智能溯源讓噪聲“無處逃”

噪聲污染已經(jīng)成為老百姓最為關(guān)切的環(huán)境問題之一。長期在噪聲暴露環(huán)境下工作和生活，對(duì)人的情緒和健康都會(huì)產(chǎn)生消極影響，因此，對(duì)噪聲污染進(jìn)行監(jiān)測與管控非常重要。然而，噪聲是能量波，容易受到環(huán)境傳播影響與各種疊加干擾，導(dǎo)致有關(guān)部門對(duì)噪聲進(jìn)行溯源監(jiān)測變得非常困難。

為深入落實(shí)新修訂的《噪聲污染防治法》，解決現(xiàn)有噪聲監(jiān)測技術(shù)無法定向、無法精準(zhǔn)溯源等突出問題，廣東在全國率先構(gòu)建噪聲溯源監(jiān)測技術(shù)路線、研制智能溯源設(shè)備，通過噪聲與人工智能深度融合，實(shí)現(xiàn)快速定向、定性、定量追蹤和評(píng)估噪聲污染，并在多個(gè)城市成功示范應(yīng)用。

研制智能溯源設(shè)備，

實(shí)現(xiàn)從“聽見”到“找到”

“聲音從哪個(gè)方向來，我們的系統(tǒng)都可以計(jì)算出來。請(qǐng)看這臺(tái)設(shè)備，系統(tǒng)會(huì)聯(lián)動(dòng)這臺(tái)設(shè)備的攝像頭等部件。你看，我們說話的聲音比其他的聲音要大，系統(tǒng)識(shí)別到，攝像頭就會(huì)轉(zhuǎn)過來對(duì)著我們這個(gè)方向進(jìn)行錄制。錄制結(jié)束后，聲音會(huì)被識(shí)別分離并得出結(jié)果，并在我們的平臺(tái)上展示?！睆V東省生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心（以下簡稱“省監(jiān)測中心”）監(jiān)測二室高級(jí)工程師伍世豐指著一臺(tái)監(jiān)測設(shè)備向筆者介紹道。

據(jù)了解，為了解決噪聲污染溯源難的問題，依托省長基金項(xiàng)目“城市環(huán)境噪聲智能溯源監(jiān)測和評(píng)估技術(shù)及應(yīng)用示范”，省監(jiān)測中心聯(lián)合華南理工大學(xué)、廣州大學(xué)、珠海高凌信息科技股份有限公司、廣州草木蕃環(huán)境科技有限公司等科研院所及高新技術(shù)企業(yè)，共同研制了噪聲監(jiān)測設(shè)備——噪聲智能溯源監(jiān)測移動(dòng)子站。該設(shè)備主要由噪聲自動(dòng)監(jiān)測模塊、溯源監(jiān)測模塊、監(jiān)控球機(jī)和六參數(shù)氣象監(jiān)測儀組成，與監(jiān)控平臺(tái)共同構(gòu)成智能溯源監(jiān)測系統(tǒng)。

“要準(zhǔn)確定位噪聲源，實(shí)現(xiàn)從‘聽見’即‘找到’的智能監(jiān)測，就需要高性能的聲源指向定位技術(shù)?！蔽槭镭S表示，該設(shè)備充分利用麥克風(fēng)陣列信號(hào)處理技術(shù)，結(jié)合多聲源識(shí)別與分離解析技術(shù)，獲得了基于麥克風(fēng)陣列波達(dá)時(shí)延檢測的高性能多聲源指向定位技術(shù)方案。

能“聽見”，下一步就要實(shí)現(xiàn)能“聽清”。據(jù)介紹，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)綜合考慮了基于分離與增強(qiáng)處理的多聲源分離技術(shù)方案，將混合多聲源信號(hào)轉(zhuǎn)換到高維特征空間，通過有效訓(xùn)練獲得混疊信號(hào)的不同表征，建立起了多聲源分離與量化解析技術(shù)方案。其中，混疊噪聲分離識(shí)別和多噪聲源的方位指向技術(shù)都達(dá)到了國內(nèi)領(lǐng)先水平。

“該設(shè)備能分辨多個(gè)聲源疊加時(shí)的噪聲成分并計(jì)算其能量占比。舉個(gè)例子，就比如我倆在對(duì)話，我們的音色不同，音量也不同，這套設(shè)備就能把我倆的聲音給分離開來，通過測算獲得每人聲音分貝數(shù)?！蔽槭镭S介紹道。

值得一提的是，該技術(shù)在廣東省典型噪聲聲紋庫的基礎(chǔ)上得以應(yīng)用，通過AI量化識(shí)別分離模型訓(xùn)練，同時(shí)將噪聲計(jì)量監(jiān)測、聲陣列信號(hào)處理與聲像聯(lián)動(dòng)抓拍技術(shù)相結(jié)合，建立了噪聲污染定性、定量和定向的智能追蹤溯源技術(shù)路線，實(shí)現(xiàn)了噪聲監(jiān)測從“聽到”到“聽清”，從“聽到”到“找到”的核心溯源技術(shù)能力。

產(chǎn)學(xué)研用優(yōu)勢互補(bǔ)，

解決追蹤技術(shù)難題

在開展噪聲溯源監(jiān)測技術(shù)開發(fā)攻關(guān)的過程中，產(chǎn)生了很多模型或者算法等軟性研究成果，但成果如何與已有的噪聲監(jiān)測技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)相結(jié)合，卻是讓項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)頭疼的難點(diǎn)。

“在這方面，項(xiàng)目組中的高校團(tuán)隊(duì)成員并不擅長，但企業(yè)團(tuán)隊(duì)相對(duì)擅長，在產(chǎn)學(xué)研用結(jié)合之下，很多問題迎刃而解?！表?xiàng)目組相關(guān)負(fù)責(zé)人透露。

目前，針對(duì)功能區(qū)聲環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測已經(jīng)有一系列的標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)在執(zhí)行或編制中，但項(xiàng)目落地應(yīng)用實(shí)踐時(shí)，在噪聲污染源投訴管理方面仍可能會(huì)產(chǎn)生一些具體的問題。項(xiàng)目組經(jīng)過多輪溝通后，以最終使用為目標(biāo)，在滿足已有標(biāo)準(zhǔn)體系的技術(shù)上統(tǒng)一了技術(shù)實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)，為后續(xù)的應(yīng)用推廣奠定了基礎(chǔ)。

例如，項(xiàng)目利用產(chǎn)學(xué)研用互補(bǔ)優(yōu)勢，研發(fā)了精準(zhǔn)分離和量化評(píng)估各類噪聲的智能溯源監(jiān)測模塊，克服了設(shè)備兼容性差、接口不標(biāo)準(zhǔn)、聲音信號(hào)傳輸難、復(fù)雜環(huán)境適應(yīng)性低等技術(shù)難點(diǎn)。同時(shí)，該模塊與噪聲計(jì)量監(jiān)測設(shè)備相結(jié)合，集成建設(shè)噪聲智能溯源監(jiān)測設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了“聲像聯(lián)動(dòng)、定向溯源、量化評(píng)估”等功能。

“溯源監(jiān)測技術(shù)是人工智能、大數(shù)據(jù)技術(shù)等新一代信息技術(shù)在噪聲監(jiān)測領(lǐng)域的具體創(chuàng)新應(yīng)用，為解決噪聲污染防治難的問題提供了新的解決思路和技術(shù)手段?！笔”O(jiān)測中心相關(guān)負(fù)責(zé)人表示。

該技術(shù)為生態(tài)環(huán)境部門提供精確溯源手段，不僅落實(shí)了《中華人民共和國噪聲污染防治法》的指示精神，也是當(dāng)前生態(tài)環(huán)境保護(hù)污染防治行動(dòng)數(shù)智化轉(zhuǎn)型的具體科技創(chuàng)新實(shí)踐，對(duì)完善噪聲標(biāo)準(zhǔn)體系具有重要意義。

實(shí)現(xiàn)監(jiān)測場景應(yīng)用，

提升智能溯源能力

前不久，有居民在廣東省民聲熱線中反映了東莞市某包裝印刷有限公司噪聲擾民問題，由于該企業(yè)與住宅樓僅一墻之隔，居民反映該企業(yè)生產(chǎn)時(shí)噪聲分貝過大，影響其日常生活。

為了盡快解決該問題，省監(jiān)測中心配合省生態(tài)環(huán)境廳到現(xiàn)場進(jìn)行核查，發(fā)現(xiàn)該企業(yè)已經(jīng)用鐵皮對(duì)整個(gè)廠區(qū)進(jìn)行圍蔽，以減少生產(chǎn)噪聲對(duì)周邊環(huán)境的影響。監(jiān)測人員在地面進(jìn)行噪聲監(jiān)測時(shí)，發(fā)現(xiàn)該企業(yè)噪聲達(dá)標(biāo)排放。

“因?yàn)橐粯窃肼暦重愔凳窃谙拗捣秶?，我們就到了二三樓進(jìn)行監(jiān)測，果不其然，噪聲分貝值變高了?！蔽槭镭S向筆者透露。

為了盡快查清噪聲來源，省監(jiān)測中心相關(guān)技術(shù)團(tuán)隊(duì)利用剛剛研發(fā)的智能噪聲溯源監(jiān)測設(shè)備，對(duì)該企業(yè)開展噪聲污染源溯源，通過“量化溯源—指向定位—自動(dòng)定向拍攝”的實(shí)踐應(yīng)用，成功查清了噪聲來源，有效支撐了生態(tài)環(huán)境部門確定噪聲投訴的主要聲源。

據(jù)介紹，目前，全省共有5套設(shè)備，除了東莞，廣州、佛山和惠州等地市也完成了技術(shù)驗(yàn)證和應(yīng)用示范。如在廣州開展人為噪聲精準(zhǔn)評(píng)估，在公園休憩區(qū)量化識(shí)別自然聲源與社會(huì)生活聲源及晝夜變化特征研究。在佛山和惠州開展復(fù)雜聲源環(huán)境下中小學(xué)敏感建筑物周邊噪聲量化識(shí)別及指向定位示范應(yīng)用，分析典型建筑施工工地周邊聲源量化識(shí)別及長時(shí)序變化特征等。

“通過示范應(yīng)用，可以提高各項(xiàng)數(shù)據(jù)的傳輸性能，我們也修正了各類聲源指向定位，增補(bǔ)了聲紋庫，有效提升了智能溯源能力?！笔”O(jiān)測中心相關(guān)負(fù)責(zé)人表示。

由于該系統(tǒng)可快速應(yīng)用部署，應(yīng)用場景較廣，生態(tài)環(huán)境部門可以用其開展污染溯源監(jiān)測、管理取證和環(huán)境評(píng)估等相關(guān)業(yè)務(wù)，以工業(yè)企業(yè)廠界溯源監(jiān)測為例，可在具有敏感區(qū)一側(cè)的廠界快速展開部署。

“設(shè)備開機(jī)運(yùn)行后，系統(tǒng)不但可以精準(zhǔn)采集到廠界排放噪聲值，還可以通過溯源監(jiān)測模塊追溯到施工噪聲源來源方向和位置，并聯(lián)動(dòng)攝像頭進(jìn)行影像取證?！蔽槭镭S表示，在影像取證的同時(shí)，噪聲值、超標(biāo)錄音、溯源定位結(jié)果、抓拍影像、氣象參數(shù)等數(shù)據(jù)無線回傳后，在平臺(tái)端進(jìn)一步給出超標(biāo)聲源類型的量化識(shí)別結(jié)果，以及不同聲源類型的識(shí)別結(jié)果和各自能量占比。

此外，在平臺(tái)端還可以通過歷史數(shù)據(jù)查詢、聯(lián)合數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)等方式實(shí)現(xiàn)多模態(tài)數(shù)據(jù)的融合分析，實(shí)現(xiàn)噪聲的精準(zhǔn)監(jiān)測與溯源。