通信技術(shù)在噪聲監(jiān)測中應(yīng)用范文

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1環(huán)境噪聲及監(jiān)測

噪聲與水、大氣、固體廢物污染并稱為城市環(huán)境問題的四大公害。隨著城市化進(jìn)程的加快，城市規(guī)模和城市建設(shè)的不斷發(fā)展，城市環(huán)境噪聲問題也日益突出。如何有效地對城市環(huán)境噪聲進(jìn)行監(jiān)測，更好地為環(huán)境管理服務(wù)，已成為環(huán)境熱點(diǎn)問題［1］。目前常用的環(huán)境噪聲監(jiān)測方法有以下幾種:人工實(shí)地監(jiān)測、有線方式監(jiān)測和無線方式監(jiān)測。

1．1人工實(shí)地監(jiān)測

人工實(shí)地監(jiān)測指的是監(jiān)測人員使用聲級計等噪聲測量儀器，前往待測地點(diǎn)進(jìn)行噪聲的實(shí)地監(jiān)測，并記錄噪聲數(shù)據(jù)信息。這種方法不可能做到全天候監(jiān)測，往往對突發(fā)性環(huán)境噪聲沒有監(jiān)測力度，并且費(fèi)時費(fèi)力，實(shí)時性較差。

1．2有線方式監(jiān)測

在區(qū)域的關(guān)鍵點(diǎn)安裝噪聲傳感器，傳感器通過預(yù)先鋪設(shè)的電纜或光纜將采集到的環(huán)境噪聲數(shù)據(jù)傳送到監(jiān)測中心，由專業(yè)人士分析并給出監(jiān)測結(jié)果。但是由于監(jiān)測點(diǎn)位往往分布范圍廣并且周邊地形復(fù)雜，這為電纜或光纜的鋪設(shè)帶來困難，增加投資成本［2］。在實(shí)際應(yīng)用中，往往會受到人為破壞等因素的影響，無法實(shí)時獲得環(huán)境噪聲信息，且系統(tǒng)靈活性較差。

1．3無線方式監(jiān)測

隨著無線通信技術(shù)的發(fā)展，使用GPRS或者3G網(wǎng)絡(luò)作為環(huán)境噪聲數(shù)據(jù)的傳輸載體，可以降低因鋪設(shè)電纜或光纜帶來的成本，并且抗干擾性較好，監(jiān)測點(diǎn)布設(shè)靈活，可以有效提高噪聲監(jiān)測的工作效率和經(jīng)濟(jì)效益，是環(huán)境噪聲監(jiān)測未來發(fā)展的一個方向。

2環(huán)境噪聲監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計

基于DSP與無線通信技術(shù)的環(huán)境噪聲監(jiān)測系統(tǒng)(以下簡稱“環(huán)境噪聲監(jiān)測系統(tǒng)”)是實(shí)現(xiàn)聲電轉(zhuǎn)換、噪聲電信號采集、噪聲事件監(jiān)測和報告及噪聲數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程分析等功能于一體的綜合噪聲監(jiān)測系統(tǒng)，具有無人值守、全天候戶外穩(wěn)定連續(xù)工作、多點(diǎn)組網(wǎng)測量和傳輸?shù)忍攸c(diǎn)［3］，能夠滿足中國《聲學(xué)環(huán)境噪聲測量方法》(GB/T3222—94)中環(huán)境噪聲長期連續(xù)監(jiān)測的要求。

2．1環(huán)境噪聲監(jiān)測系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)

環(huán)境噪聲監(jiān)測系統(tǒng)主要由3部分組成:噪聲檢測終端、GPRS/3G網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)和數(shù)據(jù)中心服務(wù)器。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

噪聲檢測終端使用高性能數(shù)字信號處理器完成噪聲的電信號轉(zhuǎn)換、采集和分貝值計算等功能;GPRS/3G網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)將與噪聲相關(guān)的數(shù)據(jù)通過GPRS/3G網(wǎng)絡(luò)經(jīng)由Internet網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)竭h(yuǎn)程數(shù)據(jù)中心服務(wù)器;數(shù)據(jù)中心服務(wù)器負(fù)責(zé)噪聲數(shù)據(jù)的實(shí)時分析、存儲和噪聲事件報告等任務(wù)。在設(shè)計時，將GPRS/3G網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)融合在噪聲檢測終端中，達(dá)到提高環(huán)境噪聲監(jiān)測系統(tǒng)穩(wěn)定性的目的。

2．2噪聲檢測終端的設(shè)計

噪聲檢測終端由噪聲檢測單元和無線傳輸單元組成。為了達(dá)到噪聲數(shù)據(jù)采集和分貝值計算的實(shí)時性要求，噪聲檢測終端使用德州儀器公司(TI)制造的高性能DSPTMS320C5416作為主控芯片，外圍輔助測聲傳感器、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、液晶顯示模塊、GPRS/3G模塊和GPS全球定位模塊，完成環(huán)境噪聲的采集、分貝值計算和傳輸?shù)裙δ堋Ｔ趯?shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，同樣的噪聲分貝值計算算法，使用DSP芯片進(jìn)行計算比使用普通的單片機(jī)在計算速度上提高了6．4倍，較好地滿足了實(shí)時性的要求。噪聲檢測終端的結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。

測聲傳感器將環(huán)境噪聲的聲信號轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)過放大后，再通過模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號送入TMS320C5416。該芯片按照噪聲分貝值的計算方法計算出環(huán)境噪聲的分貝值，并在液晶顯示器上實(shí)時顯示環(huán)境噪聲的分貝值，同時通過GPRS/3G模塊將環(huán)境噪聲分貝值傳輸?shù)竭h(yuǎn)程的數(shù)據(jù)中心服務(wù)器。為了能夠在遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)中心服務(wù)器中顯示噪聲檢測終端的位置，該終端集成了GPS全球定位模塊來向遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)中心服務(wù)器上傳相關(guān)的經(jīng)緯度位置信息。

在設(shè)計時，主控芯片TMS320C5416使用高速串行外設(shè)接口(SPI)與GPRS/3G模塊互連，使得數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣饶軌驖M足實(shí)時性的要求。在通過GPRS/3G模塊進(jìn)行噪聲數(shù)據(jù)傳輸時，兼顧實(shí)時性和準(zhǔn)確性的要求，采用計算量相對較小的異或求和校驗(yàn)方法，既可以提高無線傳輸?shù)乃俣龋材茉谝欢ǔ潭壬媳ＷC數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)測得，GPRS/3G模塊的無線傳輸丟包率在5%以內(nèi)，基本滿足了系統(tǒng)的設(shè)計要求。

2．3數(shù)據(jù)中心服務(wù)器軟件的設(shè)計

數(shù)據(jù)中心服務(wù)器軟件主要對各個噪聲檢測終端傳送來的噪聲數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時分析、存儲和報警等功能，達(dá)到全天候進(jìn)行環(huán)境噪聲監(jiān)測的目的。數(shù)據(jù)中心服務(wù)器軟件主要由4部分組成:多線程TCP/IP傳輸單元、人機(jī)界面單元、地理信息系統(tǒng)(GIS)單元和數(shù)據(jù)庫單元。

多線程TCP/IP傳輸單元通過TCP/IP網(wǎng)絡(luò)接收各個噪聲檢測終端發(fā)送的噪聲數(shù)據(jù)，并保存在相應(yīng)的內(nèi)存區(qū)域中，以便后續(xù)的分析存檔使用。由于噪聲檢測終端數(shù)量眾多，在一段時間內(nèi)可能有多個噪聲檢測終端的數(shù)據(jù)需要接收，如果采用單線程的TCP/IP傳輸可能會造成數(shù)據(jù)丟失進(jìn)而影響數(shù)據(jù)的實(shí)時性和準(zhǔn)確性，因此在設(shè)計時采用多線程的方式來進(jìn)行TCP/IP傳輸，使得各個傳輸線程之間達(dá)到并發(fā)執(zhí)行的效果，可以有效解決數(shù)據(jù)量較大的問題。

人機(jī)界面單元使用GUI技術(shù)，利用圖表的方式實(shí)時顯示各個噪聲檢測終端的噪聲數(shù)據(jù)，并能夠按照用戶的要求完成對噪聲數(shù)據(jù)的分析，給出噪聲數(shù)據(jù)變化曲線等相關(guān)的統(tǒng)計匯總功能。當(dāng)某個噪聲檢測終端的數(shù)據(jù)異常時，能夠給出提示。

地理信息系統(tǒng)(GIS)單元可以在區(qū)域地圖上實(shí)時顯示各個噪聲檢測終端的位置，并顯示出當(dāng)前的噪聲數(shù)據(jù)信息，方便用戶查看區(qū)域內(nèi)的環(huán)境噪聲狀況。數(shù)據(jù)庫單元提供噪聲數(shù)據(jù)的存檔、查詢和打印等功能。

3環(huán)境噪聲監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用

通過在校園的關(guān)鍵地點(diǎn)安裝噪聲檢測終端，可以驗(yàn)證環(huán)境噪聲監(jiān)測系統(tǒng)的實(shí)用性。圖3為安裝了8個噪聲檢測終端(圖中黑點(diǎn))的校園區(qū)域圖，通過單擊這8個噪聲檢測終端可以查看實(shí)時的噪聲數(shù)據(jù)信息，為進(jìn)一步研究校園的環(huán)境噪聲分布提供了原始數(shù)據(jù)信息。

圖4為校園8個噪聲檢測終端一天中平均噪聲分貝值，從中可以看出校園環(huán)境噪聲的主要來源是學(xué)校門口的交通噪聲、學(xué)生宿舍區(qū)域和食堂附近的生活噪聲。這為有效控制校園環(huán)境噪聲提供了依據(jù)。

由圖5可以看出，半夜12點(diǎn)到凌晨6點(diǎn)之間的噪聲分貝值較小，中午12點(diǎn)左右、晚間6點(diǎn)到10點(diǎn)的噪聲分貝值較大，由此可以判斷出學(xué)生在宿舍區(qū)的生活規(guī)律。

通過上述應(yīng)用，可以發(fā)現(xiàn)環(huán)境噪聲監(jiān)測系統(tǒng)在研究校園環(huán)境噪聲的分布、學(xué)生的日常生活習(xí)慣等方面有很大的應(yīng)用價值。

4結(jié)語

基于DSP與無線通信技術(shù)的環(huán)境噪聲監(jiān)測系統(tǒng)，可以克服傳統(tǒng)人工監(jiān)測和有線監(jiān)測系統(tǒng)實(shí)時性和靈活性差等缺點(diǎn)，滿足現(xiàn)代環(huán)境噪聲監(jiān)測實(shí)時性、準(zhǔn)確性和易用性的要求。本系統(tǒng)經(jīng)過實(shí)際應(yīng)用與改進(jìn)，可以達(dá)到快速準(zhǔn)確監(jiān)測、實(shí)時響應(yīng)的要求。使用DSP進(jìn)行噪聲數(shù)據(jù)的采集與分析，在實(shí)時性上作出了重大改進(jìn)，可以為同類產(chǎn)品的設(shè)計提供借鑒。