Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Использование математических методов в системе мониторинга акустической среды (80

..pdf
Скачиваний:
4
Добавлен:
15.11.2022
Размер:
70.63 Кб
Скачать

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКИХ МЕТОДОВ

ВСИСТЕМЕ МОНИТОРИНГА АКУСТИЧЕСКОЙ СРЕДЫ

г.ОРЛА

Новиков А.Н., докт. техн. наук, профессор Орловский государственный технический университет Иващук О.А., канд. физ.-мат. наук, доцент

Васильева

В.В., ассистент

 

Орловский

государственный аграрный

университет

 

г. Орел

 

Шумовое воздействие на акустическую среду в городах прак­ тически всегда имеет локальный характер и преимущественно вызывается транспортными средствами (до 80% шума), при этом автотранспорт (AT) оказывает наиболее неблагоприятное воздействие, так как автомобили являются преобладающими источниками интенсивного и длительного шума и к тому же распространены по всей территории города.

Транспортный шум имеет большие негативные последствия для населения, чем производственный или бытовой, так как сфера его действия значительно шире, а физические парамет­ ры, характеризующие влияние шума на организм человека, несравненно выше.

При сложившихся социально-экономических и климатиче­ ских региональных условиях наиболее эффективным методом повышения экологической безопасности транспортных пото­ ков (ТП) является проведение постоянного экомониторинга на

148

автодорогах (АД) города и управление на его основе качеством основных компонентов окружающей среды (ОС), в том числе и акустической среды.

Для оценки реального современного уровня шумового воз­ действия ТП на акустическую среду города Орла были проведе­ ны экспериментальные исследования на различных АД города.

На уровень шума от ТП оказывает влияние ряд факторов: интенсивность, скорость и состав ТП, тип двигателя автомоби­ ля, тип и качество дорожного покрытия, планировочные ре­ шения территорий, наличие зеленых насаждений и др.

При анализе структуры ТП на АД города было установлено, что достаточно высоким является процент грузового AT (даже в центральной части города он достигает 15%). Это связано с широко развернутым строительством новых жилых комплек­ сов, магазинов, развлекательных центров.

Эквивалентный уровень шума, создаваемого ТП на АД горо­ да, измерялся согласно методике [1] с использованием прибо­ ра для измерения шума и вибрации ВШВ-003-МЗ.

Результаты экологического мониторинга выявили пробле­ му снижения шумового воздействия AT на акустическую сре­ ду города Орла, которая в данное время является актуальной и требует выработки научно обоснованных управленческих ре­ шений в этой области.

Безусловно, необходим регулярный контроль изменения ситуации на АД города как при изменении параметров, харак­ теризующих состояние автотранспорта (AT), так и при внедре­ нии конкретных мероприятий по снижению шумовой нагруз­ ки, оказываемой ТП на акустическую среду. Однако в этом слу­ чае ограничиться только экспериментальными исследованиями практически невозможно, так как в таком случае процесс мони­ торинга становится неоправданно трудоемким и сопровождает­ ся значительными расходами финансовых ресурсов.

В таких случаях наиболее эффективным и рациональным является применение математических методов анализа, пост­ роение адекватных математических моделей (ММ) и написа­ ние соответствующих им компьютерных программ, позволяю­ щих оценить и (что более важно) спрогнозировать развитие исследуемой ситуации.

п*

149

Наибольшую популярность при построении ММ оценки шумового воздействия AT на природную среду получили статистические методы. Различными учеными на основа­ нии большого числа экспериментальных данных построе­ ны регрессионные зависимости эквивалентного уровня шума (Ьэкв, ОБА) от таких параметров АД, как интенсивность ТП (I, авт/ч), доля в нем грузовых автомобилей (Q,%), скорость движения потока (V, км/ч), уклон проезжей части (к, %) и др. [2]. Такие функциональные зависимости могут быть ис­ пользованы для оценки и прогнозирования уровня воздей­ ствия AT на акустическую среду в зоне влияния АД при ва­ рьировании указанными входными параметрами для тех ус­ ловий, в которых был отобран экспериментальный матери­ ал для разработки ММ.

На основании данных, полученных в ходе экологического мониторинга, также была построена ММ оценки и прогноза шумовой нагрузки ТП, движущихся по АД г. Орла, в виде функциональной зависимости, которая является полиномом

первого порядка и имеет вид:

 

Ьэкв = 71+0,0051 +0,07Q +0,04V.

(1)

Регрессионный анализ зависимости (1) описывает 70% раз­ броса значений уровня шума. Для оценки адекватности моде­ ли был проведен анализ остатков регрессии. Значение F-кри- терия показывает, что построенная регрессионная модель вы­ сокозначима. Уровень риска а = 0,05. Фактическое значение F-критерия превышает табличное FTa6 = 2,6955, т.е. получено статистически значимое уравнение регрессии и построенная

ММявляется адекватной. Обработка результатов проводилась

всистеме Mathcad 2001.

Более перспективным для построения прогностических ММ представляется использование нейросетевых методов анализа. Использование их в различных областях показы­ вает, что они позволяют работать с различным количеством входных и выходных параметров и дают большую точность прогнозирования по сравнению со статистическими мето­ дами [3].

Было выполнено обучение нейронных сетей (НС) по 3-м по-

150

казателям: I, Q и Уна основании 100 натурных экспериментов (из исследований исключались резкие отклонения для повы­ шения точности прогноза).

Для построения и обучения НС использовался пакет NeuroPro. Проводилось обучение и тестирование двух-, трех­ слойной НС прямого распространения с сигмойдальной функ­ цией активации. Были проанализированы НС, имеющие раз­ личную архитектуру (три входа сети, соответствующие I, Q и V; два (три) скрытых слоя с различным числом нейронов; один выход сети L ).

"же'

Оптимальный результат показала трехслойная сеть с архи­ тектурой 10-8-6, обеспечивающая достоверность 96% при точ­ ности ±1 .

Итак, использование НС для построения адекватных ММ оценки и прогноза уровня шумового воздействия ТП, движу­ щихся по АД, на акустическую среду близлежащих террито­ рий является эффективным и дает большую точность по срав­ нению со статистическими методами.

Построенные прогностические ММ могут быть использо­ ваны в системе регионального мониторинга воздействия AT на окружающую природную среду города Орла. Результаты имитационных компьютерных экспериментов позволяют дать оценку трудоемких и дорогостоящих натурных заме­ ров, они станут основой для выработки конкретных меро­ приятий, позволяющих повысить экологическую безопас­ ность AT города.

Литература:

1.ГОСТ 20444-85 «Шум. Транспортные потоки. Методы измерения шумовой характеристики».

2.Экологическая безопасность автомобильного транспорта / В.В. Амбарцумян, В.Б. Носов, В.И. Тагасов, В.И. Сарбаев.— М. : Транс­ порт, 2001.

3.Круглов, В.В. Искусственные нейронные сети. Теория и практика / В.В. Круглов, В.В. Борисов.— М. : Горячая линия-Телеком, 2001.

151

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]