CN107741272A - 一种噪声声场稀疏化测量方法、系统及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种噪声声场稀疏化测量方法、系统及装置,该方法包括:获取环境噪声信息,确定待测量区域,将其网格化并对网格均匀分区,建立基础测点矩阵;根据声源类型设置结构与性能约束条件,对基础测点矩阵进行稀疏化处理,得到稀疏测量矩阵,确定测量点位置,生成稀疏测点布置图;根据稀疏测点布置图在测量点位置设置声音测量装置,进行噪声声场测量。本发明能有效避开背景噪声影响,准确测量室外环境噪声,针对不同区域,能够准确测量噪声声场和有效获取噪声信息。
Description
技术领域
本发明属于声场测量的技术领域,尤其是涉及一种噪声声场稀疏化测量方法、 系统及装置。
背景技术
噪声严重污染周围环境,对人们的日常生活及身心健康产生极坏的影响。噪 声源周围环境噪声的定量测量是进行噪声治理和控制的前提依据。
近年来,国内外学者从噪声测量方面进行深入研究,多数学者以声压测量为 基础对噪声进行测量及数据分析。声压测量法因其原理明确、操作简易被广泛应 用于设备噪声测量,但因其测量精度强烈地依赖于声源特征、测点位置和环境背 景声,声压测量方法需要进一步改善提高。要想以声压测量法对环境噪声进行有 效测量而且不失精度,至少必须解决以下关键问题:
(1)声场特征
明确声场特征是进行声场测量的前提,如何有效获取是测量的关键;
(2)测点位置
测点位置是进行声压测量的核心问题,测点位置的有效性是实现声数据合理 的根本;
(3)背景声
背景声会对测量过程造成干扰使测量数据失去真实意义。如何有效剔除环境 背景声影响是声压法测量精度的保证。
综上所述,针对现有技术如何进一步提高基于声压测量法对环境噪声测量精 度的问题,尚缺乏有效的解决方案。因此,开展一种以声压为基础的噪声声场稀 疏化测量方法不仅具有十分重要的理论意义,而且能够扩展声压测量方法的应用。
发明内容
针对现有技术中存在的不足,解决现有技术中基于声压测量法对环境噪声测 量精度低的问题,本发明提供了一种噪声声场稀疏化测量方法、系统及装置,具 体的为一种以声压测量法为基础的噪声声场稀疏化测量方法,对不同区域进行稀 疏化测点布置测量环境噪声,有效避开背景噪声影响,准确测量室外环境噪声; 且能够针对不同区域,准确测量噪声声场以及有效获取噪声信息。
本发明的第一目的是提供一种噪声声场稀疏化测量方法。
为了实现上述目的,本发明采用如下一种技术方案:
一种噪声声场稀疏化测量方法,该方法包括:
获取环境噪声信息,确定待测量区域,将其网格化并对网格均匀分区,建立 基础测点矩阵;
根据声源类型设置结构与性能约束条件,对基础测点矩阵进行稀疏化处理, 得到稀疏测量矩阵,确定测量点位置,生成稀疏测点布置图;
根据稀疏测点布置图在测量点位置设置声音测量装置,进行噪声声场测量。
作为进一步的优选方案,所述环境噪声信息包括噪声声压级别、噪声声场频 率分布范围、噪声声源辐射范围和传播特征。
作为进一步的优选方案,在该方法中,根据获取的环境噪声信息,将噪声辐 射主区域作为待测量区域,确定测量点数量和总网格数量,在待测量区域设置虚 拟网格,将待测量区域网格化,形成等间距分布的网格点。
作为进一步的优选方案,在该方法中,根据网格距离划分原则,均匀划分网 格,同时采用等面积分区的方式对网格进行均匀分区,分区后每个区的网格点数 相同,得到基础网格,所述分区的数量根据网格区域及网格点数确定。
作为进一步的优选方案,在该方法中,在基础网格上建立二维坐标系,将网 格点坐标化,建立基础测点矩阵。
作为进一步的优选方案,所述结构与性能约束条件包括测点分布均匀性和测 点有效性;
在该方法中,所述测点分布均匀性采用每个区内布置相同数量测点,并定量 化评价测点分布均匀性;
所述测点有效性采用声压和/或信噪比参数对测点位置进行定量优化。
本发明的第二目的是提供一种噪声声场稀疏化测量系统。
为了实现上述目的,本发明采用如下一种技术方案:
一种噪声声场稀疏化测量系统,该系统包括:
噪声数据采集装置,用于初步采集环境噪声信息,并传输至声场稀疏化测量 装置;
声场稀疏化测量装置,用于获取噪声数据采集装置采集的环境噪声信息,确 定待测量区域,将其网格化并对网格均匀分区,建立基础测点矩阵;根据声源类 型设置结构与性能约束条件,对基础测点矩阵进行稀疏化处理,得到稀疏测量矩 阵,确定测量点位置,生成稀疏测点布置图;
声音测量装置,根据稀疏测点布置图设置于测量点位置,进行噪声声场测量。
作为进一步的优选方案,所述噪声数据采集装置采用传声器、位移传感器和 /或噪声数据采集系统;
所述声音测量装置采用麦克风。
本发明的第三目的是提供一种计算机可读存储介质。
为了实现上述目的,本发明采用如下一种技术方案:
一种计算机可读存储介质,其中存储有多条指令,所述指令适于由终端设备 设备的处理器加载并执行以下处理:
获取环境噪声信息,确定待测量区域,将其网格化并对网格均匀分区,建立 基础矩阵模型;
根据声源类型设置结构与性能约束条件,对基础矩阵模型进行稀疏化处理, 得到稀疏测量矩阵,确定测量点位置,生成稀疏测点布置图。
本发明的第四目的是提供一种声场稀疏化测量装置。
为了实现上述目的,本发明采用如下一种技术方案:
一种声场稀疏化测量装置,采用一种计算终端设备,包括处理器和计算机可 读存储介质,处理器用于实现各指令;计算机可读存储介质用于存储多条指令, 所述指令适于由处理器加载并执行以下处理:
获取环境噪声信息,确定待测量区域,将其网格化并对网格均匀分区,建立 基础矩阵模型;
根据声源类型设置结构与性能约束条件,对基础矩阵模型进行稀疏化处理, 得到稀疏测量矩阵,确定测量点位置,生成稀疏测点布置图。
本发明的有益效果:
1、本发明所述的一种噪声声场稀疏化测量方法、系统及装置,在基础测点 矩阵建立过程中,采用目标声源辐射声场分区的方式,减少了目标对象的盲目性, 同时采用网格划分和坐标矩阵转化,提高了位置收索速度,增强了针对性;
2、本发明所述的一种噪声声场稀疏化测量方法、系统及装置,设定结构与 性能约束条件,在基础矩阵中快速找出符合性能要求的稀疏测点并生成稀疏矩阵;
3、本发明所述的一种噪声声场稀疏化测量方法、系统及装置,稀疏测点选 取过程相互联系又相互独立,便于实现优化条件的精确控制;同时可针对不同声 源类型,更改相应约束和参数,提高了该方法应用的普适性和适用性;
4、本发明所述的一种噪声声场稀疏化测量方法、系统及装置,采基于用声 压法的对不同区域进行稀疏化测点布置,能有效避开背景噪声影响,可准确测量 室外环境噪声,针对不同区域,该方法能准确测量噪声声场和有效获取噪声信息。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解,本申请 的示意性实施例及其说明用于解释本申请,并不构成对本申请的不当限定。
图1为本发明中的方法流程图;
图2为本发明中的网格点及网格分区示意图;
图3为本发明中的最大信噪比位置筛选示意图;
图4为本发明中的稀疏测量矩阵示意图;
图5为本发明中的稀疏测点布置示意图。
具体实施方式:
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、 完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部 的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳 动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
应该指出,以下详细说明都是例示性的,旨在对本申请提供进一步的说明。 除非另有指明,本实施例使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域 的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是,这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式,而非意图限 制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的,除非上下文另外明确指出, 否则单数形式也意图包括复数形式,此外,还应当理解的是,当在本说明书中使 用术语“包含”和/或“包括”时,其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或 它们的组合。
针对现有技术中存在的不足,解决现有技术中基于声压测量法对环境噪声测 量精度低的问题,本发明提供了一种噪声声场稀疏化测量方法、系统及装置,具 体的为一种以声压测量法为基础的噪声声场稀疏化测量方法,对不同区域进行稀 疏化测点布置测量环境噪声,有效避开背景噪声影响,准确测量室外环境噪声; 且能够针对不同区域,准确测量噪声声场以及有效获取噪声信息。
在不冲突的情况下,本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下 面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
实施例1:
本实施例1的目的是提供一种基于移动用户的实时视频分发系统。
在本实施例中,噪声声源先验条件:声源位于室内,距地面2米,距室门 1.5米处。
为了实现上述目的,本发明采用如下一种技术方案:
如图1所示,
一种噪声声场稀疏化测量方法,该方法包括:
步骤(1):获取环境噪声信息,确定待测量区域,将其网格化并对网格均匀 分区,建立基础测点矩阵;
在步骤(1)中国,所述环境噪声信息包括噪声声压级别、噪声声场频率分 布范围、噪声声源辐射范围和传播特征。
步骤(1)的具体步骤包括:
步骤(1-1):根据获取的环境噪声信息,将噪声辐射主区域作为待测量区域, 确定测量点数量和总网格数量;
步骤(1-2):在待测量区域设置虚拟网格,将待测量区域网格化,形成等间 距分布的网格点。如图2所示,
网格点间距d依据阵列孔径理论设置为其中,λmin为声辐射 波最小波长,最终将目标声源声辐射区域即待测量区域划分基础网格,网格的交 叉点设为网格点,所有的网格点都将是声音测量装置的位置被选点。基础网格区 域尽量覆盖整个声源的主辐射区。
步骤(1-3):根据网格距离划分原则,均匀划分网格,同时采用等面积分区 的方式对网格进行均匀分区,划分为L个区,分区后每个区的网格点数相同, 每个区M个网格点,得到基础网格,所述分区的数量根据网格区域及网格点数 确定。
步骤(1-4):在基础网格上建立二维坐标系,将网格点坐标化,建立基础测 点矩阵。
假设网格点分布为M行L列,每个网格点均由坐标(x,y)表示,基础测 点矩阵表示为:
其中,Γx的行表示位置点的横坐标,列表示区变量,Γy的行表示位置点的纵 坐标,列为区变量。
上述数学模型对应于一个L个区,每个区M个网格点的网格区域,总网格点 数量为G=M*L个。步骤(2)将设置结构和性能参数,从这G个网格点位置中优 选出J个位置布置声音测量装置。
步骤(2):根据声源类型设置结构与性能约束条件,对基础测点矩阵进行稀 疏化处理,得到稀疏测量矩阵,确定测量点位置,生成稀疏测点布置图;
所述结构与性能约束条件包括测点分布均匀性和测点有效性;
在该方法中,所述测点分布均匀性采用每个区内布置相同数量测点,并定量 化评价测点分布均匀性;
所述测点有效性采用声压和/或信噪比参数对测点位置进行定量优化。
步骤(2)的具体步骤包括:
步骤(2-1):根据声源类型设置结构与性能约束条件,实现声场全面采集, 均匀布置测点;
采用等面积布置相同数量测点的原则,即对测量区域合理等面积分区,每个 区内布置相同数量的测点;为定量化评价测点分布均匀性,引入Pielous’均匀性 指数即规则化香农熵作为评价指标。
设(xo,yo)为测量网格面上J个声音测量装置布置后的形心位置坐标,则
其中,(xj,yj)是第j个声音测量装置位置点坐标。
令Xj表示声音测量装置j到形心(xo,yo)的位置距:
利用位置距的出现概率定义均匀性指数E:
其中,pj是第j个位置距出现的概率,Ln表示以e为底的对数,S表示总 的位置距数量。以E的数值大小表示均匀性的好差,也就是说,E越大,声音测 量装置分布均匀性越好。
步骤(2-2):保证每个声音测量装置测量的有效性,采用声压和信噪比两个 参数对测点位置进行定量优化;
步骤(2-2-1):设置距离测量声源最近位置声压为参考声压Pc,以此位置的 测量声压最为参考,在合理的声压级衰减范围内,评定最远的测量位置,在本实 施例中采用距离反比衰减原则,即最远位置测点的声压Rdc为两者间 欧式距离。当两者声压级差大于等于6dB时,该位置点无效。
步骤(2-2-2):计算不同位置点的信噪比SNR,并设置其大小进行位置点约 束。如图3所示。
为第i个声音测量装置接收到信号的有效功率,为 接收到的噪声有效功率。假设每个位置点的噪声相等,设定单个声音测量装 置的最大信噪比为XdB,当SNRi≥XdB时,说明此声音测量装置位置为有效位置 保留;当SNRi≤XdB,说明此位置差去除。
在本实施例中,经统计计算,X=8dB。
步骤(2-3):确定稀疏度,生成稀疏测量矩阵,确定测量点位置,生成稀疏 测点布置图。
稀疏度为矩阵中不为零的数值个数,表示每区等数量布置得测点数量,即从 均匀网格中确定的稀疏测量点个数。
在本实施例中,依据经验,取2-3个测点,即稀疏度设为2-3,测量点的总数 量由分区数量确定。
依据上述约束条件和矩阵运算,得出稀疏测量矩阵,如图4所示,
其中,Ωx的行表示稀疏测量矩阵位置点的横坐标,列表示区变量,Ωy的稀疏 测量矩阵行表示位置点的纵坐标,列为区变量。稀疏测量矩阵中每对非零位置坐 标均代表一个声音测量装置的位置。
稀疏测点布置示意图如图5所示。
步骤(3):根据稀疏测点布置图在测量点位置设置声音测量装置,进行噪声 声场测量。
实施例2:
本实施例2的目的是提供一种基于移动用户的实时视频分发方法。
为了实现上述目的,本发明采用如下一种技术方案:
一种噪声声场稀疏化测量系统,该系统包括:
噪声数据采集装置,用于初步采集环境噪声信息,并传输至声场稀疏化测量 装置;
声场稀疏化测量装置,用于获取噪声数据采集装置采集的环境噪声信息,确 定待测量区域,将其网格化并对网格均匀分区,建立基础测点矩阵;根据声源类 型设置结构与性能约束条件,对基础测点矩阵进行稀疏化处理,得到稀疏测量矩 阵,确定测量点位置,生成稀疏测点布置图;
声音测量装置,根据稀疏测点布置图设置于测量点位置,进行噪声声场测量。
在本实施例中,噪声声源先验条件:声源位于室内,距地面2米,距室门1.5 米处。声源为稳态声源,所述噪声数据采集装置采用B&K1/2-inch40 AI传声器、 Lance位移传感器、SCADASIII305数据采集系统对室外环境噪声进行采集。
所述声音测量装置采用麦克风。
根据噪声数据采集装置测量工况及声源的振动噪声传播特性,并依据所提出 的稀疏化测量方法,通过对测点的统计与优化,稀疏化测点布置如图5,各稀疏 测点的二维位置坐标见表1。
表1
测点 | x | y | z |
1 | 3 | 8 | 0 |
2 | 6 | 13 | 0 |
3 | 7 | 3 | 0 |
4 | 9 | 8 | 0 |
5 | 14 | 9 | 0 |
6 | 13 | 3 | 0 |
7 | 19 | 8 | 0 |
8 | 24 | 9 | 0 |
9 | 4 | 18 | 0 |
10 | 9 | 19 | 0 |
11 | 14 | 18 | 0 |
设置各测点间距不小于5m,测点与声源间距不小于1m。
实施例3:
本实施例3的目的是提供一种计算机可读存储介质。
为了实现上述目的,本发明采用如下一种技术方案:
一种计算机可读存储介质,其中存储有多条指令,所述指令适于由终端设备 设备的处理器加载并执行以下处理:
获取环境噪声信息,确定待测量区域,将其网格化并对网格均匀分区,建立 基础矩阵模型;
根据声源类型设置结构与性能约束条件,对基础矩阵模型进行稀疏化处理, 得到稀疏测量矩阵,确定测量点位置,生成稀疏测点布置图。
在本实施例中,计算机可读记录介质的例子包括磁存储介质(例如,ROM, RAM,USB,软盘,硬盘等)、光学记录介质(例如,CD-ROM或DVD)、PC 接口(例如,PCI、PCI-Expres、WiFi等)等。然而,本公开的各个方面不限于 此。
实施例4:
本实施例4的目的是提供一种声场稀疏化测量装置。
为了实现上述目的,本发明采用如下一种技术方案:
一种声场稀疏化测量装置,采用一种计算终端设备,包括处理器和计算机可 读存储介质,处理器用于实现各指令;计算机可读存储介质用于存储多条指令, 所述指令适于由处理器加载并执行以下处理:
获取环境噪声信息,确定待测量区域,将其网格化并对网格均匀分区,建立 基础矩阵模型;
根据声源类型设置结构与性能约束条件,对基础矩阵模型进行稀疏化处理, 得到稀疏测量矩阵,确定测量点位置,生成稀疏测点布置图。
本领域技术人员应该明白,上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计 算机装置来实现,可选地,它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现,从而, 可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行,或者将它们分别制作成各个集 成电路模块,或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。 本发明不限制于任何特定的硬件和软件的结合。
本发明的有益效果:
1、本发明所述的一种噪声声场稀疏化测量方法、系统及装置,在基础测点 矩阵建立过程中,采用目标声源辐射声场分区的方式,减少了目标对象的盲目性, 同时采用网格划分和坐标矩阵转化,提高了位置收索速度,增强了针对性;
2、本发明所述的一种噪声声场稀疏化测量方法、系统及装置,设定结构与 性能约束条件,在基础矩阵中快速找出符合性能要求的稀疏测点并生成稀疏矩阵;
3、本发明所述的一种噪声声场稀疏化测量方法、系统及装置,稀疏测点选 取过程相互联系又相互独立,便于实现优化条件的精确控制;同时可针对不同声 源类型,更改相应约束和参数,提高了该方法应用的普适性和适用性;
4、本发明所述的一种噪声声场稀疏化测量方法、系统及装置,采基于用声 压法的对不同区域进行稀疏化测点布置,能有效避开背景噪声影响,准确测量室 外环境噪声,针对不同区域,本发明能够准确测量噪声声场和有效获取噪声信息。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已,并不用于限制本申请,对于本领域 的技术人员来说,本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内, 所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本申请的保护范围之内。因此, 本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例,而是要符合与本文所公开的原理 和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种噪声声场稀疏化测量方法,其特征在于,该方法包括:
获取环境噪声信息,确定待测量区域,将其网格化并对网格均匀分区,建立基础测点矩阵;
根据声源类型设置结构与性能约束条件,对基础测点矩阵进行稀疏化处理,得到稀疏测量矩阵,确定测量点位置,生成稀疏测点布置图;
根据稀疏测点布置图在测量点位置设置声音测量装置,进行噪声声场测量。
2.如权利要求1所述的一种噪声声场稀疏化测量方法,其特征在于,所述环境噪声信息包括噪声声压级别、噪声声场频率分布范围、噪声声源辐射范围和传播特征。
3.如权利要求2所述的一种噪声声场稀疏化测量方法,其特征在于,根据获取的环境噪声信息,将噪声辐射主区域作为待测量区域,确定测量点数量和总网格数量,在待测量区域设置虚拟网格,将待测量区域网格化,形成等间距分布的网格点。
4.如权利要求3所述的一种噪声声场稀疏化测量方法,其特征在于,根据网格距离划分原则,均匀划分网格,同时采用等面积分区的方式对网格进行均匀分区,分区后每个区的网格点数相同,得到基础网格,所述分区的数量根据网格区域及网格点数确定。
5.如权利要求4所述的一种噪声声场稀疏化测量方法,其特征在于,在基础网格上建立二维坐标系,将网格点坐标化,建立基础测点矩阵。
6.如权利要求1所述的一种噪声声场稀疏化测量方法,其特征在于,所述结构与性能约束条件包括测点分布均匀性和测点有效性;
在该方法中,所述测点分布均匀性采用每个区内布置相同数量测点,并定量化评价测点分布均匀性;
所述测点有效性采用声压和/或信噪比参数对测点位置进行定量优化。
7.一种噪声声场稀疏化测量系统,其特征在于,该系统基于权利要求1-6任一所述的一种噪声声场稀疏化测量方法,包括:
噪声数据采集装置,用于初步采集环境噪声信息,并传输至声场稀疏化测量装置;
声场稀疏化测量装置,用于获取噪声数据采集装置采集的环境噪声信息,确定待测量区域,将其网格化并对网格均匀分区,建立基础测点矩阵;根据声源类型设置结构与性能约束条件,对基础测点矩阵进行稀疏化处理,得到稀疏测量矩阵,确定测量点位置,生成稀疏测点布置图;
声音测量装置,根据稀疏测点布置图设置于测量点位置,进行噪声声场测量。
8.如权利要求7所述的一种噪声声场稀疏化测量系统,其特征在于,所述噪声数据采集装置采用传声器、位移传感器和/或噪声数据采集系统;
所述声音测量装置采用麦克风。
9.一种计算机可读存储介质,其中存储有多条指令,其特征在于,所述指令适于由终端设备设备的处理器加载并执行以下处理:
获取环境噪声信息,确定待测量区域,将其网格化并对网格均匀分区,建立基础矩阵模型;
根据声源类型设置结构与性能约束条件,对基础矩阵模型进行稀疏化处理,得到稀疏测量矩阵,确定测量点位置,生成稀疏测点布置图。
10.一种声场稀疏化测量装置,采用一种计算终端设备,包括处理器和计算机可读存储介质,处理器用于实现各指令;计算机可读存储介质用于存储多条指令,其特征在于,所述指令适于由处理器加载并执行以下处理:
获取环境噪声信息,确定待测量区域,将其网格化并对网格均匀分区,建立基础矩阵模型;
根据声源类型设置结构与性能约束条件,对基础矩阵模型进行稀疏化处理,得到稀疏测量矩阵,确定测量点位置,生成稀疏测点布置图。
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