CN110149499A - 一种基于vr仿真的地铁噪声在线监测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于VR仿真的地铁噪声在线监测系统，包括声压传感器、户外摄像头、监测机箱和VR仿真监测装置，其中，声压传感器和户外摄像头均与监测机箱相连接，监测机箱与VR仿真监测装置相互连接，声压传感器用于测量地铁列车与轨道之间的声压数据；户外摄像头用于摄取地铁运行环境的视频数据；监测机箱用于传输视频数据、采集并传输声压数据、提取并传输噪声数据，以及接收数据采集命令；VR仿真监测装置用于输出数据采集命令、获取轨道结构内力数据、处理视频数据和声压数据并进行展示，以及展示噪声数据。与现有技术相比，本发明能实时完整地采集地铁运行数据，通过远程数据分析与处理，具有可视化操作及预警功能。
Description
技术领域
本发明涉及轨道降噪技术领域，尤其是涉及一种基于VR仿真的地铁噪声在线监测系统。
背景技术
随着城市地铁轨道交通的快速发展，地铁列车运行时引起的噪声污染愈发受到人们重视，过量的噪声将严重影响人们正常的工作和休息，产生损害身心健康、降低工作效率等危害。当列车速度达到或超过某种临界速度时，地铁将诱发地面波引起轨道结构的强烈振动，其后果是影响地铁运行的安全性和舒适性，严重时将造成轨道结构的损坏、列车脱轨等危害；同时，通过道碴和路基的传播还将引起轨道线路周边建筑物的强烈振动和结构噪声，噪声辐射会对沿线建筑物和居民区造成很大影响。实时获取地铁运营过程中的噪声数据，实现地铁的全寿命周期的监测，对于及时制定合理的减振降噪措施，保障地铁安全稳定的运行、优化地铁系统设计，具有重要的理论及工程实际价值。
针对地铁的噪声问题，目前欠缺对地铁噪声的全天候在线监测与采集，一方面，由于地铁环境通常处在地下或郊区，实际监测时会遇到许多突发情况影响监测效果，无法监测到地铁运行的真实数据，以致采集的数据信息不够完整，与实际数据存在一定的误差；另一方面，现有的地铁监测系统无法对现场数据进行远程的数据分析与处理，也不具备可视化展示操作、伤损识别及预警等功能；另外，数据传输的延时则会导致不能及时采取有效的降噪措施。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于VR仿真的地铁噪声在线监测系统。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种基于VR仿真的地铁噪声在线监测系统，包括声压传感器、户外摄像头、监测机箱和VR仿真监测装置，所述声压传感器和户外摄像头均与监测机箱相连接，所述监测机箱与VR仿真监测装置相互连接，所述声压传感器用于测量地铁列车与轨道之间的声压数据；
所述户外摄像头用于摄取地铁运行环境的视频数据；
所述监测机箱用于传输视频数据、采集并传输声压数据、提取并传输噪声数据，以及接收数据采集命令；
所述VR仿真监测装置用于输出数据采集命令、获取轨道结构内力数据、处理视频数据和声压数据并进行展示，以及展示噪声数据。
优选的，所述监测机箱内设有数据采集器、工业级4G路由器、远程控制开关和电源转换器，所述电源转换器通过远程控制开关将电能传输给数据采集器，所述远程控制开关和数据采集器均与工业级4G路由器连接，所述数据采集器用于采集声压数据，并从声压数据中提取噪声数据；
所述工业级4G路由器用于接收数据采集命令并传输给远程控制开关，以及传输视频数据、声压数据和噪声数据给VR仿真监测装置。
优选的，所述数据采集器包括安装有数据采集卡的数据采集仪，所述数据采集卡的输入端与声压传感器连接，其输出端与数据采集仪的输入端连接，所述数据采集仪的输出端连接到工业级4G路由器。
优选的，所述VR仿真监测装置包括依次连接的数据处理器和VR操作展示单元，所述数据处理器用于获取轨道结构内力数据，将视频数据以及声压数据处理成三维可视化模型；
所述VR操作展示单元包括VR头盔显示器和VR交互手柄，所述VR头盔显示器用于展示三维可视化模型和噪声数据，所述VR交互手柄用于输出数据采集命令，以及对三维可视化模型进行虚拟操作。
优选的，所述数据处理器内安装有Cinema 4D三维制图软件，所述数据处理器为NIcRIO-9031处理器，所述三维可视化模型具体为结构病害效果图。
优选的，所述声压传感器安装在地铁轨道外侧钢轨水平距离0.7m的位置，所述户外摄像头安装在监测机箱的顶部。
优选的，所述声压传感器为INV9208ICP声压传感器，所述户外摄像头为MJSX02CM小米云台版摄像机。
优选的，所述工业级4G路由器为F3X26工业级4G路由器，所述数据采集卡为NI9234采集卡，所述数据采集仪为NI cDAQ-9188以太网机箱。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
一、本发明通过声压传感器测量声压数据，利用户外摄像头摄取地铁运行环境，能够实时地采集地铁运行真实数据，提高了监测效果，保证了采集数据的完整性。
二、本发明采用VR仿真技术，通过建立三维可视化模型，实现结构病害可视化，可将轨道结构的变形转化为点状曲线反映到三维结构表面，从而为监测用户呈现丰富生动的结构病害现状，此外，通过VR人机交互手段，实现反馈数据交互式操作，监测用户能自定义改变VR头盔显示器中的信息，从而更加灵活的满足不同监测用户的需求及标准，极大限度地扩大了适用范围。
三、本发明利用工业级4G路由器进行数据的无线传输，能够实时获取现场的监测数据，有利于对监测数据进行远程化信息处理，使监测用户实现远程观测及分析数据，不仅提高了数据获取的速度，也提高了判断和处理的效率。
附图说明
图1为本发明的系统结构框图；
图2为本发明的监测机箱示意图；
图3为监测效果示意图；
图中标记说明：1、电源转换器，2、数据采集卡，3、数据采集仪，4、工业级4G路由器，5、远程控制开关。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
如图1和图2所示，一种基于VR仿真的地铁噪声在线监测系统，包括用于测量地铁列车与轨道之间的声压数据的声压传感器、用于摄取地铁运行环境的视频数据的户外摄像头、监测机箱和VR仿真监测装置，声压传感器和户外摄像头均与监测机箱相连接，监测机箱与VR仿真监测装置相互连接；
其中，监测机箱用于传输视频数据、采集并传输声压数据、提取并传输噪声数据，以及接收数据采集命令，监测机箱内设有数据采集器、工业级4G路由器4、远程控制开关5和电源转换器1，电源转换器1通过远程控制开关5将电能传输给数据采集器，远程控制开关5和数据采集器均与工业级4G路由器4连接，数据采集器包括安装有数据采集卡2的数据采集仪3，数据采集卡2的输入端与声压传感器连接，其输出端与数据采集仪3的输入端连接，数据采集仪3的输出端连接到工业级4G路由器4，户外摄像头与工业级4G路由器4连接，工业级4G路由器4还与VR仿真监测装置相互连接；
VR仿真监测装置用于输出数据采集命令、处理视频数据和声压数据并进行展示，以及展示噪声数据，VR仿真监测装置包括依次连接的数据处理器和VR操作展示单元，数据处理器内安装有Cinema 4D三维制图软件，用于将视频数据以及声压数据处理成三维可视化模型，以展示结构病害效果图。
如图3所示，VR操作展示单元包括VR头盔显示器和VR交互手柄，VR头盔显示器用于展示三维可视化模型和噪声数据，VR交互手柄用于输出数据采集命令，以及对三维可视化模型进行虚拟操作。
本实施例中，声压传感器采用INV9208ICP声压传感器，该型号的声压传感器具备国内同类产品中最优异的声学性能及长期稳定性，且具有精度高、功耗低、使用环境温度范围宽、工作稳定可靠等优点，声压传感器布置在距离外侧钢轨水平距离0.7m处；
户外摄像头采用MJSX02CM小米云台版摄像机，安装在监测机箱的顶部；
工业级4G路由器采用F3X26工业级4G路由器，数据采集卡采用NI9234采集卡，数据采集仪采用NI cDAQ-9188以太网机箱；
数据处理器采用NI cRIO-9031处理器。
本发明的具体工作原理为：户外摄像头将摄取的地铁运行环境视频数据通过工业级4G路由器传输给VR仿真监测装置；声压传感器将测量的声压数据由数据采集卡进行采集汇总，之后再传输至数据采集仪进行数据处理分析，以提取出噪声数据，声压数据和噪声数据一并通过工业级4G路由器传输到VR仿真监测装置；
由VR仿真监测装置结合视频数据、声压数据和噪声数据进行三维可视化建模、数据展示和预警评估，其中，VR仿真监测装置中的数据处理器实时获取轨道结构内力数据，并根据轨道结构内力数据绘制出地铁轨道的结构病害效果图，利用Cinema 4D三维制图软件，结合视频数据和声压数据对地铁车轮与轨道的结构进行三维可视化建模，根据数据分析软件得到的三维空间下的增量值，通过样条曲线或色彩块在轨道结构表面呈现出来，针对最大值的位置可增加标记符号，以突出显示，最终以VR形式通过VR头盔显示器展示给监测用户，VR头盔显示器的显示界面中还包含地铁运行的实时噪声数据，监测用户利用VR交互手柄可自定义图像显示的大小及颜色深浅，还可将设置方式保存在SD存储卡中随时调用，从而能为监测用户提供最为丰富形象的轨道结构病害现象。
本发明通过在每条地铁线路上对噪声敏感区域布设监测点，能保证监测范围覆盖车站站台、公共活动中心、居民区和工厂等需要严格控制噪声的区域，有利于对地铁降噪提供可靠的数据支撑。
Claims (10)
1.一种基于VR仿真的地铁噪声在线监测系统，其特征在于，包括声压传感器、户外摄像头、监测机箱和VR仿真监测装置，所述声压传感器和户外摄像头均与监测机箱相连接，所述监测机箱与VR仿真监测装置相互连接，所述声压传感器用于测量地铁列车与轨道之间的声压数据；
所述户外摄像头用于摄取地铁运行环境的视频数据；
所述监测机箱用于传输视频数据、采集并传输声压数据、提取并传输噪声数据，以及接收数据采集命令；
所述VR仿真监测装置用于输出数据采集命令、获取轨道结构内力数据、处理视频数据和声压数据并进行展示，以及展示噪声数据。
2.根据权利要求1所述的一种基于VR仿真的地铁噪声在线监测系统，其特征在于，所述监测机箱内设有数据采集器、工业级4G路由器、远程控制开关和电源转换器，所述电源转换器通过远程控制开关将电能传输给数据采集器，所述远程控制开关和数据采集器均与工业级4G路由器连接，所述数据采集器用于采集声压数据，并从声压数据中提取噪声数据；
所述工业级4G路由器用于接收数据采集命令并传输给远程控制开关，以及传输视频数据、声压数据和噪声数据给VR仿真监测装置。
3.根据权利要求1所述的一种基于VR仿真的地铁噪声在线监测系统，其特征在于，所述数据采集器包括安装有数据采集卡的数据采集仪，所述数据采集卡的输入端与声压传感器连接，其输出端与数据采集仪的输入端连接，所述数据采集仪的输出端连接到工业级4G路由器。
4.根据权利要求1所述的一种基于VR仿真的地铁噪声在线监测系统，其特征在于，所述VR仿真监测装置包括依次连接的数据处理器和VR操作展示单元，所述数据处理器用于获取轨道结构内力数据，将视频数据以及声压数据处理成三维可视化模型。
5.根据权利要求4所述的一种基于VR仿真的地铁噪声在线监测系统，其特征在于，所述VR操作展示单元包括VR头盔显示器和VR交互手柄，所述VR头盔显示器用于展示三维可视化模型和噪声数据，所述VR交互手柄用于输出数据采集命令，以及对三维可视化模型进行虚拟操作。
6.根据权利要求4所述的一种基于VR仿真的地铁噪声在线监测系统，其特征在于，所述数据处理器内安装有Cinema4D三维制图软件，所述三维可视化模型具体为结构病害效果图。
7.根据权利要求1所述的一种基于VR仿真的地铁噪声在线监测系统，其特征在于，所述声压传感器安装在地铁轨道外侧钢轨水平距离0.7m的位置，所述户外摄像头安装在监测机箱的顶部。
8.根据权利要求1所述的一种基于VR仿真的地铁噪声在线监测系统，其特征在于，所述声压传感器为INV9208 ICP声压传感器，所述户外摄像头为MJSX02CM小米云台版摄像机。
9.根据权利要求3所述的一种基于VR仿真的地铁噪声在线监测系统，其特征在于，所述工业级4G路由器为F3X26工业级4G路由器，所述数据采集卡为NI9234采集卡，所述数据采集仪为NI cDAQ-9188以太网机箱。
10.根据权利要求4所述的一种基于VR仿真的地铁噪声在线监测系统，其特征在于，所述数据处理器为NI cRIO-9031处理器。
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