基于流体力学模型的城市交通流噪声分析

　　1 引言

　　70年代以来,道路交通噪声预报理论的研究取得了一些进展,但总的说来还不能对实际复杂车流噪声提出既精确又简便的预报公式。

　　因此,对实际车流噪声的研究方法不外乎[1]:

　　1)进行现场测量,它是最基本的研究方法。不过也存在局限,例如容易受到地点、气象条件、实际交通参量(流速、密度、流量等)的限制以及其它噪声源的干扰,并且不便于深入讨论诸因素与车流噪声的关系。对规划中的道路交通噪声污染状况也无法通过实测来决定。

　　2)实验室物理模拟亦即用比尺模型的方法研究交通噪声。它对实验室设备条件要求较高,因而限制了研究的进展,也限制了在城市噪声防治规划实践中的应用。根据理论和半经验方法进行特定条件下交通流噪声预测,是预测道路交通流噪声更为方便、经济和有效的途径。模型的精度取决于对参数的选择与描述,人们还可以根据实测结果对模型作必要的修正,因而特别适合于进行方案的分析研究和选择。

　　把车流模拟为流体,运用流体动力学和非线性动力学的理论建立交通流状态的模型,是交通流理论中建立交通流宏观模型的一个重要方面[2]。国际上现有的各种交通流模型[3]基本上都包含)个依赖于实测数据的经验关系式。实测时要求车辆之间不互相超越,没有自行车或行人干扰,交叉口直行和转向车流不混合等,与我国大部分城市以低速混合交通为主的现状有很大差距。

　　交通流噪声的分析与预测是智能交通(ITS)的组成部分。本文利用流体动力学理论分析了城市的交通流噪声。流体动力学方程中的各物理量与交通流中的参量一一对应,计算结果与其它模型结果及有关实测数据的对比表明本文方法准确可靠。

　　2 一维流体动力学模型

　　2.1 交通流动力学方程

　　交通流的基本方程可用一维管道内可压缩流体的动力方程表示[2]。

　　式中:t--时间;

　　x--从某一坐标原点起沿着所考察的路段经过的距离;

　　ρ--车流密度(即单位长度道路上所具有的车辆数);

　　A--路段宽度;

　　u--车流速度;

　　--车流经过单位面积时所受阻力总和;

　　p--压力。

　　p在交通流中无法找到恰当的比拟,根据车辆在空旷的路段将加速,而在拥挤的路段将减速的事实,文献[3]提出交通流的“压力”正比于交通流的密度,其数学表达式为

　　式中:c、n--可调参数,称为交通状态指数。

　　改变c、n的取值可以使模型适用于不同的交通状况。几种最重要的依赖经验方程式的交通流模型,都可以令c和n取不同的值得到。