環境噪聲監測通信技術
隨著人們生活水平的提高和環境噪聲污染的加劇，改善城市和鄉村的聲環境質量已經成為人們迫切的需求。噪聲監測作為噪聲污染防治的基礎也自然成為環境保護部門的工作重點。傳統的數據監測方法耗時、費力并且可靠性差，因此，環境噪聲網絡化自動監測系統的建設對于實現環境噪聲的長時間連續自動監測具有重要的現實意義。
由于國外歐美一些發達國家的工業化和城市化進程比較早，環境問題的產生和相應的環境噪聲監測研究與應用已有二十多年的歷史，西班牙、法國及瑞典等發達國家已生產出全天候長年能在戶外進行測量噪聲的自動監測系統，并能根據監測系統提供的數據進行噪聲預測軟件的設計和城市規劃，實現科學合理地控制城市環境噪聲［1 ～4］。
由于環境噪聲自動連續監測系統在國外城市區域的廣泛應用，大大地促進了城市區域環境噪聲的戰略研究。有關噪聲軟件根據環境噪聲自動連續監測系統網絡的監測數據可繪制城市區域的瞬時三維立體彩色噪聲譜圖以顯示噪聲超標地段、時間［5，6］。目前，國內的大部分環境噪聲網絡化監測系統的結構是前端利用噪聲采集終端或數據采集儀完成噪聲信號的采集，然后利用顯示屏直接顯示噪聲分貝等級，或者是利用 GPRS 無線網絡將數據上傳到噪聲監控中心，噪聲監控中心實現噪聲數據的處理、存儲及噪聲等級顯示等功能［7］，這些方案具有費用較高、操作復雜及資源不能重復利用等缺點。因此，筆者提出基于虛擬儀器技術的環境噪聲自動監測系統。
1 通信系統結構設計
本系統開發本著集約化原則，以網絡服務器、PC 機和噪聲傳感器為硬件基礎，以現有的局域網和 Internet 為依托，以 LabVIEW 和 GIS 為軟件開發平臺，融合噪聲檢測技術、虛擬儀器技術、網絡通信技術和數據存儲技術，構建一個分布式全自動噪聲實時監測系統，總體結構如圖 1 所示。該系統設定為三級管理模式，監控中心作為一級管理中心下轄 M 個二級數據平臺，而每個二級數據平臺再管理 n 個噪聲監測節點，所有監測節點利用 LabVIEW 提供的聲音采集函數庫和 PC 機實現采集外界的噪聲數據，監測節點完成噪聲信號的顯示和分析處理功能，并將等效聲級作為噪聲監測的參數上傳到所屬區的數據平臺，數據平臺完成節點巡檢和噪聲數據的存儲，最后各分區的數據平臺將存儲的噪聲數據上傳到監控中心形成噪聲地圖并實時顯示噪聲等級。該系統監控中心與二級數據平臺通過 Internet 實現數據通信，數據平臺與監測節點實現局域網內數據傳輸，局域網中數據平臺與監測節點的數據傳輸和實時監控功能是利用了 LabVIEW 提供的共享變量和瀏覽器網 絡通信技術。
2 通信系統實現
系統中監測節點是依據 GB3096-2008 聲環境質量標準開發的一種基于 LabVIEW 環境噪聲自動監測儀，以聲壓傳感器和 PC 機為硬件基礎，應用 LabVIEW 中的聲音采集技術設計完成的。儀器可以在 25 ～138dB 測量范圍內實現 ±1． 5dB 的精確度和 0． 1dB 的分辨率，實時檢測并記錄周圍環境的聲級、瞬時聲級和連續等效聲級并圖形化實時顯示噪聲的時域波形和頻譜，自動實現環境聲級超限報警，具有網絡通信功能［8］。監控節點系統結構如圖 2 所示。
數據平臺根據用戶的需求規劃為網絡通信、數據處理和分析顯示 3 個功能模塊，網絡通信模塊對下負責與監測節點的數據通信，完成對節點的巡檢與遠程監控任務，對上負責與監控中心的數據通信，完成關鍵數據的上傳任務。數據處理模塊主要承擔關鍵數據的計算和存儲。分析顯示模塊負責數據分析、局部噪聲地圖的生成與顯示。數據平臺系統如圖 3 所示。
數據處理中的存儲功能利用了 LabVIEW 提供的數據庫模塊建立 SQL 數據庫并設定各個監測節點上傳的等效噪聲，每隔 30s 存儲一次。LabVIEW 的網絡通信方法主要有共享變量、TCP、RDA、瀏覽器及 DataSocket 等幾種網絡通信方式。鑒于數據平臺管理的各監測節點在同一局域網內進行通信，采用 LabVIEW 平臺提供的共享變量方式實現節點巡檢功能。同時利用 LabVIEW 的提供的 Web 服務器監控區域內各個監測節點的實時運行畫面，以便確定節點上傳到分區數據平臺的準確性和真實性。共享變量通信方式最大的特點是用戶不需要了解任何網絡協議，不用任何編程就能輕松實現網絡數據的交換，適用于實時系統。鑒于 TCP 協議的開放性和實用性強，具有交互式通信、網絡安全性能高及不用安裝其他輔助軟件等優點，本系統采用 TCP 通信函數實現分區數據平臺與監控中心的通信。鑒于 LabVIEW 具有實現多任務、多線程的特點，數據平臺的對上和對下通信在同一個 LabVIEW 管理程序下實現并行運行，其中與監測節點的通信流程如圖 4 所示，與監控中心的通信流程如圖 5 所示。
根據用戶的需求監控中心規劃為網絡通信、數據處理和分析顯示 3 個功能模塊，網絡通信模塊負責與各二級數據平臺數據通信。數據處理模塊主要承擔關鍵數據的計算和存儲。分析顯示模塊負責數據分析、將各局部噪聲地圖匯總生成區域噪聲地圖并顯示。監控中心與區域內的分區監控平臺的通信采用 LabVIEW 提供的 TCP 網絡通信方式，接收各個分區監控平臺上傳的區域內平均等效聲級，利用了 VB + GIS 技術繪制噪聲地圖，直觀顯示各區域內的環境噪聲等級。
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