环境噪声监测通信技术
随着人们生活水平的提高和环境噪声污染的加剧，改善城市和乡村的声环境质量已经成为人们迫切的需求。噪声监测作为噪声污染防治的基础也自然成为环境保护部门的工作重点。传统的数据监测方法耗时、费力并且可靠性差，因此，环境噪声网络化自动监测系统的建设对于实现环境噪声的长时间连续自动监测具有重要的现实意义。
由于国外欧美一些发达国家的工业化和城市化进程比较早，环境问题的产生和相应的环境噪声监测研究与应用已有二十多年的历史，西班牙、法国及瑞典等发达国家已生产出全天候长年能在户外进行测量噪声的自动监测系统，并能根据监测系统提供的数据进行噪声预测软件的设计和城市规划，实现科学合理地控制城市环境噪声［1 ～4］。
由于环境噪声自动连续监测系统在国外城市区域的广泛应用，大大地促进了城市区域环境噪声的战略研究。有关噪声软件根据环境噪声自动连续监测系统网络的监测数据可绘制城市区域的瞬时三维立体彩色噪声谱图以显示噪声超标地段、时间［5，6］。目前，国内的大部分环境噪声网络化监测系统的结构是前端利用噪声采集终端或数据采集仪完成噪声信号的采集，然后利用显示屏直接显示噪声分贝等级，或者是利用 GPRS 无线网络将数据上传到噪声监控中心，噪声监控中心实现噪声数据的处理、存储及噪声等级显示等功能［7］，这些方案具有费用较高、操作复杂及资源不能重复利用等缺点。因此，笔者提出基于虚拟仪器技术的环境噪声自动监测系统。
1 通信系统结构设计
本系统开发本着集约化原则，以网络服务器、PC 机和噪声传感器为硬件基础，以现有的局域网和 Internet 为依托，以 LabVIEW 和 GIS 为软件开发平台，融合噪声检测技术、虚拟仪器技术、网络通信技术和数据存储技术，构建一个分布式全自动噪声实时监测系统，总体结构如图 1 所示。该系统设定为三级管理模式，监控中心作为一级管理中心下辖 M 个二级数据平台，而每个二级数据平台再管理 n 个噪声监测节点，所有监测节点利用 LabVIEW 提供的声音采集函数库和 PC 机实现采集外界的噪声数据，监测节点完成噪声信号的显示和分析处理功能，并将等效声级作为噪声监测的参数上传到所属区的数据平台，数据平台完成节点巡检和噪声数据的存储，最后各分区的数据平台将存储的噪声数据上传到监控中心形成噪声地图并实时显示噪声等级。该系统监控中心与二级数据平台通过 Internet 实现数据通信，数据平台与监测节点实现局域网内数据传输，局域网中数据平台与监测节点的数据传输和实时监控功能是利用了 LabVIEW 提供的共享变量和浏览器网 络通信技术。
2 通信系统实现
系统中监测节点是依据 GB3096-2008 声环境质量标准开发的一种基于 LabVIEW 环境噪声自动监测仪，以声压传感器和 PC 机为硬件基础，应用 LabVIEW 中的声音采集技术设计完成的。仪器可以在 25 ～138dB 测量范围内实现 ±1． 5dB 的精确度和 0． 1dB 的分辨率，实时检测并记录周围环境的声级、瞬时声级和连续等效声级并图形化实时显示噪声的时域波形和频谱，自动实现环境声级超限报警，具有网络通信功能［8］。监控节点系统结构如图 2 所示。
数据平台根据用户的需求规划为网络通信、数据处理和分析显示 3 个功能模块，网络通信模块对下负责与监测节点的数据通信，完成对节点的巡检与远程监控任务，对上负责与监控中心的数据通信，完成关键数据的上传任务。数据处理模块主要承担关键数据的计算和存储。分析显示模块负责数据分析、局部噪声地图的生成与显示。数据平台系统如图 3 所示。
数据处理中的存储功能利用了 LabVIEW 提供的数据库模块建立 SQL 数据库并设定各个监测节点上传的等效噪声，每隔 30s 存储一次。LabVIEW 的网络通信方法主要有共享变量、TCP、RDA、浏览器及 DataSocket 等几种网络通信方式。鉴于数据平台管理的各监测节点在同一局域网内进行通信，采用 LabVIEW 平台提供的共享变量方式实现节点巡检功能。同时利用 LabVIEW 的提供的 Web 服务器监控区域内各个监测节点的实时运行画面，以便确定节点上传到分区数据平台的准确性和真实性。共享变量通信方式最大的特点是用户不需要了解任何网络协议，不用任何编程就能轻松实现网络数据的交换，适用于实时系统。鉴于 TCP 协议的开放性和实用性强，具有交互式通信、网络安全性能高及不用安装其他辅助软件等优点，本系统采用 TCP 通信函数实现分区数据平台与监控中心的通信。鉴于 LabVIEW 具有实现多任务、多线程的特点，数据平台的对上和对下通信在同一个 LabVIEW 管理程序下实现并行运行，其中与监测节点的通信流程如图 4 所示，与监控中心的通信流程如图 5 所示。
根据用户的需求监控中心规划为网络通信、数据处理和分析显示 3 个功能模块，网络通信模块负责与各二级数据平台数据通信。数据处理模块主要承担关键数据的计算和存储。分析显示模块负责数据分析、将各局部噪声地图汇总生成区域噪声地图并显示。监控中心与区域内的分区监控平台的通信采用 LabVIEW 提供的 TCP 网络通信方式，接收各个分区监控平台上传的区域内平均等效声级，利用了 VB + GIS 技术绘制噪声地图，直观显示各区域内的环境噪声等级。
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