基于物聯(lián)網(wǎng)信息采集建筑工地噪聲自動化監(jiān)管

魏進 賈春

[摘 要]我國大多數(shù)城市噪聲監(jiān)測都沿用一年監(jiān)測若干頻次和時段的人工監(jiān)測方法。伴隨著科學技術的進步，開展在線自動噪聲監(jiān)測已成為我國噪聲監(jiān)測的發(fā)展必然趨勢。環(huán)境噪聲自動監(jiān)測系統(tǒng)有著無須人員值守，24小時連續(xù)運行，極大地解決了當前噪聲監(jiān)測耗時、費力、代表性差等問題。為環(huán)境噪聲執(zhí)法、評價和治理提供有效的依據(jù)，為我國各大中型城市實施安靜工程提供了及時準確的環(huán)境噪聲監(jiān)測手段，對推動環(huán)保領域的技術進步和科技發(fā)展具有十分重要的現(xiàn)實意義。

[關鍵詞]物聯(lián)網(wǎng)；智能終端；GIS定位；云平臺

[DOI]10.13939/j.cnki.zgsc.2015.46.095

1 引 言

本文主要研究：一是建設校園整體改造項目建設噪聲自動化監(jiān)管應用與示范工地；二是建設基于物聯(lián)網(wǎng)技術的噪聲采集智能設備和大屏展示系統(tǒng)；三是建設面向公眾和環(huán)保監(jiān)管職能部門的云計算平臺；四是建設基于GIS的實時展示平臺，可以根據(jù)自動監(jiān)測到的數(shù)據(jù)對建筑工地噪聲監(jiān)測點沒有監(jiān)測到的區(qū)域的聲環(huán)境進行模擬，從而有助于減少設備數(shù)量。

2 自動化監(jiān)管平臺關鍵技術描述

第一，建立覆蓋城區(qū)居民區(qū)建筑工地噪聲自動化監(jiān)管應用與示范，示范項目應用物聯(lián)網(wǎng)技術、云計算技術等，完成自動監(jiān)管關鍵技術研究，實現(xiàn)環(huán)境噪聲狀態(tài)通過數(shù)據(jù)采樣裝置經(jīng)過數(shù)據(jù)虛擬化管理中心傳輸?shù)綌?shù)據(jù)中心。經(jīng)過數(shù)據(jù)分析、統(tǒng)計、頻譜分析、存儲、錄音處理、氣象參數(shù)等處理后傳送到建設工地噪聲自動監(jiān)管指揮中心，并且在建筑工地實現(xiàn)噪聲數(shù)據(jù)實時展示，供周邊居民監(jiān)督。第二，組建物聯(lián)網(wǎng)前端智能設備是系統(tǒng)的傳感采集器，主要由噪聲數(shù)據(jù)采樣裝置、無線通信傳輸模塊、嵌入式Web接入端口、無線視頻裝置等模塊構成。前端智能設備在嵌入式計算機系統(tǒng)的控制下自動工作。第三，組建環(huán)保職能部門的監(jiān)管云平臺。云平臺主要包括：數(shù)據(jù)通信監(jiān)管系統(tǒng)、核心管理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)交換平臺。核心管理系統(tǒng)主要是由數(shù)據(jù)展示平臺、監(jiān)管平臺、信息發(fā)布公眾服務平臺、標準數(shù)據(jù)接入平臺組成。它是連接前端智能設備和數(shù)據(jù)處理中心的橋梁。數(shù)據(jù)處理中心主要是對前端智能噪聲采集設備與數(shù)據(jù)處理中心的橋梁。數(shù)據(jù)中心主要具有對前端智能噪聲采集設備的管理與控制；核心管理系統(tǒng)具有對所有采集到的噪聲數(shù)據(jù)進行虛擬化管理的功能；數(shù)據(jù)交換平臺根據(jù)云計算數(shù)據(jù)存儲平臺需求把數(shù)據(jù)保存到對應的數(shù)據(jù)處理中心。第四，建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)接入標準，例如，建筑公司噪聲監(jiān)測數(shù)據(jù)和統(tǒng)計信息除具有時間性和動態(tài)性外，還具有空間屬性。適合采用地理信息系統(tǒng)進行表達。本系統(tǒng)具有強大的數(shù)據(jù)接口，管理部門指揮中心GIS系統(tǒng)可以通過統(tǒng)一的平臺數(shù)據(jù)接入接口整合建筑工地噪聲數(shù)據(jù)，動態(tài)直觀地顯示每個噪聲監(jiān)測點的數(shù)據(jù)情況。

作為信息發(fā)布公眾服務系統(tǒng)的對外展示的重要媒體資源，噪聲自動化監(jiān)管平臺采用了Android和HTML5技術實現(xiàn)，終端用戶可以隨時隨地通過網(wǎng)絡獲取自己居住區(qū)域的建筑工地噪聲數(shù)據(jù)。

3 自動化監(jiān)管平臺設計及實現(xiàn)

本文基于成熟的傳感技術、云計算技術把工程管理的思想通過軟件技術不斷凝結在其應用系統(tǒng)中，讓這些技術在噪聲自動監(jiān)管平臺中得到真正的“落地”實現(xiàn)，從而彌補人力管理的不足，進一步完善管理手段。主要包括以下方面：一是對噪聲實時監(jiān)管，監(jiān)測數(shù)據(jù)具有普遍性；二是節(jié)省人力物力，系統(tǒng)操作具有簡便性；三是噪聲監(jiān)測點通過ZigBee 無線網(wǎng)絡可以部署多個前端智能設備、采集到的數(shù)據(jù)通過嵌入式Web接入端口實現(xiàn)與Internet的無縫對接，噪聲數(shù)據(jù)完成從感知層到網(wǎng)絡層，再從網(wǎng)絡層接入到互聯(lián)網(wǎng)；四是平臺安裝簡便，全天候工作，通過數(shù)據(jù)通信監(jiān)管系統(tǒng)完成不間斷噪聲數(shù)據(jù)感知；五是結合標準數(shù)據(jù)接入平臺完成與異構系統(tǒng)的協(xié)作；六是采用云計算平臺構建能夠實現(xiàn)應用業(yè)務的高可用性，且能夠提高資源利用率，降低包括服務器投資、電力、冷卻系統(tǒng)及UPS等基礎架構投資。該平臺具有更好的敏捷性和彈性，以適應噪聲監(jiān)測點部署數(shù)量高速發(fā)展的需要。系統(tǒng)框架結構如圖1所示。

研究試驗方法采用：一是選擇自主研發(fā)的工地噪聲采集前端智能設備，連入系統(tǒng)測試平臺先在實驗室調試，與手持式噪聲測試系統(tǒng)對比調試，完成后按規(guī)范安裝到工程項目上做現(xiàn)場測試，在系統(tǒng)組成過程中，傳感器、網(wǎng)絡傳輸單元提供FDK的外購件，而采集主板與內部算法是自主設計完成；二是建筑工地監(jiān)測點的噪聲事件（根據(jù)設置好的觸發(fā)條件和觸發(fā)時間定義），進行噪聲事件錄音，形成聲音數(shù)據(jù)文件；三是視頻監(jiān)測建筑工地噪聲監(jiān)測情況；四是建立展示大屏，在線顯示建筑工地噪聲情況；五是通過噪聲數(shù)據(jù)虛擬化管理中心進行遠程設置、數(shù)據(jù)和系統(tǒng)狀態(tài)查詢、數(shù)據(jù)下載和分析工作。

圖1 系統(tǒng)框架結構

本文將充分利用物聯(lián)網(wǎng)技術、移動互聯(lián)網(wǎng)技術、云計算技術等，完成覆蓋城區(qū)居民區(qū)建筑工地噪聲自動監(jiān)管關鍵技術研究，實現(xiàn)環(huán)境噪聲狀態(tài)，通過數(shù)據(jù)采樣裝置經(jīng)過噪聲數(shù)據(jù)虛擬化管理中心傳輸?shù)綌?shù)據(jù)中心。經(jīng)過數(shù)據(jù)分析、統(tǒng)計、頻譜分析、存儲、錄音處理、氣象參數(shù)等處理后傳送到數(shù)據(jù)展示平臺、監(jiān)管平臺、信息發(fā)布公眾服務平臺。物聯(lián)網(wǎng)前端智能設備選用性價比合適的噪聲傳感器，通個嵌入式系統(tǒng)對采集數(shù)據(jù)做實時分析，為了方便擴大采集面，噪聲傳感器必須做成無線分布式系統(tǒng)，可以對施工工程現(xiàn)場進行24小時全面監(jiān)測。開發(fā)一套適合建筑工地的噪聲自動監(jiān)管平臺，整個系統(tǒng)的物理結構如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)物理結構

4 系統(tǒng)效益分析

4.1 社會效益

建筑工地環(huán)境噪聲的監(jiān)管是控制環(huán)境噪聲和改善聲環(huán)境質量的重要工作基礎，是城市考核規(guī)范的一項重要指標。為了準確、科學地掌握蘇州市城區(qū)建筑工地環(huán)境噪聲的現(xiàn)狀、成因和變化趨勢，根據(jù)《關于實施“說清環(huán)境質量、特殊污染物狀況”行動計劃的通知》（江蘇省環(huán)境保護廳蘇環(huán)監(jiān)〔2006〕4號文），以及《蘇州市“說清環(huán)境質量、特殊污染物狀況”行動計劃》（蘇州市環(huán)境保護局蘇環(huán)計字〔2006〕5號文）的要求，蘇州市制訂了《蘇州市環(huán)境監(jiān)測現(xiàn)代化建設方案》，明確了環(huán)境建設現(xiàn)代化的指導思想、建設目標和建設任務。本文的研發(fā)和實施將為環(huán)境監(jiān)管單位提供科學有效的依據(jù)，采用連續(xù)自動噪聲監(jiān)測儀器，對環(huán)境噪聲的質量進行噪聲采集、處理、分析，并產生報告。為建筑工地周邊居民提供了24小時全覆蓋的噪聲監(jiān)管保障。給居民創(chuàng)造一個安靜又有發(fā)展的空間，同時企業(yè)又能對自己的噪聲施工管理有一個科學的管理手段，增加企業(yè)的環(huán)境競爭力。

4.2 經(jīng)濟效益

噪聲自動化監(jiān)管系統(tǒng)安裝在居民區(qū)建筑工地上對施工噪聲實時監(jiān)測，一旦工地施工過程中噪聲參數(shù)超出監(jiān)測系統(tǒng)設置范圍，就會以監(jiān)控預警的方式發(fā)出實時報警，管理人員可及時督促作業(yè)人員降低施工噪聲，該系統(tǒng)解決了在傳統(tǒng)監(jiān)測方式中人力占用嚴重、可靠度不夠高、實時性較差等缺點，可有效減少監(jiān)測費用，保證數(shù)據(jù)的實時可靠，具有良好的經(jīng)濟性和實用性。

5 小 結

本文建立應用與示范工地，實現(xiàn)覆蓋城區(qū)居民區(qū)建筑工地噪聲自動化監(jiān)管關鍵技術的研究，實現(xiàn)建筑工地噪聲自動連續(xù)監(jiān)測。旨在通過項目的完成與實施最終實現(xiàn)蘇州市乃至全國范圍內環(huán)境噪聲的在線自動監(jiān)測，將噪聲污染源的狀態(tài)利用物聯(lián)網(wǎng)技術、云計算技術、無線網(wǎng)絡技術有機結合而構成新型建筑工地環(huán)境噪聲監(jiān)管系統(tǒng)。

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