一种铁路列车辐射噪声的动态预测计算方法技术

本发明专利技术提供一种铁路列车辐射噪声的动态预测计算方法，首先确定与噪声、列车、预测点相关的条件参数，与初始时刻相关的初始参数；然后将预测范围的时间划分为由多个预测时间节点分割的时间段；再在每个时间计算步长下将列车划分为多个子线声源，并根据子线声源的噪声到达预测点的时间、确定各个子线声源对预测点噪声贡献值的对应预测时间节点，并确定各个子线声源对预测点不同对应预测时间节点上的声压级贡献量；最后对不同时间计算步长下，分别对预测点同一预测时间节点的声压级贡献量进行叠加，得到预测范围的运行总时间内各个时间节点的预测声压级。本发明专利技术适用于列车通过时噪声地图的实时动态绘制，预测值准确。预测值准确。预测值准确。

【技术实现步骤摘要】
一种铁路列车辐射噪声的动态预测计算方法


[0001]本专利技术属于环境工程学科中高速铁路噪声预测研究领域，涉及一种用于铁路列车辐射噪声的动态预测方法，尤其考虑不同的运营时刻的列车辐射噪声的动态预测方法，适用于铁路环境噪声影响评价及声屏障优化设计，尤其适用于列车通过时噪声地图的实时动态绘制等领域。

技术介绍

[0002]近年来，我国铁路尤其是高速铁路得到飞速发展。截至2021年年底，中国铁路营业里程达到14.63万公里以上，其中高铁3.79万公里，居世界第一。目前，铁路噪声污染情况日益严峻。在当前铁路工程设计和环境影响评价体系中对铁路噪声的预测方法中，将铁路列车声源等效成无限长线源，采用列车通过的等效时间平均声压级作为噪声源强，进行铁路噪声预测计算。这种预测方法是一种时间平均的计算方法，不能用于列车通过预测点时的噪声预测计算。且由于其无法考虑时间因素，从而无法获得列车通过时预测噪声的动态结果，无法考虑高速列车随速度增加而导致的越来越明显的多普勒效应对噪声辐射的影响，使得噪声影响评价结论与受噪声影响居民在列车通过时的实际感受有一定的差距，不利于客观反映铁路沿线噪声的实际影响。
[0003]随着电子计算机技术和数字化技术的发展，计算机的算力明显提升，这为列车辐射噪声的实时动态预测与评价提供了保证。在当前高速铁路沿线环境影响评价和降噪措施设计工作中，考虑时间平均的等效声级作为评价量的预测方法越来越难以准确反映铁路沿线受噪声影响居民的真实影响情况，铁路运营后沿线居民投诉的数量急剧增加。为了使预测更加准确，更加真实地反映铁路沿线受噪声困扰居民的环境噪声现状，保障沿线居民的切身利益，推动噪声影响预测评价体系的技术进步，研发一种铁路列车辐射噪声的动态预测方法是十分必要的。该预测方法还特别适用于列车通过时噪声地图的实时动态绘制等应用领域。

技术实现思路

[0004]本专利技术针对目前等效时间内平均声级预测方法存在的不足，提供了一种铁路列车辐射噪声的动态预测计算方法，本专利技术根据高速铁路噪声源的特点，根据铁路噪声源识别结果得到列车通过时的声辐射功率，将高速铁路运行过程中的移动声源等效简化为有限长线声源，得到线声源单位长度的声辐射功率，当线声源以一定的速度移动时，根据移动线声源与预测点的相对位置关系，采用微积分思想将积分段落内的线源划分为微小点源分别计算对预测点的贡献值，得到有限长线源对预测点的声级贡献量表达式，然后采用数值积分运算的方法求得任一时刻下铁路噪声的预测值。本专利技术不同于以往采用时间平均的等效声级作为源强输入的方法，克服了现有铁路噪声预测评价体系中采用时间平均法得到的等效声级进行噪声评估时不能够准确反映列车通过时对预测点噪声的实时动态影响，考虑了车长引起的声传播至预测点的延迟现象，以及以往铁路噪声预测方法中高速铁路通过时不能
够考虑多普勒效应对预测点噪声水平影响的缺陷，应用于各类铁路尤其是高速铁路的环境噪声预测计算，尤其适用于列车通过时噪声地图的实时动态绘制，具有预测值准确，反映现场实际情况更加真实，工程实用性强的优点，对于推动铁路噪声预测评价体系的技术进步具有重要意义。
[0005]本专利技术提供了如下的技术方案：一种铁路列车辐射噪声的动态预测计算方法，包括下述步骤：S1：确定与噪声、列车、预测点相关的条件参数，与初始时刻相关的初始参数；S2：根据初始时刻车头辐射噪声传播至预测点所需的时间延迟t
0,x2
、要预测范围的运行总时间t0、以及选定的时间计算步长
△
t，将预测范围的时间划分为由多个预测时间节点t
i
分割的时间段
、
，i为步长数（1，2，
……
，j+1），j为时间段的数量，j=t0/
△
t；S3：在每个时间计算步长
△
t下（即不同的步长数i下），考虑初始时刻车头辐射噪声传播至预测点所需的时间延迟t
0,x2
，依据到达预测点的时间和时间计算步长
△
t将列车划分为多个子线声源，并根据子线声源的噪声到达预测点的时间、确定各个子线声源对预测点噪声贡献值的对应预测时间节点，并确定各个子线声源对预测点不同对应预测时间节点上的声压级贡献量；S4：对不同时间计算步长
△
t下，分别对预测点同一预测时间节点的声压级贡献量进行叠加，得到预测范围的运行总时间t0内各个时间节点的预测声压级。
[0006]所述步骤S1中，具体的，与噪声、列车、预测点相关的条件参数包括：（1）与噪声相关的条件参数：通过声源识别等实测方式获得的列车在预测车速条件下辐射声功率W，空气密度为 ，声传播速度c0，参考声压级p0，列车作为有限长声源的声源频率f，列车单位长度的平均线声功率密度ω；（2）与列车和预测点相关的条件参数：测试点距列车的距离为d
参
，指向性因子Q；与初始时刻相关的初始参数包括：预测点距高速铁路列车运行线路的垂直距离d，预测点投影于列车运行线路上的点的坐标，列车行驶速度v，列车长度L
车
，高速列车运行的时间t，初始时刻车头辐射噪声传播至预测点所需的时间延迟t
0,x2
。
[0007]进一步，上述参数中，式中，d为预测点距高速铁路列车运行线路的垂直距离，为预测点距高速铁路列车运行线路的水平距离，h
源
为列车运行路线即声源位置的高度，h
预测点
为预测点距地面高度，式中，ω为列车单位长度的平均线声功率密度，W为列车在预测车速条件下辐射声功率，为列车长度，
式中，Q为指向性因子，为指向性系数，φ为极坐标下列车运行线路上任一点和预测点连线与预测点垂直于列车运行线路方向所夹角度。
[0008]所述步骤S2中，式中，t
0,x2
为初始时刻车头辐射噪声传播至预测点所需的时间延迟，x2为初始时刻列车车头坐标，d为预测点距高速铁路列车运行线路的垂直距离，c0为声传播速度，t
i =
△
t
·
(i
‑
1)+t
0,x2
式中，t
i
为预测时间节点，i为步长数，
△
t为时间计算步长，t
0,x2
为初始时刻车头辐射噪声传播至预测点所需的时间延迟。
[0009]所述步骤S3中，每个时间计算步长
△
t下子线声源的划分方法为：首先，确认每个时间计算步长
△
t下，列车噪声传播至预测点的最近时刻和最远时刻，，式中，i为步长数，
△
t为时间计算步长，x2为每个步长数i下对应的列车车头坐标，x1为每个步长数i下对应的列车车尾坐标，d为预测点距高速铁路列车运行线路的垂直距离，c0为声传播速度，然后在范围内，根据与t
i
的重合范围关系，由重合范围内的t
i
作为中间时间节点t
k
，将时间段划分为多个子时间段，再根据中间时间节点t
k...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铁路列车辐射噪声的动态预测计算方法，其特征在于，包括下述步骤：步骤S1：确定与噪声、列车、预测点相关的条件参数，与初始时刻相关的初始参数；步骤S2：根据初始时刻车头辐射噪声传播至预测点所需的时间延迟t
0,x2
、要预测范围的运行总时间t0、以及选定的时间计算步长
△
t，将预测范围的时间划分为由多个预测时间节点t
i
分割的时间段，i为步长数，i=1，2，
……
，j+1，j为时间段的数量，j=t0/
△
t；步骤S3：在每个时间计算步长
△
t下，考虑初始时刻车头辐射噪声传播至预测点所需的时间延迟t
0,x2
，依据到达预测点的时间和时间计算步长
△
t将列车划分为多个子线声源，并根据子线声源的噪声到达预测点的时间、确定各个子线声源对预测点噪声贡献值的对应预测时间节点t
i
，并确定各个子线声源对预测点不同对应预测时间节点t
i
上的声压级贡献量；步骤S4：对不同时间计算步长
△
t下，分别对预测点同一预测时间节点t
i
的声压级贡献量进行叠加，得到预测范围的运行总时间t0内各个时间节点的预测声压级。2.根据权利要求1所述的铁路列车辐射噪声的动态预测计算方法，其特征在于，所述步骤S1中，与噪声、列车、预测点相关的条件参数包括：（1）与噪声相关的条件参数：通过声源识别等实测方式获得的列车在预测车速条件下辐射声功率W，空气密度为，声传播速度c0，参考声压级p0，列车作为有限长声源的声源频率f，列车单位长度的平均线声功率密度ω；（2）与列车和预测点相关的条件参数：测试点距列车的距离为d
参
，指向性因子Q；与初始时刻相关的初始参数包括：预测点距高速铁路列车运行线路的垂直距离d，预测点投影于列车运行线路上的点的坐标为，列车行驶速度v，列车长度L
车
，高速列车运行的时间t，初始时刻车头辐射噪声传播至预测点所需的时间延迟t
0,x2
。3.根据权利要求2所述的铁路列车辐射噪声的动态预测计算方法，其特征在于，各项参数中，式中，d为预测点距高速铁路列车运行线路的垂直距离，为预测点距高速铁路列车运行线路的水平距离，h
源
为列车运行路线即声源位置的高度，h
预测点
为预测点距地面高度，式中,ω为列车单位长度的平均线声功率密度，W为列车在预测车速条件下辐射声功率，L
车
为列车长度，式中，Q为指向性因子，为指向性系数，为极坐标下列车运行线路上任一点和预测点连线与预测点垂直于列车运行线路方向所夹角度。4.根据权利要求1所述的铁路列车辐射噪声的动态预测计算方法，其特征在于，所述步骤S2中，
式中，t
0,x2
为初始时刻车头辐射噪声传播至预测点所需的时间延迟，x2为初始时刻列车车头坐标，d为预测点距高速铁路列车运行线路的垂直距离，c0为声传播速度，t
i =
△
t
·
(i
‑
1)+t
0,x2
式中，t
i
为预测时间节点，i为步长数，
△
t为时间计算步长，t
0,x2
为初始时刻车头辐射噪声传播至预测点所需的时间延迟。5.根据权利要求1所述的铁路列车辐射噪声的动态预测计算方法，其特征在于，所述步骤S3中，每个时间计算步长
△
t下子线声源的划分方法为：首先，确认每个时间计算步长
△
t下，列车噪声传播至预测点的最近时刻t
近
和最远时刻t
远，
，式中，i为步长数，
△
t为时间计算步长，x2为每个步长数i下对应的列车车头坐标，x1为每个步长数i下对应的列车车尾坐标，d为预测点距高速铁路列车运行线路的垂直距离，c0为声传播速度，然后在t
近
‑
t
远
范围内，根据与t
i
的重合范围关系，由重合范围内的t
i
作为中间时间节点t
k
，将t
近
‑
...

【专利技术属性】
技术研发人员：常亮，韩珈琪，潘晓岩，苏卫青，韩桂波，朱正清，高潮，沈志军，杨丙峰，
申请(专利权)人：中国铁路设计集团有限公司，
类型：发明
国别省市：