使用NI LabVIEW完成墨西哥市的無線環(huán)境噪聲監(jiān)視

 Author(s):
L.P. Sanchez-F - Center for Computing Research, National Polytechnic Institute

Industry:
Education, Research

Products:
Sound and Vibration Measurement Suite, USB-9234, LabVIEW

The Challenge:
在墨西哥城（感覺好像平時用墨西哥城的多點）中心歷史區(qū)域的不同部分監(jiān)視和記錄噪聲等級，使政府能夠設(shè)計和頒布法規(guī)，控制或預(yù)防這些噪聲。

The Solution:
開發(fā)包含十個節(jié)點的（感覺不大通，用“自主式”）分布式無線監(jiān)視系統(tǒng)，布置在墨西哥城的不同位置，每隔30秒對噪聲等級進(jìn)行測量，每隔五分鐘將數(shù)據(jù)傳回主監(jiān)視站。

位于控制中心的中央服務(wù)接口

墨西哥城市中心全天24小時都有持續(xù)的交通流量。在早晨和夜晚高峰時期的繁忙交通造成了難以解決的噪聲問題。目前的標(biāo)準(zhǔn)建議噪聲應(yīng)該控制在白天68 db(A)以下，夜晚65 db(A)以下。但是，在大部分地區(qū)的噪聲等級測量結(jié)果在77 db(A)至82 db(A)之間，已經(jīng)達(dá)到令人煩躁的程度，并且接近因為過度接觸噪聲而導(dǎo)致聽力喪失的程度。因此，墨西哥城政府決定使用高性價比的分布式系統(tǒng)，利用稱為墨西哥市噪聲監(jiān)視系統(tǒng)（SIMAR-CH）的Wi-Fi無線程序，監(jiān)視并測量在中心歷史區(qū)域不同部分的噪聲等級。

我們將許多監(jiān)視節(jié)點放置在Zócalo Capitalino（即城市廣場）附近，其四周環(huán)繞著帶有宗教特色建筑設(shè)計和新西班牙中央政權(quán)的建筑物。國家宮殿是在總都任期內(nèi)作為公共管理活動場所而建造的，它位于東面。北面是城市教堂，它以五個教堂正廳的結(jié)構(gòu)將巴羅克風(fēng)格和新經(jīng)典風(fēng)格結(jié)合在一起。墨西哥市政府辦公室及其附屬建筑位于南面。

使用NI硬件和軟件開發(fā)無線監(jiān)視系統(tǒng)
我們選擇建立在有線體系結(jié)構(gòu)上的無線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，因為它降低了成本，提供了設(shè)置監(jiān)視系統(tǒng)時的靈活性。每個監(jiān)視節(jié)點基于運(yùn)行Windows XP并帶有無線適配器的無顯示器（這點拿不準(zhǔn)）工業(yè)PC和NI USB-9234動態(tài)信號分析儀（DSA）。在硬件評估過程中，我們決定使用NI產(chǎn)品，因為它相比成本更低的噪音測試儀能夠提供更好的測量質(zhì)量、堅固性和可靠性。

每個節(jié)點包含半英寸長的預(yù)極化IEC 61672級別1的麥克風(fēng)，安裝在位于道路地面上方4米處包含擋風(fēng)板、防雨器、鳥刺的箱子內(nèi)。盡管每個節(jié)點都連接到城市電力系統(tǒng)，我們使用不間斷電源防止停電時丟失數(shù)據(jù)。節(jié)點每隔30秒對噪聲等級進(jìn)行測量，每隔五分鐘將數(shù)據(jù)傳送到主監(jiān)視站中。

我們使用NI LabVIEW作為遠(yuǎn)程節(jié)點，控制中心應(yīng)用程序和NI聲音與振動測量套件與聲音等級測量、加權(quán)濾波器、倍頻分析的國際標(biāo)準(zhǔn)兼容（根據(jù)IEC 61260——電子聲學(xué)、倍頻頻帶與分?jǐn)?shù)倍頻頻帶濾波器以及IEC 61672——電子聲學(xué)、噪音測試儀），使測量更為精確和具有可重復(fù)性。

LabVIEW的簡單易用性可以方便開發(fā)用于中央服務(wù)器操作員的定制用戶界面，這也是一個重要考慮。我們僅用了18個月的業(yè)余時間就完成了整個解決方案，如果使用了任何其他編程語言或工具，我們估計需要連續(xù)全職工作長達(dá)四年。服務(wù)器自動檢測、配置并管理遠(yuǎn)程節(jié)點。此外，三維系統(tǒng)噪聲地圖顯示是最令城市官員印象深刻的特色。

我們原來計劃使用在2008年安裝的公共無線網(wǎng)降低成本。但是，因為在公共網(wǎng)絡(luò)上傳送視頻數(shù)據(jù)容量導(dǎo)致的ID沖突問題，我們必須將一些節(jié)點轉(zhuǎn)換到由無線載體提供的較慢的3G（國際移動電信-2000，IMT-2000）網(wǎng)絡(luò)上。3G網(wǎng)絡(luò)允許同時使用語音和數(shù)據(jù)服務(wù)，但是數(shù)據(jù)速率大大降低了，上行至數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)速率大約為5.8 Mbps，而無線網(wǎng)絡(luò)（801.11n）為54至100 Mbps。通過保留噪聲監(jiān)視系統(tǒng)的某些通道，我們必須能夠在擴(kuò)展系統(tǒng)的時候去除這些較慢的3G連接。

除了例如在不同平均周期和時間下的等效聲音等級（Leq）等用于道路交通噪聲的傳統(tǒng)度量之外，系統(tǒng)能夠記錄分?jǐn)?shù)倍頻分析和測量突出的頻點。如果超出了任何閾值，系統(tǒng)將會把聲音文件發(fā)送到中央服務(wù)器進(jìn)行研究。我們還提供了實時聲音片斷，可以方便在不同地區(qū)之間進(jìn)行選擇切換，這對于找出噪聲源很有幫助，從而將找出潛在噪聲問題的困難度降到了最低。

成功的NI產(chǎn)品實現(xiàn)推動健康“噪聲”環(huán)境
使用NI硬件和軟件，我們成功地為墨西哥城開發(fā)了無線環(huán)境噪聲監(jiān)視系統(tǒng)。墨西哥政府計劃使用采集到的數(shù)據(jù)找出噪聲問題最嚴(yán)重的時間和地點，創(chuàng)建噪聲地圖，討論和頒布法規(guī)對噪聲進(jìn)行控制和預(yù)防，促進(jìn)健康“噪聲”環(huán)境，讓這個城市的噪聲等級達(dá)到世界上其他大城市的相當(dāng)水平。

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