噪聲在線監測系統方案
本方案介紹了噪聲在線監測系統方案的建設、硬件構成、軟件架構、功能特點、優勢、完善的服務等。本系統的目標是將噪聲污染源的狀態利用傳感技術、通訊技術和計算機及其網絡技術有機結合而構成的新型環境噪聲監測系統。系統以尚為科技公司研發的低功耗噪聲在線監測終端(專利號: 200620009956.9)為核心，通訊方式可選擇ADSL/LAN/CDMA/GPRS/3G。服務器端由基于Microsoft SQL Server 2005的數據庫和基于.NET架構開發的服務端軟件組成。基于C/S框架多客戶分布式的城市噪聲監控信息化系統，實現了遠程噪聲監控等相關環保參數跟蹤監測，根據遠程返回的數據，工作人員不到現場也可以監測現場噪聲環境情況，并對出現的噪聲參數超標等不正常情況及時做出相應的處理。
圖1： 噪聲在線監測系統示意圖
綜上所述，為適應目前城市噪聲監控，尚為噪聲在線監測系統在服務結構上整個系統被分成三大部分：
第一部分是現場噪聲數據采集裝置，實時將現場噪聲數據采集到智能監控終端內，同時根據現場情況實現采集點現場的自動報警，防止污染惡化；
第二部分是傳輸網絡，穩定地傳輸噪聲數據包括噪聲分貝數據、噪聲音頻數據，設備狀態數據；
第三部分是管理中心，它實現對噪聲數據的接收、存儲、顯示、報表打印輸出等信息管理，對噪聲排放單位的管理工作和進行特殊情況的監控中心預警， 使得用戶可以方便的通過訪問實時和歷史數據。完成聲環境的監督管理工作。
尚為噪聲在線監測系統的運行模式為：自動監測采集點將監測數據和采集設備運行情況、現場環保數據的實時采集，通過網絡傳輸到監控中心。監控中心服務器裝有服務器端軟件，結合噪聲排放單位信息庫、噪聲投訴等，對接收的現場噪聲數據進行存儲、分析、顯示。出于對信息安全、科學管理的需要，給有數據訪問需求的部門或人員配置訪問數據的不同用戶名和權限，用戶可實時查看并配置監測到的現場環保數據。另一方面，現場檢測的噪聲數據通過智能終端內部的程序設定可以直接發送到排放單位環保責任人和環保執法人員的移動電話上，通過這種主動的方式實現隨時隨地匯報現場噪聲信息。有力控制噪聲的違規排放事件的發生，達到凈化城市聲環境的目的。
三、方案設計依據
在設計過程中廣泛參考了國家的有關政策法規，在相關技術細節的實現上嚴格兼容了目前國家的各種技術規范標準。如，數據傳輸可支持HJ/T212-2005污染源在線自動監測儀數據傳輸標準。噪聲測量儀器準確度符合GB/T3785-1983和IEC61672-2002標準。噪聲測量和判斷方法遵照GB/T14623-93、GB12524-90和GB12349-90標準。實際標定誤差：0.6dB（最大絕對值），相對值不超過1%。
Ø 福建省九個地市環境12369投訴的統計數據表明，70%以上的環境投訴涉及夜間噪聲排放。目前噪聲的監測方式仍然沿用早期的網格方式，從監測密度和頻度已經遠不能反應城市噪聲環境的現狀。隨著城市版圖的擴大和建筑密度的增加，聲環境變得越來越復雜，對監管的要求越來越高。
Ø 聲環境與城市規劃和建設有非常緊密關系，建筑密度的不斷增加以及早期規劃的一些不合理，加重了聲環境的復雜性。另外，不少噪聲的制造者也不停地與管理者玩貓捉老鼠的游戲，如建筑工地、“三廳”和餐飲企業超國家法律規定的時限（每日22:00-次日6:00）排放噪聲，使得噪聲監管方面存在量大、分散、隨機和取證不容易等難點。為了使聲環境能得到有效的監測，加強執法力度、維護法律的尊嚴，從管理的角度而言，需要建立穩定、可靠的聲環境在線監測系統。
Ø 噪聲在線監測系統是以分布安裝在各監測區域的全天候聲環境監測單元為基礎。它可以根據監測的需要將超標噪聲數據實時地傳回環境監測中心。在環境監測中心，執法部門不僅能了解到整個城市的聲環境狀況，而且還可以了解到噪聲排放的位置、超標噪聲的具體數值和類型等。為針對噪聲的執法提供有力的證據。另外，后期通過對大量聲環境數據的統計、分析、建模，可以為管理部門決策提供充分的支持。
Ø 監測系統要求24小時、全天候不間斷連續工作。
Ø 系統的管理采用分級權限，不同的人員具有不同的使用權限。
5.1 方案設計總體架構
圖2： 噪聲在線監控系統結構圖
5.2.1 “前端噪聲監測點 ”
Ø 前端監測點的監測儀器采集噪聲數據，通過網絡傳輸到監控中心的服務器上；
（尚為噪聲在線監測儀是標準IP設備，支持各種方式接入網絡，支持固定公網IP，也支持DHCP自動獲取IP，也支持PPPoE動態撥號。）
5.2.2 “監控中心 ”
Ø 監控中心的系統軟件，由運行在服務器上的噪聲服務端軟件和運行在工作站上的噪聲客戶端軟件兩部分組成。
噪聲服務端軟件主要提供以下功能：1、接收和存儲采集監測點上報的噪聲數據；2、為噪聲客戶端軟件提供數據訪問支持；3、為客戶端軟件與采集監測點之間提供透明數據傳輸服務。噪聲客戶端軟件為用戶提供豐富、直觀的人機交互界面。
圖二、中心系統軟件結構示意圖
噪聲服務端軟件使用高性能的組件化的內部構建，有數據訪問、數據緩存、TCP/IP池等等組件。統一管理采集端與噪聲客戶端軟件的各種訪問請求，諸如TCP/IP連接建立或釋放、數據訪問或者存儲之類等。噪聲軟件系統采用C/S架構，是分布式的多用戶子系統。噪聲客戶端為用戶提供豐富直觀的人機交互界面，如以波形的直觀方式顯示、超標噪聲實時播放。用戶可以為每個監控點設置不同的噪聲限制級別，一旦噪聲聲級超限，屏幕提示紅色警告。數據中心端對噪聲數據分析處理后，以圖形和報表的形式及時、準確地傳給環境監督和執法管理部門，為環境噪聲監測和治理提供有效的依據。在數據維護方面，采用SQL SERVER 2005家族中的免費產品SQLEXPRESS(推薦使用專業版本)，噪聲服務端軟件提供多方面的數據庫維護平臺。在與GIS子系統相結合后，可在電子地圖上顯示監測站點、噪聲污染源等基本信息，如反映監測站點、噪聲污染源等的屬性及監控信息。圖文互查功能可以從圖形查其屬性，從其屬性查其圖形以及兩者結合互查�？梢耘浜檄h境統計等噪聲污染源的分布的查詢；數據分析功能包括對各個噪聲污染監測點和環境參數、區域環境等，利用數學方法和GIS手段進行時空分析。
Ø 通過監測系統充分地利用用戶本地的網絡環境，在網絡連通到的場所，都可以隨時隨地、遠程查看控制本系統的每個噪聲監控點。
5.3 監控中心網絡設備5.3.1 相關設備：
中心服務器，存儲服務器，網絡設備等。
5.3.3 存儲服務器：
安裝了“數據庫”軟件的PC服務器。用來存儲網絡中傳輸過來的儀器數據。存儲路徑、存儲名稱、記錄文件時間長短，文件保存周期等等，都在存儲服務起中完成。存儲必須配合中心服務器一起工作。
5.3.4 中心服務器：
安裝聲環境監測中心系統軟件的PC服務器。是整個系統的軟件支持核心，負責系統的工作參數設置、用戶權限分配、報警信息處理、聯動等等工作。
6.1 噪聲在線監測儀功能定義
噪聲在線監測儀是針對在位置固定不變的監測點上監測噪聲超標事件而設計的，支持LAN/ADSL/CDMA/GPRS等通訊方式，自動判斷并記錄噪聲超標數據(分貝和音頻)。應用范圍：城市區域噪聲超標監測，工地施工噪聲超標檢測，工業企業噪聲超標檢測等。以下內容將噪聲在線監測儀的主要功能分別進行描述。
6.1.1 統計數據
每10分鐘統計一組10分鐘數據：Leq,Lmax,L5,L10,L50,L90,L95,SD。
每小時統計一組1小時數據：Leq,Lmax,L5,L10,L50,L90,L95,SD。
每天統計一組24小時數據：Ldn,Ld,Ln,Lmax,Ldmax,L5,L10,L50,L90,L95,SD。
6.1.2 音頻數據
音頻數據采集受采集條件控制，采集條件是指當瞬時聲級超過設定的閥值時進行采集，可為不同時間段設置不同的閥值，當閥值設置為0時音頻24小時不間斷采集。音頻數據采集以5分鐘為單位將時間邏輯上劃分成若干個邏輯時間段，邏輯時間段對齊到每小時的5分、10分、15分…。噪聲超標時采集機記錄整個邏輯時間段內的音頻，時間長度為5分鐘。例如：當12點08分10秒時出現超標，則采集機記錄從12點05分00秒到12點09分59秒整個邏輯時間段內的音頻數據。根據需要用戶可以選擇超標時是否記錄事件發生前一個邏輯時間段和后一個邏輯時間段的數據。例如：當12點08分10秒時出現超標時，是否也記錄前一個邏輯時間段(從12點00分00秒到12點04分59秒間)和后一個邏輯時間段(從12點10分00秒到12點14分59秒間)的音頻數據。
音頻數據采集總是對齊到5分鐘時間單位，如果服務器未能接收邏輯時間段內的整段數據(例如采集機正在發送音頻數據時意外重啟)，則服務器應當拋棄已經接收的殘缺音頻數據。噪聲在線監測儀向服務器發送的音頻數據總是整個邏輯時間段的音頻數據，如果噪聲在線監測儀未能記錄整個邏輯時間段的音頻數據，則該段音頻數據被采集機拋棄。音頻數據中嵌入每秒1個的瞬時聲級分貝數據，該瞬時聲級分貝數據僅用于曲線圖表顯示。
6.1.3 實時數據
實時數據包括分貝數據和無壓縮音頻數據，由服務器端控制發送和停止。分貝數據每秒更新一次，數據有瞬時聲級、最近5分鐘的等效聲級和最大聲級。音頻數據每秒鐘為一塊發送到服務器，音頻數據格式為無壓縮的11KHz/16Bit/monophony音頻。音頻數據中嵌入每秒1個的瞬時聲級分貝數據。
6.1.4 國標格式數據傳輸
噪聲在線監測儀主模塊數據傳輸使用自定義的傳輸格式傳輸，國標HJ/T212-205數據傳輸由一個獨立的國標傳輸模塊完成�？梢詫鴺藗鬏斈K和采集機主模塊理解為在采集機上共用聲級計的兩套完全獨立的軟件。這樣做的原因是除了目前國標HJ/T212-2005格式定義上有不少含糊不清的描述外，若采集機主模塊數據傳輸直接使用國標格式，在功能和設計上會受限于國標中規定的功能。如果將國標數據傳輸單獨做成一個獨立的模塊，則該國標傳輸模塊可以完全針對國標設計，模塊實現的功能也只提供國標中明確定義的功能。如果采集機需要接入其他廠家的自定義格式的噪聲服務端，這種設計結構也可以使以后需要的時候方便的添加針對特定服務端數據傳輸格式的模塊，當然該模塊所提供的功能同樣受限于目標服務端所定義的功能。
6.1.5 聲級計校準
聲級計校準時會持續產生94dB的分貝值和刺耳的噪音，校準時采集下來的數據會影響噪聲數據的查詢和統計，因此有必要針對該問題做些措施。在噪聲監測儀上裝一個校準開關(接I/O輸入)，對聲級計校準前將開關按下，使儀器進入“校準模式”，停止對分貝和音頻數據的采集，完成校準操作后再將開關彈起，使采集機恢復到正常工作模式。
6.1.6 維修模式
維修模式用來幫助操作人員在現場進行采集機的維護操作，使維護人員可以方便的確定儀器各個部件工作是否正常。例如：查看聲級計的工作狀態、查看從聲級計取數是否正常、監聽音頻錄音是否有聲音等。維護模式為獨立的工作模塊，需要操作人員在現場重啟儀器時選擇進入。
6.1.7 其他功能
a) 時間同步，定期從NIST時間服務器獲取并更新系統時間。
b) 軟件看門狗服務。
c) 支持固定IP和動態域名的服務器地址。
d) 在線升級，包括軟件升級和配置更新。
e) WEB界面的參數配置界面。
f) WEB界面顯示采集機工作狀態和采集的數據。
g) 提供串口液晶屏顯示采集機的工作狀態和采集的數據(方便維護)。
h) 遠程調試信息輸出，通過Lan輸出程序打印的文本信息。
i) 在儀器上提供多個LED燈用于顯示采集機的工作狀態。
j) 在儀器上提供1個維修模式按鈕，用于切換到維修模式。
k) 儀器狀態報告，向服務器報告儀器的工作狀態和運行時LOG記錄。
6.2 噪聲在線監測系統服務端軟件功能定義
6.2.1 永久TCP連接和臨時TCP連接
每臺噪聲在線監測儀與服務器建立一路永久TCP連接，用于接收服務器的通知(如啟動或停止發送實時數據通知、文件升級通知、重啟儀器通知和查詢儀器運行狀態等)。
除永久TCP連接外其他TCP連接均為臨時TCP連接。儀器向服務器發送數據前建立TCP連接，數據發送完后隨即斷開TCP連接。
6.2.2 噪聲在線監測儀控制中心
通過永久TCP連接控制儀器的行為。定義的行為包括：
1、重啟儀器
2、啟動實時分貝數據傳輸
3、停止實時分貝數據傳輸
4、啟動實時音頻數據傳輸
5、停止實時音頻數據傳輸
6、詢問儀器當前的狀態
6.2.3 統計數據接收
接收儀器發送的10分鐘統計數據、1小時統計數據和24小時統計數據，并將數據存入數據庫。
6.2.4 音頻數據接收
接收儀器發送的每5分鐘一段的音頻數據，并將數據寫入數據庫或獨立的文件中。每個5分鐘一段的音頻數據為一個單獨可播放的音頻文件(已壓縮)。
6.2.5 LOG 數據接收
接收儀器發送的LOG數據。例如：升級記錄、運行錯誤記錄和儀器重啟記錄等。
6.2.6 在線升級服務
為噪聲在線監測儀提供在線升級服務。在線升級包含兩部分內容：軟件升級和配置更新。配置更新是指用戶在服務器端配置噪聲在線監測儀器的工作參數，由噪聲在線監測儀通過在線升級服務來更新配置參數。
6.2.7 實時數據接收(轉發)
服務器響應客戶端的“實時數據查詢”請求，通知噪聲在線監測儀啟動實時數據采集功能(僅LAN通訊機型)，并將實時數據轉發給客戶端。當客戶端不在需要查詢實時數據時，服務器通知噪聲在線監測儀停止實時數據采集功能。多個客戶端可能同時請求同一臺噪聲在線監測儀的實時數據，服務器應維護一組使用計數，當某個噪聲在線監測儀的使用計數大于0時啟動該噪聲在線監測儀的實時數據采集功能，當使用計數減到0時停止該噪聲在線監測儀的實時數據采集功能。
6.2.8 數據維護
定期刪除數據或將數據轉儲到其他計算機。
6.3 噪聲在線監測系統客戶端功能定義
6.3.1 實時數據查看
1、實時查看噪聲數據，數據包括瞬時聲級、5分鐘內的等效聲級和最大聲級、采集機當前運行狀態。2、實時音頻監聽。
6.3.2 歷史數據查詢
查詢某時間段內的24小時統計數據、1小時統計數據、10分鐘統計數據和歷史音頻記錄回放。24小時統計數據包括：Ldn、Ld、Ln、Lmax、夜間最大聲級、L5、L10、L50、L90、L95和SD。1小時統計數據包括：Leq、Lmax、L5、L10、L50、L90、L95和SD。10分鐘統計數據包括：Leq、Lmax、L5、L10、L50、L90、L95和SD。
6.3.4 超標數據查詢
查詢某時間段內的超標數據(以天為單位)。噪聲超標是根據24小時統計數據中的“晝間等效聲級”、“夜間等效聲級”和“夜間最大聲級”來判定的。
6.3.5 自動報警
當噪聲在線監測信出現故障時報警。
當監測點噪聲超標時報警。
6.3.6 報表統計打印
根據用戶的要求提供各種形式的報表統計打印功能。
廈門四信通信科技有限公司----廖先生
