本發(fā)明涉及計算人群在空間中噪聲疊加結果的預測方法，涉及噪聲預測領域。

背景技術：

疏散一直是關系到群眾人身財產安全的重要主題，在突發(fā)情況下疏散中的人群會互相交流和呼救，產生很大的背景噪聲，既影響人群之間的互相交流，也影響疏散廣播的清晰度，從而降低疏散效率，產生不必要的損失。而且疏散人數(shù)越多，產生的總體噪聲會非線性的增加，這種現(xiàn)象被稱為“雞尾酒會效應”。在這種情況下如何預測人群產生的噪聲水平成為重要的研究項目。

人群噪聲預測的傳統(tǒng)的技術方法為室內聲壓級計算公式計算和計算機仿真軟件模擬。公式計算的缺點在于計算不精確，此公式基于擴散聲場假設，主要應用于空間較小的房間內，例如教室和工業(yè)廠房，在較大的空間中，擴散聲場假設明顯不成立，因此此公式的精確度具有天然缺陷。而計算機仿真模擬基于每個聲源的計算結果疊加，一般適用于單一聲源或個數(shù)較少的聲源，通常軟件支持的聲源個數(shù)不超過200個，此數(shù)值以上的聲源需要耗費巨量的計算時間甚至根本無法計算。

空間中需要計算人群噪聲的疏散人群個數(shù)通常在一百人以上，甚至存在上萬人同時處于一個疏散空間中的情況，這就需要新的技術手段來預測如此巨量人群產生的噪聲水平。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明是為了解決公式計算方法精度低和仿真計算方法工作量大的問題，而提出的一種計算人群在空間中噪聲疊加結果的預測方法。

一種計算人群在空間中噪聲疊加結果的預測方法按以下步驟實現(xiàn)：

步驟一：對空間中的人群進行采樣，并得到距離-聲壓級數(shù)據(jù)對；

步驟二：根據(jù)步驟一中得到的距離-聲壓級數(shù)據(jù)對擬合噪聲聲能隨距離衰減曲線；

步驟三：根據(jù)步驟二擬合噪聲聲能隨距離衰減曲線進行噪聲聲能疊加；

步驟四：根據(jù)步驟三中噪聲聲能疊加的結果，得到噪聲分布圖。

發(fā)明效果：

本發(fā)明針對現(xiàn)有技術中公式計算精度低以及仿真計算難度工作量大的問題，通過有限個數(shù)點的模擬或者實地測試，得出個聲源點在空間中的衰減規(guī)律，進而通過此規(guī)律預測較大數(shù)目的聲源產生的噪聲疊加效果，與室內聲壓級計算公式直接計算的方法相比，大幅度提高了計算精確度，根據(jù)實測數(shù)據(jù)，其計算精度從3db提高到1db，與單純計算機模擬相比大幅度降低測試或者仿真工作量，降低仿真工作量的幅度為人群數(shù)與取樣點數(shù)之比，通常在10倍至1000倍之間。計算的結果可作為大空間(根據(jù)國內外文獻，通常單邊長度大于50m的空間可以被稱為大空間)中電聲設計、疏散引導系統(tǒng)、緊急報警系統(tǒng)等方面的設計依據(jù)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明預測方法示意圖；

圖2為本發(fā)明流程圖；

圖3為擬合曲線和擬合公式示意圖；

圖4為初始時刻人員分布狀態(tài)圖；

圖5為t時刻人員分布狀態(tài)圖；

圖6為t+120s時人員分布狀態(tài)圖；

圖7為t+240s時人員分布狀態(tài)圖；

圖8為t時刻的噪聲分布圖；

圖9為t+120秒時刻的噪聲分布圖；

圖10為t+240秒時刻的噪聲分布圖。

具體實施方式

具體實施方式一：如圖1和圖2所示，一種計算人群在空間中噪聲疊加結果的預測方法包括以下步驟：

步驟一：對空間中的人群進行采樣，并得到距離-聲壓級數(shù)據(jù)對；

步驟二：根據(jù)步驟一中得到的距離-聲壓級數(shù)據(jù)對擬合噪聲聲能隨距離衰減曲線；

步驟三：根據(jù)步驟二擬合噪聲聲能隨距離衰減曲線進行噪聲聲能疊加；

步驟四：根據(jù)步驟三中噪聲聲能疊加的結果，得到噪聲分布圖。

本發(fā)明的適用范圍：

(1)要求人群個數(shù)足夠多以致可以忽略單個聲源指向性差異，一般認為應在50人以上。

(2)較大空間：空間平面最大尺寸之比不超過1：3的較大空間。

最終計算結果

(1)可以如公式(1)所示的計算結果；

(2)也可以是某一點的噪聲數(shù)值；

(3)也可以是如圖4中a所示的噪聲分布圖；

(4)也可以是圖4中a、b、c不同時刻連續(xù)求解得出的隨時間變化的噪聲動態(tài)影像；

(5)以及在以上四者基礎上衍生出的其他表現(xiàn)形式。

可將本發(fā)明計算過程(2)中確定系數(shù)的最終數(shù)值視為可信度檢驗結果，如果確定系數(shù)在0.9以上，則可認為計算結果具有合理的可信度。

具體實施方式二：本實施方式與具體實施方式一不同的是：所述步驟一中采樣的方式為實地測試或者計算機仿真，采樣個數(shù)為m個，m為大于8的偶數(shù)，將每個采樣點設置為采樣聲源點。

采樣過程為首先在空間中的大量人群中均勻采樣m個(m推薦為大于8個以上的偶數(shù))，是否需要補充采樣聲源數(shù)目由后續(xù)計算結果確定。

其它步驟及參數(shù)與具體實施方式一相同。

具體實施方式三：本實施方式與具體實施方式一或二不同的是：所述步驟一中得到距離-聲壓級數(shù)據(jù)對的具體過程為：

在空間中均勻設置測試點，任意相鄰兩個測試點之間的距離小于等于5米，在每個采樣聲源點設置單個無指向聲源依次發(fā)聲，在每個聲源單獨發(fā)聲時，記錄所有測試點的聲壓級和每個測試點與發(fā)聲聲源之間的距離，得到m組距離-聲壓級數(shù)據(jù)對。

將空間中均勻布置測試點，保證各測試點之間間隔不超過5m。在每一個采樣聲源點設置單個無指向聲源逐一發(fā)聲，在每個聲源單獨發(fā)聲時，記錄所有測試點的聲壓級和此測試點與發(fā)聲聲源之間的距離。(可以使用聲壓級或者a聲級等噪聲聲能評價參數(shù)，本發(fā)明中以聲壓級為例說明)。得到采樣聲源個數(shù)組“距離-聲壓級”數(shù)據(jù)對。

其它步驟及參數(shù)與具體實施方式一或二相同。

具體實施方式四：本實施方式與具體實施方式一至三之一不同的是：所述步驟二中擬合噪聲聲能隨距離衰減曲線的具體過程為：

從m組距離-聲壓級數(shù)據(jù)對中取出p組距離-聲壓級數(shù)據(jù)對，p取m/2及m/2±1，將選出的p組距離-聲壓級數(shù)據(jù)對合并到數(shù)據(jù)庫k內，并對其進行擬合，得到擬合公式：

y＝aln(x)+b(1)

其中y為聲壓級，x為測試點距聲源距離，a、b為擬合公式的確定系數(shù)；

將剩余的m-p組數(shù)據(jù)依次加入數(shù)據(jù)庫k內，并將每次求出的確定系數(shù)與前一次的確定系數(shù)比較，直至確定系數(shù)無增加為止；

若m-p組數(shù)據(jù)均被加入到數(shù)據(jù)庫k內，最后一次得到的確定系數(shù)與前一次比較，若有增加，則重新執(zhí)行步驟一，獲得距離-聲壓級數(shù)據(jù)對，依次加入數(shù)據(jù)庫k并計算，直至確定系數(shù)無增加為止，最后一次擬合的公式即為求得的擬合公式。如圖3所示，圖中r²即為確定系數(shù)。

其它步驟及參數(shù)與具體實施方式一至三之一相同。

具體實施方式五：本實施方式與具體實施方式一至四之一不同的是：所述步驟三中進行噪聲聲能疊加的具體過程為：

將空間三維坐標化，設空間中的測試點的坐標值為(rx,ry,rz)，每一個發(fā)聲聲源位置坐標為(sx,sy,sz)，則測試點距聲源的距離為：

將公式(2)中得到的測試點距聲源的距離，帶入擬合公式(1)中，求得每個聲源在此測試點的聲壓級；設有n個聲源點，每個聲源點的聲壓級為spl1～spln，則所有聲源在此測試點的總聲壓級，即空間中所有聲源在此接受點的噪聲聲能疊加為：

公式(3)也可以表示為：

spltotal＝10log10(10^(spl1/10)+10^(spl2/10)+…+10^(spln/10))

其它步驟及參數(shù)與具體實施方式一至四之一相同。

具體實施方式六：本實施方式與具體實施方式一至五之一不同的是：所述步驟四中得到噪聲分布圖的具體過程為：

根據(jù)公式(3)求得的空間中各測試點的噪聲聲能疊加結果，利用差值算法，求出空間中的噪聲分布等高線圖；

若聲源隨時間波動，則求出每個時間點的噪聲聲能疊加結果，生成時間連續(xù)的噪聲分布變化動態(tài)圖。由于人群發(fā)聲特點，不同時間其聲源是變化的，不會靜止不變的。

其它步驟及參數(shù)與具體實施方式一至五之一相同。

實施例一：

本算例將模擬疏散進行過程中，空間內所有人員同時發(fā)聲時的聲場情況。最初空間內有10000人，隨著人員人數(shù)的減少，空間內聲場不斷發(fā)生著變化。首先，運用疏散模擬軟件模擬出不同時刻的人員位置。將初始人員數(shù)量、位置輸入人員疏散模擬軟件simulex，對哈爾某鐵路客站候車大廳進行人員疏散運動模擬。該大廳中共36個出口，其中東西兩側檢票閘口18個，南向出站口8個，北向出站口10個。紅色圓點表示參加疏散的人員，人員構成中男性53.2％、女性41.5％、老人3.6％、兒童1.2％。閘機寬度0.6m，無障礙閘機一側一個，寬度為0.9m。0s時即疏散的初始時刻，檢票區(qū)人員密度為1.67人/m²，座椅區(qū)和大廳中間疏散通道人員密度0.5人/m²，各區(qū)域均勻分布。本次模擬結果得出了哈爾濱某鐵路客站高架候車層疏散過程中不同時刻人員分布狀態(tài)如圖4-圖7所示。

圖4-圖7所示，模擬結果得出疏散進行過程中的人員位置坐標，假定空間中布置120個接收點，分別計算每個人與這120個接收點的距離。根據(jù)公式(1)(2)，就可以計算出1個人發(fā)聲，這120個接收點分別接收到的聲壓級。為計算最不利情況，本文假定所有人都發(fā)聲，其聲壓級為90db。將10000個人同時發(fā)聲，到達120個接收點的聲壓級累積，根據(jù)公式(3)，得出整個聲場的情況。本實施例相對于單純的仿真模擬，在保證合理精確度的情況下降低了仿真工作量，降低幅度為原有計算工作量的83.3倍。相對于傳統(tǒng)公式計算，根據(jù)實測數(shù)據(jù)，其計算精度從3db提高到1db。

分別對疏散的初始時間和疏散進行到t時刻的人員噪聲進行計算，將所得數(shù)據(jù)導入等高線軟件surfer中。得出疏散進行過程中的噪聲圖，見圖8-圖10。