基于物聯網信息采集建筑工地噪聲自動化監管

魏進 賈春

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

[關鍵詞]物聯網；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管應用與示范工地；二是建設基于物聯網技術的噪聲采集智能設備和大屏展示系統；三是建設面向公眾和環保監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，可以根據自動監測到的數據對建筑工地噪聲監測點沒有監測到的區域的聲環境進行模擬，從而有助于減少設備數量。

2 自動化監管平臺關鍵技術描述

第一，建立覆蓋城區居民區建筑工地噪聲自動化監管應用與示范，示范項目應用物聯網技術、云計算技術等，完成自動監管關鍵技術研究，實現環境噪聲狀態通過數據采樣裝置經過數據虛擬化管理中心傳輸到數據中心。經過數據分析、統計、頻譜分析、存儲、錄音處理、氣象參數等處理后傳送到建設工地噪聲自動監管指揮中心，并且在建筑工地實現噪聲數據實時展示，供周邊居民監督。第二，組建物聯網前端智能設備是系統的傳感采集器，主要由噪聲數據采樣裝置、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的控制下自動工作。第三，組建環保職能部門的監管云平臺。云平臺主要包括：數據通信監管系統、核心管理系統、數據交換平臺。核心管理系統主要是由數據展示平臺、監管平臺、信息發布公眾服務平臺、標準數據接入平臺組成。它是連接前端智能設備和數據處理中心的橋梁。數據處理中心主要是對前端智能噪聲采集設備與數據處理中心的橋梁。數據中心主要具有對前端智能噪聲采集設備的管理與控制；核心管理系統具有對所有采集到的噪聲數據進行虛擬化管理的功能；數據交換平臺根據云計算數據存儲平臺需求把數據保存到對應的數據處理中心。第四，建立統一的數據接入標準，例如，建筑公司噪聲監測數據和統計信息除具有時間性和動態性外，還具有空間屬性。適合采用地理信息系統進行表達。本系統具有強大的數據接口，管理部門指揮中心GIS系統可以通過統一的平臺數據接入接口整合建筑工地噪聲數據，動態直觀地顯示每個噪聲監測點的數據情況。

作為信息發布公眾服務系統的對外展示的重要媒體資源，噪聲自動化監管平臺采用了Android和HTML5技術實現，終端用戶可以隨時隨地通過網絡獲取自己居住區域的建筑工地噪聲數據。

3 自動化監管平臺設計及實現

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中，讓這些技術在噪聲自動監管平臺中得到真正的“落地”實現，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：一是對噪聲實時監管，監測數據具有普遍性；二是節省人力物力，系統操作具有簡便性；三是噪聲監測點通過ZigBee 無線網絡可以部署多個前端智能設備、采集到的數據通過嵌入式Web接入端口實現與Internet的無縫對接，噪聲數據完成從感知層到網絡層，再從網絡層接入到互聯網；四是平臺安裝簡便，全天候工作，通過數據通信監管系統完成不間斷噪聲數據感知；五是結合標準數據接入平臺完成與異構系統的協作；六是采用云計算平臺構建能夠實現應用業務的高可用性，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，以適應噪聲監測點部署數量高速發展的需要。系統框架結構如圖1所示。

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

圖1 系統框架結構

本文將充分利用物聯網技術、移動互聯網技術、云計算技術等，完成覆蓋城區居民區建筑工地噪聲自動監管關鍵技術研究，實現環境噪聲狀態，通過數據采樣裝置經過噪聲數據虛擬化管理中心傳輸到數據中心。經過數據分析、統計、頻譜分析、存儲、錄音處理、氣象參數等處理后傳送到數據展示平臺、監管平臺、信息發布公眾服務平臺。物聯網前端智能設備選用性價比合適的噪聲傳感器，通個嵌入式系統對采集數據做實時分析，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，可以對施工工程現場進行24小時全面監測。開發一套適合建筑工地的噪聲自動監管平臺，整個系統的物理結構如圖2所示。

圖2 系統物理結構

4 系統效益分析

4.1 社會效益

建筑工地環境噪聲的監管是控制環境噪聲和改善聲環境質量的重要工作基礎，是城市考核規范的一項重要指標。為了準確、科學地掌握蘇州市城區建筑工地環境噪聲的現狀、成因和變化趨勢，根據《關于實施“說清環境質量、特殊污染物狀況”行動計劃的通知》（江蘇省環境保護廳蘇環監〔2006〕4號文），以及《蘇州市“說清環境質量、特殊污染物狀況”行動計劃》（蘇州市環境保護局蘇環計字〔2006〕5號文）的要求，蘇州市制訂了《蘇州市環境監測現代化建設方案》，明確了環境建設現代化的指導思想、建設目標和建設任務。本文的研發和實施將為環境監管單位提供科學有效的依據，采用連續自動噪聲監測儀器，對環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管保障。給居民創造一個安靜又有發展的空間，同時企業又能對自己的噪聲施工管理有一個科學的管理手段，增加企業的環境競爭力。

4.2 經濟效益

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

5 小 結

本文建立應用與示范工地，實現覆蓋城區居民區建筑工地噪聲自動化監管關鍵技術的研究，實現建筑工地噪聲自動連續監測。旨在通過項目的完成與實施最終實現蘇州市乃至全國范圍內環境噪聲的在線自動監測，將噪聲污染源的狀態利用物聯網技術、云計算技術、無線網絡技術有機結合而構成新型建筑工地環境噪聲監管系統。

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