[发明专利]一种智能环境噪声与振动监测装置及监测方法

摘要

本发明提出一种智能环境噪声与振动监测装置及方法，在满足常用声级计或统计分析设备测量环境噪声及其道路交通噪声指标的同时，可以利用推荐设备或者系统在测出噪声的多个指标值的同时，换算出监测期间道路交通的等效车流量和车速等参数，将为道路交通噪声的现场调查提供很大的便利,同时,还可以依托FPGA嵌入式系统,不断延伸与环境噪声同步检测的其他功能,实现系统的智能化。

主权项

一种智能环境噪声与振动监测方法，其特征在于，包括如下步骤:1)采样数据并进行计算处理：设A声级：用A计权网络测得的声压级，用LA表示，单位dBA，按以下公式计算出每帧的A计权声压级数值：LA=10×lg(Σj100.1×(Lpj+Aj))---(1)]]>式中，Lpj为对应j中心频率的声级值，单位dB；Aj为对应j中心频率的A计权修正值，单位dB；j为频谱的中心频率值，单位Hz；等效连续A声级为等效声级，用LAeq，T表示简写为Leq，单位dBA，等效声级表示为：LAeq,T=10lg[1T∫0T100.1LAdt]---(2)]]>式中：LA为t时刻的瞬时A声级，dB；T为规定的测量时间，s；当采样测量，且采样的时间间隔一定时，公式(2)表示为：LAeq.T=10lg[1nΣi=1n100.1LAi]---(3)]]>式中：LAi为第i次采样测得的A计权声级，dB；n为采样总数，单位个；昼间等效声级、夜间等效声级：在昼间时段内测得的等效连续A声级称为昼间等效声级，用Ld表示，单位dBA；在夜间时段内测得的等效连续A声级称为夜间等效声级，用Ln表示，单位dBA；昼间等效声级为：Ld=10lg[116Σm=116100.1*LAm]---(4)]]>式中：LAm为昼间第m小时的等效声级，dB；16为昼间规定的6:00～22:00测量时间，单位h；夜间等效声级为：Ln=10lg[18Σj=18100.1LAj]---(5)]]>式中：LAj为夜间第j小时的等效声级，dB；8为夜间规定的22:00～次日6:00测量时间，h；昼夜等效声级：考虑到噪声在夜间比昼间对人工干扰更大，故计算昼夜等效声级时，将夜间等效声级加上10dB后再计算；昼夜等效声级为：Ldn=10lg{124[16×100.1Ld+8×100.1(Ln+10)]}---(6)]]>对采集的数据进行统计，累积百分声级：指占测量时间段一定比例的累积时间内A声级的最小值，用LN表示，单位为dBA；L1为在测量时间内有1％的时间A声级超过的值，相当于噪声的最大峰值；L5为在测量时间内有5％的时间A声级超过的值，相当于噪声的次峰值；L10为在测量时间内有10％的时间A声级超过的值，相当于噪声的平均峰值；L50为在测量时间内有50％的时间A声级超过的值，相当于噪声的平均中值；L90为在测量时间内有90％的时间A声级超过的值，相当于噪声的平均本底值；L95为在测量时间内有95％的时间A声级超过的值，相当于噪声的次本底值；L99为在测量时间内有99％的时间A声级超过的值，相当于噪声的最小本底值；求各测点每小时的评价参数L1、L5、L10、L50、L90、L95、L99、Leq，将所有监测得的数据从大至最小加以排列后取得；标准偏差：样本数据相对于平均值的离散程度,即与平均值之方差，用s或sd表示，单位dB，其计算公式为：sd=1n-1Σi=1n(Li-L‾)2---(7)]]>式中：为某组合某一样本的算术平均值，dB；Li为某组合某一样本的第i个数据值，dB；n为采样数,单位为个；在规定的测量时间段内或对某一独立噪声事件，测得的A声级最大值，用Lmax表示，单位dBA；在规定的测量时间段内或对某一独立噪声事件，测得的A声级最小值，用Lmin表示，单位dBA；每个测点测量20min等效声级Leq，记录累计百分声级L1、L5、L10、L50、L90、L95、L99、Lmax、Lmin和标准偏差sd，分类记录车流量；分类车为根据大、中、轻型车辆类型的划分；2)将处理后的采样数据提取被测道路车流量和车速：建立标准的FHWA模型：用下列公式(8)～(9)来表示：LA,eq(t)i=(Lo‾)Ei+10lg(Ni(t)πD0Si(t)TT)+10lg(D0D)1+a+10lg[φa(ψ1,ψ2)π]+ΔS-30---(8)]]>式中，LA,eq(t)i是i类汽车在时间t内的每小时等效声级，单位dB；是i类汽车的平均声音辐射能，单位dB；Ni(t)是i类汽车在时间T一个小时内通过指定测试点的车流量；汽车分类i包括：轻型车时，i＝1，中型卡车或公共汽车时，i＝2，大型或者重型汽车时，i＝3；D0，是汽车噪声辐射的参考距离，取D0＝15m；D，是车道中心线到测量点的垂直距离，单位m；Si(t)，汽车的平均速度，单位km/h；TT，等效声级计算时间，1h；a，植被覆盖系数，它是根据现场的地面条件，指观察点与道路之间地面覆盖物的声学吸收特性，a＝0或a＝0.5；Φa，是给定长度的道路校正函数，ψ1、ψ2是可视道路相对于道路垂直线的张角；ΔS是噪音隔离因子，单位dB；Φa(ψ1,ψ2)=∫ψ1ψ2(COSψ)adψ,-π2≤ψ≤π2---(9)]]>不同类型汽车i的Leq值参数是按照顺序叠加的,不同汽车分别有不同的Leq值，小车用LeqAu表示，中型车用LeqMT表示，大车用LeqHT表示；(L)Ei 0即声源强度如下所示：实际交通车流的等效声级模型是通过叠加各种的车流过后得出,将车型分为轻型汽车、中型货车和重型货车而赋予不同的i值：q=Σi=13Ni]]>Lpeqi(t)为不同汽车分类的等效声级模型，其中的i为汽车分类包括：轻型车时，i＝1，中型卡车或公共汽车时，i＝2，大型或者重型汽车时，i＝3；Leq(t)小型车指的是小型车的Leq值、Leq(t)中型车指的是中型车的Leq值、Leq(t)大型车指的是大型车的Leq值；建立标准的CORTN模型:用下列公式(11)～(14)表示：Ll0(18h)＝26.5+10×1g(q)+33×lg(v+40+500/v)+10×1g(1+5p/v)‑68.8+0.3×G+10×lg(A/180)‑10×lg(D/13.5)+F×5.2×lg((6H‑1.5)/(d+3.5))+1.65×lg(p/r)+5.57×C(0.77‑lg(S/v))‑3.4X                   (11)Ll0(1h)＝Ll0(h)/18       (12)Ll0(20min)＝Ll0(1h)/3＝Ll0(18h)/54      (13)Ll0(15min)＝Ll0(1h)/4＝Ll0(18h)/60      (14)式中：q为18小时车流量，辆/h；v为平均速度，km/h；p为重车比例＝f/q,％、f为重车车流量，辆/h；G为坡度,％；D＝sqrt[(d+3.5)2+(h‑0.5)2],m；A为相对于测点道路长度的张角,degs；d为测点至道路外延的距离,m；H为从声源传至受声点的平均有效高度，单位为m；h为受声点相对于路面的高度，m；F为地面吸声系数，无量纲；r为中型重车占大型重车的比例；S为路面标准直径厚度，mm；C为路面尖叫系数，尖叫型路面取1，否则取0；X为摩擦噪声系数，摩擦型路面取1，否则取0，其中(11)式只适用于0.75≤[(d+5)/6]；3)根据监测结果的L10、LAeq、sd、L1、L5、L50、L90、L95、L99、Lmax和Lmin，利用标准的FHWA模型，建立LAeq(d)＝f(q,v,p,r,d)；利用标准的CORTN模型，建立LA10(d)＝g(q,v,p,r,d)；其中L背景噪声取L95；利用上述两个模型，得到道路车速v与车流量q。