Phần mềm ứng dụng GIS mô phỏng ô nhiễm tiếng ồn do giao thông

Bài viết này trình bày kết quả nghiên cứu xây dựng phần mềm mô phỏng ô nhiễm tiếng ồn do giao thông bằng mô hình toán và ứng dụng công nghệ GIS. Kết quả nghiên cứu cho thấy, phần mềm có khả năng mô phỏng tiếng ồn do các phương tiện giao thông di chuyển trong đoạn đường gây ra, và mô phỏng việc suy giảm cường độ ồn trong do ảnh hưởng của nhiều yếu tố khác nhau.

KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU KHOA HỌC VÀ ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ PHẦN MỀM ỨNG DỤNG GIS MÔ PHỎNG Ô NHIỄM TIẾNG ỒN DO GIAO THƠNG Cao Duy Trường1 TĨM TẮT Ô nhiễm tiếng ồn xem mối nguy hiểm lớn sức khỏe người, nguy hiểm khơng khác tượng nhiễm khác Hiện vấn đề ô nhiễm tiếng ồn, đặc biệt ô nhiễm tiếng ồn giao thông quan tâm, có đề tài nghiên cứu vấn đề so với vấn đề nhiễm khác nhiễm khơng khí, ô nhiễm nguồn nước Các nghiên cứu chủ yếu đánh giá trạng ô nhiễm tiếng ồn từ kết đo đạc thực nghiệm, từ sử dụng phần mềm GIS để thành lập đồ nhiễm Tuy nhiên khơng có nghiên cứu vấn đề mơ hình hóa nhiễm tiếng ồn không gian, xây dựng phần mềm chuyên dụng cho vấn đề Bài báo trình bày kết nghiên cứu xây dựng phần mềm mô ô nhiễm tiếng ồn giao thơng mơ hình tốn ứng dụng cơng nghệ GIS Kết nghiên cứu cho thấy, phần mềm có khả mô tiếng ồn phương tiện giao thông di chuyển đoạn đường gây ra, mô việc suy giảm cường độ ồn ảnh hưởng nhiều yếu tố khác Từ khóa: Tiếng ồn, mơ hình hóa, GIS, tin học mơi trường, giao thông Giới thiệu Tiếng ồn tập hợp âm có cường độ tần số khác nhau, hỗn loạn gây cảm giác khó chịu cho người nghe, có ảnh hưởng xấu đến làm việc nghỉ ngơi người Ô nhiễm tiếng ồn xem mối nguy hiểm lớn sức khỏe người, nguy hiểm không khác tượng nhiễm khác Tiếng ồn gây ảnh hưởng bất lợi tâm sinh lý Sự phơi nhiễm với tiếng ồn thời gian dài liên tục gây ảnh hưởng lớn đến đến sức khỏe cộng đồng, làm giảm khả nghe, gây phiền phức, làm tăng stress, tăng huyết áp Tiếng ồn dạng ô nhiễm phổ biến đô thị Trong nguồn sinh tiếng ồn đô thị phương tiện giao thơng vận tải đóng vai trò chủ yếu: 60 - 80 % Ơ nhiễm tiếng ồn tỷ lệ thuận với phát triển đô thị Hiện phương tiện giao thông ngày tăng với mức độ “chóng mặt” Theo số liệu thống kê từ Cục Đăng kiểm Việt Nam, đến năm 2016 nước có 2,7 triệu xe ơtơ gần 45 triệu môtô Các đô thị phát triển, mức ô nhiễm tiếng ồn cao Nghiên cứu thực Hà Nội, TP Hồ Chí Minh cho thấy mức ồn LAeq, 24h tuyến đường khảo sát Hà Nội, TP Hồ Chí Minh dao động từ 70 đến 77 dB khoảng 95% người dân cảm thấy bị quấy rầy tiếng ồn Từ vấn đề nêu trên, nghiên cứu đặt mục tiêu xây dựng phần mềm mô ô nhiễm tiếng ồn hoạt động giao thông đô thị gây ra, việc mô ô nhiễm tiếng ồn có xét đến yêu tố làm suy giảm cường đồ ồn không gian, suy giảm khoảng cách, dải xanh, chắn Trong cường độ ô nhiễm tiếng ồn điểm khơng giá trí nhiễm tích hợp từ nhiều nguồn nhiễm khác Nghiên cứu có liên quan Trên giới, số nước Mỹ, Nhật, Đức, Ấn Độ xây dựng đồ tiếng ồn Các dạng đồ tiếng ồn phong phú: đồ tiếng ồn cho khu vực xung quanh khu sản xuất, xưởng sản xuất đồ tiếng ồn giao thông Bản đồ tiếng ồn cung cấp thông tin mức độ tiếng ồn toàn khu vực Bản đồ tiếng ồn giúp thiết lập có sở để kiểm sốt tiếng ồn thể trực quan tiếng ồn lan truyền từ đường vào khu dân cư [5][7] Trường Đại học TN&MT TP Hồ Chí Minh Chuyên đề I, tháng năm 2017 87 Tại Việt Nam với ô nhiễm nước, ô nhiễm không khí, ô nhiễm tiếng ồn nguồn nhiễm có tác động mạnh tới sống người dân đô thị, đô thị lớn, có hoạt động cơng nghiệp giao thơng vận tải sơi động TP Hồ Chí Minh Tuy nhiên việc nghiên cứu tiếng ồn Việt Nam nói chung TP Hồ Chí Minh nói riêng chưa tương xứng với mức độ cần thiết phải có Các nghiên cứu tiếng ồn tiến hành số Trường Đại học Viện nghiên cứu chủ yếu tập trung vào số vấn đề đáng ý : - Xây dựng đồ tiếng ồn giải pháp giảm thiểu cho cảng hàng không quốc tế Đà Nẵng Cục Hàng không Việt Nam, 2008 [9] Bản đồ xây dựng sở mơ hình lan truyền tiếng ồn theo khoảng cách hoạt động cất hạ cánh máy bay, thể giá trị mức ồn khu vực sân bay vùng lân cận bị ảnh hưởng tiếng ồn máy bay - Khảo sát, đánh giá, xây dựng đồ ô nhiễm tiếng ồn hoạt động giao thông đoạn tuyến giao thông trọng yếu khu vực Hà Nội, 2014 [10] Bản đồ tiếng ồn xây dựng sở mơ hình lan truyền tiếng ồn theo khoảng cách, chưa tính đến lan truyền tiếng ồn qua vật cản (cơng trình nhà) Số liệu đầu vào kết đo đạc trạng tiếng ồn số tuyến đường trọng yếu Hà Nội - Đề tài “Xây dựng đồ trạng tiếng ồn TP Hồ Chí Minh” [8], 2007, PGS-TS Nguyễn Đinh Tuấn chủ nhiệm, tiến hành đo đạc thành lập đồ nhiễm tiếng ồn TP Hồ Chí Minh với 150 điểm quan trắc Kết cho thấy, tiếng ồn nhiều tuyến đường TP Hồ Chí Minh vượt mức cho phép nhiều lần Tuy nhiên tất nghiên cứu dừng lại mức xây dựng đồ ô nhiễm tiếng ồn, chưa đưa cơng cụ phần mềm có khả áp dụng cho nhiều tuyến đường, nhiều thời điểm khác Mơ hình tốn mơ nhiễm tiếng ồn giao thơng 3.1 Tiếng ồn dòng xe Tiếng ồn dòng xe tiếng ồn tất xe chạy đường tạo Sự hình thành tiếng ồn dòng giao thơng phụ thuộc chủ yếu vào dạng dòng xe, cường độ dòng xe, tốc độ dòng xe phần trăm xe tải dòng xe, độ dốc đường, dạng bề mặt đường Các thông số ảnh hưởng xảy đồng thời ảnh hưởng lẫn Cường độ dòng xe Q 88 Chuyên đề I, tháng năm 2017 Cường độ dòng xe mức ồn liên hệ với công thức sau: Ldx =C.lgQ Trong : C hệ số Q cường độ trung bình dòng xe/giờ Tốc độ trung bình số lượng phần trăm xe tải thành phần dòng xe Đối với khoảng tốc độ thấp, cường độ ồn khơng phụ thuộc tốc độ dòng xe, khoảng tốc độ cao, cường độ ồn xác định theo cơng thức: LV = B.lgV Trong B số, thực tế đo đạc cho thấy L10, B ≈ 17 Trong giao thông để xác định mức ồn dòng xe, người ta thường sử dụng mức ồn tương đương (LAtd) làm mức ồn tính tốn Mức ồn tương đương thường thấp mức L10 khoảng ÷ dB cường độ dòng xe 500 ÷ 3000 xe/h Phạm Ðức Nguyên, 2000 [ ] đề nghị sử dụng mức ồn tương đương trung bình thời gian từ ÷ 20h, đo cách trục đường 7,5m làm trị số mức ồn tính tốn; Ký hiệu LAtd(8÷20h), đơn vị dBA Độ dốc đường Thông thường độ dốc ảnh hưởng đến cường độ ồn, liên quan chủ yếu vào thành phần xe tải nặng dòng xe Theo tính tốn, ảnh hưởng % xe tải nặng thường quy hệ số Dạng bề mặt đường Bề mặt đường ảnh hưởng đến hình thành tiếng ồn tác động qua lại cục lớp mặt đường Đối với mặt đường thô bitum, cường độ ồn tăng 3dB so với mặt đường bê tông cũ so với mặt đường asphalt Đối với mặt đường nhẵn có cấu trúc riêng hấp thụ âm cao, cường độ ồn giảm - 3dB so với mặt đường tiêu chuẩn 3.2 Sự lan truyền tiếng ồn không gian Nếu nguồn âm điểm có cơng suất P(W) xạ sóng cầu, khoảng cách nguồn r(m) cường độ âm tính: Bài tốn thường gặp xác định độ chênh lệch mức âm khoảng cách r1 (có mức âm L1) r2 (có mức âm L2) với r2 > r1 Ta có: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU KHOA HỌC VÀ ỨNG DỤNG CƠNG NGHỆ Với nguồn âm đường (bức xạ sóng trụ), độ giảm cường độ âm từ khoảng cách r1 đến khoảng cách r2: Ảnh hưởng cối, thảm cỏ Cây trồng ngồi tác dụng làm đẹp cảnh quan mơi trường, tác dụng lớn ngăn cản hấp thụ tiếng ồn Độ giảm thiểu tiếng ồn phụ thuộc mật độ (kg/ m3) chiều dày hàng Ảnh hưởng tường chắn phản xạ tiếng ồn Tường chắn có tác dụng ngăn cản bớt tiếng ồn điểm tính tốn nằm vùng bóng Sự lan truyền tiếng ồn qua tường chắn thể sơ đồ sau: ▲Hình Tường chắn nhiễu xạ tiếng ồn Tiếng ồn điểm tiếp nhận LA1 phía sau tường chắn gồm tiếng ồn nhiễu xạ b phụ thuộc vào độ giảm tiếng ồn qua tường chắn LA1 = L - ∆LA Trong đó: L độ ồn suy giảm theo khoảng cách ∆LA độ giảm tiếng ồn qua tường chắn Độ giảm cường độ ồn qua tường chắn tính theo cơng thức sau: ∆LA = 7.7lg (257б + 5) (dBA) Trong đó: б hệ số nhiễu xạ, б = a + b + -c 3.3 Xác định mức âm tổng cộng nhiều nguồn Mức âm điểm khơng gian nhiều nguồn âm truyền tới Khi mức âm đểm khảo sát mức âm tổng cộng mức âm thành phần (không xét đến lệch pha mức truyền tới) Trường hợp có hai mức thành phần Âm truyền tới điểm khảo sát gồm hai mức thành phần L1, L2 từ hai hướng khác nhau: Giả sử L1 > L2, nghĩa I1 > I2 Chọn a (a < 1) hệ số biểu thị độ chênh lệch I1 I2, I2 = a*I1 Mức âm tổng cộng điểm khảo sát là: Trị số ∆L =L1 - L2: Trường hợp có nhiều mức âm khác Mức âm tổng cộng xác định cách cộng dồn theo sơ đồ sau: Phần mềm mô ô nhiễm tiếng ồn giao thông Phần mềm mô ô nhiễm tiếng ồn giao thơng, CARNOISE, cơng nghệ tích hợp mơ hình hóa với chức GIS hệ quản trị CSDL phục vụ quản lý liệu, phân tích tổng hợp xuất báo cáo tự động nhóm chức CARNOISE bao gồm: a Chức thao tác đồ GIS CARNOISE hỗ trợ công cụ cho thao tác lớp đồ GIS: công cụ điều khiển đồ, công cụ hiển thị, công cụ vẽ, công cụ thao tác đối tượng đồ b Chức quản lý thông tin CARNOISE quản lý thông tin thuộc tính lớp liệu khơng gian phi không gian theo cấu trúc bảng hàng cột, cho phép tạo mới, chỉnh sửa, lưu kết xuất bảng thông tin định dạng file text, html file Excel c Chức quản lý số liệu Số liệu đo đạc nhiều thời điểm, nhiều giai đoạn CARNOISE quản lý chặt chẽ để phục vụ cho việc thống kê xuất báo cáo nhanh chóng d Chức mơ hình hóa Chun đề I, tháng năm 2017 89 Từ số liệu lưu trữ quản lý phần mềm, người sử dụng xây dựng kịch mơ khác nhau, sau tiến hành chạy kịch mơ Kết chạy kịch mô tiếng ồn thể đồ số dạng đường đồng mức khác e Chức thống kê báo cáo số liệu Từ tập số liệu lưu trữ, với chức chọn lựa tiêu chí thống kê, chương trình cho xem kết thống kê dạng biểu đồ dạng bảng để tạo báo cáo phân tích đánh giá Biểu đồ thiết kế theo nhiều loại khác cho tùy chọn CARNOISE tạo sẵn mẫu báo cáo kết chạy mơ hình, mẫu báo cáo thống kê số liệu để phục vụ cho công tác quản lý 4.1 Giao diện phần mềm Một số giao diện hình ▲Hình Giao diện hình ▲Hình Số liệu đo đạc lưu lượng xe ▲Hình Xây dựng kịch mơ 4.2 Quy trình hoạt động phần mềm Các bước thực kịch bản mô ô nhiễm tiếng ồn sau: - Bước 1: Nhập thông tin đặc điểm tuyền đường; - Bước 2: Nhập số liệu giao thông tuyến đường, số lượng loại phương tiện, vận tốc trung bình dòng xe, thơng số hiệu chỉnh khác; - Bước 3: Hệ thống tự động xác định mức ồn trung bình dòng xe gây tuyến đường; - Bước 4: Xây dựng lưới tính đồ số; - Bước 5: Xác định giá trị ồn điểm lưới tính; - Bước 6: Sử dụng thuật toán nội suy, vẽ đường đồng mức thể mức độ ồn đồ số 90 Chuyên đề I, tháng năm 2017 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU KHOA HỌC VÀ ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ 4.3 Kết mô cho số kịch Kịch 1: Với kết đo đạc lưu lượng xe từ 9h - 10h ▲Hình Bản đồ mơ lan truyền tiếng ồn ▲Hình Mức ồn dòng xe gây ▲Hình Bản đồ mơ lan truyền tiếng ồn Kịch 2: Với kết đo đạc lưu lượng xe từ 23h - 24h ▲Hình Mức ồn dòng xe gây Kết luận Nghiên cứu xây dựng công cụ phần mềm có khả mơ nhiễm tiếng ồn gây hoạt động giao thông Việc mô tiếng ồn gây hoạt động giao thơng tính tốn dựa số lượng xe lưu thông đoạn đường, vận tốc trung bình dòng xe phân loại loại phương tiện có dòng xe Sau dựa bảng tính nội suy để xác định mức độ ồn gây dòng xe Việc tính tốn mức độ ồn điểm không gian, dựa công thức tính suy giảm cường độ ồn khoảng cách không gian, dãi xanh, vật chắn Cường độ ồn điểm không gian kết tổng hợp gây từ nhiều nguồn gây ồn khác Kết chạy thực nghiệm cho thấy kết tính tốn phần mềm phù hợp với kết đo đạc lượng xe tuyến đường nghiên cứu Đây phần mềm có tính mở cao có khả áp dụng cho nhiều đoạn đường khác nhau, nhiều khu vực khác nhau, thu thập đủ số liệu Đây công cụ hữu ích việc giảng dạy môn học liên quan tới nhiễm tiếng ồn, hay mơ hình hóa mơi trường Tuy nhiên phần mềm hồn thiện Cần nên tiến hành thêm nhiều nghiên cứu đánh giá khác nhau, điều kiện khác nhau, để bổ sung thêm lý thuyết yếu tố ảnh hưởng đến việc lan truyền tiếng ồn khơng gian, từ hồn thiện phần mềm để có kết xác Hướng nghiên cứu tiếp theo, ứng dụng mơ hình 3D, GIS 3D để mô việc lan truyền tiếng ồn không gian cách chân thực Cũng việc nghiên cứu phát triển phần mềm Website Mobile App■ Chuyên đề I, tháng năm 2017 91 TÀI LIỆU THAM KHẢO Chống ô nhiễm khơng khí tiếng ồn giao thơng vận tải, Nguyễn Thị Minh, Tạp chí Giao thơng vận tải, số 9/1994 Tiếng ồn ôtô gây ra, Bùi Văn Ga, Trần Văn Năm, Trần Thanh Hải Tùng, Trung tâm KHCN & Môi trường Quảng Nam Đà Nẵng, số 11/1995 Tiếng ồn giao thơng TP Hồ Chí Minh, Võ Hưng, Hồ Ngọc Lan, Phạm Bích Ngân, 1997 Nghiên cứu khảo sát tiếng ồn giao thơng TP.Hồ Chí Minh đề xuất phương pháp giảm ồn, Hồng Hải Vý, 1997 Âm học kiến trúc Cơ sở lý thuyết giải pháp ứng dụng, Phạm Đức Nguyên, 2000 Xây dựng đồ trạng tiếng ồn TP Hồ Chí Minh, Nguyễn Đinh Tuấn, Viện Mơi trường & Tài nguyên, 2007 Xây dựng đồ tiếng ồn giải pháp giảm thiểu cho cảng hàng không quốc tế Đà Nẵng, Nguyễn Thị Bạch Ngà, Bộ Giao thông vận tải - Cục HKDD VN, 2008 Xây dựng đồ ô nhiễm tiếng ồn hoạt động giao thông đường số trục giao thông trọng yếu Hà Nội, Phạm Tiến Sỹ, Luận văn thạc sỹ Khoa học môi trường, Đại học Quốc gia Hà Nội, 2014 World Bank Technical Paper No 376, Roads and the Environment: A Handbook, The World Bank Washington, D.C, 1997 10 U.S Department of Transportation, Traffic Noise Model, 2004 GIS APPLICATION SOFTWARE SIMULATES NOISE POLLUTION DUE TO TRAFFIC ABSTRACT Cao Duy Trường Ho Chi Minh City University of Natural Resources and Environment Noise pollution is considered as one of the major hazards to human health, as dangerous as the other pollution types Currently the issue of noise pollution, especially traffic noise is paid insignificant attention There are few researches on this issue compared to other pollution problems such as air pollution, water source pollution These studies mainly assess the noise pollution from experimental measurements, and then use GIS software to develop pollution maps However, there are hardly any studies on spatial modeling of noise pollution as well as on development of specific softwares for this topic This paper presents the results of the study on developing a software to simulate noise pollution due to traffic by using mathematical model and applying GIS technology The results show that the software has the ability to simulate the noise caused by moving vehicles on the road It also can simulate the noise intensity decline due to the impacts of different factors Keywords: Noise, simulation, GIS, environmental informatics, traffic 92 Chuyên đề I, tháng năm 2017 ... xác định cách cộng dồn theo sơ đồ sau: Phần mềm mô ô nhiễm tiếng ồn giao thông Phần mềm mô ô nhiễm tiếng ồn giao thơng, CARNOISE, cơng nghệ tích hợp mơ hình hóa với chức GIS hệ quản trị CSDL... đồ ô nhiễm tiếng ồn, chưa đưa cơng cụ phần mềm có khả áp dụng cho nhiều tuyến đường, nhiều thời điểm khác Mơ hình tốn mơ nhiễm tiếng ồn giao thơng 3.1 Tiếng ồn dòng xe Tiếng ồn dòng xe tiếng ồn. .. từ 23h - 24h ▲Hình Mức ồn dòng xe gây Kết luận Nghiên cứu xây dựng công cụ phần mềm có khả mơ nhiễm tiếng ồn gây hoạt động giao thông Việc mô tiếng ồn gây hoạt động giao thông tính tốn dựa số lượng