Тема: КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ШУМОВЫХ ВОЗДЕЙСТВИЙ ГОРОДСКИХ ТРАНСПОРТНЫХ ПОТОКОВ

В современных крупных городах России большое количество жителей страдает от последствий шумового загрязнения.
Обычному человеку сложно оценить масштабы шумового загрязнения и установить его источники. Для этого в крупнейших Европейских городах на официальном уровне создаются шумовые карты. Они позволяют оценить уровень шумового загрязнения, приблизительно оценить количество людей, которые подвержены влиянию повышенного уровня шума, дать оценку эффективности мерам по снижения уровня шума.
К сожалению, создание карты шума – дорогостоящий процесс. Поэтому в данной выпускной квалификационной работе будет рассмотрен подход к созданию карт шума, дающий меньшую точность, но позволяющий без финансовых затрат на основе математической модели и данных с карт создать карту шума для любого города России.
Объектом работы является шумовое загрязнение от городских транспортных потоков. Предметом работы является воздействие шума на человека.
Целью выпускной квалификационной работы является разработка программного обеспечения для создания карт шумового загрязнения городов России.
Для достижения цели необходимо было решить следующие задачи:
1) изучение подходов к созданию карт шумового загрязнения;
2) установить степень влияния уровня шума на здоровье человека;
3) разработать модель шумового воздействия;
4) получить картографические данные для моделирования;
5) обработать исходные данные;
6) отобразить уровень шумового загрязнения на карте.
Выпускная квалификационная работа состоит из трех частей. Первая часть включает в себя описание влияния шумового воздействия на здоровье человека. Вторая часть включает математическое моделирование шумового загрязнения. Третья часть включает в себя реализацию математических моделей в программной среде языка Python.
При написании данной работы была использована в основном англоязычная научная литература, научные статьи из электронных ресурсов и ГОСТы. Основным источником, раскрывающим подход к моделированию уровня шума, являлось руководство по шумовому воздействию на окружающую среду для Европейского региона. В данном руководстве даются методические рекомендации для защиты человека от шумового воздействия на основе фактических данных, собираемых в Европе.

Купить

В течение дня человек может быть подвержен как постоянному шуму по громкости изменяющемуся от умеренного до высокого, так и кратковременному высокому или опасному.
Воздействие повышенного уровня шума на человека в городской среде наносит значительный урон здоровью и продуктивности. Чтобы уменьшить опасность возникновения проблем со здоровьем необходимо понимать насколько серьёзному воздействию человек подвергается в том или ином месте. Для государства понимание того, сколько человек подвержены высокому уровню постоянного шума и причин возникновения шума позволит предпринять меры по улучшению ситуации, что позволит снизить расходы на здравоохранение.
В настоящее время существует несколько различных подходов к моделированию шумового загрязнения. Все они дают разную степень точности получаемых значений. Так, метод, основанный на замерах фактического уровня шума с помощью высокоточного звукозаписывающего оборудования является наиболее точным. Чуть меньшей точностью обладают методы, основанные на измерениях и дополнении этих измерений с помощью программного обеспечения. Методы, полностью основанные на математических моделях, обладают наименьшей точностью. Это связано с отсутствием полных достоверных данных о плотности и скорости движения городских транспортных потоков.
С помощью карт, построенных по математической модели, возможно получить представление о потенциально возможной подверженности жителей шуму, негативно влияющему на физическое и психическое здоровье. Данный подход не предполагает достижения высокой точности и соответствие мировым и государственным стандартам. Это делает его минимально затратным. Построенная по математической модели карта шумового загрязнения может являться поводом к созданию более точной карты, основанной на фактических замерах уровней шума.
Источником шума является движущийся автомобиль. Шум, производимый автомобилем, зависит от скорости его движения. Угасание уровня шума в пространстве зависит от изначального уровня шума. Величина угасания зависит от затухания из-за геометрической дивергенции и затухания из-за звукопоглощения атмосферой. Данные об угасании наносятся на карту, формируя тем самым карту шумового загрязнения.
Источником данных стала карта Openstreetmap. Она хранит данные о различных объектах, отображаемых пользователю. Данные вносятся и редактируются пользователями.
В таблице для дорог хранятся такие параметры как: тип дороги, название улицы, количество полос, максимальная скорость, наличие троллейбусных путей и дорожное покрытие.
Для обработки данных и вывода их на карту Openstreetmap была выбрана библиотека folium. Данная библиотека позволяет визуализировать полученные данные на интерактивной карте.
Карты, которые были построены в данной главе были построены для приблизительного визуального отображения уровня шума в городской среде. Точность построенных карт сильно зависит от точности введённых пользователями данных.
Первая модель была построена из предположения, что скорость движения транспорта равна ограничению скорости на данном участке дороги. Данное предположение может завышать данные об уровне шума для коротких дорог, на которых у водителя нет времени на разгон до ограничения скорости, и занижать для длинных дорог с большим количеством полос, на которых плотный транспортный поток движется с большой скоростью.
При создании второй модели использовались статистические данные о фактической скорости движения транспортного потока в зависимости от ограничений скорости. На карте было заметно значительное увеличение дистанции, на которую распространяется шум. Данная модель ещё больше завысит данные для коротких улиц, но позволит приблизиться к фактическим данным на многополосных транзитных улицах.
При создании карты, отображающей сведения о шумовом загрязнении от железнодорожного транспорта, проходящего через город выяснилось, что железная дорога является большим источником шума. Шум от движения железнодорожного транспорта является краткосрочным и распространяется на большую дистанцию. Такой шум в ночное время может вызывать сильное раздражение и нарушение сна.
Уровень шума ночью значительно увеличивается по сравнению со дневным. Из-за низкой плотности движения ночью шумовое воздействие перестаёт быть постоянным и становится краткосрочным. Данный тип шумового воздействия может становиться причиной проблем со сном у жителей городов.
Модель можно улучшить, получив сведения о плотности транспортного потока на конкретных улицах или в районах по их типу. Также улучшения можно добиться, определив длину прямых участков дорог, которые не прерываются перекрёстками или пешеходными переходами.
Построенная математическая модель позволяет изменять различные параметры для визуальной оценки изменений. Это позволит понять какие меры должны быть предприняты для уменьшения шумового загрязнения.
В данный момент большое количество жителей Челябинска ежедневно подвергаются значительному уровню шума. В ходе выполнения работы выяснилось, что основной причиной высокого уровня шума является автомобильный и железнодорожный транспорт. Для снижения уровня шума от автотранспорта было предложено снизить максимальную скорость, убрать нештрафуемый порог превышения скорости, сократить количество и ширину дорожных полос.

Купить