城市環(huán)境噪聲問(wèn)題的相關(guān)理論方法及應(yīng)用——噪聲測(cè)點(diǎn)優(yōu)化、質(zhì)量評(píng)價(jià)和控制技術(shù).pdf

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

2、究工作。該課題在理論上屬機(jī)械、環(huán)境科學(xué)、聲學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、系統(tǒng)和控制工程等交叉學(xué)科前沿課題的基礎(chǔ)理論和應(yīng)用基礎(chǔ)研究；在實(shí)踐上，具有相當(dāng)?shù)墓こ虘?yīng)用前景，可推廣應(yīng)用于水、大氣污染等其它環(huán)境領(lǐng)域問(wèn)題的監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)，及各種車輛變速箱和機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的出廠噪聲質(zhì)量檢測(cè)。研究的計(jì)算智能類算法更可推廣于求解多種復(fù)雜工程系統(tǒng)的優(yōu)化問(wèn)題。因而，無(wú)論從理論上還是實(shí)踐上，該問(wèn)題都是一個(gè)亟待較好解決的重要問(wèn)題。 城市環(huán)境區(qū)域噪聲的測(cè)量布點(diǎn)優(yōu)化問(wèn)題在理論上可

3、歸結(jié)為一個(gè)離散型0-1規(guī)劃問(wèn)題，屬組合優(yōu)化范疇，是NPC問(wèn)題，難以很好地求解；其噪聲質(zhì)量評(píng)價(jià)則屬于系統(tǒng)工程的綜合評(píng)價(jià)問(wèn)題，具有多指標(biāo)、多層次、多關(guān)聯(lián)等特點(diǎn)，只依靠評(píng)審專家對(duì)其進(jìn)行人為的定性評(píng)價(jià)已難以滿足對(duì)于復(fù)雜工程系統(tǒng)評(píng)價(jià)的科學(xué)性和客觀性要求；而汽車變速箱出廠噪聲質(zhì)量的檢測(cè)和故障診斷屬于城市交通噪聲控制的一個(gè)重要問(wèn)題，為避免車間背景環(huán)境噪聲影響，目前常規(guī)檢測(cè)變速箱噪聲超標(biāo)與否的方法是采用聲級(jí)計(jì)在消聲室中測(cè)得聲壓級(jí)的方式，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，且無(wú)法

4、在線測(cè)量。由此可見(jiàn)，解決這些問(wèn)題存在較大的難度和復(fù)雜性。 該文針對(duì)上述問(wèn)題主要進(jìn)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(wèn)題的解決方法及其國(guó)內(nèi)外的代表性工作，并在此基礎(chǔ)上歸納總結(jié)，進(jìn)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(duì)其早熟和收斂速度慢等缺陷，給出一系列相應(yīng)的改進(jìn)措

5、施，主要有： a.依據(jù)改進(jìn)的自適應(yīng)交叉、變異算子對(duì)子群體分類，實(shí)行多種群的并行演化； b.根據(jù)不同類型子群體的特點(diǎn)，引入不同模式的基于粒子群優(yōu)化的個(gè)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(diǎn)； 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(guò)程的子群體信息交換策略可加快收斂速度； d.對(duì)于優(yōu)秀個(gè)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(shí)用于解決上述兩類問(wèn)題，是一種通用的混合計(jì)算智能類算法。通過(guò)若干典型函數(shù)優(yōu)化和背包問(wèn)題算例驗(yàn)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(cè)量布點(diǎn)時(shí)缺乏考慮聲場(chǎng)變化不均勻的實(shí)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(cè)量布點(diǎn)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(cè)量布點(diǎn)優(yōu)化問(wèn)題，取得了良好的效果，可大大減少日后布點(diǎn)測(cè)量時(shí)

7、的人力物力消耗，為實(shí)現(xiàn)城市環(huán)境噪聲實(shí)時(shí)自動(dòng)監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)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(jí)改進(jìn)集對(duì)分析(MSPA)法，并用于城市環(huán)境區(qū)域噪聲質(zhì)量的綜合評(píng)價(jià)。首先針對(duì)傳統(tǒng)的集對(duì)分析(SPA)法應(yīng)用于環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)領(lǐng)域時(shí)不便于對(duì)污染級(jí)別做出具體判別的缺陷，在此基礎(chǔ)上，給出了改進(jìn)的集對(duì)分析(MSPA)及其綜合聯(lián)系度的評(píng)價(jià)準(zhǔn)則，并以大連市主城區(qū)環(huán)境區(qū)域噪聲評(píng)價(jià)問(wèn)題為例，通過(guò)AHP給定權(quán)向量的多級(jí)MSPA與多級(jí)模糊綜

8、合評(píng)判法的對(duì)比，兩者取得一致結(jié)論且與實(shí)際情況相吻合，驗(yàn)證了該評(píng)價(jià)方法是合理有效和實(shí)用的。進(jìn)而又給出了基于網(wǎng)絡(luò)的C/S和B/S混合模式的多級(jí)MSPA方法，它具有較高的靈活性、便利性與可維護(hù)性，實(shí)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(píng)價(jià)更為準(zhǔn)確、客觀，同時(shí)也提高了相應(yīng)的工作效率。為工程實(shí)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(píng)價(jià)軟件系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)思路及

9、其模塊化結(jié)構(gòu)框架，開(kāi)發(fā)了相應(yīng)的軟件。該工作促進(jìn)了相關(guān)理論方法在城市環(huán)境噪聲質(zhì)量綜合評(píng)價(jià)領(lǐng)域的研究進(jìn)展。 (4)交通運(yùn)輸噪聲是城市噪聲最主要的來(lái)源，而車輛噪聲又是交通運(yùn)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(dòng)檢測(cè)和噪聲超標(biāo)后故障診斷的方法。前者可實(shí)現(xiàn)變速箱出廠噪聲值的在線測(cè)量，推導(dǎo)了相關(guān)公式，給出了聲壓級(jí)的振動(dòng)檢測(cè)，即通過(guò)測(cè)得變速箱箱體的振動(dòng)加速度信號(hào)獲得其在線噪聲聲壓級(jí)的方法，它可

10、有效地避免背景噪聲的影響。后者進(jìn)一步對(duì)于噪聲超標(biāo)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(fù)雜信號(hào)分解為有限個(gè)局域波分量，并在時(shí)頻面內(nèi)將各分量分開(kāi)，避免了不同頻率分量造成的邊頻帶的影響；倍頻程分析進(jìn)而將分量按不同頻段進(jìn)行聲壓級(jí)的計(jì)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(gè)完整的流程，使變速箱噪聲出廠檢測(cè)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(yùn)輸噪聲乃至整個(gè)