Markov-Prozesse zur Vorhersage fluglärmbedingter Schlafstörungen

Authors: Basner, Mathias; Siebert, Uwe

Source: Somnologie, Volume 10, Number 4, November 2006 , pp. 176-191(16)

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Abstract:

Summary Question of the study

On the basis of polysomnographic laboratory and field studies, the DLR Institute of Aerospace Medicine has developed a concept to protect against adverse effects of nocturnal aircraft noise at Airport Leipzig/Halle, which will be extended to a freight hub. We investigated whether or not the expected high traffic densities during the night will relevantly interfere with sleep macrostructure, if the criteria suggested by DLR are met. Methods

Models were based on data sampled in a polysomnographic field study on 64 residents living in the vicinity of Airport Cologne/Bonn. Markov processes were used to model a time in bed (TIB) of 8 h. Only two states were differentiated: wake and sleep, the latter consisting of S1-S4 and REM. Transition probabilities were estimated with logistic regression including current state (wake/sleep), duration of current state, elapsed sleep time, and maximum sound pressure level (SPL) of the aircraft noise event (ANE) as covariates. Three traffic scenarios were simulated: (i) no noise, (ii) aircraft noise at the beginning of the night (model A), and (iii) aircraft noise at the end of the night (model E). Results

On the basis of 8 hours TIB and compared to the scenario without aircraft noise (81.1 min), time spent awake increased by 3.8 min (+4.7 %) in model A and by 5.9 min (+7.3 %) in model E. However, aircraft noise at the end of the night caused more pronounced changes in sleep structure than aircraft noise at the beginning of the night. Therefore, we propose to levy a malus of 1.4 dB on aircraft noise events occurring in the second half of the night. Conclusion

In the context of noise effects on sleep, Markov processes allow for a flexible modelling of dependent events and variable traffic scenarios. If the criteria of the DLR protection concept are met, the models predict only minor noise-induced changes in time spent awake and in the number of awakenings recalled in the morning.

German
Zusammenfassung Fragestellung

Aus polysomnographischen Labor- und Feldstudien leitete das DLR-Institut für Luft- und Raumfahrtmedizin Kriterien zum Schutz vor nächtlichen Fluglärm für den Flughafen Leipzig/Halle ab, der zu einem Frachtdrehkreuz ausgebaut werden soll. Mit den hier vorgestellten Analysen sollte untersucht werden, ob die prognostizierte dichte Flugabfolge in der Nacht bei Einhaltung der empfohlenen Kriterien zu gravierenden makrostrukturellen Änderungen des Schlafes führt oder nicht. Methodik

Als Datengrundlage diente eine Feldstudie, in der am Flughafen Köln/Bonn 64 Anwohner polysomnographisch untersucht wurden. Markov-Prozesse wurden für die Modellierung einer achtstündigen Bettzeit verwendet. Es wurde nur zwischen den beiden Zuständen Wach und Schlaf (S1-S4, REM) unterschieden. Übergangswahrscheinlichkeiten zwischen den beiden Zuständen wurden mit logistischen Regressionsmodellen in Abhängigkeit vom aktuellen Zustand, von der in diesem Zustand bereits verbrachten Dauer, von der verstrichenen Schlafzeit und vom Maximalpegel des Fluggeräusches bestimmt. 3 Flugbetriebsszenarien wurden simuliert: Ruhe, Fluglärm vorwiegend am Anfang der Nacht (Modell A) und Fluglärm vorwiegend am Ende der Nacht (Modell E). Ergebnisse

Bezogen auf eine Bettzeit von 8 Stunden war der Wachanteil im Vergleich zum Ruhemodell (81,1 min) im Modell A um 3,8 min (+4,7 %) und im Modell E um 5,9 min (+7,3 %) erhöht. Fluglärm am Ende der Nacht führte jedoch zu größeren Schlafstörungen als Fluglärm am Anfang der Nacht, weshalb empfohlen wird, Fluggeräusche in der zweiten Nachthälfte mit einem Malus von 1,4 dB zu belegen. Schlussfolgerung

Im Zusammenhang mit Fluglärmwirkungen auf den Schlaf erlauben Markov-Prozesse die flexible Modellierung abhängiger Ereignisse und unterschiedlicher Betriebsszenarien. Bei Einhaltung der vom DLR vorgeschlagenen Schutzkriterien ermitteln die vorgestellten Modelle nur geringfügige fluglärmbedingte Erhöhungen von Wachanteil und der Anzahl zusätzlicher erinnerbarer Aufwachreaktionen.

Keywords: Markov-Prozess; logistische Regression; Lärm; Schlaf; Markov process; logistic regression; noise; sleep

Document Type: Research article

DOI: http://dx.doi.org/10.1111/j.1439-054X.2006.00103.x

Publication date: 2006-11-01

Markov-Prozesse zur Vorhersage fluglärmbedingter Schlafstörungen

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