环境噪声自动监测系统研究

环境噪声自动监测系统研究

邱前军肖前华

深圳市政院检测有限公司广东深圳518000

摘要：噪声监测是环境保护技术的重要组成部分，噪声监测数据的代表性、完整性、可比性、精密性和准确性是衡量监测分析的重要尺度，是质量保证好坏的直接体现。本文介绍了ＮＭ2006远程声校准环境噪声自动监测系统的概况，并对其运行控制与数据质量综合保证措施提出研究探讨，希望为今后的环境保护提供一定的推动力。

关键词：环境保护；噪音；检测；数据质量

前言

随着社会文明和科技的进步，人们对生活、学习、工作的环境质量要求越来越高，环保部门在环境监测手段和数据综合分析技术等方面也提出了更高的要求，传统的人工监测方法未能应对实时性的监测要求，而环境噪声的自动监测却能够克服传统监测方式的单点性和滞后性，为城市环保、规划部门进行环境质量考核、噪声治理、城区建设规划等业务提供全面、可靠的数据，监测数据良好与否势必直接影响环境保护决策的正确与否，为此必须加强噪音自动监测质量保证工作。

1.噪声自动监测系统

“Ｍ2006远程声校准环境噪声自动监测系统”在研制初期阶段主要由声级计、数据采集器、数据传输模块等组成，但系统偶尔出现死机等情况，影响测量数据的完整性，因此发展成在线型噪声自动监测系统，其硬件架构如图。

在线型噪声系统现场测量部分硬件架构图

2.运行控制与保障措施

2.1重启机制

2.1.1软件重启

“ＮＭ2006远程声校准环境噪声自动监测系统”的软件重启分为以下四个层面：

（1）由于噪声测量软件的某个子程序出现问题，当噪声测量软件检测到之后，立即重新恢复该子程序的运行；

（2）当噪声测量软件出现错误导致测量软件本身无法运行时，运行在Ｗｉｎｄｏｗｓ操作平台上的“软件看门狗”程序，在短时间内完成对噪声测量软件的重启；

（3）由于Ｗｉｎｄｏｗｓ操作系统运行效率变低，电脑运行速度变慢，导致测量系统的数据采集在规定的时间内无法完成，监控软件将完成Ｗｉｎｄｏｗｓ系统的重启；

（4）当Ｗｉｎｄｏｗｓ操作系统出现问题甚至导致死机时，系统运行控制器以硬件重启的方式予以恢复运行。

2.1.2硬件重启

“ＮＭ2006远程声校准环境噪声自动监测系统”的硬件重启分为以下两个层面：

（1）噪声测量系统在运行过程出现硬件层面的问题时，比如测量仪器或数据采集服务器等出现通信中断或死机现象，系统运行控制器会在短时间内予以硬件复位重启；

（2）当运行控制器本身出现死机现象时，运行控制器上的“硬件看门狗”电路会在1秒之内唤醒运行控制器。

2.2延时启动

“ＮＭ2006远程声校准环境噪声自动监测系统”在上电运行时，系统的运行控制器先经过时间延时，才向系统的各个部分供电，延时期间只有恒温控制器在工作。其目的有两个：（1）防止上电时产生的冲击电流对系统造成影响甚至损坏；

（2）进行温度准备，确保系统各测量设备能够满足温度要求。

2.3恒温控制

噪声自动监测系统中各部分的仪器设备均对运行温度有要求，比如数据采集使用的噪声仪，属于计量仪器，它的工作温度一般为0~50°Ｃ。在一些冷热温差较大的地区，系统必须具有温度检测和恒温控制的功能，以确保各类仪器设备工作在合适的温度范围内，减少温度漂移现象，提高测量数据的准确性，延长仪器设备的使用寿命。“ＮＭ2006远程声校准环境噪声自动监测系统”的温度控制电路采取高低温独立控制并具有失控互锁功能。例如，如果出现低温控制失控，当机箱温度加热到上限温度时，高温控制电路立即将低温控制电路锁定、关断，避免仪器设备过热损坏事件的发生。

2.4后备电源

“ＮＭ2006远程声校准环境噪声自动监测系统”，不论是采取太阳能供电方式，还是采取交流供电方式，均拥有后备电源系统，即拥有蓄电池和充放电控制设备，能够在没有阳光或交流电的情况下保证测量系统的供电，并具有避免蓄电池过充和过放的功能。例如，在交流供电方式下，ＮＭ2006远程声校准环境噪声自动监测系统”安装有电源管理器，当失去交流供电时，系统自动切换到蓄电池供电，当电源管理器检测到由蓄电池供电后，首先向现场数据采集服务器“通报”，现场数据采集服务器再通过互联网向系统维护终端“告警”，当蓄电池电压下降到限值时，电源管理器向现场数据采集服务器发出关机指令，待现场数据采集服务器显示“正常关机”后，电源管理器方切断后备电源的所有供电输出，避免了蓄电池由于过放电而损坏的现象发生，同时＃现场数据采集服务器也起到保护作用，防止因非正常关机而损坏现场数据采集服务器，尤其是数据硬盘等设备。

2.5远程报警

在采用交流供电方式时，以下两种情况均会触发“ＮＭ2006远程声校准环境噪声自动监测系统向系统维护终端的远程报警。

（1）系统出现温度超限，譬如，机箱内温度低于0°Ｃ或高于50°Ｃ，说明恒温控制失控，需要检修；

（2）系统失去交流供电，转由蓄电池供电。

2.6抗干扰

2.6.1硬件抗干扰

（1）抑制干扰源

通过并联电容来实现抑制干扰源；在继电器线圈增加续流二极管，消除断开线圈时产生的反电动势干扰；测量仪器与无线设备分别供电并去掉公共地。（2）切断干扰传播路径

系统使用光偶元件和光纤通信来切断干扰传播路径。

2.6.2软件抗干扰

（1）指令儿余

在软件关键地方人为插入一些单字节指令，或将有效单字节指令重写，减少软件出错机率。

（2）拦截技术

用软件陷讲来拦截乱飞的程序，将乱飞的程序引向指定位置，再进行出错处理。

（3）“软件看门狗”技术

若失控的程序进入“死循环”，采用“软件看门狗”技术使程序脱离“死循环”。通过不断检测程序循环运行时间，若发现程序循环时间超过最大循环运行时间，则认为系统陷入“死循环”，需进行出错处理。系统运行过程中，严重的干扰有时会破坏中断方式控制字，关闭中断，造成系统无法定时“喂狗”，导致硬件看门狗电路失效，此时软件看门狗有效地解决了这类问题。系统中使用了“软”、“硬”两种看门狗技术，有效地避免了死机现象的发生。

（4）故障识别

系统具有自动故障识别的能力，并用发光二极管提示，方便维护人员分析判断，查找故障原因。

（5）数据校验

数据传输过程中容易受到外界电磁波等的干扰，造成数据的误传，系统测量软件采取同一组数据多次传输和取多原则等校验方式解决数据校验问题。

2．7电磁兼容

有些“ＮＭ2006远程声校准环境噪声自动监测系统”，使用数传电台完成测量仪器与现场数据采集服务器之间的数据通信；有些通过电信运营商的无线路由通信方式向中心端传送数据。为提高电磁兼容能力，采取了以下方法措施。

（1）距离方法

利用电磁波的强度随距离的增加而迅速衰减的特性，增加无线设备与测量仪器尤其是传声器的距离，降低电磁波对测量仪器的干扰影响。

（2）屏蔽方法

使用电路的屏蔽体将电磁辐射源屏蔽起来，并将屏蔽体接地，以降低电磁辐射的干扰。设计时将测量仪器与射频设备分别安装在不同的机箱内，传声器安装在具有一定屏蔽能力的户外单元内，防止电磁波对测量仪器干扰影响。

（3）阻断方法

测量仪器与射频设备分别供电，互不共地，两者的数据通信利用光纤连接，有效阻断电磁波通过通信线路对测量仪器的影响。

（4）接地方法

利用接地地网将测量系统接地，并使接地电阻小于4Ω。

（5）隔离方法

利用光电隔离方法防止电磁干扰从射频设备到测量设备的传播。

2.8雷击防护

户外噪声监测站点对布点的要求，距离任何反射物（地面除外）至少3.5ｍ以外，高度距地面1.2ｍ以上，必要时置于高层建筑上，以扩大监测受声范围。户外噪声监测站点在布点上的这些要求，使其处在最易于受到雷击损害的高风险地带。一方面，户外噪声监测站点不可能完全选择在电气保护完好的建筑物内；另一方面，由于传声器等传感器一般都是伸向高空的，极易成为雷击的破坏点。“NM2006远程声校准环境噪声自动监测系统”在户外使用时，安装有避雷针，接有良好的地网，但由于机箱体积较小以及费用等方面的原因，系统只配备了一级防雷器，能将残压降到900V以下，在一般雷击的情况下能有效保证站点仪器设备的正常运行。

3.数据质量综合保证措施

3.1自动声校准

“ＮＭ2006远程声校准环境噪声自动监测系统”首次应用了“参考声级校准法”，该方法引入了风速、雨量、温度、背景噪声等环境参数来辅助校准，提高了校准精度，达到了实用化的水平，是一种真正意义上的户外、自动、声级校准的方法。该方法更接近于传统的人工校准方法，不仅兼容传统人工校准方式，还可以采取自动声级校准结合人工声级校准的方式，在保证校准精度的前提下大大减少人工校准的次数。“参考声级校准法”确保了噪声监测数据的准确，提高了噪声监测数据质量。

3.2测量环境状态

环境噪声监测规范明确规定了噪声测量时的气象条件，如风速小于5米／秒，无雪、无雨等。因此，“ＮＭ2006远程声校准环境噪声自动监测系统”将风速仪和雨量计等测量设备作为标配，并且风速可以作为辅助参数参与噪声的测量和计算；此外还对机箱内的温度予以测量和控制，确保测量仪器工作在允许的温度状态下，减少了测量仪器因温度漂移而产生的数据偏差。

3.3网络自动授时

“ＮＭ2006远程声校准环境噪声自动监测系统”除了自动声校准、测量气象参数外，还注重各个现场测量系统时钟的准确性。倘若现场测量系统的时钟不准确，客观上同样不能得到准确的测量数据。“ＮＭ2006远程声校准环境噪声自动监测系统”通过互联网，由中继服务器统一向各个现场监测系统实时授时，确保了各个现场监测系统的“时钟同步”；同时现场监测系统还具有整点启动”的功能，确保了各个现场监测系统能够同步开展测量工作。可见，“ＮＭ2006远程声校准环境噪声自动监测系统”测量的数据不仅准确性较好，而且可比性也很好。

3.4异常数据剔除

一些噪声自动监测系统，将测量得到的数据结果，通过互联网等途径直接导入到终端服务器的数据库中，这样的过程缺少了对测量数据的质量审核过程。“ＮＭ2006远程声校准环境噪声自动监测系统”采取的上传数据的步骤是：首先，现场监测系统将所有原始数据以及计算结果传输到中间数据服务器中，先经过质控人员的数据质量分析。如果发现数据结果存在异常，则需查看原始数据曲线，查找出现异常的原因。由于“ＮＭ2006远程声校准环境噪声自动监测系统”在进行环境噪声测量的同时，还能同步启动噪声事件的监测和录音，因此能够得到更多的质控信息，可及时发现和剔除异常的、无代表性的数据。在通过了质控人员的数据审核后，最后才将数据的最终结果导入到终端服务器的数据库中。

3.5数据备份保存

针对人为干扰采样装置，随意篡改监测数据等环境监测数据造假现象，“ＮＭ2006远程声校准环境噪声自动监测系统”采取了监测数据在不同地点备份保存的措施。例如，在现场数据采集服务器和中间数据服务器各保存一套完整的噪声数据。

4.结束语

总之，噪声污染作为世界四大污染之一，直接干扰人类的正常生活、工作和学习，并严重的影响人们的身体健康，于是，人们建立了各种各样的噪声污染监测系统，这能保证监测质量管理工作做到标准化、制度化、程序化，又能将监测每个环节的工作质量与监测最终成果质量统一起来，客观真实的反映环境噪声的污染水平，有效推进城市声环境的治理和监控。

参考文献：

【1】李华，邢洪林，李玉文，杨洁.环境噪声在线自动监测系统[J].环境科学与管理.2005（04）

【2】孙德生，汤慧兰.环境监测的质量控制和质量保证[J].中国环保产业.2004（04）