Способ зонирования территории по уровню риска возможного нарушения здоровья населения под воздействием техногенного шума внешней среды
METHOD FOR TERRITORY ZONING BY RISK LEVEL OF POSSIBLE PUBLIC HEALTH DISORDERS UNDER INFLUENCE OF ENVIRONMENT MAN-MADE NOISE

Изобретение относится к области коммунальной гигиены и предназначено для определения границ зон с различной интенсивностью неблагоприятного воздействия техногенного шума внешней среды на здоровье населения в отношении нервной системы, сердечно-сосудистой системы и органов слуха, являющихся критическими системами организма в отношении шумового воздействия. Оно позволяет характеризовать параметры риска для здоровья в связи с акустическим воздействием внешних источников на различных участках территории и вовремя принимать адекватные профилактические меры для защиты здоровья населения.
В качестве источников техногенного шума внешней среды для акустической экспозиции в объеме настоящего изобретения понимаются следующие источники шума:
- стационарные (промышленные предприятия, иные стационарные объекты, являющиеся источником шума);
- передвижные (автомобильный (различные типы автомобилей - легковые, грузовые, автобусы, троллейбусы); железнодорожный (локомотивы и вагоны); воздушный (самолеты и вертолеты)).
Изобретение может быть использовано для обоснования санитарно-эпидемиологических (профилактических) мероприятий по снижению указанного шума внешней среды, и оценки их эффективности; для обеспечения населения, лиц, участвующих в принятии управленческих решений, средств массовой информации и общественных организаций достоверной и научно обоснованной информацией об уровнях шума, уровнях хронической экспозиции и риска здоровью, требующего адекватных санитарно-эпидемиологических мероприятий, а также рекомендаций по индивидуальной профилактике для разных групп населения при наличии угроз здоровью, связанных с акустическим фактором среды обитания.
Под зонами с различной интенсивностью неблагоприятного воздействия техногенного шума внешней среды в рамках предлагаемого технического решения понимаются участки территории, характеризующиеся однородным комплексом параметров риска здоровью населения, формируемые акустическими факторами среды обитания, в частности, акустическим воздействием техногенного шума, разграниченные посредством кластерного анализа.
В настоящее время известен ряд способов, относящихся к методам зонирования территории по химическим факторам среды обитания, например, Способ экологического зонирования территории (патент РФ №2132606), Способ зонирования среды при выборе территории со способностью утилизировать нестойкие органические соединения (заявка на патент РФ №99120257). В качестве приемов при реализации известных способов применяют, например, метод программной обработки получаемых с орбитальных комплексов спектрозональных снимков территорий, включающих контрольные промышленные площадки, с использованием результирующего вектора техногенных нагрузок состояния пяти сред - атмосферного воздуха, почвы, воды, геологической среды и растительности для интегральной оценки состояния системы атмосфера - подстилающая поверхность, с последующим преобразованием аналоговых значений спектральной яркости объектов в цифровые матрицы; также применяют метод зонирования по характеру ее обводненности.
Недостатком указанных способов является то, что они не учитывают при зонировании взаимосвязь «среда обитания - здоровье населения», в результате чего полученные результаты являются не корректными в плане оценки состояния здоровья населения при негативном воздействии окружающей среды.
Также известен способ зонирования территории по уровню риска для здоровья населения в условиях воздействия химически опасных веществ (патент РФ №2441600). При реализации этого способа выбирают экологически неблагополучную территорию по уровню техногенной нагрузки химически опасными факторами среды обитания. Выбирают приоритетные химически опасные вещества на изучаемой территории. По карте выбранной территории в ячейках сетки, размещенной в зоне жилой застройки, выполняют инструментальные годичные замеры качества атмосферного воздуха и питьевых вод. Учитывая концентрации химически опасных веществ, находят коэффициенты опасности хронического и/или острого воздействия, индивидуальный канцерогенный риск. Устанавливают индексы опасности хронического и острого воздействия неканцерогенных химически опасных веществ для человека в каждой ячейке территории, индекс опасности общего канцерогенного риска. Зонирование территории производят путем пространственного анализа с объединением кластеров, сформированных совокупностью ячеек с близкими данными.
Этот известный способ является достаточно хорошим для зонирования территории по уровню риска для здоровья населения в условиях воздействия химически опасных веществ. Но с помощью его не может быть выполнено зонирование территории по уровню риска возможного нарушения здоровья населения под воздействием техногенного шума внешней среды, т.к. предлагаемые в указанном способе приемы могут быть реализованы только для установления связи: «токсические химические вещества - здоровье населения».
Известен способ прогнозирования на выбранной территории стабильной или нестабильной структуры «среда - здоровье» (патент РФ №2125837), согласно которому проводят донозологическую диагностику предпатологических состояний и нарушения гомеостаза у наиболее чувствительного контингента населения, проживающего в различных экологических зонах, строят математические модели для оценки комбинированного и сочетанного взаимодействия комплекса факторов, влияющих на состояние здоровья. В качестве экологических зон берут однородные участки территории, характеризующиеся стабильным поведением в них комплекса показателей состояния здоровья населения (объекта моделирования) и факторов окружающей среды, разграниченные посредством иерархической агломеративной кластерной процедуры, определяют эмпирические данные мультипликативных коэффициентов по каждому факторному и результативному признаку и истинные мультипликативные коэффициенты генеральных совокупностей системы среда - здоровье по экологическим зонам, сопоставляют их и если выполняется условие r>0,999, где r - коэффициент корреляции, то для данной экологической зоны прогнозируют стабильную структуру «среда - здоровье».
Недостатком указанного известного способа является то, что благодаря ему можно просто разделить территорию на различные зоны, не характеризуя их по уровню экологического или санитарно-эпидемиологического неблагополучия. Указанный способ позволяет выполнять сравнение зон между собой без оценки опасности для здоровья (или для такой оценки требуется дополнительный анализ). Не учитывает известный способ и количество населения, подверженного негативному воздействию.
Также известны Методические рекомендации MP 2.1.10.0059-12 «Оценка риска здоровью населения от воздействия транспортного шума». Согласно этим Рекомендациям реализуется порядок оценки риска здоровью населения, проживающего на селитебных территориях и подвергающегося воздействию внешнего шума, источником которого является транспорт общего и специального назначения: автомобильный, железнодорожный и воздушный. Оценка риска для здоровья населения при воздействии транспортного шума в условиях населенных мест выполняется с целью выявления факторов, представляющих потенциальную опасность жизни и здоровью человека, а также возможности причинения вреда здоровью при воздействии шума; прогноза изменения санитарно-гигиенической ситуации в условиях стабилизации или изменения уровней воздействия на население шума; обоснования санитарно-гигиенических (профилактических) мероприятий.
Общим в указанных Рекомендациях и в предлагаемом способе является то, что в обоих случаях используются пороговые значения уровней шума для определения риска возникновения негативных последствий со стороны нервной системы, сердечно сосудистой системы и органов слуха.
Однако указанные известные Методические рекомендации не предназначены для выполнения зонирования территории по уровню риска возможного нарушения здоровья населения под воздействием техногенного шума внешней среды, а только для выполнения самой процедуры оценки риска здоровью населения, проживающего на селитебных территориях и только от воздействия транспортного шума (без пространственной характеристики шума и зонирования территории).
При этом из уровня техники не были выявлены известные способы зонирования территории по уровню риска возможного нарушения здоровья населения под акустическим воздействием техногенных факторов внешней среды, поэтому сделать выбор ближайшего аналога к заявляемому объекту не представляется возможным.
Технический результат, достигаемый предлагаемым изобретением, заключается в обеспечении адекватности зонирования территории по уровню неблагоприятного акустического воздействия на население техногенного шума внешней среды и формируемого риска здоровью населения, проживающего в каждой зоне, за счет использования уточненных, как на основании расчетов, так и на основании натурных замеров, данных (т.е. уточненных данных, полученных с использованием расчетных и натурных уровней шума) для более точной характеристики уровней акустического воздействия на выбранной территории, при одновременном учете только тех параметров здоровья, которые являются критическими системами организма в отношении именно шумового воздействия: в отношении нервной системы, сердечно-сосудистой системы и органов слуха.
i
Указанный технический результат достигается предлагаемым способом зонирования территории по уровню риска возможного нарушения здоровья населения под воздействием техногенного шума внешней среды, согласно которому проводят выбор территории, требующей зонирования, на ней идентифицируют источники техногенного шума внешней среды, устанавливают архитектурно-планировочные особенности территории с целью задания условий для выполнения последующих акустических расчетов, карту выбранной территории покрывают регулярной или нерегулярной сеткой с шагом, выбранным таким образом, чтобы, по меньшей мере, одна ячейка сетки была размещена в минимальной структурной зоне жилой застройки, с выделением узловых точек в местах пересечения линий сетки, далее наносят на указанную карту месторасположения идентифицированных ранее источников техногенного шума внешней среды, выполняют акустические расчеты с дальнейшим установлением расчетных среднесуточных уровней техногенного шума в узловых точках, при этом указанные расчеты производят с учетом архитектурно-планировочных особенностей рассматриваемой территории в качестве объектов экранирования, затем устанавливают на ряде узловых точек сетки точки проведения натурных замеров уровня техногенного шума внешней среды на выбранной территории, исходя из условия охвата всего диапазона ранее полученных показателей расчетного среднесуточного уровня шума в узловых точках, в каждой выбранной точке выполняют не менее четырех натурных разовых замеров уровня техногенного шума в сутки и не менее 20 дней в году с охватом всех сезонов года, и по полученным натурным замерам рассчитывают фактический среднесуточный уровень шума от источников внешней среды, наносят полученные показатели фактического среднесуточного уровня шума на карту в соответствующую узловую точку, в точках натурных замеров выполняют расчет коэффициента соответствия K между расчетным и фактическим среднесуточными уровнями шума в этой точке по формуле:
где
i - номер точки натурных замеров;
- расчетные среднесуточные уровни шума в i-й точке замеров;
- фактический среднесуточный уровень шума в i-й точке замеров;
далее точки натурных замеров уровня техногенного шума объединяют на карте непересекающимися отрезками в треугольники, образуя систему треугольников с вершинами в точках натурных замеров, для каждого треугольника строят уравнение плоскости с установлением коэффициентов уравнения, зависящих от координат х и у вершин треугольника - точек натурных замеров, и значений коэффициентов соответствия К(х, у) в них по формуле:
а
а
а
0
1
2
K(х, у)=+х+у,
а
а
а
0
1
2
где , ,  - постоянные коэффициенты,
i
i
i
i
далее относят каждую узловую точку расчетной сетки с координатами x и y к какому-либо треугольнику образованной системы треугольников или устанавливают, что она лежит вне указанной системы треугольников, для точек с координатами (x y), лежащих внутри системы треугольников, выполняют процедуру интерполяции по формуле:
где
- коэффициент соответствия для всех точек внутри определенного треугольника;
a
a
a
0
1
2
, ,  - постоянные коэффициенты, установленные на предыдущем этапе;
i
i
для точек с координатами (x y), лежащих вне системы треугольников, выполняют процедуру экстраполяции, для этого, значение коэффициента соответствия в узловой точке принимают равным коэффициенту соответствия в ближайшей точке, лежащей на внешней границе системы треугольников, в результате выполнения процедур интерполяции и экстраполяции получают пространственное распределение коэффициентов соответствия во всех узловых точках на карте выбранной территории, и далее, с учетом полученных пространственно распределенных коэффициентов соответствия, рассчитывают уточненные, т.е. верифицированные, уровни шума в узловых точках на карте выбранной территории по формуле:
r
y
C(x,y)=K(x,y)⋅C(x,y),
где
r
C(x,y) - верифицированные уровни шума в узловой точке (x, y);
K(x,y) - коэффициент соответствия в узловой точке (x, y);
y
C(x,y) - суммарные уровни расчетного техногенного шума от всех источников шума в узловой точке (x, y);
затем строят карту пространственного распределения верифицированных уровней техногенного шума внешней среды, зонирование выбранной территории по риску возможного нарушения здоровья населения под воздействием указанного верифицированного уровня техногенного шума внешней среды выполняют с использованием шкалы риска, основанной на пороговых значениях уровней шума, вызывающих возникновение нарушения здоровья населения в отношении нервной системы, сердечно-сосудистой системы и органов слуха, являющихся критическими системами организма в отношении шумового воздействия, а именно:
при уровне шума менее 43 дБ - риск нарушения здоровья отсутствует;
при уровне шума 43-50 дБ - риск возникновения нарушения нервной системы;
при уровне шума 50-58,5 дБ - риск возникновения нарушения нервной системы и сердечно-сосудистой системы;
при уровне шума более 58,5 дБ - риск возникновения нарушения нервной системы, сердечно-сосудистой системы и органов слуха;
при этом каждую узловую точку на карте, в соответствии с верифицированным уровнем техногенного шума в ней, относят к той или иной градации нарушения здоровья по вышеуказанной шкале, и далее производят объединение совокупности точек, отнесенных к одинаковой градации, изолиниями, получая, таким образом, карту выбранной территории с зонами риска возможного нарушения здоровья населения под воздействием техногенного шума внешней среды.
В качестве минимальной структурной зоны жилой застройки принимают, например, квартал и/или стандартную территорию нормирования, или тому подобное.
К источникам техногенного шума внешней среды относят стационарные и передвижные источники шума.
К стационарным источникам техногенного шума внешней среды относят промышленные предприятия и иные стационарные объекты, являющиеся источником шума.
К передвижным источникам техногенного шума внешней среды относят автомобильный, железнодорожный и воздушный транспорт.
В качестве архитектурно-планировочных особенностей выбранной территории принимают во внимание объекты капитального строительства в виде препятствий распространению шума, фактическая транспортная загруженность дороги, ширина автодорожного полотна, скорость движения транспортного потока, продольный уклон дорожного полотна.
Акустические расчеты с дальнейшим установлением расчетных среднесуточных уровней шума в узловых точках выполняют на основе базы данных об источниках шумового воздействия с применением программных продуктов, реализующих действующие нормативные документы по распространению шума на местности.
Достижение поставленного технического результата обеспечивается за счет следующего.
Благодаря тому, что на выбранной территории при идентифицировании источников техногенного шума внешней среды учитываются стационарные и передвижные источники шума, а также принимают во внимание, с целью задания условий для выполнения последующих акустических расчетов, архитектурно-планировочные особенности территории в качестве объектов экранирования, например: объекты капитального строительства в виде препятствий распространению шума в направлении зоны жилой застройки и/или в самой зоне жилой застройки, наличие зеленых насаждений, фактическая транспортная загруженность дороги, ширина автодорожного полотна, скорость движения транспортного потока, продольный уклон дорожного полотна и другие характеристики, обеспечивается не только практически полный учет всех источников акустического воздействия, но и точность их шумовых показателей на население, т.е. максимально полный учет данных факторов и всех источников техногенного шума повышает точность рассчитываемых уровней акустического воздействия на население.
Благодаря тому, что при зонировании карту выбранной территории покрывают регулярной или нерегулярной сеткой с шагом, выбранным таким образом, чтобы, по меньшей мере, одна ячейка сетки была размещена в минимальной структурной зоне жилой застройки (квартал, стандартная территория нормирования и др.), достигается вероятность того, что при зонировании будет учтено влияние всех источников техногенного шума внешней среды, присутствующих на участках территории (ячейках), где проживает население. Это позволит получить достоверные данные о зонах благоприятных (безопасных) и неблагоприятных (зонах повышенного риска) для проживания, с учетом критериев риска для здоровья человека именно в отношении шумового воздействия.
Нанесение на указанную карту месторасположения идентифицированных ранее источников техногенного шума внешней среды, позволяет не только пространственно представить их местоположение, но и, используя их в дальнейшем, появляется возможность выполнять акустические расчеты с применением базы данных об источниках шумового воздействия, стандартных математических моделей и программных средств, реализующих действующие нормативные документы по распространению шума на местности (ГОСТ 31295.1-2005 «Межгосударственный стандарт. Шум. Затухание звука при распространении на местности. Часть 2. Общий метод расчета», СНиП 23-03-2003 "Защита от шума", СП 51.13330.2011 (актуализированная редакция СНиП 23-03-2003 "Защита от шума"). Приведенные нормативные документы по оценке шума на местности реализуются в программных продуктах, разрешенных к использованию на территории Российской Федерации: программный продукт "Эколог-Шум" (фирма «Интеграл», г. Санкт-Петербург), программный комплекс "ШУМ" (фирма НПП «Логус», г. Красногорск), программный продукт АРМ «Акустика» (ООО МНПО «Экоблик», г. Санкт-Петербург)) и другие. Использование действующих нормативных документов и разрешенных программных комплексов позволяет в дальнейшем установить расчетные среднесуточные уровни техногенного шума в узловых точках, которые находятся в местах пересечения линий сетки.
Благодаря тому, что при реализации предлагаемого способа в дополнение к расчетным акустическим показателям техногенного шума, в виде расчетных среднесуточных уровней техногенного шума в узловых точках, выполняют еще и натурные замеры уровня техногенного шума внешней среды на выбранной территории в узловых точках, где уже есть расчетные среднесуточные уровни, обеспечивается получение уточненных и более реальных данных об уровне шума, что обеспечит точность способа. А использование только расчетных методов может снижать точность оценки пространственного распределения техногенного шума из-за сложности полного учета всех источников такого шума внешней среды и архитектурно-планировочных особенностей территории, которые не всегда можно достоверно учесть при расчетах в полной мере.
Благодаря тому, что выбор точек натурных замеров на выбранной территории рекомендуется производить, исходя из условия охвата всего диапазона ранее полученных показателей расчетного среднесуточного уровня шума в узловых точках (т.е. выбирают натурные точки в узловых точках с примерно максимальным, минимальным, средним и другими значениями ранее определенного расчетного среднесуточного уровня шума в узловых точках, это и является выполнением условия охвата всего диапазона ранее полученных расчетных показателей), обеспечивается уточнение натурными замерами расчетных величин. При этом следует пояснить, что разовые натурные замеры в ограниченном количестве точек не дают пространственной характеристики акустической экспозиции (воздействия), а значительное увеличение точек натурных замеров для оценки пространственно-распределенных уровней техногенного шума значительно увеличивает себестоимость оценки. Потому и предложено в заявляемом способе привязать выбор точек этих натурных замеров таким образом, чтобы охватить практически весь диапазон расчетных показателей уровня шума. Это позволит достоверно повысить точность пространственно-распределенных уровней шума, уменьшить количество точек натурных замеров, снизить себестоимость оценки и временные и человеческие затраты.
Осуществление в каждой указанной выбранной точке не менее четырех натурных разовых замеров уровня техногенного шума в сутки и не менее 20 дней в году с охватом всех сезонов года обеспечивает, во-первых, учет изменения шумовой нагрузки в течение суток, изменение шумовых характеристик по сезонам года, нивелирует погрешности натурных измерений в определенные сутки за счет количества замеров (не менее 20 дней в году, т.е. не менее 5 дней в сезон); во-вторых, позволяет рассчитать фактический среднесуточный уровень шума от источников внешней среды, которые наносятся на карту в соответствующую узловую точку, что также влияет на точность акустических показателей, которые впоследствии будут положены в основу зонирования. В результате формируется информационная база с пространственно дифференцированными характеристиками уровня техногенного шума в каждой узловой точке, в том числе и в ячейках регулярной сетки.
Впервые для зонирования территории именно по техногенному шуму внешней среды предлагается выполнять расчет коэффициента соответствия между расчетным и фактическим среднесуточными уровнями шума в точках указанных натурных замеров, что позволяет определить уровень различий в натурных и расчетных данных. Этот расчет производится по формуле:
,
где
i - номер точки натурных замеров;
- расчетные среднесуточные уровни шума в i-й точке замеров;
- фактический среднесуточный уровень шума в i-й точке замеров.
Далее проводится процедура триангуляции, которая заключается в выделении на плоскости совокупности объектов треугольной формы
путем соединения всех точек натурных замеров непересекающимися отрезками так, чтобы новых отрезков уже нельзя было добавить без пересечения с имеющимися, образуя систему треугольников с вершинами в точках натурных замеров. Для каждого треугольника строят уравнение плоскости с установлением коэффициентов уравнения, зависящих от координат х и у вершин треугольника - точек натурных замеров, и значений коэффициентов соответствия К(х, у) в них по формуле:
а
а
а
0
1
2
K(х, у)=+х+у,
а
а
а
0
1
2
где , ,  - постоянные коэффициенты.
i
i
i
i
Далее относят каждую узловую точку расчетной сетки с координатами (x; y) к какому-либо треугольнику образованной системы треугольников или устанавливают, что она лежит вне указанной системы треугольников. Это необходимо для того, чтобы определить какой способ (интерполяция или экстраполяция) использовать для расчета коэффициента соответствия для конкретной точки с координатами (x; y).
i
i
Для точек с координатами (x; y), лежащих внутри системы треугольников, выполняют процедуру интерполяции по формуле:
где
- коэффициент соответствия для всех точек внутри определенного треугольника;
а
а
а
0
1
2
, ,  - постоянные коэффициенты, установленные на предыдущем этапе.
i
i
А для точек с координатами (x; y), лежащих вне системы треугольников, выполняют процедуру экстраполяции, для чего значение коэффициента соответствия в узловой точке принимают равным коэффициенту соответствия в ближайшей точке, лежащей на внешней границе системы треугольников.
В результате выполнения указанных процедур интерполяции и экстраполяции получают пространственное распределение коэффициентов соответствия во всех узловых точках на карте выбранной территории, т.е. позволяют получить оценку скалярного поля, характеризующего пространственное распределение коэффициента соответствия на выбранной территории.
С учетом полученных пространственно распределенных на карте выбранной территории коэффициентов соответствия, рассчитывают уточненные уровни техногенного шума в узловых точках на карте выбранной территории по формуле:
r
y
i
i
i
i
i
i
C(x,y)=K(x,y)⋅C(x,y),
где
r
i
i
C(x,y) - уточненные уровни шума в узловой точке (x, y);
i
i
K(x,y) - коэффициент соответствия в узловой точке (x, y);
y
i
i
i
i
C(x,y) - суммарные уровни расчетного техногенного шума от всех источников шума в узловой точке (x, y).
Затем строят карту пространственного распределения уточненных уровней техногенного шума внешней среды на выбранной территории. Полученные верифицированные данные для точной характеристики уровней акустического воздействия, позволяют определять зоны риска возникновения нарушений здоровья, связанные с воздействием шумового фактора, выделять проблемы и приоритеты в вопросе шумового воздействия на исследуемой территории.
Система распределенных в пространстве узловых точек, каждая из которых характеризуется уровнем техногенного шума внешней среды, учитывающим расчетные среднесуточные уровни шума и результаты натурных замеров техногенного шума, позволяет получить полноценную, адекватную реальной действительности, количественную пространственно-распределенную оценку уровня техногенного шума внешней среды на выбранной территории.
Объединение точек натурных замеров на карте с регулярной сеткой в треугольники и последующая процедура интерполяции и экстраполяции коэффициентов соответствия позволила определить параметры коэффициентов соответствия в каждом узле регулярной сетки, которые затем используются для корректировки значений расчетных данных всего изучаемого скалярного поля техногенного шума.
Другими словами, моделирование пространственного распределения уровня техногенного шума по данным натурных замеров методами интер- и экстраполяции позволяет минимизировать неопределенности каждого метода (только метода натурных измерений или только метода расчетов) в отдельности и получить наиболее точные и достоверные результаты при условии корректной аппроксимации данных при реализации предлагаемого способа.
А зонирование выбранной территории по риску возможного нарушения здоровья населения под воздействием указанного уточненного уровня техногенного шума внешней среды выполняют в предлагаемом способе с использованием шкалы риска, основанной на пороговых значениях уровней шума, вызывающих возникновение нарушения здоровья населения в отношении нервной системы, сердечно-сосудистой системы и органов слуха, являющихся критическими системами организма в отношении шумового (акустического) воздействия, а именно:
- при уровне шума менее 43 дБ - риск нарушения здоровья отсутствует;
- при уровне шума 43-50 дБ - риск возникновения нарушения нервной системы;
- при уровне шума 50-58,5 дБ - риск возникновения нарушения нервной системы и сердечно-сосудистой системы;
- при уровне шума более 58,5 дБ - риск возникновения нарушения нервной системы, сердечно-сосудистой системы и органов слуха.
Указанные пороговые значения были получены с использованием комплекса научно-обоснованных математических и статистических методов исследования и анализа международной научной литературы с результатами проведенных научных исследований. В качестве источников информации были использованы международные труды в области эпидемиологических исследований по установлению связей акустического воздействия на здоровье человека (Ising H., Babisch W., Guski R., Kruppa B., Prasher K., Knipschild P. и др.). Кроме того, во внимание была принята собственная статистика обследованного населения ряда муниципальных образований 4-х субъектов Российской Федерации, полученная на протяжении нескольких лет. В качестве собственной статистики рассматривались результаты аудиометрии, результаты обследования сердечно-сосудистой, нервной систем и слухового аппарата, а также анкетирования населения, проживающего в условиях акустического дискомфорта.
Полученные статистические данные лечебных учреждений о нарушениях здоровья населения в отношении нервной системы, сердечно-сосудистой системы и органов слуха, с выборкой шумовой нагрузки на территории проживания указанных пациентов, с сопоставлением и пространственной привязкой на карту показателей шума и нарушений здоровья, с последующим математическим моделированием зависимостей «уровень акустического воздействия - здоровье населения» и другие санитарно-эпидемиологические и математические методы позволили сформировать и предложить шкалу риска с обоснованными пороговыми значениями шумовой нагрузки.
Таким образом, и была получена указанная шкала риска с пороговыми значениями шумовой нагрузки. При этом, данная шкала в обобщенном и актуализированном виде, которая использована в предлагаемом способе, нигде в уровне техники не приведена.
Каждую узловую точку на карте, в соответствии с верифицированным уровнем техногенного шума в ней, относят к той или иной градации нарушения здоровья по вышеуказанной шкале.
Далее производят объединение совокупности точек, отнесенных к одинаковой градации, изолиниями, получая, таким образом, карту выбранной территории с четырьмя зонами риска возможного нарушения здоровья населения под воздействием техногенного шума внешней среды.
Предлагаемый способ иллюстрируется рядом чертежей, где на Рис. 1 отображено разбиение пространства исследуемой территории с помощью триангуляции Делоне (один из наиболее корректных способов триангуляции - разбиения пространства плоскости на треугольники), где жирными точками отмечены координаты точек инструментальных измерений уровней шума; на Рис. 2 - система треугольников, формируемых на всем пространстве акустической оценки исследуемой территории; Рис. 3 - иллюстрация к процедуре установления принадлежности каждой узловой точки, расположенной внутри системы треугольников, к одному из ряда получившихся треугольников; Рис. 4 - иллюстрация к процедуре установления принадлежности каждой узловой точки, расположенной за пределами системы треугольников, к одному из ряда получившихся треугольников; Рис. 5 - результат интерполяции коэффициентов соответствия для узловых точек, расположенных внутри системы треугольников; Рис. 6 - аппроксимированные значения коэффициента соответствия во всех узлах регулярной сетки; Рис. 7 - карта-схема пространственного распределения расчетных уровней шума на исследуемой территории до проведения процедуры аппроксимации; Рис. 8 - карта-схема пространственного распределения расчетных уровней шума на исследуемой территории после проведения процедуры аппроксимации; Рис. 9, 10, 11 - результаты пространственного распределения расчетных уровней шума на исследуемой территории после проведения процедуры аппроксимации на разных высотах (1,5 метра, 15 метров, 30 метров соответственно) для подтверждения точности и достоверности предлагаемого способа; Рис. 12 - карта выбранной территории с четырьмя зонами риска; Рис. 13 - уровни шума в 150 контрольных точках, выбранных для подтверждения точности и достоверности предлагаемого способа, до проведения процедуры аппроксимации (на примере полей распространения эквивалентных уровней шума); Рис. 14 - уровни шума в 150 контрольных точках, выбранных для подтверждения точности и достоверности предлагаемого способа, после проведения процедуры аппроксимации.
Предлагаемый способ осуществляют следующим образом, реализуя его на конкретном примере.
1. В качестве территории оценки была выбрана центральная часть городского поселения с численностью более 1 млн. человек. Площадь территории оценки составляет почти 10 кв. км, по территории которой проходят крупнейшие городские автомагистрали, трамвайные и железнодорожные пути (промышленного и транзитного значения), трассы (коридоры) пролетов воздушных судов. На исследуемой территории проживает 100192 человека, в том числе 15026 человек детского населения.
2. На рассматриваемой территории располагается более 150 контрольных точек, в которых на протяжении 2012-2015 гг. были проведены инструментальные измерения уровней шума с фиксированием даты, времени измерения шума и характеристикой метеоусловий в момент измерения.
Инструментальные исследования проводились как систематически (контролирующими органами), так и разовыми замерами (в рамках расследований, исследований, экспертиз).
3. Карту исследуемой территории оценки покрывают регулярной сеткой (Рис. 1) с шагом 100×100 м (шаг сетки определяется необходимой конечной точностью результатов шумовой оценки). Размер расчетного прямоугольника (регулярной сетки) составляет 5 км на 2 км, и состоит из 1505 ячеек и 150 точек инструментальных измерений.
4. На приведенной карте указывают расположение 150 реперных точек, т.е. тех, в которых выполнены инструментальные измерения уровней шума. Измерения проводились ежедневно дискретно через равные промежутки времени не менее 4 раз в день. Необходимым условием корректной оценки хронического шумового воздействия является проведение не менее 2-х измерений в течение суток (днем и ночью) не менее 20 дней в году с охватом всех сезонов года в каждой точке инструментальных измерений. В таблице 1 приведен фрагмент измеренных уровней шума в контрольных точках инструментальных измерений.
5. На рассматриваемой территории выявляют все источники шумового воздействия. Территория оценки (способа оценки) характеризуется наличием интенсивной транспортной нагрузки практически по всем видам транспорта: автомобильный транспорт (в рамках оценки учтено более 300000 транспортных единиц), железнодорожный транспорт (магистральные пути со средней пропускной способностью 20-30 поездов в сутки), воздушный транспорт (гражданские воздушные суда аэропорта городского поселения и государственные воздушные суда войсковой части). В качестве источников транспортного шума во внимание были приняты более 1200 линейных участков улично-дорожной сети, транзитные и местные ветки железнодорожных магистралей, маршруты подлета воздушных судов в районе размещения аэропорта.
6. Затем осуществляют сбор данных об источниках шумового загрязнения, которые должны содержать следующие сведения: наименование источника шума, номер источника шума, тип, высота размещения, координаты размещения (x и y), ширина (для площадного источника), уровни эквивалентного и максимального шума, а также уровни в октавных полосах частот.
7. Затем в рамках предлагаемого метода с использованием стандартных математических моделей и программных средств выполняют акустические расчеты от источников шумового воздействия и получают расчетные уровни шумовой экспозиции в узлах ячеек заданной регулярной сетки и в точках инструментальных измерений. В таблице 2 представлен фрагмент результатов акустических расчетов распространения шума на исследуемой территории.
i
8. В 150 контрольных точках (точках инструментальных измерений) определяют коэффициент соответствия К как отношение измеренного (фактического) уровня шума к рассчитанному уровню:
где i - номер точки инструментальных измерений;
- расчетные уровни шума в i-й точке замеров;
- фактический уровень шума в i-й точке замеров.
В таблице 3 приведен фрагмент рассчитанных коэффициентов соответствия в точках инструментальных измерений.
9. В целях интерполяции коэффициента соответствия на основании инструментальных данных об уровнях шума в контрольных точках проводят процедуру триангуляции. Для этого точки инструментальных измерений уровней шума объединяют на карте с регулярной сеткой в треугольники, с помощью которых, например методом триангуляции Делоне (или другим адекватным методом триангуляции), определяют коэффициенты соответствия во всех узлах регулярной расчетной сетки. Наиболее детально это определение осуществляют следующим образом.
Методом триангуляции Делоне соединяют все точки инструментальных измерений непересекающимися отрезками в треугольники так, чтобы новый отрезок уже нельзя было добавить без пересечения с имеющимися отрезками, получая при этом на карте многоугольник (систему треугольников), состоящий из множества треугольников с вершинами в точках инструментальных измерений (Рис. 2).
Такой поход позволяет разбить пространство внутри точек инструментальных измерений на треугольники, и благодаря свойствам триангуляции Делоне, расстояние между вершинами этих треугольников будет минимальным. В итоге применения данного метода получаем один из вариантов разбиения на треугольники пространства между точками инструментальных измерений.
Для каждого треугольника строят уравнение плоскости с установлением коэффициентов уравнения, зависящих от координат х и у вершин треугольника (точек инструментальных измерений) и значений коэффициентов соответствия в них. Уравнение плоскости представляет собой непрерывную линейную функцию двух переменных, которая может быть записана в следующем виде (2):
где
а
а
а
0
1
2
- , ,  - постоянные коэффициенты;
- К(х, у) - коэффициент соответствия для точки с координатами (х, у);
1
2
3
- значения функции в вершинах треугольника, соответствующие значению коэффициента соответствия в точках инструментальных измерений образующих этот треугольник, обозначают, как k, k, k;
1
2
3
0
1
2
а
а
а
- с помощью координат вершин треугольника и значений k, k, k вычисляются неизвестные постоянные коэффициенты , , ;
а
а
а
0
1
2
- получают систему трех линейных алгебраических уравнений относительно неизвестных коэффициентов , ,  (3):
где i - номер вершины треугольника.
- решив систему (3), получают однозначное выражение функции (2) через ее узловые значения (значения в узлах сетки) для каждого треугольника.
Определяют принадлежность каждой узловой точки, расположенной внутри указанной системы треугольников, к одному из ряда получившихся треугольников по следующему алгоритму.
1
2
3
Указанная точка, расположенная внутри указанной системы треугольников, соединяется отрезками с вершинами каждого из треугольников с образованием в свою очередь трех треугольников с площадью S, S, S (Рис. 3).
1
2
3
1
2
3
1
2
3
При этом, если площадь исходного треугольника S равна сумме площадей образовавшихся трех треугольников S=S+S+S, где S - площадь треугольника 1; S - площадь треугольника 2; S - площадь треугольника 3, то считается, что точка принадлежит данному треугольнику. Если же S<(S+S+S), то данная точка не принадлежит данному треугольнику.
Площадь треугольников вычислялась по следующим формулам:
Затем рассчитывают значения коэффициента соответствия во всех точках (узлах регулярной сетки), внутри каждого треугольника по уравнению (2) с использованием полученных коэффициентов для соответствующего треугольника.
На Рис. 5 приведен результат интерполяции коэффициентов соответствия для узловых точек, расположенных внутри системы треугольников (более интенсивный цвет отражает более высокие значения коэффициентов соответствия).
10. Проводят экстраполяцию значений коэффициента соответствия для узловых точек, лежащих вне полученной системы треугольников. Значения коэффициента для этих точек принимают равными коэффициентам в ближайшей точке, лежащей на границе системы треугольников, образуемого точками инструментальных измерений (реперными точками).
11. В результате этих действий получают аппроксимированные значения коэффициента соответствия во всех узлах регулярной сетки (Рис. 6).
В таблице 4 представлен фрагмент аппроксимированных значений коэффициента соответствия на исследуемой территории.
12. Производят расчет уточненных уровней шума в каждой узловой точке расчетной сетки на исследуемой территории согласно формуле (4):
p
C - уточненные уровни шума в узловой точке (x, y);
К - коэффициент соответствия в узловой точке (x, y);
y
C - расчетные уровни шума в узловой точке (x, y).
В таблице 5 представлен фрагмент результатов аппроксимированных уровней шума на исследуемой территории.
13. Полученные результаты представляют собой уровни шума в точках регулярной сетки, покрывающей системно всю исследуемую территорию.
14. Затем строят карту-схему пространственного распределения уточненных уровней шума, по которой количественно оценивают уровень акустического загрязнения на исследуемой территории.
На Рис. 7 приведены карта-схема пространственного распределения расчетных уровней шума на исследуемой территории до проведения процедуры аппроксимации.
На Рис. 8 приведены карта-схема пространственного распределения расчетных уровней шума на исследуемой территории после проведения процедуры аппроксимации.
На Рис. 7 видно, что до аппроксимации при анализе соответствия расчетных и натурных данных в точках инструментальных измерений выявлены различия результатов, о чем свидетельствуют вариации коэффициентов соответствия для эквивалентного уровня шума в интервале 0,88-1,35.
После проведения процедуры аппроксимации, как видно на Рис. 8 картина распространения шумового воздействия изменяется, при этом в точках инструментальных измерений коэффициенты соответствия становятся равными 1, а в ряде контрольных точек, которые были выбраны на исследуемой территории для подтверждения достоверности полученных результатов, сходимость расчетных и натурных данных возросла до 72-96% при ранее отмечаемых 7-53% (Рис. 7, 8).
15. Далее проводили зонирование выбранной территории по риску возможного нарушения здоровья населения под воздействием указанного уточненного уровня техногенного шума внешней среды с использованием шкалы риска, основанной на пороговых значениях уровней шума, вызывающих возникновение нарушения здоровья населения в отношении нервной системы, сердечно-сосудистой системы и органов слуха, являющихся критическими системами организма в отношении шумового воздействия, а именно:
при уровне шума менее 43 дБ - риск нарушения здоровья отсутствует;
при уровне шума 43-50 дБ - риск возникновения нарушения нервной системы;
при уровне шума 50-58,5 дБ - риск возникновения нарушения нервной системы и сердечно-сосудистой системы;
при уровне шума более 58,5 дБ - риск возникновения нарушения нервной системы, сердечно-сосудистой системы и органов слуха.
Для этого каждую узловую точку на карте, в соответствии с верифицированным уровнем техногенного шума в ней, относят к той или иной градации нарушения здоровья по вышеуказанной шкале.
Выполняют объединение совокупности точек, отнесенных к одинаковой градации, изолиниями, получая, таким образом, карту выбранной территории с четырьмя зонами риска, характеризующиеся различными уровнями формируемого риска возможного нарушения здоровья населения под воздействием техногенного шума внешней среды (Рис. 12):
2
- зона 1 (Рис. 12), в которой риск нарушения здоровья от воздействия техногенного шума отсутствует, занимает площадь 4370000 м. выбранной территории. На данной территории не требуются дополнительные мероприятия по снижению уровня риска, уровень риска подлежит периодическому контролю;
2
- зона 2 (Рис. 12), в которой возможен риск возникновения у населения нарушения нервной системы, занимает площадь 3200000 м выбранной территории. На данной территории требуются внедрение шумозащитных мероприятий организационного характера, регулирующих системность акустического воздействия (режим работы объектов инфраструктуры, организация равномерного движения и т.д.), проведение контроля техногенного шума внешней среды по полной программе 4 раза в сутки (утром, днем, вечером и ночью), 20 дней в году с охватом всех сезонов года;
2
- зона 3 (Рис. 12), в которой возможен риск возникновения у населения нарушения нервной системы и сердечно-сосудистой системы, занимает площадь 3880000 м выбранной территории. На данной территории требуются специализированные шумозащитные мероприятия, изолирующие населения от источников техногенного шума (акустические экраны, барьеры и т.д.), проведение контроля техногенного шума внешней среды по полной программе 4 раза в сутки (утром, днем, вечером и ночью), 20 дней в году с охватом всех сезонов года;
2
- зона 4 (Рис. 12), в которой возможен риск возникновения у населения нарушения нервной системы, сердечно-сосудистой системы и органов слуха, занимает площадь 2860000 м выбранной территории. На данной территории требуется комплекс шумозащитных мероприятий как локального, так и комплексного характера с максимальной изоляцией экспонируемого населения от источников техногенного шума и территории их воздействия, проведение контроля техногенного шума внешней среды по полной программе 4 раза в сутки (утром, днем, вечером и ночью), 20 дней в году с охватом всех сезонов года.
Косвенным доказательством того, что указанное зонирование действительно достоверное и точное, может служить тот факт, что заболеваемость населения на территориях, расположенных в разных зонах, отличается по уровню и структуре: в результате анализа сплошной выборки данных по обращаемости детского населения (детское население выбрано в качестве репрезентативной группы, поскольку дети являются контингентом, наиболее чувствительным к качеству среды обитания, не имеют вредных привычек, исключается и фактор влияния опасных условий труда) за медицинской помощью за последние три года (анализу подвергали деперсонифицированные данные фонда обязательного медицинского страхования с адресной привязкой страховых полисов, что позволило четко отнеси каждого ребенка и, соответственно, каждый случай заболевания к той или иной зоне) были получены данные о наличии статистически достоверных различий (p<0,05) в отношении распространенности заболеваний нервной системы, сердечно-сосудистой системы и органов слуха у детей из зон с разной степенью возможного риска. Полученные данные приведены в таблице 6.
На рисунке 13 представлены уровни шума в 150 контрольных точках, выбранных для подтверждения точности и достоверности предлагаемого способа, до проведения процедуры аппроксимации (в данном случае - на примере полей распространения эквивалентных уровней шума), на рисунке 14 представлены уровни шума в 150 контрольных точках, выбранных для подтверждения точности и достоверности предлагаемого способа, после проведения процедуры аппроксимации.
Другими словами, доказательством того, что предлагаемый способ пространственной количественной оценки уровня шума является точным и достоверным, является факт, что после всей поэтапной процедуры аппроксимации полученные результаты в контрольных точках стали близкими по значению, а коэффициенты соответствия с 0,88-1,35 достигли значений 0,96-1,17, т.е. значительно выросла сходимость натурных и полученных в результате аппроксимации данных. Следовательно, верифицирующие измерения подтвердили корректность оценки уровней шума в узловых точках сетки.
Для каждой зоны предложена программа организационных, технологических и санитарно-эпидемиологических мероприятий в полном соответствии с характеристиками, а именно:
- шумозащитные мероприятия организационного характера, формирующие системность акустического воздействия (режим работы объектов инфраструктуры, организация равномерного движения и т.д.). Мероприятиями предлагается проводить контроль техногенного шума внешней среды по сокращенной программе 2 раза в сутки (днем и ночью);
- специализированные шумозащитные мероприятия, изолирующие населения от источников техногенного шума (акустические экраны, барьеры и т.д.). Мероприятиями предлагается проводить контроль техногенного шума внешней среды по неполной программе 3 раза в сутки (утром, днем и ночью);
- комплекс шумозащитные мероприятия как локального, так и комплексного характера с максимальной изоляцией экспонируемого населения от источников техногенного шума и территории их воздействия (акустические экраны, озеленение, шумозащитное остекление). Мероприятиями предлагается проводить контроль техногенного шума внешней среды по полной программе 4 раза в сутки (утром, днем, вечером и ночью).
Таким образом, предлагаемый способ позволяет:
- зонировать территорию по уровню возможного риска для здоровья населения в условиях воздействия техногенного шума внешней среды различной интенсивности;
- учитывать совместное (аддитивное) действие нескольких источников техногенного шума на здоровье населения, т.к. осуществляют определение суммарного шума в каждой узловой точке карты выбранной территории;
- использовать полученные результаты для выявления проблем и разработки технологических, архитектурно-планировочных и других мероприятий для минимизации уровней техногенного воздействия шумового фактора на здоровье населения и планирования медико-профилактических мероприятий в целях минимизации негативных эффектов со стороны здоровья населения.