。而夜間MQ方法中有82.3%的估計值接近真實值，而克里金的SPH有67.7%較為接近真實值。

 與克里金的2種方法相比，在本例中，確定性插值的TPS、MQ方法能夠保證插值圖像不會偏移、變形，更能充分合理地反映等效聲級值的整體和局部趨勢，并且插值平滑性較好，預(yù)測精度高，更加真實的反映楊園鎮(zhèn)的噪聲污染現(xiàn)狀，因此被選為最優(yōu)插值方法。

3  噪聲時空分布特征分析

借助ArcGIS 9.3，以3 dB為間隔，采用RBF法的TPS和MQ法分別生成晝間和夜間等效聲級的等值線圖，見圖4。這里噪聲圖區(qū)別于污染源噪聲圖，圖4中的值不是瞬時噪聲而是等效聲級的平均噪聲。可以看出晝間等值線較密，表現(xiàn)噪聲值普遍偏高，且變化較快，峰值較為明顯。主要噪聲污染源是車流量較大的道路，以及人類活動頻繁的工商業(yè)用地。夜間等值線圖較稀疏，說明夜間噪聲普遍偏低。由于夜間商業(yè)、工業(yè)活動停止，主要污染源只有道路。晝夜噪聲的峰值往往出現(xiàn)在道路交叉口，如楊園互通立交附近晝間噪聲平均最高達70—80 dB，夜間平均最高達53—56dB。此外，噪聲往往還與車速有關(guān)，由于高架上的車速較快，主干道上的車速較慢。比較來看，高架附近的噪聲明顯高。

4  聲環(huán)境評價

經(jīng)計算，晝間平均等效聲級為59.48 dB，夜間為50.51 dB，根據(jù)《城市區(qū)域聲環(huán)境質(zhì)量總體水平等級劃分標準》可知，晝夜聲環(huán)境都屬于三級水平，總體評價為一般。局部可以劃分出“好”、“較好”、“一般”、“較差”和“差”5個等級，如圖5所示。晝間“較好”和“好”的區(qū)域是遠離公路的居民區(qū)，農(nóng)田與草地。“差”的區(qū)域主要是楊園鎮(zhèn)活動中心的十字路口處，楊園立交周圍，幾條路的交叉路口處，車速較快的沙洞路南端，以及北部的公路及工廠附近。“較差”的區(qū)域除了在“差”的區(qū)域范圍擴大以外，還增加了東部的沙洞路及周邊工廠區(qū)域。夜間楊園鎮(zhèn)的工商業(yè)活動普遍減少，楊園鎮(zhèn)東西向和南北向主干道由于車流量驟減，不再成為聲環(huán)境“差”的區(qū)域。由于夜間評價標準比晝間嚴格，分貝值<40的“好”區(qū)域沒有，“較好”區(qū)域都遠離交通干線。“較差”區(qū)域的面積相比晝間有所增加。而楊園立交及錫太公路與沙洞路的交叉路由于有大量外地途經(jīng)車輛，車流量與晝間相比只有小幅減少，所以成為夜間噪聲“差”區(qū)域的主要聲源。根據(jù)聲環(huán)境評價標準限值可以篩選出超出限值的部分，即夜間>50 dB，晝間>60 dB的范圍。占研究區(qū)總面積比例分別為：晝間45.36%，夜間為57.32%。面積較大，需要引起足夠重視。

5  結(jié)論

 (1)對噪聲進行趨勢分析可知，楊園鎮(zhèn)晝夜間噪聲都存在較為明顯的趨勢變化。晝間噪聲呈現(xiàn)自西向東逐步增加的一次趨勢，而由南到北呈現(xiàn)倒“U”型二次趨勢。夜間噪聲都呈現(xiàn)倒“U”型趨勢，使用克里金法剔除趨勢再還原全局趨勢后能夠有效改善插值精度和效果。

 (2)本例來看，地統(tǒng)計學(xué)模型更適用于擬合夜間噪聲數(shù)據(jù)。插值模型精度晝夜間分別以EXP、SPH模型最高。噪聲空間變異主要存在于接近正南一正北方向。從變異性程度來看，由于區(qū)域交通噪聲比較穩(wěn)定且為主要聲源，因此晝夜間噪聲都以穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)性變異噪聲為主，而以偶然性的噪聲（隨機性變異）為輔。相比晝間，夜間更易受到入聲、犬吠等隨機因素干擾，因此夜間隨機性變異程度較高。

 (3)確定性插值擬合結(jié)果較優(yōu)，其中RBF的TPS和MQ法分別擬合晝、夜間效果最好。通過檢驗樣點數(shù)據(jù)驗證發(fā)現(xiàn)RBF法比克里金法更接近真實值。此外，RBF插值平滑性較好，精度較高，圖像不易偏移變形，因而被選為最優(yōu)插值方法。

 (4)楊園鎮(zhèn)噪聲整體水平為三級一般，超出限值的范圍較大，需要從聲源或聲傳播途徑方面做出一些整改措施。如應(yīng)對重型車輛進行限制，在夜間靠近居民區(qū)位置禁止鳴笛，噪聲峰值較大的區(qū)域應(yīng)進行相應(yīng)噪聲隔離措施。此外，在今后的鄉(xiāng)村規(guī)劃上可以參考等效聲級分類圖，如新建居民區(qū)、道路的選址等。

 (5)在研究方向方面，噪聲不僅存在各向異性，而且相同方向上由于不同聲源干擾也存在多層次的變化，情況十分復(fù)雜。因此，今后可以構(gòu)建多種模型套合并結(jié)合GIS擬合這種變化。