隨著人們生活水平的提高和環(huán)境噪聲污染的加劇，改善城市和鄉(xiāng)村的聲環(huán)境質(zhì)量已經(jīng)成為人們迫切的需求。噪聲監(jiān)測作為噪聲污染防治的基礎(chǔ)也自然成為環(huán)境保護(hù)部門的工作重點(diǎn)。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)監(jiān)測方法耗時(shí)、費(fèi)力并且可靠性差，因此，環(huán)境噪聲網(wǎng)絡(luò)化自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)的建設(shè)對于實(shí)現(xiàn)環(huán)境噪聲的長時(shí)間連續(xù)自動(dòng)監(jiān)測具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

    由于國外歐美一些發(fā)達(dá)國家的工業(yè)化和城市化進(jìn)程比較早，環(huán)境問題的產(chǎn)生和相應(yīng)的環(huán)境噪聲監(jiān)測研究與應(yīng)用已有二十多年的歷史，西班牙、法國及瑞典等發(fā)達(dá)國家已生產(chǎn)出全天候長年能在戶外進(jìn)行測量噪聲的自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)，并能根據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)進(jìn)行噪聲預(yù)測軟件的設(shè)計(jì)和城市規(guī)劃，實(shí)現(xiàn)科學(xué)合理地控制城市環(huán)境噪聲［1 ～4］。

    由于環(huán)境噪聲自動(dòng)連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)在國外城市區(qū)域的廣泛應(yīng)用，大大地促進(jìn)了城市區(qū)域環(huán)境噪聲的戰(zhàn)略研究。有關(guān)噪聲軟件根據(jù)環(huán)境噪聲自動(dòng)連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)測數(shù)據(jù)可繪制城市區(qū)域的瞬時(shí)三維立體彩色噪聲譜圖以顯示噪聲超標(biāo)地段、時(shí)間［5，6］。目前，國內(nèi)的大部分環(huán)境噪聲網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)是前端利用噪聲采集終端或數(shù)據(jù)采集儀完成噪聲信號(hào)的采集，然后利用顯示屏直接顯示噪聲分貝等級(jí)，或者是利用 GPRS 無線網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)上傳到噪聲監(jiān)控中心，噪聲監(jiān)控中心實(shí)現(xiàn)噪聲數(shù)據(jù)的處理、存儲(chǔ)及噪聲等級(jí)顯示等功能［7］，這些方案具有費(fèi)用較高、操作復(fù)雜及資源不能重復(fù)利用等缺點(diǎn)。因此，筆者提出基于虛擬儀器技術(shù)的環(huán)境噪聲自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)。

    1 通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

    本系統(tǒng)開發(fā)本著集約化原則，以網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器、PC 機(jī)和噪聲傳感器為硬件基礎(chǔ)，以現(xiàn)有的局域網(wǎng)和 Internet 為依托，以 LabVIEW 和 GIS 為軟件開發(fā)平臺(tái)，融合噪聲檢測技術(shù)、虛擬儀器技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)，構(gòu)建一個(gè)分布式全自動(dòng)噪聲實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)，總體結(jié)構(gòu)如圖 1 所示。該系統(tǒng)設(shè)定為三級(jí)管理模式，監(jiān)控中心作為一級(jí)管理中心下轄 M 個(gè)二級(jí)數(shù)據(jù)平臺(tái)，而每個(gè)二級(jí)數(shù)據(jù)平臺(tái)再管理 n 個(gè)噪聲監(jiān)測節(jié)點(diǎn)，所有監(jiān)測節(jié)點(diǎn)利用 LabVIEW 提供的聲音采集函數(shù)庫和 PC 機(jī)實(shí)現(xiàn)采集外界的噪聲數(shù)據(jù)，監(jiān)測節(jié)點(diǎn)完成噪聲信號(hào)的顯示和分析處理功能，并將等效聲級(jí)作為噪聲監(jiān)測的參數(shù)上傳到所屬區(qū)的數(shù)據(jù)平臺(tái)，數(shù)據(jù)平臺(tái)完成節(jié)點(diǎn)巡檢和噪聲數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，最后各分區(qū)的數(shù)據(jù)平臺(tái)將存儲(chǔ)的噪聲數(shù)據(jù)上傳到監(jiān)控中心形成噪聲地圖并實(shí)時(shí)顯示噪聲等級(jí)。該系統(tǒng)監(jiān)控中心與二級(jí)數(shù)據(jù)平臺(tái)通過 Internet 實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，數(shù)據(jù)平臺(tái)與監(jiān)測節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)局域網(wǎng)內(nèi)數(shù)據(jù)傳輸，局域網(wǎng)中數(shù)據(jù)平臺(tái)與監(jiān)測節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸和實(shí)時(shí)監(jiān)控功能是利用了 LabVIEW 提供的共享變量和瀏覽器網(wǎng) 絡(luò)通信技術(shù)。

    2 通信系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

    系統(tǒng)中監(jiān)測節(jié)點(diǎn)是依據(jù) GB3096-2008 聲環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)的一種基于 LabVIEW 環(huán)境噪聲自動(dòng)監(jiān)測儀，以聲壓傳感器和 PC 機(jī)為硬件基礎(chǔ)，應(yīng)用 LabVIEW 中的聲音采集技術(shù)設(shè)計(jì)完成的。儀器可以在 25 ～138dB 測量范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn) ±1． 5dB 的精確度和 0． 1dB 的分辨率，實(shí)時(shí)檢測并記錄周圍環(huán)境的聲級(jí)、瞬時(shí)聲級(jí)和連續(xù)等效聲級(jí)并圖形化實(shí)時(shí)顯示噪聲的時(shí)域波形和頻譜，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)環(huán)境聲級(jí)超限報(bào)警，具有網(wǎng)絡(luò)通信功能［8］。監(jiān)控節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 2 所示。

    數(shù)據(jù)平臺(tái)根據(jù)用戶的需求規(guī)劃為網(wǎng)絡(luò)通信、數(shù)據(jù)處理和分析顯示 3 個(gè)功能模塊，網(wǎng)絡(luò)通信模塊對下負(fù)責(zé)與監(jiān)測節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)通信，完成對節(jié)點(diǎn)的巡檢與遠(yuǎn)程監(jiān)控任務(wù)，對上負(fù)責(zé)與監(jiān)控中心的數(shù)據(jù)通信，完成關(guān)鍵數(shù)據(jù)的上傳任務(wù)。數(shù)據(jù)處理模塊主要承擔(dān)關(guān)鍵數(shù)據(jù)的計(jì)算和存儲(chǔ)。分析顯示模塊負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)分析、局部噪聲地圖的生成與顯示。數(shù)據(jù)平臺(tái)系統(tǒng)如圖 3 所示。

    數(shù)據(jù)處理中的存儲(chǔ)功能利用了 LabVIEW 提供的數(shù)據(jù)庫模塊建立 SQL 數(shù)據(jù)庫并設(shè)定各個(gè)監(jiān)測節(jié)點(diǎn)上傳的等效噪聲，每隔 30s 存儲(chǔ)一次。LabVIEW 的網(wǎng)絡(luò)通信方法主要有共享變量、TCP、RDA、瀏覽器及 DataSocket 等幾種網(wǎng)絡(luò)通信方式。鑒于數(shù)據(jù)平臺(tái)管理的各監(jiān)測節(jié)點(diǎn)在同一局域網(wǎng)內(nèi)進(jìn)行通信，采用 LabVIEW 平臺(tái)提供的共享變量方式實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)巡檢功能。同時(shí)利用 LabVIEW 的提供的 Web 服務(wù)器監(jiān)控區(qū)域內(nèi)各個(gè)監(jiān)測節(jié)點(diǎn)的實(shí)時(shí)運(yùn)行畫面，以便確定節(jié)點(diǎn)上傳到分區(qū)數(shù)據(jù)平臺(tái)的準(zhǔn)確性和真實(shí)性。共享變量通信方式最大的特點(diǎn)是用戶不需要了解任何網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，不用任何編程就能輕松實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的交換，適用于實(shí)時(shí)系統(tǒng)。鑒于 TCP 協(xié)議的開放性和實(shí)用性強(qiáng)，具有交互式通信、網(wǎng)絡(luò)安全性能高及不用安裝其他輔助軟件等優(yōu)點(diǎn)，本系統(tǒng)采用 TCP 通信函數(shù)實(shí)現(xiàn)分區(qū)數(shù)據(jù)平臺(tái)與監(jiān)控中心的通信。鑒于 LabVIEW 具有實(shí)現(xiàn)多任務(wù)、多線程的特點(diǎn)，數(shù)據(jù)平臺(tái)的對上和對下通信在同一個(gè) LabVIEW 管理程序下實(shí)現(xiàn)并行運(yùn)行，其中與監(jiān)測節(jié)點(diǎn)的通信流程如圖 4 所示，與監(jiān)控中心的通信流程如圖 5 所示。

    根據(jù)用戶的需求監(jiān)控中心規(guī)劃為網(wǎng)絡(luò)通信、數(shù)據(jù)處理和分析顯示 3 個(gè)功能模塊，網(wǎng)絡(luò)通信模塊負(fù)責(zé)與各二級(jí)數(shù)據(jù)平臺(tái)數(shù)據(jù)通信。數(shù)據(jù)處理模塊主要承擔(dān)關(guān)鍵數(shù)據(jù)的計(jì)算和存儲(chǔ)。分析顯示模塊負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)分析、將各局部噪聲地圖匯總生成區(qū)域噪聲地圖并顯示。監(jiān)控中心與區(qū)域內(nèi)的分區(qū)監(jiān)控平臺(tái)的通信采用 LabVIEW 提供的 TCP 網(wǎng)絡(luò)通信方式，接收各個(gè)分區(qū)監(jiān)控平臺(tái)上傳的區(qū)域內(nèi)平均等效聲級(jí)，利用了 VB + GIS 技術(shù)繪制噪聲地圖，直觀顯示各區(qū)域內(nèi)的環(huán)境噪聲等級(jí)。

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