Содержание к диссертации
Введение
1. Проблемы создания гис по шумовому загрязнению современного города 8
1.1. Анализ проблемы шума современного города и требований к ГИС экологического мониторинга шумовых полей 8
1.2. Характеристики источников шума в городах и их зависимость от различных параметров 16
1.3. Подходы к оценке шума городской среды 37
1.4. Особенности построения карты шумовых полей города в составе ГИС «Шум города» 44
2. Разработка математических моделей расчета санитарно- гигиенических показателей шума города 48
2.1. Особенности моделирования распространения шума на основе формулы Кирхгофа потенциала звукового поля 48
2.2 Приближенные методы расчета звуковых полей 58
2.3. Разработка математических моделей расчета уровней шумовых полей в условиях современного города 63
3. Разработка математического и программного обеспечения экспериментального пакета ГИС «Шум города» 75
3.1. Алгоритмы численных методов расчета уровней звука, создаваемых источниками шума в свободном звуковом поле 75
3.2. Проверка адекватности расчетных схем модели распространения звука 80
3.3. Разработка структуры баз данных ГИС «Шум города» 83
Заключение 92
- Характеристики источников шума в городах и их зависимость от различных параметров
- Приближенные методы расчета звуковых полей
- Разработка математических моделей расчета уровней шумовых полей в условиях современного города
- Проверка адекватности расчетных схем модели распространения звука
Введение к работе
Актуальность. На территории современного города в результате хозяйственной деятельности, движения городского транспорта, работы промышленных предприятий и других объектов, связанных с шумовым загрязнением города, образуются шумовые поля, изучение которых необходимо в связи с требованиями безопасности проживания человека и животных. Возникает целый комплекс экологических и социально-экономических проблем, а в связи с этим - необходимость всестороннего и точного учета изменений шумовой обстановки на территории города, использования этих данных в целях рационального природопользования, информирования населения, создания информационной основы государственного и муниципального управления.
Существенный вклад по систематизации и управлению шумовыми полями города внесли такие ученые, как Осипов Г.Л., Самойлюк Е.П., Карагодина И.Л. и др. Разработаны и внедрены экологические требования, методы измерений и совокупности приборов измерения шумового загрязнения городской среды. Выявлены и систематизированы источники шума и исследованы их характеристики. Перспективными для ведения мониторинга шумовых полей являются геоинформационные системы. Однако геоинформационные системы (ГИС) расчета и отображения данных шумовых полей в условиях городов России в настоящее время не созданы.
Основной проблемой создания ГИС шумовых полей города является отсутствие адекватных для использования математических моделей и соответствующей методики расчета шумовых полей в различных условиях формирования и распространения. Адекватным математическим аппаратом для оценки шумового загрязнения территории города могут выступить методы прямого расчета шумовых полей в приближении Кирхгофа, описанные в работах таких ученых, как Шендеров Е.Л., Ржевкин С.Н., Каневский И.Н. и др.
Разработка математического и программного обеспечения для отображения процессов распространения шумовых полей города составит основу созда-
ния специализироваунных ГИС «Шум города» для построения тематических карт распространения шума и управления уровнем шумовой нагрузки на население.
Объект исследования. Вопросы автоматизации мониторинга шума современного города.
Предмет исследования. Математическое и программное обеспечение расчетов шумовых полей от источников городских шумов и условий их распространения.
Цель исследования - разработка математического и программного обеспечения автоматизированной геоинформационной системы мониторинга шума города и ее реализация в условиях г. Барнаула.
Основные задачи исследования:
разработка концептуальной модели ГИС «Шум города» и выявление основных источников шумовых полей, условий их распространения, экологического нормирования и обоснования требований к математическому и программному обеспечению ГИС;
обоснование системы справочников и классификаторов, содержащих информацию об источниках шума городской среды, уровнях шумового загрязнения, параметры распространения шума, нормы шумового ограничения в зависимости от рассматриваемого района города и специфики рассматриваемых объектов;
создание методики расчета уровней шума, основанной на комплексе математических моделей распространения звуковых волн от источников, расположенных на территории города;
разработка баз данных, используемых для расчета уровней шума на территории города, а также для экспертизы соответствующих градостроительных и иных решений по устранению превышения норм ограничения шума;
создание макетной ГИС «Шум города», реализованной на экспериментальном участке территории г. Барнаула,
Методы исследования. Методологической основой исследований являются методы математического моделирования волновых процессов, системного анализа, методы индустриального проектирования геоинформационных систем.
Достоверность и обоснованность результатов диссертации подтверждаются в теоретической части соответствием выводов с теорией распространения звука; в прикладной части - использованием современных ГИС-технологий и экспериментальной проверкой полученных результатов расчета уровней шума с результатами измерений уровней шума на тестовом полигоне г. Барнаула.
Научная новизна проведенных исследований заключается в следующем:
впервые разработана концептуальная модель ГИС «Шум города», в которой предложено использовать расчетные модели формирования и распространения шумовых полей и геоинформационные технологии для их обработки и отображения;
разработана методика расчета звуковых полей города от локализованных и протяженных источников шума, базирующаяся на приближенном методе Кирхгофа с учетом ослабления, создаваемого объектами территории города;
разработан экспериментальный вариант геоинформационной системы для реальных данных формирования и распространения шумовых полей на тестовой территории г. Барнаула.
Теоретическая и практическая значимость
Использование ГИС «Шум города» для проведения научных исследований, направленных на выявление связей между показателями объектов шумового загрязнения города и обоснования различных видов градостроительных решений, способствующих достижению комфортных условий проживания и рабочей деятельности человека.
Разработанная ГИС-технология, методы и алгоритмы позволяют реализовать систему мониторинга шума городской среды как в виде самостоятельной геоинформационной системы, так и в составе ГИС экологического мониторинга окружающей среды современного города.
На защиту выносятся:
Требования и структурная схема ГИС шумовых полей в условиях городов России.
Методика расчета уровней звука, основанная на комплексе математических моделей распространения звука от локализованных и протяженных источников для использования в составе ГИС «Шум города», апробированная на тестовой территории г. Барнаула.
Экспериментальный вариант расчетного комплекса распространения звука на территории современного города как основы разработки геоинформационной системы мониторинга шума.
Апробация работы. Основные положения работы докладывались на: краевой конференции по математике (Барнаул 1998-2003); научно-практической конференции, посвященной 290-летию города (Бийск, 1990), международной конференции «Проблемы устойчивого развития общества и эволюция жизненных сил населения Сибири на рубеже XX-XXI веков» (Барнаул, 1997), всероссийской научной конференции «Стратегия природопользования и сохранения биоразнообразия в XXI веке» (Оренбург, 1999), всероссийской конференции «Физические проблемы экологии (экологическая физика)» (Москва, МГУ, 2001), международной научно-практической конференции «Экологические проблемы окружающей среды и пути их решения» (IX Каришинские чтения, Украина, Полтава, 2002), всероссийской конференции «Математические методы в механике природных сред и экологии» (Барнаул, 2001).
Публикации. По теме диссертационной работы автором опубликовано 21 печатная работа.
Структура работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и списка цитируемой литературы из 106 наименований. Основная часть работы изложена на 101 странице машинописного текста и содержит 18 рисунков, 36 таблиц.
В главе 1 проведен системный анализ проблемы шумового мониторинга территории города. Рассмотрены наиболее трудно формализуемые задачи, намечены принципы их решения.
Характеристики источников шума в городах и их зависимость от различных параметров
Шумом называют всякий неприятный, нежелательный звук или совокупность звуков, мешающих восприятию полезных сигналов, нарушающих тишину, оказывающих вредное или раздражающее воздействие на организм человека, снижающих его работоспособность [21,36,46-48]. Наряду с этим в литературе встречаются и другие определения шума. Восприятие звука органами слуха зависит от того, какие частоты входят в состав звуковой волны [73,84,96]. Шумами называют звуки, образующие набор частот, непрерывно заполняющих некоторый интервал частот (сплошной спектр частот), другими словами, под шумом понимается совокупность звуков различной частоты и интенсивности [52,58,93]. Звук распространен в виде переменного возмущения упругой среды, т. е. в виде звуковых волн. Звуковыми колебаниями называют колебательные движения частиц среды под действием этого возмущения [22,56,64,71,80,89]. Звуковые волны возникают в том случае, когда в упругой среде имеется колеблющееся тело или когда частицы упругой среды (газообразной, жидкой или твердой) приходят в колебательное движение в продольном или поперечном направлении в результате воздействия на них какой-либо возмущающей силы [62,64,71,80,92,102]. Источниками звука могут быть любые предметы, устройства, обязательно колеблющиеся или совершающие циклические движения в воздушной среде и вызывающие колебания окружающих их молекул воздуха с одновременной передачей им некоторого количества энергии [62,64,71,80,92,102]. Если источник возмущения известен, то область пространства, в которой могут быть обнаружены звуковые колебания, создаваемые этим источником, называют звуковым полем данного источника звука. Звуковые волны распространяются с определенной скоростью, называемой скоростью звука с [62,64,71,80,92,102]. В газообразных средах скорость звука зависит в основном от их плотности, атмосферного давления и температуры. Скорость звука в воздухе при температуре 20С и нормальном атмосферном давлении равна 344 м/с.
Зависимость скорости звука в воздухе от температуры [52,72,80] характеризуется следующим выражением: = 331,8- 1 + 0/273 /j j) где с — скорость звука в воздухе (м/с), — температура газа в С . Звуковые частоты делят на низкие, средние и высокие. Примерная граница между низкими и средними частотами составляет 200—300 Гц, между средними и высокими 1000—1250 Гц. Звуковая энергия, излучаемая источником звука, распределена по частотам. Поэтому необходимо знать частотный спектр, т. е. значения уровней звукового давления или уровней звуковой мощности на отдельных частотах. Спектр случайных или непериодических процессов, которые характерны для значительного большинства источников шума в городах, является сплошным, поэтому он обычно представляется в полосах частот определенной ширины Ли. Эти полосы ограничиваются нижней v, и верхней v2 граничными частотами. За среднюю частоту полосы обычно принимают среднегеометрическую частоту v: v = yjv] -v2 . (1.2) При проведении акустических расчетов и измерениях шумов чаще всего используют октавные полосы частот. Октавной полосой частот называется полоса частот, у которой отношение граничных частот v2/v,=2. Если v2/v, = V2 =1.26, то ширина полосы равна 1/3 октавы. Акустические расчеты, измерения и нормирование шума в городах производятся в звуковом диапазоне частот от 45 до 11200 Гц. Этому диапазону соответствуют октавные полосы частот с граничными среднегеометрическими частотами (табл. 1.1).
Уровни звукового давления или звуковой мощности, отнесенные к октав-ным полосам частот, называют октавными уровнями, а уровни, отнесенные ко всем полосам частот - общими уровнями. Физическое состояние среды в звуковом поле или, точнее, изменение этого состояния, обусловленное наличием звуковых волн, характеризуется обычно звуковым давлением р, т. е. разностью между значением полного давления и средним статическим давлением, которое наблюдается в воздухе при отсутствии звукового поля. Звуковое давление, изменяющееся во времени от нуля до максимальной величины, оценивают не мгновенной величиной, а среднеквадратичным значением за период колебания. Звуковое давление представляет собой силу, действующую на единицу поверхности. Единица измерения звукового давления - Паскаль (1 Па = 1 Н/м2) [62,64,71,80,92,102]. В технической акустике принято измерять звуковое давление и звуковую мощность не в абсолютных, а в относительных логарифмических единицах — децибелах. Поэтому шум оценивают не абсолютной величиной — звуковым давлением, а его уровнем, т. е. отношением создаваемого звукового давления к давлению, принятому за единицу сравнения. Единицей сравнения служит пороговое значение звукового давления р0, равное 2-Ю"3 Па. Уровень звукового давления L, дБ, определяется по формуле: L = l0lg(p2/p2o)=20lg(p/Pi)), (1.3) где р - звуковое давление, Па; р0 - пороговое звуковое давление, равное 2-Ю-3 Па [37-40].
Каждому удвоению звукового давления соответствует изменение уровня звукового давления на 6 дБ [52,72,73,84,85]. Следует отметить, что под термином «шум окружающей среды» понимается общий шум в данной ситуации в рассматриваемый интервал времени, обычно состоящий из шумов (звуков) от многих источников, близких и удаленных. Шум большинства городских источников включает звуки почти всех полос частот слухового диапазона, но отличается разным распределением уровней звукового давления по частотам и неодинаковым изменением их по времени. Классификация шумов, действующих на человека, производится по их спектральным и временным характеристикам [37-40]. По виду спектра шумы могут быть разбиты на низкочастотные с максимумом звукового давления в области частот ниже 250 Гц, срсднечастотные с максимумом звукового давления в области частот 250 — 1000 Гц и высокочастотные с максимумом звукового давления в области частот выше 1000 Гц. По временным характеристикам шумы подразделяются на постоянные, уровень звука которых изменяется во времени не более чем на 5 дБ А, и непостоянные, уровень звука которых изменяется во времени более чем на 5 дБ А.
К постоянным шумам относятся шумы постоянно работающих насосных, вентиляционных и компрессорных установок, а также инженерного и технологического оборудования промышленных предприятий (воздуходувок, испытательных стендов и др.). Непостоянные шумы можно подразделить на колеблющиеся во времени, уровень звука которых непрерывно изменяется во времени; прерывистые, уровень звука которых резко падает до уровня фонового шума несколько раз за время наблюдения, причем длительность интервалов, в течение которых уровень звука остается постоянным и превышающим уровень фонового шума, составляет 1 с и более, и импульсные, состоящие из одного или нескольких следующих друг за другом звуковых импульсов длительностью менее 1 с. К импульсным шумам можно отнести шум пневматических молотков, кузнечно-прессового оборудования, сваебойных машин [37-40,72,73,84,85].
Приближенные методы расчета звуковых полей
В действительности на поверхности никогда заранее не известны одновременно и звуковое давление, и колебательная скорость. В этом заключается проблема использования интеграла Кирхгофа (2.8) для расчета звуковых полей. Необходимость вычислять величину потенциала на поверхности по заданной колебательной скорости приводит к появлению интегрального уравнения, решение которого связано с определенными вычислительными трудностями. В случае если излучателем является бесконечная плоскость, интеграл Гюйгенса дает простое решение: где р - плотность среды, со - угловая скорость, v„ — нормальная составляющая колебательной скорости [102]. С помощью допущений в формуле Кирхгофа (2.9) — получим решение со степенью точности, достаточной для практики [51]. В частных случаях, когда удается найти точное значение поля, оно, как правило, совпадает с решением, полученным из приближенных выражений, что будет показано ниже. Сущность метода Кирхгофа состоит в следующем. Если размеры излучающей поверхности значительно больше, чем длина звуковой волны, и радиус кривизны этой поверхности также велик по сравнению с длиной волны, то можно приближенно считать, что на поверхности отношение звукового давления к колебательной скорости приблизительно такое же, как и в плоской звуковой волне.
Для практических вычислений необходимы следующие допущения [51,80,102]: 1. Считаем, что звуковое поле в точке наблюдения создается только в результате действия части поверхности, которая видна из этой точки. Это условие означает, что для тела больших волновых размеров вклад в общее звуковое поле за счет дифракции волн на ребрах и изломах структур, расположенных в зоне геометрической тени, пренебрежимо мал. 2. Пренебрегаем временем распространения звука на пути между источником звука и точкой его приема и доплеровским эффектом. 3. На излучающей поверхности имеет место соотношение: Таким образом, в приближении Кирхгофа излучение звука поверхностью определяется излучением объемных и дипольных источников, причем амплитуды звукового давления, развиваемого этими источниками, равны друг другу. Это означает, что каждому элементу поверхности приписывается диаграмма направленности 1 + cosa. Если излучение сосредоточено в сравнительно небольшом телесном угле пространства (остро на правленные поверхности) и направлено приблизительно по нормали к поверхности (слабоизогнутая поверхность), то можно положить cos а и 1, и формула (2.13) принимает вид: Ф(ЛЬ К . (2.14) Следовательно, в приближении Кирхгофа излучение остронаправленной слабо изогнутой поверхности под углами, не слишком отклоняющимися от нормали, определяется интегралом Гюйгенса. Рассмотрение потенциала Ф при известных свойствах среды логически приводит к целесообразности экспериментального определения лишь звукового давления, пространственное распределение которого тождественно с распределением потенциала. Если задана аналитическая форма Ф, можно определить ее градиенты в любых направлениях и, следовательно, получить сведения о структуре векторных величин поля -колебательной скорости, смещения, ускорения, потока акустической мощности [51].Рассмотрим случай отражения звука от препятствия. Предположим, что в точке М[ находится источник звука с потенциалом Jkr\ i=v„t- (2.15) Волна Фі отражается от тела больших волновых размеров. Необходимо вычислить потенциал отраженной волны в точке М2. Вводим следующие допущения [51,80,102]: 1. Считаем, что распределение поля на поверхности в зоне, освещенной источником Мь равно распределению того поля, которое имелось бы в месте, где находится отражающая поверхность, если бы самой поверхности не было. Таким образом, допускаем, что поверхность не вносит искажений в поле падающей волны. 2. Считаем, что звуковое поле в неосвещенной области равно нулю. Это означает, что дифракцией на теле и проникновением волны в теневую область в этом приближении мы пренебрегаем. 3. На поверхности тела выполняется условие Ф » . Предположим для определенности, что тело является абсолютно жест- ким, T.e.v„ = дп = 0. Чтобы удовлетворить этому условию, примем, что по верхность S в освещенной зоне покрыта фиктивными источниками, колебательная скорость которых равна по величине и противоположна по знаку колебательной скорости падающей волны: vnj=-vn. Вычислим потенциал звукового поля, излучаемого этими источниками.
Разработка математических моделей расчета уровней шумовых полей в условиях современного города
Рассматривается расчет уровня звука, создаваемого источником или системой источников шума при условии отсутствия препятствий распространению звука, то есть в свободном звуковом поле.
Используя перечисленные выше допущения, принимаемые при расчете звуковых полей, излучаемых поверхностью и учитывая, что уровень звука (Ь(дБ)) [37] вычисляется по формуле: L = 20Ig 201g/ -201g/ 0) (2.22) гдер - среднеквадратичная величина звукового давления, Па; Ро - исходное значение звукового давления в воздухе, равное 2-Ю"5 Па. Получим выражение для давления и нормальной составляющей колебательной скорости [23-27]: 1Ь+ЪРО=ЪР= Р = РО-10% = v„=22-\0% , (2.23) 20 рс где с - скорость звука в воздухе (м/с). Используя данные работ [52,73,84], получим зависимость скорости распространения звука от температуры среды: с = 331,8- 1 + 0/273, (2.24) где 0 - температура газа в С. Так как уровень звука источника зависит от интенсивности движения транспортных средств, получаем: Lucm=L(I(t)), (2.25) где I(t) - общая интенсивность движения транспортных экипажей в час. Примечание: Величина Lucm определяется в октавных полосах со среднегеометрическими частотами vm (Гц), т = 1, 2, ..., 8, то есть: vm є N ={63; 125; 250; 500; 1000; 2000; 4000; 8000}. Запишем Lucm как функцию от параметра vm: Lucnt=L(I(t),vm). (2.26) Согласно [37-40,90] величина Lucm сравнивается с нормативными значениями шума по всем eN дважды в сутки — дневное (с 7— до 23—) и ночное (23— до 7—) время. Расстояние от точки наблюдения М(х0,уо) до источника S (рис. 2.10) запишем следующим образом: г = J(x x0)2 +(у-уо)2. (2.35) Следовательно, косинус угла между нормальной составляющей колебательной скорости поверхности S и вектором расстояния от точки наблюдения М до источника: Обозначим через К{ут), следующее выражение: К(ут) = в,р.±.И.10 20 Jl+p l - (2.37) An рс \ \х2 хх) В данном случае, K{vm) — является постоянной величиной при конкретно заданных уровне звука источника, частоте и величинах, характеризующих длину источника, вынесем эту величину из под знака интеграла (2.30), получаем следующие выражения для составляющих звукового давления р: nvm) = -K{vS) { - (2.38) Звуковое давление p{ym) - получаем по формуле (2.30). Уровень звука источника L{vm) находим по формуле (2.31) Рассмотрим методику расчета уровней шума транспортных потоков на территории современного города.
Расчет проведем в два этапа [23-28]. Первый этап — это определение уровней звука источника, по всем частотам vm є N, например, по параметрам транспортного потока (интенсивности движения, состава транспортного потока, средней скорости движения транспортного потока, дорожного покрытия и т.д.). Второй этап - это определение уровней звука по всем частотам vm є N в зависимости от удаленности точки расчета до источника шума. При этом учитываем наличие экранирующих сооружений, объектов, отражающих звук, лесонасаждений (парковых зон), метеорологических параметров, таких как влажность воздуха и т.д. Проведем условную классификацию источников шума, оказывающих влияние на выбранную точку наблюдения. Как отмечалось в главе 1, данные источники можно разделить на два типа: ) локализованные источники, к которым, как отмечалось выше, относят ся гаражи, стадионы, стройки, бойлерные и т.п; 2) Протяженные источники — транспортные магистрали с постоянным движением, включающие в себя потоки различных видов транспорта: легково го, грузового, пассажирского, рельсового. Такая классификация проводится для выбора методики расчета при определенных источниках шума на территории города. Для расчета необходимо иметь следующие данные об источниках шума: расстояние от источника до расчетной точки;
интенсивность движения транспортных потоков; состав движения; средняя скорость движения транспортного потока; число полос движения; тип дорожного покрытия; наличие уклонов на определенных участках транспортных магистралей, попадающих в область расчетной точки. Метеорологические параметры: температура воздуха; влажность воздуха. Наличие объектов, препятствующих распространению шума: лесонасаждения, парковые зоны; специальные экраны; отражающие сооружения; здания. Сформулировав предварительные замечания, переходим к расчетным схемам первого этапа, заключающегося в расчете уровней звука источника шума, попадающего в область влияния на расчетную точку. В случае если источником шума является протяженный источник, образованный транспортной магистралью с низкой интенсивностью движения, уро- 68 вень звука данного источника шума, как отмечалось выше, получим следующим образом; Lucm=lA, (2.39) где 1А - уровень звука в дБА, измеренный по шкале «А» шумомера для конкретного типа транспортного средства или определенный по данным таблицы 1.2. Далее обозначая величину поправки для среднегеометрических частот октавных полос через 1т(ут), преобразуем формулу (2.39), чтобы получить уровни звука источника по всем частотам vm є N. Таким образом, формула (2.39) примет следующий вид: lm{vm) определяется из таблицы 1.25 для конкретной частоты vm є N. Уровень звука источника в зависимости от интенсивности движения транспортных средств Lin запишется как функция от двух параметров, характеризующих долю грузовых автомобилей и пассажирского транспорта и количества единиц транспортных средств в час. Lin = Lin{lA,dtvm) (2.41) где d — процентное соотношение грузового и пассажирского транспорта в суммарном транспортном потоке, 1А- интенсивность движения всех транспортных средств. Для того чтобы получить данную величину для всех vm є N, преобразуем выражение (2.41) следующим образом: Lin= Lin{lA ,d,vm)+lm {vm). (2.42) Поправку на среднюю скорость транспортного потока Ls представляем в виде: Ls = LsA, (2.43) где LsA - величина поправки в дБ А, определяемая по таблице 1.5
Проверка адекватности расчетных схем модели распространения звука
В рамках проверки расчетных схем вышеописанной модели распространения звука был проведен ряд исследований, основанных на данных измерений шума на территории г. Барнаула. Исследование уровня звука в точке наблюдения, равноудаленной от трех протяженных источников с равными уровнями звука, образующих равносторонний треугольник, показало, что уровень звука в данной точке является минимальным. При приближении к какому-либо из источников уровень звука в смещенной точке наблюдения меняется в сторону значения источника. Для анализа результатов интегрирования был проведен ряд экспериментов на территории г. Барнаула. Экспериментальная площадка выбиралась таким образом, чтобы была возможность получить оценки расчетов на открытой местности, а также в сложившейся городской застройке. Таким условиям полностью удовлетворил участок пересечения крупных магистралей (ул. Павловский тракт и Попова), схема которого представлена на рисунке 3.3.
Измерения шума проводились с использованием измерительной аппаратуры, прошедшей специальную государственную поверку. Для проведения соответствующего эксперимента выбирались солнечные безветренный дни, средняя температура воздуха составляла +22С. Для получения координат точек, указанных на рисунке 3.3, была проведена топографическая съемка местности. Помимо вышеперечисленных мероприятий проводилась видеозапись исследуемого участка транспортной магистрали, в данном случае это ул. Попова. Затем по результатам видеосъемки рассчитывались показатели интенсивности движения транспортных экипажей и выводились процентные соотношения грузового транспорта в потоке. Расчетные данные модели сравнивались с натурными измерениями, рассчитывался процент отклонения от натурных измерений. Методы численного интегрирования реализованы в среде визуального программирования Visual Basic for Microsoft Excel. В связи с представлением транспортной магистрали в виде протяженного источника шума погрешность расчетов увеличилась, но осталась в рамках допустимой, встречающейся при проведении инженерных расчетов по распространению шумовых полей. В таблице 3.1 представлены результаты сравнения среднестатистических данных измерений шума и данных, полученных путем расчета в макете ГИС «Шум города».
По данным таблицы 3,1 максимальное отклонение расчетных значений от измеренных данных составляет не более 6%, что мы считаем допустимым. Таким образом, подтверждается возможность использования представленных математических моделей распространения звука при проектировании ГИС «Шум города». В таблице 3.2 представлены результаты сравнения среднестатистических данных измерения уровней шума от источника транспортного шума, расположенного по ул. Попова, и расчетных данных. Результаты сравнения расчетных данных модели и натурных измерений на территории г. Барнаула и сопоставление данных измерений с нормами ограничения шума на территории жилой застройки
На основании расчетных схем модели (2.52)-(2.57) разработан программный комплекс «Эмиссия шума», который позволяет при заданных параметрах источника шума определять уровни звука, удаленного от данного источника на определенное расстояние. Экспертная система (ЭС) «Эмиссия шума» используется для формирования банка данных (БД) ГИС «Шум города», в структуру которого входят уровни звукового давления, формируемые, как замечено выше, от определенного источника, на определенной частоте vm и т.п. Структура блоков (элементов) ЭС «Эмиссия шума» представлена на (рис. 3.4). Прямыми связями отмечены первичные потоки информации, а пунктирными связями обозначены вторичные потоки информации, при которых пользователь формирует отчет, обращаясь предварительно к справочнику экспертных оценок. Как показано на рисунке 3.4, ЭС «Эмиссия шума» состоит из ряда блоков, таких как: Интерфейс пользователя, в котором эксперт формирует входные параметры модели расчета уровней шума, обрабатывает полученные решения, формирует стандартную отчетность, характеризующую уровни шума; Блок алгоритмов поиска решения, основанного на вышеописанных методах численного интегрирования для построенной модели распространения шума; Блок экспертной оценки полученных результатов, который связан с блоком справочника результатов. Из блока справочной информации используются экспертные оценки и предложения по снижению уровней шума. При этом пользователь оставляет за собой право корректировать полученные оценки и предлагать свои пути решения с последующим пополнением справочника результатов такими решениями. Блок справочника результатов состоит из двух справочников в первом, хранятся экспертные оценки и заключения, а во втором хранятся результаты расчета уровней шума при заданных условиях. Блок «Отчет» позволяет пользователю создавать отчетность по установленной форме. Данный отчет содержит характеристики источника, уровни шума, создаваемые им, а также нормы ограничения уровней шума. В отчете содержатся рекомендации по снижению шума, если полученные уровни превышают санитарные нормы ограничения шума. Основная цель создания справочника результатов расчета при определенных условиях заключается в том, чтобы сократить до минимума время сложных математических расчетов в ГИС Maplnfo. Справочник результатов расчета, созданный в ЭС «Эмиссия шума» является базовым справочником экспериментального варианта ГИС «Шум города». В таблице 3.3 представлен перечень справочников ГИС «Города».
Похожие диссертации на Математическое и программное обеспечение ГИС шумовых полей на территории города
