使用NI LabVIEW完成墨西哥市的无线环境噪声监视

 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（感觉好像平时用墨西哥城的多点）中心历史区域的不同部分监视和记录噪声等级，使政府能够设计和颁布法规，控制或预防这些噪声。

The Solution:
开发包含十个节点的（感觉不大通，用“自主式”）分布式无线监视系统，布置在墨西哥城的不同位置，每隔30秒对噪声等级进行测量，每隔五分钟将数据传回主监视站。

位于控制中心的中央服务接口

墨西哥城市中心全天24小时都有持续的交通流量。在早晨和夜晚高峰时期的繁忙交通造成了难以解决的噪声问题。目前的标准建议噪声应该控制在白天68 db(A)以下，夜晚65 db(A)以下。但是，在大部分地区的噪声等级测量结果在77 db(A)至82 db(A)之间，已经达到令人烦躁的程度，并且接近因为过度接触噪声而导致听力丧失的程度。因此，墨西哥城政府决定使用高性价比的分布式系统，利用称为墨西哥市噪声监视系统（SIMAR-CH）的Wi-Fi无线程序，监视并测量在中心历史区域不同部分的噪声等级。

我们将许多监视节点放置在Zócalo Capitalino（即城市广场）附近，其四周环绕着带有宗教特色建筑设计和新西班牙中央政权的建筑物。国家宫殿是在总都任期内作为公共管理活动场所而建造的，它位于东面。北面是城市教堂，它以五个教堂正厅的结构将巴罗克风格和新经典风格结合在一起。墨西哥市政府办公室及其附属建筑位于南面。

使用NI硬件和软件开发无线监视系统
我们选择建立在有线体系结构上的无线拓扑结构，因为它降低了成本，提供了设置监视系统时的灵活性。每个监视节点基于运行Windows XP并带有无线适配器的无显示器（这点拿不准）工业PC和NI USB-9234动态信号分析仪（DSA）。在硬件评估过程中，我们决定使用NI产品，因为它相比成本更低的噪音测试仪能够提供更好的测量质量、坚固性和可靠性。

每个节点包含半英寸长的预极化IEC 61672级别1的麦克风，安装在位于道路地面上方4米处包含挡风板、防雨器、鸟刺的箱子内。尽管每个节点都连接到城市电力系统，我们使用不间断电源防止停电时丢失数据。节点每隔30秒对噪声等级进行测量，每隔五分钟将数据传送到主监视站中。

我们使用NI LabVIEW作为远程节点，控制中心应用程序和NI声音与振动测量套件与声音等级测量、加权滤波器、倍频分析的国际标准兼容（根据IEC 61260——电子声学、倍频频带与分数倍频频带滤波器以及IEC 61672——电子声学、噪音测试仪），使测量更为精确和具有可重复性。

LabVIEW的简单易用性可以方便开发用于中央服务器操作员的定制用户界面，这也是一个重要考虑。我们仅用了18个月的业余时间就完成了整个解决方案，如果使用了任何其他编程语言或工具，我们估计需要连续全职工作长达四年。服务器自动检测、配置并管理远程节点。此外，三维系统噪声地图显示是最令城市官员印象深刻的特色。

我们原来计划使用在2008年安装的公共无线网降低成本。但是，因为在公共网络上传送视频数据容量导致的ID冲突问题，我们必须将一些节点转换到由无线载体提供的较慢的3G（国际移动电信-2000，IMT-2000）网络上。3G网络允许同时使用语音和数据服务，但是数据速率大大降低了，上行至数据中心的数据速率大约为5.8 Mbps，而无线网络（801.11n）为54至100 Mbps。通过保留噪声监视系统的某些通道，我们必须能够在扩展系统的时候去除这些较慢的3G连接。

除了例如在不同平均周期和时间下的等效声音等级（Leq）等用于道路交通噪声的传统度量之外，系统能够记录分数倍频分析和测量突出的频点。如果超出了任何阈值，系统将会把声音文件发送到中央服务器进行研究。我们还提供了实时声音片断，可以方便在不同地区之间进行选择切换，这对于找出噪声源很有帮助，从而将找出潜在噪声问题的困难度降到了最低。

成功的NI产品实现推动健康“噪声”环境
使用NI硬件和软件，我们成功地为墨西哥城开发了无线环境噪声监视系统。墨西哥政府计划使用采集到的数据找出噪声问题最严重的时间和地点，创建噪声地图，讨论和颁布法规对噪声进行控制和预防，促进健康“噪声”环境，让这个城市的噪声等级达到世界上其他大城市的相当水平。

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