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(shí)用墨西哥城的多點(diǎn)）中心歷史區(qū)域的不同部分監(jiān)視和記錄噪聲等級(jí)，使政府能夠設(shè)計(jì)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(gè)節(jié)點(diǎn)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(duì)噪聲等級(jí)進(jìn)行測(cè)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(shí)都有持續(xù)的交通流量。在早晨和夜晚高峰時(shí)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(jí)測(cè)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?yàn)檫^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(jià)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(cè)量在中心歷史區(qū)域不同部分的噪聲等級(jí)。

我們將許多監(jiān)視節(jié)點(diǎn)放置在Zócalo Capitalino（即城市廣場(chǎng)）附近，其四周環(huán)繞著帶有宗教特色建筑設(shè)計(jì)和新西班牙中央政權(quán)的建筑物。國(guó)家宮殿是在總都任期內(nèi)作為公共管理活動(dòng)場(chǎng)所而建造的，它位于東面。北面是城市教堂，它以五個(gè)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?yàn)樗档土顺杀?，提供了設(shè)置監(jiān)視系統(tǒng)時(shí)的靈活性。每個(gè)監(jiān)視節(jié)點(diǎn)基于運(yùn)行Windows XP并帶有無線適配器的無顯示器（這點(diǎn)拿不準(zhǔn)）工業(yè)PC和NI USB-9234動(dòng)態(tài)信號(hào)分析儀（DSA）。在硬件評(píng)估過程中，我們決定使用NI產(chǎn)品，因?yàn)樗啾瘸杀靖偷脑胍魷y(cè)試儀能夠提供更好的測(cè)量質(zhì)量、堅(jiān)固性和可靠性。

每個(gè)節(jié)點(diǎn)包含半英寸長(zhǎng)的預(yù)極化IEC 61672級(jí)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(gè)節(jié)點(diǎn)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(shí)丟失數(shù)據(jù)。節(jié)點(diǎn)每隔30秒對(duì)噪聲等級(jí)進(jìn)行測(cè)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(diǎn)，控制中心應(yīng)用程序和NI聲音與振動(dòng)測(cè)量套件與聲音等級(jí)測(cè)量、加權(quán)濾波器、倍頻分析的國(guó)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(cè)試儀），使測(cè)量更為精確和具有可重復(fù)性。

LabVIEW的簡(jiǎn)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(gè)重要考慮。我們僅用了18個(gè)月的業(yè)余時(shí)間就完成了整個(gè)解決方案，如果使用了任何其他編程語言或工具，我們估計(jì)需要連續(xù)全職工作長(zhǎng)達(dá)四年。服務(wù)器自動(dòng)檢測(cè)、配置并管理遠(yuǎn)程節(jié)點(diǎn)。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?cè)瓉碛?jì)劃使用在2008年安裝的公共無線網(wǎng)降低成本。但是，因?yàn)樵诠簿W(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(diǎn)轉(zhuǎn)換到由無線載體提供的較慢的3G（國(guó)際移動(dòng)電信-2000，IMT-2000）網(wǎng)絡(luò)上。3G網(wǎng)絡(luò)允許同時(shí)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(shí)候去除這些較慢的3G連接。

除了例如在不同平均周期和時(shí)間下的等效聲音等級(jí)（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(cè)量突出的頻點(diǎn)。如果超出了任何閾值，系統(tǒng)將會(huì)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(shí)時(shí)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(duì)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(shí)現(xiàn)推動(dòng)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(jì)劃使用采集到的數(shù)據(jù)找出噪聲問題最嚴(yán)重的時(shí)間和地點(diǎn)，創(chuàng)建噪聲地圖，討論和頒布法規(guī)對(duì)噪聲進(jìn)行控制和預(yù)防，促進(jìn)健康“噪聲”環(huán)境，讓這個(gè)城市的噪聲等級(jí)達(dá)到世界上其他大城市的相當(dāng)水平。

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