автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.13, диссертация на тему:Метод и средства контроля уровня шумового загрязнения индустриального центра

На правах рукописи

ЛИТВИНЕНКО СВЕТЛАНА АЛЕКСАНДРОВНА

МЕТОД И СРЕДСТВА КОНТРОЛЯ УРОВНЯ ШУМОВОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ ИНДУСТРИАЛЬНОГО ЦЕНТРА (НА ПРИМЕРЕ ГОРОДА БАРНАУЛА)

05.11.13 - Приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технически

Барнаул 2009

003480920

Работа выполнена в Институте водных и экологических проблем СО

РАН.

Научный руководитель

- доктор физико-математических наук, профессор

Суторихин Игорь Анатольевич

Официальные оппоненты: - доктор технических наук, профессор

Защита состоится 12 ноября 2009 г. в 12.00 на заседании диссертационного совета Д 212.004.06 в Алтайском государственном техническом университете им. И.И. Ползунова по адресу: 656038, Барнаул, пр-т Ленина 46.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Алтайского государственного технического университета им. И.И. Ползунова

Автореферат разослан 12 октября 2009 г.

Оскорбин Николай Михайлович

-кандидат технических наук, доцент Зрюмов Евгений Александрович

Ведущая организация:

- Институт мониторинга климатических и экологических систем СО РАН, г. Томск

Ученый секретарь

диссертационного совета, к.т.н., доцент

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования. Сегодня шум - один из важных факторов вредного влияния нашей цивилизации на окружающую среду, он опасен не менее чем загрязнение воздуха или воды. От 30 до 40% современных горожан проживает в условиях шумового дискомфорта. Акустическое загрязнение становиться причиной различных заболеваний, ведет к ухудшению качества жизни и экономическим потерям, снижает производительность труда на предприятиях.

Основным источником шума в современных городах, в том числе и в Барнауле, является автомобильный транспорт, вклад которого составляет 60 - 80% всех шумов, проникающих в места пребывания человека. Автомобильный парк города и края постоянно растет, за последнее десятилетие он увеличился на треть, в основном за счет легкового транспорта, вдвое увеличилось число автобусов. Вместе с этим продолжает увеличиваться доля автомобилей с большим сроком эксплуатации, выработавших свой технический ресурс и являющихся наиболее неблагоприятными по акустическим характеристикам.

Острой для Барнаула является проблема транзитного транспорта. Подавляющая часть загородных транспортных автомагистралей не имеют обходов города и связаны между собой в пределах городских улиц и дорог, что ведет к концентрированию транспортных потоков. Кроме этого, в г. Барнауле необходимо отметить следующие недостатки архитектурно-планировочной организации территории, негативно влияющие на акустический фон городской среды: низкую пропускную способность автомагистралей, сокращение площади зеленых насаждений, отсутствие экранирующих сооружений.

Создание акустического благополучия в городе - проблема многих отраслей градостроительства. Её решение возможно только

при комплексном подходе, максимально учитывающим все геоэкологические особенности исследуемой территории. Наиболее точно это возможно сделать при использовании геоинформационных систем и технологий.

Цель исследования - разработка информационного обеспечения для контроля шумового загрязнения г. Барнаула.

Для достижения поставленной цели были решены следующие

задачи.

1. Проанализировать современные подходы оценки шумового загрязнения в соответствии с ГОСТом.

2. Выявить основные факторы, неблагоприятно влияющие на акустический режим.

3. Провести натурные измерения уровней шума в различных частях города Барнаула.

4. Разработать базу данных (БД) для хранения результатов натурных измерений.

5. Разработать ГИС для оценки и контроля шумовых загрязнений, связанную с БД.

Объект исследования - примагистральные территории г. Барнаула.

Предмет исследования - акустическое загрязнение, создаваемое автомобильным транспортом на примагистральных территориях города.

Методы исследования и исходные материалы. При проведении исследований на всех этапах использовались системный, сравнительно-географический, картографический, экспертный, и статистические методы. В качестве растровой подложки использовался план г. Барнаула, справочник 2 ГИС-Барнаул и космоснимки с ресурса www.google.ru. При анализе научных работ были выделены и в дальнейшем использовались различные методические подходы к оценке акустического загрязнения городской среды и разработке природоохранных мероприятий на основе

4

геоинформационных технологий и картографического моделирования для разработки и составления карт.

Достоверность. Результаты диссертации подтверждаются соответствием выводов с теорией распространения звука; в прикладной части - использованием современных ГИС-технологий и экспериментальной проверкой полученных результатов расчета с результатами измерений уровней шума на примагистральных территориях г. Барнаула. Измерения проводились прибором 1-го класса точности, прошедшем гос. поверку, в соответствии с ГОСТ Научная новизна и теоретическая значимость.

1. На основе современных ГИС - технологий выбрана пространственная модель, используемая для оценки акустического режима примагистральных территорий.

2. Проблемы акустического загрязнения исследуемой территории рассмотрены с позиций дорожно-транспортного комплекса.

3. Предложен комплексный подход к оценке акустического загрязнения и разработке шумозащитных мероприятий.

На защиту выносятся:

1. Пространственно-картографическая модель на базе расчетно-аналитического модуля для оценки акустического режима примагистральных территорий с применением ГИС - технологий.

2. Геоэкологическая оценка акустического загрязнения исследуемых примагистральных территорий.

3. Результаты анализа факторов, влияющих на акустический режим примагистральных территорий.

4. Методика оценки акустического загрязнения и разработка шумозащитных мероприятий.

Практическая значимость работы. Методические разработки и созданная пространственная модель могут быть использованы для

оценки акустического режима примагистральных территорий любых населенных пунктов.

Апробация работы. Основные результаты исследования доложены на международной конференции "Измерения, моделирование и информационные системы как средства снижения загрязнений на городском и региональном уровне" Томск, ИОА СО РАН, 2002 г., конференции молодых ученых ИВЭГТ СО РАН 2003-05, 2009 г., Барнаул, ИВЭП СО РАН, 2003-2005,2009 г., международной конференции "Е1ЧУ1ЯОМ15" Томск, ЦНТИ, 2004 г., конференции "Молодежь - Барнаулу" Барнаул, АлтГТУ, 2004 г., на VI Сибирском совещании по климато - экологическому мониторингу, Томск, 2005 г.

По теме диссертации опубликовано 10 работ, в том числе 2 работы - в ведущих рецензируемых изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Личный вклад автора заключается в сборе, обработке и анализе данных, использованных при написании диссертационной работы; в проведении натурных измерений; в разработке методики оценки акустического загрязнения; в разработке пространственной модели распространения звуковой волны на базе расчетно-аналитического модуля; в разработке рекомендаций по комплексу шумозащитных мероприятий.

Структура и объем работы. Работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованных источников, изложена на 96 страницах машинописного текста, содержит 27 таблиц, 22 рисунка. Список использованной литературы насчитывает 106 наименование, в том числе 20 на иностранном языке.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе рассматривается звук, как физическое явление, приводится определение шума. Далее шумами будем называть звуки, образующие набор частот, непрерывно заполняющих некоторый

6

интервал частот (сплошной акустический спектр частот), другими словами под шумом понимают совокупность звуков различной частоты и интенсивности, с определенной величиной интервалов между составляющими его звуками. Одной из важнейших характеристик шума является среднеквадратичное значение звукового давления. Среднеквадратичное давление - это постоянное давление, превышающее давление окружающей среды, которое имеет такую же акустическую энергшо, как и данное переменное звуковое давление. В акустике звуковое давление оценивается по логарифмической шкале по формуле

1=101§(р2ф^) = 20 18 (р/ро)

где р - среднеквадратичное значение переменного звукового давления, Па;

Ро - стандартное звуковое давление, равное 10"5 Па, соответствующее порогу слышимости человека на частоте 1000 Гц. Классификация шумов, действующих на человека, производится по их спектральным и временным характеристикам. По виду спектра шумы могут быть разбиты на низкочастотные, с максимумом звукового давления в области частот ниже 250 Гц, среднечастотные, с максимумом звукового давления в области частот 250-1000 Гц, и высокочастотные, с максимумом звукового давления в области выше 1000 Гц. По временным характеристикам шумы подразделяют на постоянные, уровень звука которых изменяется не более чем на 5 дБ, и непостоянные, уровень звука которых изменяется во времени более чем на 5 дБ.

Чтобы охарактеризовать транспортный шум или любой другой непостоянный шум одним числом вводится понятие эквивалентного (по энергии) уровня звука ]-,Лэкв в дБА — общий уровень звукового давления, измеряемый шумомером на кривой частотной коррекции А. Ухо человека воспринимает шум несравненно более утонченно, чем шумомер снабженный коррекцией А (эта кривая коррекции А

соответствует кривой, равной громкости с уровнем звукового давления 40 дБ на частоте 1000 Гц), но простота этой единицы делает ее наиболее удобной для практического применения.

Методы оценки шума зависят в первую очередь, как отмечалось ранее, от его характера. Постоянный шум оценивается в уровнях звукового давления I в дБ в октавных полосах частот со среднегеометрическими частотами

= {63,125,250,500,1000,2000,4000,8000}, где N - спектр среднегеометрических частот октавных полос, Гц.

Этот метод оценки постоянного шума является основным. Для оценки непостоянных шумов, а также для ориентировочной оценки постоянных шумов (нормирования) используют уровень звука в дБА.

Для контроля за уровнем шума рассматривается созданная геоинформционная система (ГИС). Под термином ГИС в данной работе мы будем понимать интерактивные системы, способные реализовать сбор, систематизацию, хранение, обработку, оценку, отображение и распределение данных, и как средство получения на их основе новой информации и знаний о пространственно-временных явлениях. В ГИС основой является система сбора информации о состоянии уровней шума и классификация объектов. Наличие классификаторов позволяет сформировать системы баз данных для накопления сведений об объектах исследования, а система сбора информации позволяет наполнить эти базы данными, отображающими состояния шумового загрязнения сложившейся застройки, промышленной зоны, и характер распространения шумовых полей в планируемых градостроительных решениях.

На основе проведенных исследований основных источников шумовых полей, условий их расположения, нормативных требований к уровню шумового загрязнения в дневное и ночное время, а также задач экологического контроля и необходимости обоснования градостроительных решений в диссертационной работе предложены

В

следующие функциональные подсистемы ГИС «Шумовая карта г.Барнаула»:

1. введения и отображения источников шума территории города и их характеристик;

2. отображения зданий, сооружений и других объектов, которые определяют условия распространения шумовых полей;

3. расчета и сравнение с экспериментальными данными уровней звука в заданный период на территории города, а также их оценки на уровне жилых зданий и в закрытых помещениях;

4. оценки экологического ущерба в случае превышения допустимых нормативов шумового загрязнения с учетом плотности населения в жилых кварталах города;

5. обоснования градостроительных решений и других методов регулирования шумовой нагрузки с целью снижения воздействия шумовых полей и улучшение экологической ситуации.

6. хранения, обработки и отображения данных шумового загрязнения города и его кварталов, реализованных с помощью соответствующих ГИС технологий.

Описание этих подсистем и раскрытие их возможностей приводятся в следующих главах.

Во второй главе рассматривается построение системы баз данных измерений уровня шума. На первом этапе производится сбор, систематизация и. анализ материалов измерений уровней шума с целью изучения исследуемого объекта и привлечения материалов изысканий.

В данной работе измерения проводились шумомером ВШВ -003 - М2, который предназначен для измерения уровня звука с частотными характеристиками А, В, С; уровня звукового давления в диапазоне частот от 2 до 8 кГц в свободном и диффузном полях. ВШВ - 003 - М2 относится к шумомерам 1-го класса точности.

Для наполнения базы данных был проведен ряд экспериментов по измерению уровней шума на территории г. Барнаула. Для наиболее

9

полного отображения акустической ситуации на территории города измерения проводились в разное время суток, на перекрестках, внутри кварталов, в промышленной зоне, также отслеживалась суточная динамика изменения звукового давления. Экспериментальная площадка выбиралась таким образом, чтобы была возможность получить оценки расчетов на открытой местности, а также в сложившейся городской застройке.

Для хранения данных натурных измерений была создана система управления базами данных (СУБД) на основе программного продукта Microsoft Access, которая является СУБД. Данные хранятся в такой базе в виде таблиц, строки (записи) которых состоят из наборов полей определенных типов. Таблицы имеют однотипные поля, и это позволяет устанавливать между ними связи и выполнять операции реляционной алгебры.

Разработанная реляционная модель базы данных уровней шумового загрязнения индустриального центра представлена на рис. 1. Структуру реляционной модели базы данных программы можно разделить на 2 блока: исследуемый район города и уровни шумового загрязнения. В базу данных о населенном пункте входит название административной территории (района), улицы или перекрестка, точная дата проводимых измерений, а также картографическая привязка местности. Уровни шумового загрязнения представлены измеренными значениями шума при корректирующих фильтрах А, В, С и лин., а также на среднегеометрических частотах.

•>¿1 Ф*™* 0»?*ит ¡апит С 5ре««

• ♦ 1С- » ¡ж]*' У Ш Ш Ш Л - Д •

Л 1 V • .. а п и % Л П ' л

- . 5 х

Нажянж44твГ4 хас#,1еи*и>,-о пункта (ЯП)

х. Бастуя

Районы Ш

Издя^ ^ет» Нтгняяокр&ж Ш кфзяхе-ххя* НП

~ ~ ЛХйМ**5

Пукали игжюмкй .- г:"-"

\ иамг ало*» НЙ^ЗЮМЙ» $Цаяг*М4Мв сгЛЖП к&*?е»Д

; Уроми* шумж&со тфлжеши

; фемрА-аЙ фкэгрВаф {«С1

Г............""й! Щ Щ

4 ешл 5 Гй 9ШР4 2 Гс $ХПГ»«Гц ГОзМ^Гя оо»е%31Г5 оЗ Га

_з

1 «ял* !2>Гм изд* 253 Т% «сод* 138) Гц осйло »ЗЗГв оязд* «ЯЭ Гц

Щ-. щ„ , щ

1 пшики ыа6л*м}*?ция Дата и время иъмфмий У - йя»

1 ~......Ж.

5 1 ю &

Рис. 1 - Заполненная форма базы данных

Пользовательский интерфейс базы данных оформлен в виде форм, содержащих элементы управления и поля наборов данных, позволяющих редактировать и просматривать информацию базы данных. При открытии базы данных появляется начальная форма «наименование НП», содержащая дочернюю форму «районы НП». Данные формы служат для просмотра и редактирования соответствующих таблиц динамической базы данных.

Для связи БД и ГИС были введены следующие классификаторы - "Допустимые уровни шумового загрязнения территории города". Данный классификатор содержит классы территорий города, к которым применяются различные ограничения по уровням шума в дневное и ночное время суток. Классификатор состоит из 2 таблиц. Для выделения полного спектра шумового загрязнения городской среды был построен классификатор "Характеристика источников шума", состоящий из 12 таблиц. В этих таблицах приведены уровни шума, характерные для различного

типа транспортных средств, ж/д транспорта, водного транспорта, авиатранспорта, промышленных объектов, расположенных на территории города. Классификатор "Поправки к уровням шума", состоящий из 8 таблиц, позволяет учесть вносимые искажение в результате измерений за счет отражения звуковых волн от препятствий. Классификатор "Объекты наблюдения" определяет структуру системы объектов наблюдения, административную и географическую привязку объектов, перечень наблюдаемых негативных процессов и их показателей.

Объекты наблюдения представляют собой системы линейных источников и точечных источников, расположенных на территории города. В качестве основных объектов были выбраны главные магистрали города: пр. Ленина, пр. Красноармейский, пр. Комсомольский, пр. Строителей и др.

На экспериментальном участке проводится серия наблюдений в различных точках, которые обеспечивают репрезентативность наблюдений на участках и достоверность (в пределах допустимых отклонений) картирования объектов наблюдения (эталонный участок).

В третьей главе проводится анализ результатов натурных измерений и приводятся математические выкладки для расчета уровней шумового загрязнения.

Сопоставляя полученные результаты измерений уровня шума с предельно допустимыми санитарными нормами, были выявлены зоны акустического дискомфорта на территории жилой застройки и примагистральных территориях города.

В ходе проведения исследования отслеживалась динамика изменения уровня шума. В качестве примера на рисунке 2 приведен суточный ход транспортного уровня шума на частоте 1000 Гц и допустимый уровень шума на перекрестке пр. Социалистический - пр. Строителей.

Рис. 2 - Суточное изменение шума на перекрестке пр. Строителей -пр.Социалистический на частоте 1000 Гц

Наиболее высокий уровень шума наблюдается в утренние и вечерние часы пик и в период от 11.30 до 14 часов (Ь=80 дБ), что обусловлено интенсивностью транспортного потока. Также следует отметить, что в дневные часы наблюдается превышение допустимого уровня шума, а уровень шума, соответствующий санитарным нормам, регистрируется только в ночные часы.

Проводя сравнение экспериментальных данных за март 2002 года и март 2003 года, было установлено, что кривые измеренных уровней шума на частотах свыше 250 Гц совпадают (рис. 3). Различия уровня шума на частотах от 31 до 250 Гц обусловлены разным временем схода снежного покрова. Следует отметить, что на частотах около 31 Гц уровни шума соответствуют нормам СанПиНа, на остальных частотах наблюдается превышение допустимого уровня шума.

31 63 125 250 500 1000 2000 4000 8ООО

частоты, Гц

Рис.3 - Сравнение изменения уровня шума за март 2002 и март 2003 гг.

В летние месяцы отмечается уменьшение уровня шума по сравнению с весеннее - осенним периодом на 15-20 дБ на различных частотах, что объясняется поглощающим и экранирующим эффектом зеленых насаждений (рис. 4).

, ••-март

; —сентябрь' ! -»-СанГЫН '

125 250 500 1 000 2000 4000 6000

частоты, Гц

Рис. 4 - Сравнение изменения уровня шума март, июнь 2004 и сентябрь 2005 гг.

Сравнение экспериментальных данных за сентябрь 2004 года и сентябрь 2005 года позволяет говорить о снижении уровня шума в среднем на 10 дБ. В осенние месяцы также наблюдается превышение допустимых норм уровней шума. Максимальные превышения находятся на частотах около 2 кГц и составляют 20-25 дБ. На основании проведенных исследований установлено, что уровень шума на магистрали зависит не только от интенсивности, но и от состава транспортного потока. В дневное время в будние дни, несмотря на увеличение интенсивности движения транспортных средств, уровни шума остаются практически постоянными за счет уменьшения доли грузового транспорта в потоке (исключение составляет «красная» линия - пр. Ленина, где уровень шума с 8 до 20 часов остается практически постоянным). В вечернее время при существенном снижении интенсивности движения транспортных средств уровень шума у транспортных магистралей остается практически постоянным.

Дня определения уровней шумового загрязнения вне точек натурных измерений проводился расчет величин звуковых полей по следующей методике.

Из выражения для уровень звука (¿(дБ,))

1 = 20^^ = 20^-20^0, Р 0

получаем выражение для давления и нормальной составляющей колебательной скорости:

20 рс

где с - скорость звука в воздухе (м/с).

Зависимость скорости распространения звука от температуры

среды:

0 = 331,8-^1 + ©/273 , где © - температура газа в °С.

' Так как уровень звука источника зависит от интенсивности движения транспортных средств, получаем:

ист ~ ДДО)'

где Щ - общая интенсивность движения автомобилей в час. Величина Ьист определяется в октавных полосах со

среднегеометрическими частотами Ут (Гц), т = 1,2,..., 8, то есть:

ут е N ={63; 125; 250; 500; 1000; 2000; 4000; 8000}. Запишем Ьист как функцию от параметра Ут: 1ист=Щ(*)>ут)-

Учитывая, что к = — , (О = 27ГУм получаем:

Ф

"¿Я

Кап/

•г О 1 л /20

-10

/ОС

¡21—г

(3.1)

Таким образом выражение для звукового давления имеет вид:

¡2л—г у _ „

учитывая, что е с = сс^тг——г + /8т2л"——г, получаем

с с

соответствующие значения:

^10 ""Ло| бш 2;Г—Г рс \ с

<1Б'

---■¿я

рс

соэ2 я-—г с

Ж (3-2)

где X - составляющая р по оси X, а Г, соответственно по оси У, й) - угловая скорость звука.

р{ут) = т]х2+¥2~,

здесь р{ут) — звуковое давление, создаваемое источником шума на частоте Ут е N.

Уровень звука £(ут), создаваемый источником с уровнем ^ист в (Д^) на частоте Ут е N, вычисляется по формуле:

Ро

Общий уровень звука Ь общ на частоте Ут е N для

нескольких источников вычисляется по формуле: п

ЦРд{ут) РО

где Рц (ут ) - звуковое давление по источнику q на частоте е N.

На основании этих формул производится расчет уровней звуковых полей.

В четвертой главе описывается модель, разработанная на основе ГИС «Шумовая карта г. Барнаула», которая позволяет проводить анализ акустической ситуации на примагистральных территориях и внутри жилых кварталов. ГИС связана с базой данных натурных измерений и использует эти данные для проведения расчетов. ГИС позволяет рассчитывать зоны акустического комфорта и дискомфорта, а также уровни шума на различных расстояниях от источников шума. Схема ГИС приведена на рисунке 5.

Рис. 5 - Структурная схема работы ГИС

В основу при создании ГИС были положены: «карта-схема города Барнаула» (рис 6). В связи с тем, что это последнее официальное издание, сделанное в 1991 году устарело: изменилась застройка, появились новые улицы, изменился характер зеленых насаждений, дополнительно в ГИС были включены данные из справочника «Дубль ГИС» и космоснимки с Интернет-сервиса «Google map» (рис. 7). На основе этих материалов были построены векторные слои ГИС.

Рис. 6 - Фрагмент карты-схемы Рис 7 . фрагмент КОСМОСНимка города Барнаула. Quick Bird с сервиса Google Мар

При построении векторных слоев было произведено разбиение линейных объектов на различные классы, были выделены: железнодорожное полотно, улицы с трамвайными путями, основные автомагистрали (4 полосы движения), второстепенные магистрали (2 полосы с интенсивным движением), вспомогательные автомагистрали (2 полосы движения и небольшой поток автомобилей) (рис 8).

Кроме этого было учтено влияние на акустическую обстановку возрастание автотранспортного потока в часы пик. Так как для определения величины автотранспортного шума необходимо знать количество автомобилей в транспортном потоке нами было использовано два решения: проводился подсчет автомобилей движущихся в потоке непосредственно на автомагистралях и проводился подсчет автомобилей на космоснимке для выяснения характера загруженности автомагистралей. После этого проводилось осреднение и высчитывалось среднее количество автомобилей для определенного участка автомагистрали (рис. 9.).

- Фрагмент выделенной зоны акустического дискомфорта

Рис. 8 - Основные магистрали Рис- 9 " Космоснимок с

основными автомагистралями Данные по количеству автотранспорта заносились в расчетный блок ГИС, кроме этого туда заносились точки измерения уровней шума с пространственной привязкой.

После этого производится расчет уровней шума и сравнение полученных значений с санитарными нормами. На основании существующих ограничений строятся зоны акустического дискомфорта, которые накладываются на космоснимки и растровые подложки и позволяют визуализировать зону дискомфорта (рис. 10).

Рис. 10

Данная модель, реализованная с помощью ГИС технологий, позволяет проводить мероприятия по планированию снижения уровней шума, добавлять в нее проектируемые шумозащитные сооружения и вычислять уровни шума после установки данных сооружений, определять их эффективность. Кроме этого, данная ГИС позволяет проводить оптимизацию источников шумового загрязнения путем ограничения скорости транспортного потока, изменения доли грузового транспорта в суммарном потоке в определенное время суток, и т.п.

Осповные выводы н результаты работы

1. Для оценки акустического режима примагистральных территорий разработана пространственно-картографическая модель на базе расчетно-аналитического модуля с применением ГИС-технологий, позволяющая повысить точность расчетов и наглядно отразить получаемые результаты в удобной для пользователя форме. Разработана принципиальная схема ГИС, необходимая для осуществления мониторинга акустических параметров окружающей среды.

2. Разработано методическое, техническое, приборное и информационное обеспечение для региональной системы экологического мониторинга уровня шума на примагистральных территориях г. Барнаула.

3. Для более точной оценки акустического загрязнения примагистральных территории необходим комплексный подход, включающий систему натурных измерений, базу данных результатов измерений, блок расчета уровней шумового загрязнения и превышение допустимых значений, графическое отображение результатов и зонирование исследуемых территорий по степени комфортности.

4. Проведенные натурные измерения подтверждают, что исследуемые примагистральные территории г. Барнаула находятся в зоне акустического дискомфорта. Негативное влияние высоких

21

уровней транспортного шума на здоровье и работоспособность жителей примагистральных территорий объективно подтверждается данными социологического опроса и словесно-ассоциативного эксперимента.

5. Проведенный анализ факторов, влияющих на акустический режим примагистральных территорий, позволяет утверждать, что для территорий сложившейся городской застройки определяющими являются интенсивность движения автомобильного потока и его состав. Наиболее эффективной основой шумозащитных мероприятий является перераспределение транспортных потоков.

По материалам диссертации опубликованы следующие работы

1. И.А. Суторихин, С.А. Горячева (С.А. Литвиненко) Измерение уровня шума как фактора загрязнения окружающей среды на территории индустриального центра//Измерения, моделирование и информационные системы как средства снижения загрязнений на городском и региональном уровне: Материалы Международной конференции , г.Томск: Изд-во ИОА СО РАН, 2002,- С.96

2. И.А. Суторихин, С.А. Горячева (С.А. Литвиненко) Гигиеническая оценка шумового загрязнения г.Барнаула// Измерения, контроль, информатизация: Материалы Международной конференции, г.Барнаул: Изд-во АлтГТУ, 2002.- С.25

3. И.А. Суторихин, С.А. Горячева (С.А. Литвиненко) Шумовые характеристики Барнаула//55 лет центру ГСЭН в Алтайском крае: Материалы научно-практической конференции, г.Барнаул: Изд-во Аз Бука, 2003. - С.92-94

4. С.А. Горячева (С.А. Литвиненко) Уровни шумового загрязнения Барнаула// ЕКУЖОМК 2004: Материалы Международной конференции, г. Томск: Изд-во ЦНТИ, 2004. - С.82

5. И.А. Суторихин, С.А. Горячева (С.А. Литвиненко) Шумовое загрязнение г.Барнаула// Молодежь - Барнаулу: Материалы конференции — г. Барнаул: Изд-во АлтГТУ, 2004,- С.37

6. И.А. Суторихин, С.А. Горячева (С.А. Литвиненко) Природные и климатические факторы, влияющие на распространение акустических волн//У1 Сибирское совещание по климато-экологическому мониторингу: Материалы конференции - г. Томск, 2005. - С.54

7. С.А. Горячева (С.А. Литвиненко ), А.В.Петров Мониторинг шумового загрязнения городской среды//Ползуновский вестник. Вопросы экологии и устойчивого развития №4(ч.2), г. Барнаул: Изд-во АлтГТУ, 2005. - С. 137-141

8. С.А. Горячева (С.А. Литвиненко), А.В.Петров, И.А. Суторихин Мониторинг акустической обстановки г. Барнаула//География и природопользование Сибири. Выпуск восьмой, г. Барнаул: Изд-во АлтГУ, 2006. - С.24-32

9. С.А. Литвиненко Мониторинг шумового загрязнения индустриального центра//Мир науки, культуры, образования. №1(13)г. Горно-Алтайск: Изд-во ГАГУ, 2009. - С. 15-16

10. С.А. Литвиненко Разработка метода контроля уровня

шумового загрязнения индустриального центра (на примере г. Барнаула)// Естественные и технические науки №4 (42), г.Москва 2009.-С.307-310

Подписано в печать 06.10.2009. Формат 60x84 1/16. Печать - ризография. Усп.п.л, 1,39 Тираж 80 экз. Заказ 156/2009. Издательство Алтайского государственного технического университета им. И.И. Ползунова, 656038, г. Барнаул, пр-т Ленина, 46.

Лицензии: ЛР № 020822 от 21.09.98 года, ПЛД № 28-35 от 15.07.97 Отпечатано в ЦОП АптГТУ 65638, г. Барнаул, пр-т Ленина, 46

Введение

Глава 1 Теоретические основы построения ГИС "Шумовая карта г. Барнаула"

1.1 Шумовые характеристики современных городов

1.2 Источники шума на территории индустриального центра и их основные характеристики

1.3 Критерии измерения и оценки шума окружающей среды города

1.4 Теоретические основы построения ГИС

Глава 2 Создание базы данных уровня шумового загрязнения индустриального центра на примере г. Барнаула

2.1 Приборы и методы натурных измерений

2.2 Разработка базы данных шумового загрязнения

Глава 3 Анализ натурных измерений и разработка математической модели расчета уровня шумового загрязнения

3.1 Анализ натурных измерений

3.2 Исходные данные для построения математической модели

3.3 Учет ослабления звука различными препятствиями в математической модели

3.4 Приближенные методы расчета звуковых полей

3.5 Разработка математических моделей расчета уровней шумовых полей в условиях современного города

3.6 Алгоритмы численных методов расчета уровней звука, создаваемых источниками шума в свободном звуковом поле

Глава 4 ГИС "Шумовая карта г. Барнаула"

4.1 Исходные материалы для построения ГИС

4.2 Описание разработанной ГИС 82 Основные выводы и результаты 89 Список литературы 90 Приложения

Сегодня шум - один из важных факторов вредного влияния нашей цивилизации на окружающую среду, он опасен не менее чем загрязнение воздуха или воды. От 30 до 40% современных горожан проживает в условиях шумового дискомфорта. Акустическое загрязнение становиться причиной различных заболеваний, ведет к ухудшению качества жизни и экономическим потерям, снижает производительность труда на предприятиях.

Основным источником шума в современных городах, в том числе и в Барнауле, является автомобильный транспорт, вклад которого составляет 60 -80% всех шумов, проникающих в места пребывания ^человека. Автомобильный парк города и края постоянно растет, за последнее десятилетие он увеличился на треть, в основном за счет легкового транспорта, вдвое увеличилось число автобусов. Вместе с этим продолжает увеличиваться доля автомобилей с* большим сроком эксплуатации, выработавших свой технический ресурс и являющихся наиболее неблагоприятными по акустическим характеристикам.

Острой для Барнаула является проблема транзитного транспорта. Подавляющая часть загородных транспортных автомагистралей не имеют обходов города и связаны между собой в пределах городских улиц и дорог, что ведет к концентрированию транспортных потоков. Кроме этого, в г. Барнауле необходимо отметить следующие недостатки архитектурно-планировочной организации территории негативно влияющие на акустический фон городской среды: низкую пропускную способность автомагистралей, сокращение площади зеленых насаждений.

Создание акустического благополучия в городе - проблема многих отраслей градостроительства. Её решение возможно только при комплексном подходе, максимально учитывающим все геоэкологические особенности исследуемой территории. Наиболее точно это возможно сделать при использовании геоинформационных систем и технологий.

Глава 1 Теоретические основы построения ГИС "Шумовая карта г. Барнаула"

Основные выводы и результаты

1. Для более точной оценки акустического загрязнения примагистральных территорий необходим комплексный подход, включающий натурные измерения уровней шума, расчет проектных значений и превышений допустимых уровней, графическое отображение шумового загрязнения и зонирование исследуемых территории по степени комфортности.

2. Проведенный анализ факторов, влияющих на акустический режим примагистральных территорий, позволяет утверждать, что для территорий сложившейся городской застройки определяющими являются интенсивность движения автомобильного потока и его состав.

3. Проведенные натурные измерения подтверждают, что исследуемые примагистральные территории г. Барнаула находятся в зоне акустического дискомфорта. Негативное влияние высоких уровней транспортного шума на здоровье и работоспособность жителей примагистральных территорий объективно подтверждается данными социологического опроса и словесно-ассоциативного эксперимента.

4. Для оценки акустического режима примагистральных территорий разработана пространственно-картографическая модель на базе расчетно-аналитического модуля с применением ГИС-технологий, позволяющая повысить точность расчетов и наглядно отразить получаемые результаты в удобной для пользователя форме. Разработана принципиальная схема ГИС, необходимая для осуществления мониторинга акустических параметров окружающей среды.

5. Разработан комплекс рекомендаций, по снижению уровней шума на примагистральных территориях г. Барнаула. Основой шумозащитных мероприятий в условиях сложившейся городской застройки является перераспределение транспортных потоков.

1. Путилов К.А. Курс физики. Т.1. М.: ГИТТЛ, 1975 710 С.

2. Савельев И.В. Курс общей физики. Т.2. М.: Наука, 1982 496 С.

3. Факторович А.А., Постников Г.И. Защита городов от транспортного шума. Киев, Будивельник, 1982-С. 144

4. Ландау JI.Д., Лившиц Е.М. Механика сплошных сред. М.: Гостехиздат, 1953

5. Справочник проектировщика. Защита от шума. М.: Стройиздат, 1974 С. 136

6. Кашевская Е.В. Влияние дорожных условий на генерацию и распространение транспортного шума: Автореферат дис. К.т.н., Минск, 1993.

7. Карагодина И.Л., Осипов Г.Л., Шишкин И.А. Борьба с шумами в городах. М.: Медицина, 1972 159 с.

8. Ржевкин С.Н. Курс лекций по теории звука. М.: Издательство Московского университета, 1960 336 с.

9. Колесников А.Е. Шум и вибрация. Л.: Судостроение, 1988 248 с.

10. Красненко Н.П. Акустическое зондирование атмосферного пограничного слоя. Т.: ИОМ СО РАН, 2001 280 с.

11. Красильников В.А., Крылов В.В. Введение в физическую акустику. М.: Наука, 1984 400 с.

12. Ландау Л.Д., Лифшиц Е. М. Гидродинамика. М.: Наука, 1986 736 с.

13. ГОСТ 12.1.003 83. Шум. Общие требования безопасности.

14. ГОСТ 12.1.023 80 Шум. Методы установления значений шумовых характеристик стационарных машин.

15. ГОСТ 12.1.036 81. Шум. Допустимые уровни в жилых и общественных зданиях.

16. ГОСТ 12.1.050 86. Методы измерения шума на рабочих местах.

17. Орлова Т.А. Проблемы борьбы с шумом на промышленных предприятиях. М.: Медицина, 1965 308 с.

18. Осипов Г.Л., Коробков В.Е., Краг Й. Распространение автотранспортного шума в малоэтажной застройке примагистральных территорий: Исследования по строительной акустике: Тр. Ин-таНИИСФ Госстроя СССР. М., 1981.

19. Горячева С.А., Суторихин И.А. Шумовые характеристики Барнаула.// Вопросы санитарно эпидемиологического благополучия в Алтайском крае. Б.: АзБука, 2003 -С.92-94.

20. Осипов Г.Л., Шишкин И.А. Градостроительные меры борьбы с шумом. М.: Стройиздат, 1975.

21. Шакиров Р.С., Михнюк Т.Ф., Жалковский В.И. Акустический режим городов и пути его улучшения. М. : 1986 44с.

22. Клинковштейн Г.И., Афанасьев М.Б. Организация дорожного движения. -М.: Транспорт, 1983.

23. Самойлюк Е.П. Борьба с шумом в градостроительстве. Киев: Будивельник, 1975 125 с.

24. Самойлюк Е.П., Денисенко В.И., Пилипенко А.П. Борьба с шумом в населенных местах. Киев: Будивельник, 1981.

25. Руководство по разработке карт шума улично-дорожной сети городов. М.: Стройиздат, 1980 - 16 с.

26. Руководство по расчету и проектированию средств защиты застройки от транспортного шума. -М.: Стройиздат, 1982.

27. СН 2.2.4/2.1.8.562-96. Шум на рабочих местах, в помещениях жилых, общественных зданий и на территории жилой застройки.

28. Серов Г.П. Экологическая безопасность населения и территорий Российской Федерации (Правовые основы, экологическое страхование и экологический аудит). -М.: Издательский центр «Аккил», 1998.

29. Jeda S., Ma Н., Кипо К. Prediction of the noise propagation in a city area composed of randomly distribution buildings. J. Acoust. Soc. Jap., 39, №4, 1983, p. 239-246.

30. Вибрация, шум и здоровье человека. Сборник научных трудов под редакцией Орлова, 1988.

31. Действие шума и вибрации на организм: Труды III Всесоюзной конференции по борьбе с шумом и вибрацией. Челябинск, 1980. 132 с.

32. Тэйлор Р. Шум. Пер. с англ. Исаковича М.А. М.: Мир, 1978. 308 с.

33. Ильячук Ю.М. Измерение и нормирование производственного шума. М.:1994 320 с.

34. Клюкин И. И., Колесников А. Е. Акустические измерения в судостроении. JL: Судостроение, 1982 256 с.

35. Колесников А. Е. Акустические измерения. JL: Судостроение, 1983 256 с.

36. Никонов А.В., Папернов Л.З. Измерители уровня звуковых сигналов. М.: Радио и связь. 1981- 112 с.

37. Справочник по технической акустике // Под ред. М. Хекла; пер. с нем. Виноградова Б.Д.Долоярцева Н.К. Л.: Судостроение, 1980 - 439 с.

38. Битюков В.И. Исследование шумовых характеристик автотранспортных потоков в примагистральной застройке городов. : Дис. к.т.н, Полтава, 1981.

39. Дрю Д. Теория транспортных потоков и управление ими. М.: Транспорт, 1972.

40. Кайно Г. Акустические волны: Устройства, визуализация и аналоговая обработка сигналов: Пер. с англ. М.: Мир, 1990.

41. Борьба с шумом на производстве: Справочник. М.: Машиностроение, 1985 400 с.

42. Кавтарадзе Д.Н., Николаева Л.Ф. и др. Автомобильные дороги в экосистемах (Проблемы взаимодействия). М.: Че Ро, 1999.

43. Халугин Е. И., Жалковский Е. А., Жданов Н. Д. Цифровые карты. М.: Недра, 1992.

44. Луканин В.Н., Буслаев А.П., Трофименко Ю.В., Яшина М.В. Моделирование транспортных потоков для оценки загрязнения окружающей среды. Инженерная экология. 1995. № 6.

45. Луканин В.Н., Трофименко Ю.В. Промышленно-транспортная экология. -М.: Высш. шк., 2001.

46. Марчук Г.И. Математическое моделирование в проблеме окружающей среды. -М.: Наука, 1982- 319 с.

47. Мастрюков А.Ф. Определение плотности среды, скорости и коэффициента поглощения акустической волны // Математическое моделирование, 1999, том 11, №10 С. 62-76.

48. Подольский В.П. Дорожная экология. М.: Союз, 1997.

49. Подольский В.П., Артюхов В.Г., Турбин B.C., Канищев А.Н., Автотранспортное загрязнение природных территорий. Воронеж: Изд-во ВГУ, 1999.

50. Сильянов В.В., Еремин В.М., Муравьева Л.И., Имитационное моделирование транспортных потоков в проектировании дорог. М.: МАДИ, 1981.

51. Eriksson P., Linndblad S. On Estimation of Environmental Industrial of Noise-Lund Institute of technology. Department of Building Acoustics, 1981, p. 29.

52. Fidel S., Horonjeft R., Green D.M. Statistical analysis, of urban noise. N. C. Eng., 16, №2, 1981. P. 75-80.

53. Gregory W., Gennak A., Comilok P.C. Multidimensional analysis of judments about traffic noise. J. Acoustic Soc., Am., 59 №9, 1976, p. 1412-1420.

54. Hothersall D.C., Simpson S. The reflection of road traffic noise. J. Sound and Vib. 90, №3, 1983, p. 399-405.

55. Terai T. On calculation of sound fields around Three dimensional objects by integral equation methods. J. Sound and Vib., 70, № 1, 1980, p. 140-141.

56. Тикунов B.C. Моделирование в картографии: Учебник. -М.: Изд-во МГУ, 1997-405 с.

57. Harris C.I. Normalized curve of molecular absortion versus humidity//J/Acoust.Soc.America. 1977, v.62, .№3, p.571-576.

58. Каневский И.Н. Фокусировка звуковых и ультразвуковых волн. М.: Наука, 1977 -336 с.

59. Kerner B.S., Kohnhauser P. Claster effect in initially homogeneous traffic flow. Phys. Rev. Ser.E., 1993. V.48. 2335-2338.

60. Mehra S. R., Gertis K. Mittelungspegel bei der Ausbreitung von Strasenverkehrs-larm in Wohngebieten unter versihiedenen meteorologishen Bedingungen. Zeitsehrift fur Larmbecampflung, 30, 1983, 127-134.

61. Nagatani T. Banching of cars in assymetric exlusion models for freeway traffic. Phys. Rev. Ser.E. 1995.V.51. P.922-928.

62. Piercy J.E. Emleton T.F.W., Sutherland L.C. Review of noise propagation in the atmosphere. J. Acoust., Soc. Am., 61, №6, 1977, 1403-1418.

63. Scholes W., Sargent J. Designing against noise from wad traffic. Applied Acoustics, vol. 4, 1971, №1

64. Tadaki S., Kikushi M. Jam phases in a two-dimensional traffic flow model. Phys. Rev. Ser.E., 1994. V.50. P. 4564-4577.

65. Соболев А.Ф. Распространение звука в плоском канале при наличии слоистого потока // Акустический журнал, т. 47, №2, 2001, С.273-282.

66. Толин В.Н. Введение в теорию излучения и рассеяния звука. — М.: Наука, 1976.

67. Константинов Б.П. Гидродинамическое звукообразование и распространение звука в ограниченной среде. — JL: Наука, 1974, 144с.

68. Константинов Б.П. О поглощении звуковых волн при отражении от твердой границы. // ЖТФ, 1939, т. 9, №3, 226-238.

69. Апельцин В. Ф., Кюркчан А. Г. Аналитические свойства волновых полей. МГУ, 1990.

70. Артюхов А.В. Анализ адекватности модели распространения звука от источников шума, расположенных на территории города // Известия АГУ. Специальный выпуск, 2002,- С. 87-91.

71. Артюхов А.В. Математическое и программное обеспечение ГИС шумовых полей на территории города : Дис. канд. техн. наук : 25.00.35 : Барнаул, 2003 101 с. РГБ ОД, 61:04-5/4099

72. Agent К.В., Legeer C.Y. Effect of Interrupted Flow on Traffic Noise. N. C. Eng., 18, №2, 1982, p. 69-73.

73. Ben-Naim E., Krapivsky P.L., Redner S. Kinetics of clustering in traffic-flow. Phys. Rev. Ser.E., 1994. Y.50. P. 822-829.

74. Beranec L/L/ Noise Reduction/New York: McGraw-Hill, 1960.

75. Burgess M.A. Noise Prediction for Urban Traffic Conditions — Related to Measurements in the Sydney Metropoliten Area. Appl. Acoustics, 1977, 10, №1, p. 1-7.

76. Cuesta J.A., Martinez F.C., Molera J.M., Sanchez A. Phase transitions in two dimensional traffic-flow models. Phys. Rev. Ser.E., 1993. V.48. P. 4175-4178.

77. Dougherty M. A review of natural networks applied to transport/ Transp. Res. C. 1995. Vol.3 № 4, p. 247-260.

78. Kawai T. Sound Diffraction by a Many — Sided Barrier. J. Sound and Vib. 79. №2, 1981, p. 229-242.

79. Kawai Y. Sound attenuation by finite barriers. Proc. 11 th ICA, Paris, 1983, vol. 1, p. 129132.

80. Ржевкин C.H. О колебаниях тел, погруженных в жидкость, под действием звуковой волны // Вестн. Моск. ун-та. Сер 3. Физика. Астрономия. 1971. Т. 12, №1. С. 52-61.

81. Шендеров Е. Л. Волновые задачи гидроакустики. Л.: Судостроение, 1972.

82. Сапожников М.А., Шоров В.И. Действие отраженного звукового поля на излучатель звука // Акустический журнал, 1981, т. 27, №6, С. 934-935

83. Фокина М.С., Фокин В.Н. Отражение плоских волн от упругой слоистой среды: резонансный подход и численное моделирование // Акустический журнал, т. 46, №5,2000, С. 690-697.

84. Авиационная акустика. М.: Машиностроение,. 1973. 348с.

85. Горячева С.А. (Литвиненко С.А.), Суторихин И.А. Природные и климатические факторы, влияющие на распространение акустических волн. Т.: 2005: С.54-58.

86. Горячева С.А. (Литвиненко С.А.), Петров А.В. Мониторинг шумового загрязнения городской среды // Ползуновский вестник, 2005. Вопросы экологии и устойчивого развития №4 (ч.2) С. 137-141

87. Горячева С.А. (Литвиненко С.А.), Петров А.В., Суторихин И.А. Мониторинг акустической обстановки г. Барнаула. // География и природопользование Сибири, 2006. Выпуск восьмой С.24-32

88. Литвиненко С.А. Разработка метода контроля уровня шумового загрязнения индустриального центра (на примере г. Барнаула)// Естественные и технические науки, №4(42), 2009, С. 307-310.

89. Поляков Ю.А. Автоматизированная система регионального мониторинга земель: Монография / Науч. ред. Н.М. Оскорбин. Барнаул: Изд-во Алт. ун-та, 2003. - 221 с.

90. Поляков Ю.А. Исследование и разработка автоматизированной системы регионального мониторинга земель: Автореф. дис. на соискание учен, степени доктора техн. наук.- Барнаул: Алт.гос. ун-т, 1998. 42 с.

91. Постнов Т.А. Акустическое поле точечного источника в воде с воздушными пузырьками. Акустический журнал, т. 46, №4, 2000, С. 531-535.

92. Бондарев А.Е. Численное моделирование дифракционных эффектов при распространении звуковых волн. 1995.

93. Захаров J1.H. Векторно-фазовые методы в автомобильной акустике. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1987. С. 116-125.

94. Ильичев В.И. Векторно-фазовые методы в акустике. М.: Наука, 1991. 414 с.

95. Иофе В.К., Корольков В.Г., Сапожков М.А. Справочник по акустике. М.: Связь,1979. 312 с.

96. Королев П.П. Оценка акустического режима, формируемого транспортным потоком в городской застройке: Дис. к.т.н., М., 1982.

97. Крузе А.О. Исследование акустических характеристик автомобилей в городских условиях движения: Дис. к.т.н., М., 1981.

98. Неймарк А.В. Исследование транспортного потока на городских магистралях. : Дис. к.т.н., М., 1981.

99. Ольховский И.И. Курс теоретической механики для физиков. — М.: Изд-во Моск. Унта. 1974. 550 с.

100. Поспелов П.И. Исследование транспортного шума и акустическая оценка методов борьбы с ним при проектировании автомобильных дорог: Автореф. дис. к.т.н. М., 1981., 23 с.

101. Скучик Е. Основы акустики. М.: Иностранная литература, 1976, 618 с.

102. Федоров В.А. Разработка средств борьбы с шумом и источники защиты от него, совершенствование их расчета. Автореферат дис. к.т.н., Днепропетровск, 1991.

103. Хекл М., Мюллер Х.А. Справочник по технической акустике. — JL: Судостроение,1980. 440 с.

104. Шендеров E.JT. Дифракция звуковой волны на открытом конце волновода с импедансными стенками и импедансными фланцами // Акустический журнал, т. 46, №6, 2000, С. 816-828.

105. Шендеров E.JI. Рассеяние плоской звуковой волны на полубесконечном волноводе с жестким фланцем // Акустический журнал, т. 44, №1,1998, С. 106-115.

106. Яшин В.Б. Мощность излучения сферического источника звука вблизи отражающей поверхности // Акустический журнал, т.44, №5,1998, С. 689-696.