CN102506991B - 分布式城市环境噪声实时自动监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及的是分布式城市环境噪声实时自动监测系统，这种分布式城市环境噪声实时自动监测系统由一个监测中心和多个监测节点协同组成，各个监测节点通过互联网连接监测中心，把经过预处理的噪声数据传输到监测中心，由监测中心完成噪声数据的分析并展示出来；节点计算机通过声卡接收声压传感器采集的噪声信号，节点数据管理模块、LabVIEW节点端、NAS服务器管理模块、节点通信模块均设置在节点计算机中；监测中心设置有中心计算机，中心计算机内安装有噪声数据分析模块、中心数据管理模块、LabVIEW服务器、城市噪声GIS展示模块、中心通信模块。本发明以地图化的独特视觉效果将城市噪声情况展示出来，可提供直观、快捷的噪声监测界面，成本低，性价比高。

Description

分布式城市环境噪声实时自动监测系统

一、     技术领域：

本发明涉及的是环境噪声监测系统，具体涉及的是基于虚拟仪器技术的分布式城市环境噪声实时自动监测系统。

二、背景技术：  

随着现代城市建设和城市交通的发展，城市环境噪声污染已经成为世界各国大城市面临的一个重要环境问题。噪声已成为继水污染、空气污染、固体废料污染之后的第四大环境公害^]。城市噪声污染严重影响了人们正常的工作、学习和休息。非稳态噪声对人的影响强于稳态噪声。在我国城市中车辆造成的非稳态噪声干扰十分普遍。有研究表明：高强度非稳态噪声可以诱发各种疾病，降低工作效率，造成生产事故，甚至还可能损害设备和建筑物。低频噪声对人的心情、学习、睡眠及某些行为都会产生直接影响。因此，环境噪声控制已成为城市环境保护和社会发展的重要工作内容。近年来噪声污染投诉事件数量一直居各类环境污染诉讼事件的首位，对环境噪声进行及时准确的测量分析和有效控制就显得尤为重要。

目前自动噪声监测系统大致分为数据采集系统、前端供电系统、数据传输 (有线或无线) 系统以及数据中心等四大部分。现有的很多环境噪声监测系统采用有线、有线加调制解调器或光纤等通讯方式。基于电话线的传输方法有两种：一种是监测仪器和数据中心都通过调制解调器接入电话线网，传送、接收双方是对等的，随时都可通过拨号访问对方，例如江西南昌市的噪声监测系统。另一种是监测仪器用调制解调器接入电话线网，而数据中心接入计算机互联网接收数据。因为电话线网的覆盖面较广，利用电话线传输数据具有初期投资较小、数据传输的正确率较高等优点，但在使用过程中由于按占线时间的长短计费，不适合在线时间长而传输数据量少的监测系统。如果监测仪器周围没有电话线，就需要专门架设电话线，从而增加前期安装工作的难度，增大监测成本。采用光纤方式传输数据，虽然传输速度快，传输数据量大，但铺设光纤成本过大，监测部门很难承担。由于自动监测设备投资过大，国内目前的评测方法通常是专业人员使用传统的环境噪声检测仪器通过定期定点随机巡检的方式采集数据，然后集中对数据进行分析处理，最终进行综合评价分析。由于噪声的即时性特点，这种检测评价方式已不能满足环境噪声监测的需要，并制约着环境执法、环境治理。

三、发明内容：

本发明的目的是提供分布式城市环境噪声实时自动监测系统，它用于解决现有的自动监测系统投资成本高的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：这种分布式城市环境噪声实时自动监测系统由一个监测中心和多个监测节点协同组成，各个监测节点通过互联网连接监测中心，把经过预处理的噪声数据传输到监测中心，由监测中心完成噪声数据的分析并展示出来；

监测节点由声压传感器、节点数据管理模块、LabVIEW节点端、NAS服务器管理模块、节点通信模块构成，节点计算机通过声卡接收声压传感器采集的噪声信号，节点数据管理模块、LabVIEW节点端、NAS服务器管理模块、节点通信模块均设置在节点计算机中；

监测中心设置有中心计算机，中心计算机内安装有噪声数据分析模块、中心数据管理模块、LabVIEW服务器、城市噪声GIS展示模块、中心通信模块。

有益效果：

1、本发明系统采用分布式架构，整个系统是基于虚拟仪器技术且以LabVIEW为管理平台，一个监测中心和多个监测节点之间由中心和节点通信子系统实现通信连接，而监测节点的LabVIEW通信模块主要负责LabVIEW服务器和客户端的通信连接，由通信模块实现监测中心和各节点间的数据传输，将原始噪声信号采集以及信号的前期处理和存储分布到各个监测节点，在监测中心完成信号的后期处理、分析、条件查询、条件存储和展示，实现了对城市环境噪声长期连续监测和处理分析。

2、本发明实现了虚拟仪器技术与网络通信技术的融合；应用NAS数据存储技术，适用系统海量数据存储以保障系统分布式数据库运行的鲁棒性；数据处理技术与GIS技术结合，监测中心将多个监测节点传送过来的噪声数据进行定量分析，以地图化的独特视觉效果将城市噪声情况展示出来，为管理部门提供直观、快捷的噪声监测界面。

3、本发明采用分布式架构，系统也易于扩展和调整。

4、本发明构建成本低廉，性价比高且实用性高。

四、附图说明：

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明中监测中心与监测节点的连接关系示意图。

1中心计算机   2互联网   3节点计算机   4声压传感器。

五、具体实施方式：

下面结合附图对本发明做进一步的说明：

如图1所示，这种分布式城市环境噪声实时自动监测系统由一个监测中心和多个监测节点协同组成，各个监测节点通过互联网连接监测中心，具体为由监测中心的中心计算机1和多个监测节点的节点计算机3协同组成，各个监测节点的节点计算机3通过互联网2连接监测中心的中心计算机1，把经过预处理的噪声数据传输到监测中心的中心计算机1，由监测中心的中心计算机1完成噪声数据的分析并展示出来。本发明依托计算机和Internet网络及LabVIEW开发平台，融合虚拟仪器技术和计算机网络技术，将噪声监测终端以虚拟仪器软件开发的方式植入环境噪声监测节点的计算机中，再通过Internet网络实现数据处理中心（监测中心）与各噪声监测节点的网络连接，从而实现城市区域环境噪声的自动实时监测。

本发明中监测节点由声压传感器4、节点数据管理模块、LabVIEW节点端、NAS服务器管理模块、节点通信模块构成，节点计算机3通过声卡接收声压传感器4采集的噪声信号，节点数据管理模块、LabVIEW节点端、NAS服务器管理模块、节点通信模块均设置在节点计算机3中。各节点有相对独立的系统执行能力，在本地管理和维护监测点原始的信号数据，极大地减轻监测中心的数据管理和通信负担，使得监测中心能专注于区域噪声的分析和处理。同时，采用分布式架构，系统也易于扩展和调整。各监测节点的功能相似，主要区别在于地理、监测配置文件不同。

本发明中监测中心设置有中心计算机1，中心计算机1内安装有噪声数据分析模块、中心数据管理模块、LabVIEW服务器、城市噪声GIS展示模块、中心通信模块。

实现本发明的关键技术之一是虚拟仪器技术与网络通信技术的融合。为了满足系统高性能的要求，系统在设计时结合C/S模式的优点，完成部分功能的实现，以满足监测中心和LabVIEW平台的功能需求，主要实现监测中心对监测节点的数据查询以及LabVIEW平台间的通信等功能。为了减少系统构建成本，系统通信将在Internet基础上利用技术手段实现系统的通信功能，从而避开传统的DDN等较为昂贵的通信手段。由于系统通信构建在Internet上，所以在系统运行前，首先要由中心通信模块和节点通信模块协同工作，负责完成系统各个部分的通信连接。主要实现方式为：中心通信模块工作于具有静态IP地址的服务器上，固定监听端口，始终处于监听状态。如果有分站（监测节点）连接请求，在通过验证后建立连接。中心通信模块又分为中心监测通信模块和LabVIEW通信模块，中心监测通信模块主要负责上述的系统通信的初始化工作，实现中心与各分站的通信连接，而LabVIEW通信模块主要负责LabVIEW服务器和客户端的通信连接。

实现的关键技术之二是数据存储技术的应用。对于每个监测节点都需要对环境噪声进行长时间连续监测，因而采集环境噪声所产生的原始信号数据量很大，为了适用海量数据存储的要求，保证监测数据的高可靠性和高安全性，本发明在监测节点采用性价比很高NAS数据存储技术，以保障系统分布式数据库运行的鲁棒性。

实现本发明的关键技术之三是数据处理技术与GIS技术结合。而对于监测中心而言，需要对每个监测节点所传送过来的环境噪声信号进行分析处理，根据监测和管理的需要，对噪声数据进行定量分析，并将噪声数据分析模块的分析结果和地理空间数据库相结合，使用GIS技术，以地图化的独特视觉效果将城市噪声情况展示出来，为管理部门提供直观、快捷的噪声监测界面。

本发明可实时监控建筑施工噪声的超标和取证；记录分析突发的噪声事件；根据有关噪声软件绘制实时或常年的城市噪声谱图，发现、掌握噪声超标的点位和地段；噪声连续监测的数据与城市其它环境质量自动监控数据共享；对城市噪声敏感点声环境质量特点进行连续自动监测和频谱分析，并以此为依据制定噪声治理措施；为制定城市噪声功能区远景规划、城市规划整体合理布局、噪声控制预测、提供有效可靠的连续监测的数据。

本发明与其它自动监测系统相比较最大的优势不但最大限度的减少硬件投资，而且系统软件更新换代比较方便。因为系统中的每一台监测终端所用的计算机都可以在实现噪声监测的同时执行其他任务。换言之，我们完全可以利用原有的计算机及网络条件，在终端机上配置软件和声压传感器即可完成前端监测任务。系统的硬件投入将大幅度减少。而系统的组建则可大可小。由此将使得任何城市都能承受的起系统建设的资金投入，市场的前景将十分广阔。

Claims (1)

1.一种分布式城市环境噪声实时自动监测系统，其特征在于：这种分布式城市环境噪声实时自动监测系统由一个监测中心和多个监测节点协同组成，各个监测节点通过互联网（2）连接监测中心，把经过预处理的噪声数据传输到监测中心，由监测中心完成噪声数据的分析并展示出来；

监测节点由声压传感器（4）、节点数据管理模块、LabVIEW节点端、NAS服务器管理模块、节点通信模块构成，节点计算机（3）通过声卡接收声压传感器（4）采集的噪声信号，节点数据管理模块、LabVIEW节点端、NAS服务器管理模块、节点通信模块均设置在节点计算机（3）中；

监测中心设置有中心计算机（1），中心计算机（1）内安装有噪声数据分析模块、中心数据管理模块、LabVIEW服务器、城市噪声GIS展示模块、中心通信模块；

采用C/S组网模式，由中心通信模块和节点通信模块协同工作，负责完成系统各个部分的通信连接；主要实现方式为：中心通信模块工作于具有静态IP地址的服务器上，固定监听端口，始终处于监听状态；如果有监测节点连接请求，在通过验证后建立连接；中心通信模块又分为中心监测通信模块和LabVIEW通信模块，中心监测通信模块主要负责上述的系统通信的初始化工作，实现中心与各分站的通信连接，而LabVIEW通信模块主要负责LabVIEW服务器和客户端的通信连接；

对于每个监测节点对环境噪声进行长时间连续监测，监测节点采用NAS数据存储技术；

对每个监测节点所传送过来的环境噪声信号进行分析处理，根据监测和管理的需要，对噪声数据进行定量分析，并将噪声数据分析模块的分析结果和地理空间数据库相结合，使用GIS技术，以地图化的视觉效果展现城市噪声情况。

Images