城市環(huán)境噪聲問題的相關(guān)理論方法及應用——噪聲測點優(yōu)化、質(zhì)量評價和控制技術(shù).pdf

1、隨著全球城市化進程的加快，城市規(guī)模的急劇膨脹和城市建設的不斷發(fā)展，城市環(huán)境噪聲問題也日益突出，給人們的生產(chǎn)和生活帶來了日趨嚴重的影響。該問題已逐步成為人們廣泛關(guān)注的一個熱點問題。 該文以大連市主城區(qū)環(huán)境區(qū)域噪聲問題為工程背景，研究基于計算智能、系統(tǒng)理論的綜合評價方法和聲振檢測與故障診斷技術(shù)及其在城市環(huán)境噪聲相關(guān)問題中的應用。城市環(huán)境噪聲問題內(nèi)涵豐富，涉及面廣，該文重點在噪聲測量布點優(yōu)化、噪聲質(zhì)量綜合評價及交通噪聲控制等方面開展研

2、究工作。該課題在理論上屬機械、環(huán)境科學、聲學、計算機科學、系統(tǒng)和控制工程等交叉學科前沿課題的基礎(chǔ)理論和應用基礎(chǔ)研究；在實踐上，具有相當?shù)墓こ虘们熬?，可推廣應用于水、大氣污染等其它環(huán)境領(lǐng)域問題的監(jiān)測和評價，及各種車輛變速箱和機械傳動系統(tǒng)的出廠噪聲質(zhì)量檢測。研究的計算智能類算法更可推廣于求解多種復雜工程系統(tǒng)的優(yōu)化問題。因而，無論從理論上還是實踐上，該問題都是一個亟待較好解決的重要問題。 城市環(huán)境區(qū)域噪聲的測量布點優(yōu)化問題在理論上可

3、歸結(jié)為一個離散型0-1規(guī)劃問題，屬組合優(yōu)化范疇，是NPC問題，難以很好地求解；其噪聲質(zhì)量評價則屬于系統(tǒng)工程的綜合評價問題，具有多指標、多層次、多關(guān)聯(lián)等特點，只依靠評審專家對其進行人為的定性評價已難以滿足對于復雜工程系統(tǒng)評價的科學性和客觀性要求；而汽車變速箱出廠噪聲質(zhì)量的檢測和故障診斷屬于城市交通噪聲控制的一個重要問題，為避免車間背景環(huán)境噪聲影響，目前常規(guī)檢測變速箱噪聲超標與否的方法是采用聲級計在消聲室中測得聲壓級的方式，費時費力，且無法

4、在線測量。由此可見，解決這些問題存在較大的難度和復雜性。 該文針對上述問題主要進行了以下的研究工作： (1)給出課題背景、研究意義，綜述了城市環(huán)境區(qū)域噪聲領(lǐng)域相關(guān)問題的解決方法及其國內(nèi)外的代表性工作，并在此基礎(chǔ)上歸納總結(jié)，進而明確了該文的相關(guān)研究思想及求解策略。 (2)提出了并行混合粒子群免疫算法(PHPSO-IA)。該算法以粗粒度并行遺傳算法(PGA)為基礎(chǔ)，針對其早熟和收斂速度慢等缺陷，給出一系列相應的改進措

5、施，主要有： a.依據(jù)改進的自適應交叉、變異算子對子群體分類，實行多種群的并行演化； b.根據(jù)不同類型子群體的特點，引入不同模式的基于粒子群優(yōu)化的個體PSO更新算子，其主要目的是充分利用粒子群算法收斂快的特點； c.加入免疫的思想可起到雙重效果，一方面基于提出的可調(diào)等比排序的免疫選擇算子能有效防止早熟，另一方面模擬免疫記憶和接種過程的子群體信息交換策略可加快收斂速度； d.對于優(yōu)秀個體的混沌序列搜索能顯著

6、改善混合算法的局部搜索性能。PHPSO-IA有連續(xù)型和0-1離散型兩種版本，可同時用于解決上述兩類問題，是一種通用的混合計算智能類算法。通過若干典型函數(shù)優(yōu)化和背包問題算例驗證了該算法的可行性和有效性。鑒于傳統(tǒng)的城市噪聲等網(wǎng)格測量布點時缺乏考慮聲場變化不均勻的實際情況，參考有限元法劃分網(wǎng)格的策略，給出了變網(wǎng)格測量布點的思想，并在此基礎(chǔ)上，將PHPSO-IA用于求解城市環(huán)境區(qū)域噪聲測量布點優(yōu)化問題，取得了良好的效果，可大大減少日后布點測量時

7、的人力物力消耗，為實現(xiàn)城市環(huán)境噪聲實時自動監(jiān)測和評價提供了便利。 (3)提出了一種基于C/S和B/S混合模式的多級改進集對分析(MSPA)法，并用于城市環(huán)境區(qū)域噪聲質(zhì)量的綜合評價。首先針對傳統(tǒng)的集對分析(SPA)法應用于環(huán)境質(zhì)量評價領(lǐng)域時不便于對污染級別做出具體判別的缺陷，在此基礎(chǔ)上，給出了改進的集對分析(MSPA)及其綜合聯(lián)系度的評價準則，并以大連市主城區(qū)環(huán)境區(qū)域噪聲評價問題為例，通過AHP給定權(quán)向量的多級MSPA與多級模糊綜

8、合評判法的對比，兩者取得一致結(jié)論且與實際情況相吻合，驗證了該評價方法是合理有效和實用的。進而又給出了基于網(wǎng)絡的C/S和B/S混合模式的多級MSPA方法，它具有較高的靈活性、便利性與可維護性，實現(xiàn)了不同地理位置的相關(guān)人員的資源、信息共享，有助于評價更為準確、客觀，同時也提高了相應的工作效率。為工程實用化，將上述研究的相關(guān)算法和方法，以及SoundPLAN和MapInfo軟件集成與綜合，給出了城市環(huán)境區(qū)域噪聲質(zhì)量評價軟件系統(tǒng)的總體設計思路及

9、其模塊化結(jié)構(gòu)框架，開發(fā)了相應的軟件。該工作促進了相關(guān)理論方法在城市環(huán)境噪聲質(zhì)量綜合評價領(lǐng)域的研究進展。 (4)交通運輸噪聲是城市噪聲最主要的來源，而車輛噪聲又是交通運輸噪聲的主要影響因素，從控制汽車變速箱出廠噪聲質(zhì)量的角度出發(fā)，提出了一種新的噪聲在線振動檢測和噪聲超標后故障診斷的方法。前者可實現(xiàn)變速箱出廠噪聲值的在線測量，推導了相關(guān)公式，給出了聲壓級的振動檢測，即通過測得變速箱箱體的振動加速度信號獲得其在線噪聲聲壓級的方法，它可

10、有效地避免背景噪聲的影響。后者進一步對于噪聲超標的變速箱給出了一種基于局域波—倍頻程的故障診斷方法。局域波法可將復雜信號分解為有限個局域波分量，并在時頻面內(nèi)將各分量分開，避免了不同頻率分量造成的邊頻帶的影響；倍頻程分析進而將分量按不同頻段進行聲壓級的計算，從而找出噪聲輻射最大的頻段，確定故障源。兩者結(jié)合為一個完整的流程，使變速箱噪聲出廠檢測更為便捷、有效。該工作有助于提高變速箱的出廠質(zhì)量和改善汽車的性能，為有效地控制交通運輸噪聲乃至整個