一种面向机场航空噪声的滤波方法

1.本发明涉及噪声监测技术领域，更具体的说是涉及一种面向机场航空噪声的滤波方法。

背景技术：

2.目前，国内外研究人员和民航业界已经对机场附近的飞机起飞噪声进行了相关的研究和监管，如声源定位、噪声预测、噪声指标监测，机型分类以及飞机噪声对人造成的烦恼等，环境噪声在一定程度上影响着相关研究的可靠性，也影响着行业监管机构对噪声超标的飞机收取的噪声费。因为噪声监测设备所承受的实际噪声水平在很大程度上取决于气象条件，飞行轨迹和环境噪声。
3.常见的噪声分离方法有两种。一种是将低于最大加权声压级或最大纯音修正感觉噪声级10db作为飞机噪声的有效时间段，实现飞机噪声与环境噪声的分离。但这将导致测量声压级差值大于10db的飞机噪声被舍弃。另一种是根据不同噪声源的影响范围的差异性，分析多个噪声监测点数据的相似性对背景噪声进行分离。但这种噪声识别方法不仅成本高，而且对于一些影响范围相似的混合噪声源，这种噪声识别方法不能实现有效的噪声分离。
4.因此，如何提供一种面向机场航空噪声的滤波方法，是本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明提供了一种面向机场航空噪声的滤波方法，能够保留飞机噪声，实现飞机飞越阶段的环境噪声过滤，提高机场附近飞机起降噪声相关研究和监管结果的可靠性。
6.为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
7.一种面向机场航空噪声的滤波方法，包括以下步骤：
8.确认监测点，进行全天监测，获取机场原始噪声监测数据；
9.根据所述原始噪声监测数据计算a计权声压级数据；
10.获取航班信息和雷达定位信息，并根据预先构建的定位模型，定位到朝着所述监测点飞越的飞机噪声时域波形图；
11.根据所述飞机噪声时域波形图，利用预先构建的滤波模型过滤掉所述飞机噪声中的环境噪声，得到滤波后的1/3倍频程声压级数据；
12.根据所述噪声滤波后的1/3倍频程声压级数据计算最终a计权声压级数据。
13.进一步的，所述全天监测建立在如下气象条件进行：
14.a：无降水；
15.b：在高于地面10米处与飞机之间的整个传声路径上，大气温度在－10℃～35℃之间，相对湿度在20％～95％之间；
16.c：在高于地面10米处与飞机之间整个传声路径上的相对湿度和大气温度，不会使中心频率为8khz的三分之一倍频程上的声衰减大于12db/100米；
17.d：在高于地面10米处，平均风速不超过22千米/小时，飞机的侧风平均风速不超过13千米/小时。
18.进一步的，根据所述原始噪声监测数据计算a计权声压级数据，步骤包括：
19.对所述原始噪声监测数据进行数据转换，得到十进制数据；
20.对所述十进制数据进行数据清洗，剔除异常数据，保留正常数据；
21.对所述正常数据进行数据排序，得到时序排列后的a计权声压级数据
22.根据所述时序排列后的a计权声压级数据，构建编程算法绘制a计权声压级与时间的时域波形图。
23.进一步的，所述数据排序步骤包括：将相邻两行数据的时间戳，进行大小比较，若下一行的时间戳小于上一行，则此行数据的位置存在异常；
24.将异常行数据之前的时间戳，按照倒序分别与异常行数据的时间戳比较，若异常行数据的时间戳大于某一正常行数据的时间戳，则将异常行数据插入到此正常行数据之前。
25.进一步的，获取航班信息和雷达定位信息，并根据预先构建的定位模型，定位到朝着所述监测点飞越的飞机噪声时域波形图，包括：
26.所述航班信息包括飞机的经纬度信息、起降飞机的航班号，离港飞机的起飞时间和到港飞机的到达时间；
27.根据所述离港飞机的起飞时间和到港飞机的到达时间以及所述a计权声压级数据的时域波形图，定位工作时间；
28.根据所述飞机的经纬度信息、航班时间表和所述工作时间，通过预先构建的编程算法定位到朝着监测点飞越的飞机噪声时域波形图。
29.进一步的，根据所述飞机噪声时域波形图，利用预先构建的滤波模型过滤掉所述飞机噪声中的环境噪声，步骤包括：
30.根据所述飞机噪声时域波形图，分别用飞机噪声时域波形左右两端环境噪声的1/3倍频程声压级数据，计算出环境噪声每个频带的平均声压级数据；
31.将飞机噪声和左右两端环境噪声的1/3倍频程所述声压级数据转换为声压数据；
32.将飞机噪声时域波形以峰值为分界线分为左右两段；通过将左右两端环境噪声的1/3倍频程平均声压级对应的声压从飞机噪声左右段每一时刻的1/3倍频程声压中减去，来过滤环境噪声，得到滤除环境噪声后的1/3倍频程声压数据；
33.将所述滤除环境噪声后的1/3倍频程声压数据，转换为声压级数据。
34.进一步的，所述计算环境噪声每个频带的平均声压级数据，采用的计算公式为：
[0035][0036]
其中，表示环境噪声第n个倍频程的平均声压级；spl(e)n表示环境噪声第n个倍频程的声压级；t表示所取的环境噪声的时间间隔。
[0037]
进一步的，将飞机噪声和左右两端环境噪声的1/3倍频程所述声压级数据转换为
声压数据，采用的计算公式为：
[0038][0039]
其中，pn表示第n个倍频程的声压；spln表示第n个倍频程的声压级；pref表示参考声压，p
ref
＝2
×
10-5
，单位pa；
[0040]
过滤环境噪声，得到滤除环境噪声后的1/3倍频程声压数据，采用的计算公式为：
[0041]
p(f)n＝p(m)
n-p(e)n；
[0042]
其中，p(f)n表示滤除环境噪声后第n个倍频程的声压；p(m)n表示第n个倍频程的飞机和环境混合噪声的声压；p(e)n表示第n个倍频程的环境噪声平均声压级对应的声压。
[0043]
进一步的，将所述滤除环境噪声后的1/3倍频程声压数据，转换为声压级数据，采用的公式为：
[0044][0045]
其中，spl(f)n表示滤除环境噪声后第n个倍频程的声压级。
[0046]
进一步的，根据所述噪声滤波后的1/3倍频程声压级数据计算最终a计权声压级数据，步骤包括：
[0047]
将1/3倍频程30个中心频率的声压级对照a计权修正值数值表进行修正；
[0048]
采用修正后的1/3倍频程声压级计算a计权声压级，计算公式如下：
[0049][0050]
其中，spl
t,a
表示经过环境噪声过滤后某一时刻1/3倍频程的a计权声压级
[0051]
本发明的有益效果：
[0052]
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种面向机场航空噪声的滤波方法，本发明使用噪声监测设备的噪声数据结合机场航班数据，实现飞机飞越阶段的环境噪声过滤，保留飞机噪声，这有助于提高机场附近飞机起降噪声相关研究和监管结果的可靠性；本发明使用监测设备测量的飞机飞越噪声来过滤噪声时域波形左右两端的环境噪声，可以避免舍弃低于最大加权声压级或最大纯音修正感觉噪声级10db以上的飞机噪声。
附图说明
[0053]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
[0054]
图1附图为本发明提供的一种面向机场航空噪声的滤波方法示意图。
具体实施方式
[0055]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于
本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0056]
本发明实施例公开了一种面向机场航空噪声的滤波方法，包括以下步骤：
[0057]
s1：确认监测点，进行全天监测，获取机场原始噪声监测数据；
[0058]
按照现行的ccar-36-r2《第33号令-航空器型号和适航合格审定噪声规定》中规定的机场周围飞机噪声测量气象条件，在机场起飞跑道附近一栋受飞机飞越噪声影响的三层楼顶设置噪声监测设备对航空噪声进行全天持续监测。现行的ccar-36-r2所规定的机场周围飞机噪声测量气象条件如下：
[0059]
a：无降水；
[0060]
b：在高于地面10米处与飞机之间的整个传声路径上，大气温度在－10℃～35℃之间，相对湿度在20％～95％之间；
[0061]
c：在高于地面10米处与飞机之间整个传声路径上的相对湿度和大气温度，不会使中心频率为8khz的三分之一倍频程上的声衰减大于12db/100米；
[0062]
d：在高于地面10米处，平均风速不超过22千米/小时，飞机的侧风平均风速不超过13千米/小时。
[0063]
s2：根据所述原始噪声监测数据计算a计权声压级数据；运用编程软件，构建算法处理s1中得到的原始噪声监测数据，得到a计权声压级与时间的时域数据，并绘制时域波形图。构建绘制a计权声压级与时间的时域波形图的算法步骤如下：
[0064]
s21：数据转换：对所述原始噪声监测数据进行数据转换，得到十进制数据；原始噪声监测数据是1/3倍频程的30个中心频率的声压级，数据以字节流格式传输。构建转换字节流格式为十进制格式的算法步骤如下：
[0065]
s211：字节流转换为16进制：定义字符数组包含0-f共16个字符，并顺序排列；以字节为单位读取字节流，除以16得商和余数，分别取出字符数组中对应商数和余数位置的字符，按照“商数对应字符在前、余数对应字符在后”进行排列，得到16进制的高位或低位单字节；遵循字节流传输格式，按照“高位字节在前、低位字节在后”进行排列，得到转换后的双字节16进制数据；
[0066]
s212：调用库函数将16进制转换为10进制。
[0067]
s22：数据清洗，根据噪声监测设备的数据格式传输协议，对所述十进制数据进行数据清洗，剔除异常数据，保留正常数据；数据格式传输协议由包头、数据采样区和包尾三部分组成。数据采样区包括噪声监测设备地址、日期与时间、字节头、1/3倍频程的30个中心频率的声压级、字节尾、字节头、气象数据、气象校验位、字节头、a计权声压级和字节尾。
[0068]
s23：对所述正常数据进行数据排序，得到时序排列后的a计权声压级数据：将s22中得到的正常数据通过构建插入排序编程算法进行时序排列，并存储；构建的插入排序编程算法步骤如下：
[0069]
s231：将相邻两行数据的时间戳，进行大小比较，若下一行的时间戳小于上一行，则此行数据的位置存在异常；
[0070]
s232：将异常行数据之前的时间戳，按照倒序分别与异常行数据的时间戳比较，若异常行数据的时间戳大于某一正常行数据的时间戳，则将异常行数据插入到此正常行数据之前。
[0071]
s24：根据所述时序排列后的a计权声压级数据，构建编程算法绘制a计权声压级与时间的时域波形图。
[0072]
s3：获取航班信息和雷达定位信息，并根据预先构建的定位模型，在飞机噪声时域波形图中定位到朝着所述监测点飞越的飞机噪声时间区间；
[0073]
根据覆盖机场周围区域的雷达系统和机场发布的每日航班信息，得到飞机的经纬度信息、起降飞机的航班号，离港飞机的起飞时间和到港飞机的到达时间。依据航班信息中的航班号和起降时间，可以在雷达系统中定位到该航班的飞机在监测点附近时的经纬度信息。
[0074]
在时域波形图中得到飞机噪声波形的开始和结束时刻之间的时间差，该值代表飞机从监测点上空飞越时监测点收到的飞机噪声时间区间。根据飞机在监测点附近时的经纬度信息和监测点收到的飞机噪声时间区间，当这两个时间相匹配时，可以定位到朝着监测点飞越的飞机噪声时域波形图。
[0075]
定位s2中得到的时域波形图的具体过程如下：
[0076]
s31：根据覆盖机场周围区域的雷达系统和机场发布的每日航班信息，得到飞机的经纬度信息、起降飞机的航班号，离港飞机的起飞时间和到港飞机的到达时间；
[0077]
s32：根据飞机的经纬度信息、航班时刻表以及时域波形图中飞机噪声的开始或者结束时刻的差值，构建编程算法定位到朝着监测点飞越的飞机噪声时域波形图。
[0078]
s4：根据所述飞机噪声时域波形图，利用预先构建的滤波模型过滤掉所述飞机噪声中的环境噪声，得到滤波后的1/3倍频程声压级数据；对于噪声频率范围为25-20000hz的1/3倍频程声压级数据，分别将总声压级和环境噪声的声压级转换为实际声压，飞机的声压级可通过从总声压中减去环境噪声的声压，然后将其转换为声压级来获得。进行1/3倍频程飞机噪声滤波的具体过程如下：
[0079]
s41：使用步s3中得到的飞机飞越阶段的飞机噪声时域波形，分别用飞机噪声时域波形左右两端环境噪声的1/3倍频程声压级数据，计算出每个频带的平均声压级数据。计算公式如下：
[0080][0081]
其中，表示环境噪声第n个倍频程的平均声压级，单位db；spl(e)n表示环境噪声第n个倍频程的声压级，单位db；t表示所取的环境噪声的时间间隔，单位秒。
[0082]
s42：将飞机噪声和左右两端环境噪声的1/3倍频程声压级数据转换为声压数据，计算公式如下：
[0083][0084][0085]
其中，p(e)n表示环境噪声第n个倍频程的声压，单位pa；p(m)n表示飞机噪声第n个倍频程的声压，单位pa；spln表示飞机噪声第n个倍频程的声压级，单位db；p
ref
表示参考声压，p
ref
＝2
×
10-5
，单位pa。
[0086]
s43：将飞机噪声时域波形以峰值为分界线分为左右两段。通过将左右两端环境噪
声的1/3倍频程平均声压级对应的声压从飞机噪声左右段每一时刻的1/3倍频程声压中减去，来过滤环境噪声。计算公式如下：
[0087]
p(f)n＝p(m)
n-p(e)n；
[0088]
其中，p(f)n表示滤除环境噪声后第n个倍频程的声压，单位pa；p(m)n表示第n个倍频程的飞机和环境混合噪声的声压，单位pa；p(e)n表示第n个倍频程的环境噪声平均声压级对应的声压，单位pa。
[0089]
s44：使用s43中得到的滤除环境噪声后的1/3倍频程声压数据，将其转换为声压级数据。计算公式如下：
[0090][0091]
其中，spl(f)n表示滤除环境噪声后第n个倍频程的声压级，单位db。
[0092]
s5：根据所述噪声滤波后的1/3倍频程声压级数据计算最终a计权声压级数据。
[0093]
对于噪声频率范围为25-20000hz的1/3倍频程声压级数据，根据a计权修正值数值表对1/3倍频程中30个中心频率的声压级进行修正，然后计算a加权声压级。计算a计权声压级的算法步骤如下：
[0094]
s51：将1/3倍频程30个中心频率的声压级对照a计权修正值数值表进行修正。其中，a计权修正值数值表如表1所示。计算公式如下：
[0095]
spl(c)n＝spl(f)n+cn[0096]
其中，spl(c)n表示对照a计权修正值数值表进行修正后第n个倍频程的声压级，单位db；spl(f)n表示滤除环境噪声后第n个倍频程的声压级，单位db；cn表示第n个倍频程中心频率处a计权的修正值，单位db。
[0097]
注意，根据声压级的叠加原理，若两声压级spl(c)1比spl(c)2高出10db以上，则spl(c)2对a计权总声压级的贡献可以忽略。
[0098]
表1 1/3倍频程中心频率处a计权的修正值
[0099]
[0100][0101]
s52：将s51中修正后的1/3倍频程声压级计算a计权声压级。计算公式如下:
[0102][0103]
其中，spl
t,a
表示经过环境噪声过滤后某一时刻1/3倍频程的a计权声压级，单位db。
[0104]
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
[0105]
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

技术特征：

1.一种面向机场航空噪声的滤波方法，其特征在于，包括以下步骤：确认监测点，进行全天监测，获取机场原始噪声监测数据；根据所述原始噪声监测数据计算原始a计权声压级数据；获取航班信息和雷达定位信息，并根据预先构建的定位模型，定位到朝着所述监测点飞越的飞机噪声时域波形图；根据所述飞机噪声时域波形图，利用预先构建的滤波模型过滤掉所述飞机噪声中的环境噪声，得到滤波后的1/3倍频程声压级数据；根据所述噪声滤波后的1/3倍频程声压级数据计算最终a计权声压级数据。2.根据权利要求1所述的一种面向机场航空噪声的滤波方法，其特征在于，所述全天监测建立在如下气象条件进行：a：无降水；b：在高于地面10米处与飞机之间的整个传声路径上，大气温度在－10℃～35℃之间，相对湿度在20％～95％之间；c：在高于地面10米处与飞机之间整个传声路径上的相对湿度和大气温度，不会使中心频率为8khz的三分之一倍频程上的声衰减大于12db/100米；d：在高于地面10米处，平均风速不超过22千米/小时，飞机的侧风平均风速不超过13千米/小时。3.根据权利要求1所述的一种面向机场航空噪声的滤波方法，其特征在于，根据所述原始噪声监测数据计算a计权声压级数据，步骤包括：对所述原始噪声监测数据进行数据转换，得到十进制数据；对所述十进制数据进行数据清洗，剔除异常数据，保留正常数据；对所述正常数据进行数据排序，得到时序排列后的a计权声压级数据根据所述时序排列后的a计权声压级数据，构建编程算法绘制a计权声压级与时间的时域波形图，得到原始a计权声压级数据。4.根据权利要求3所述的一种面向机场航空噪声的滤波方法，其特征在于，所述数据排序步骤包括：将相邻两行数据的时间戳，进行大小比较，若下一行的时间戳小于上一行，则此行数据的位置存在异常；将异常行数据之前的时间戳，按照倒序分别与异常行数据的时间戳比较，若异常行数据的时间戳大于某一正常行数据的时间戳，则将异常行数据插入到此正常行数据之前。5.根据权利要求1所述的一种面向机场航空噪声的滤波方法，其特征在于，获取航班信息和雷达定位信息，并根据预先构建的定位模型，定位到朝着所述监测点飞越的飞机噪声时域波形图，包括：所述航班信息包括飞机的经纬度信息、起降飞机的航班号，离港飞机的起飞时间和到港飞机的到达时间；根据所述离港飞机的起飞时间和到港飞机的到达时间以及所述原始a计权声压级数据的时域波形图，定位工作时间；根据所述飞机的经纬度信息、航班时间表和所述工作时间，通过预先构建的编程算法定位到朝着监测点飞越的飞机噪声时域波形图。6.根据权利要求1所述的一种面向机场航空噪声的滤波方法，其特征在于，根据所述飞
机噪声时域波形图，利用预先构建的滤波模型过滤掉所述飞机噪声中的环境噪声，步骤包括：根据所述飞机噪声时域波形图，分别用飞机噪声时域波形左右两端环境噪声的1/3倍频程声压级数据，计算出环境噪声每个频带的平均声压级数据；将飞机噪声和左右两端环境噪声的1/3倍频程所述声压级数据转换为声压数据；将飞机噪声时域波形以峰值为分界线分为左右两段；通过将左右两端环境噪声的1/3倍频程平均声压级对应的声压从飞机噪声左右段每一时刻的1/3倍频程声压中减去，来过滤环境噪声，得到滤除环境噪声后的1/3倍频程声压数据；将所述滤除环境噪声后的1/3倍频程声压数据，转换为声压级数据。7.根据权利要求6所述的一种面向机场航空噪声的滤波方法，其特征在于，所述计算环境噪声每个频带的平均声压级数据，采用的计算公式为：其中，表示环境噪声第n个倍频程的平均声压级；spl(e)
n
表示环境噪声第n个倍频程的声压级；t表示所取的环境噪声的时间间隔。8.根据权利要求6所述的一种面向机场航空噪声的滤波方法，其特征在于，将飞机噪声和左右两端环境噪声的1/3倍频程所述声压级数据转换为声压数据，采用的计算公式为：其中，p
n
表示第n个倍频程的声压；spl
n
表示第n个倍频程的声压级；p
ref
表示参考声压，p
ref
＝2
×
10-5
，单位pa；过滤环境噪声，得到滤除环境噪声后的1/3倍频程声压数据，采用的计算公式为：p(f)
n
＝p(m)
n-p(e)
n
；其中，p(f)
n
表示滤除环境噪声后第n个倍频程的声压；p(m)
n
表示第n个倍频程的飞机和环境混合噪声的声压；p(e)
n
表示第n个倍频程的环境噪声平均声压级对应的声压。9.根据权利要求6所述的一种面向机场航空噪声的滤波方法，其特征在于，将所述滤除环境噪声后的1/3倍频程声压数据，转换为声压级数据，采用的公式为：其中，spl(f)
n
表示滤除环境噪声后第n个倍频程的声压级。10.根据权利要求1所述的一种面向机场航空噪声的滤波方法，其特征在于，根据所述噪声滤波后的1/3倍频程声压级数据计算最终a计权声压级数据，步骤包括：将1/3倍频程30个中心频率的声压级对照a计权修正值数值表进行修正；采用修正后的1/3倍频程声压级计算a计权声压级，计算公式如下：其中，spl
t，a
表示经过环境噪声过滤后某一时刻1/3倍频程的a计权声压级。

技术总结

本发明涉及噪声监测技术领域，本发明公开了一种面向机场航空噪声的滤波方法，包括以下步骤：确认监测点，进行全天监测，获取机场原始噪声监测数据；根据所述原始噪声监测数据计算A计权声压级数据；获取航班信息和雷达定位信息，并根据预先构建的定位模型，定位到朝着所述监测点飞越的飞机噪声时域波形图；根据所述飞机噪声时域波形图，利用预先构建的滤波模型过滤掉所述飞机噪声中的环境噪声，得到滤波后的1/3倍频程声压级数据；根据所述噪声滤波后的1/3倍频程声压级数据计算最终A计权声压级数据；本发明在实现飞机飞越阶段的环境噪声过滤的同时保留了飞机噪声，这有助于提高机场附近飞机起降噪声相关研究和监管结果的可靠性。近飞机起降噪声相关研究和监管结果的可靠性。近飞机起降噪声相关研究和监管结果的可靠性。