邱永紅

（南京交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，南京211188）

一種基于WiMAX技術(shù)的交通噪聲監(jiān)測網(wǎng)?

邱永紅

（南京交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，南京211188）

提出了一種基于WiMAX寬帶無線接入技術(shù)的交通噪聲監(jiān)測網(wǎng)，給出了利用寬帶無線應(yīng)急通信車構(gòu)建交通噪聲監(jiān)測網(wǎng)的框架，深入討論了符合IEEE 802.16標(biāo)準(zhǔn)的交通噪聲監(jiān)測終端平臺的功能和組成。該噪聲監(jiān)測網(wǎng)可以很好地解決交通噪聲的大范圍和全天候?qū)崟r動態(tài)監(jiān)測等問題，為交通噪聲的規(guī)范管理和技術(shù)決策提供了重要的依據(jù)。

寬帶無線接入；WiMAX技術(shù)；交通噪聲監(jiān)測網(wǎng)；監(jiān)測終端平臺；全天候?qū)崟r動態(tài)監(jiān)測

1 引言

交通噪聲對人群健康的影響始終是社會最關(guān)注的焦點(diǎn)問題之一。交通噪聲是指機(jī)動車輛、鐵路機(jī)車、機(jī)動船舶、航空器等交通運(yùn)輸工具在運(yùn)行時所產(chǎn)生的干擾周圍生活環(huán)境的聲音，其中，機(jī)動車輛包括汽車和摩托車。特別是近十多年來，交通運(yùn)輸工具建設(shè)量日益增加，交通噪聲破壞了城市、遠(yuǎn)郊與鄉(xiāng)村寧靜的生活環(huán)境，引起的交通噪聲擾民事件日益嚴(yán)重。因此，建立有效的交通噪聲監(jiān)測網(wǎng)的工作迫在眉睫。

交通噪聲監(jiān)測網(wǎng)的研究工作主要是在交通噪聲監(jiān)測、噪聲信息的實(shí)驗(yàn)室分析研究、噪聲的全自動監(jiān)測等方面進(jìn)行的。本文在分析交通噪聲監(jiān)控網(wǎng)瓶頸問題的基礎(chǔ)上，通過傳感技術(shù)、通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)及其網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，構(gòu)建了一個基于寬帶無線接入技術(shù)的新型交通噪聲監(jiān)測網(wǎng)。在滿足分布式多媒體信息處理和寬帶無線通信要求的基礎(chǔ)上，該監(jiān)測網(wǎng)可以很好地解決交通噪聲監(jiān)測網(wǎng)發(fā)展過程中遇到的瓶頸問題。該交通噪聲監(jiān)測網(wǎng)的構(gòu)建實(shí)現(xiàn)了交通噪聲的實(shí)時監(jiān)測、信息通信和資源共享，為解決交通噪聲的實(shí)時監(jiān)測等問題開辟了有效的途徑，為交通噪聲的管理和決策提供了有力的技術(shù)支持。

2 交通噪聲監(jiān)測網(wǎng)的提出與構(gòu)建

2.1 交通噪聲監(jiān)測網(wǎng)的瓶頸問題

隨著人們對其生存環(huán)境的日益關(guān)注，交通噪聲監(jiān)測網(wǎng)不僅要對交通噪聲進(jìn)行監(jiān)測，還需要建立快速、及時、全面、準(zhǔn)確地提供交通環(huán)境信息的動態(tài)監(jiān)測與控制體系。要實(shí)現(xiàn)大范圍的綜合監(jiān)測，采用傳統(tǒng)的、簡單的手工操作是無法實(shí)現(xiàn)的，這就需要采用現(xiàn)代化的監(jiān)測手段和信息傳輸技術(shù)。根據(jù)實(shí)際應(yīng)用環(huán)境，交通噪聲監(jiān)測網(wǎng)應(yīng)該是自動監(jiān)測、自動或定時發(fā)送數(shù)據(jù)，監(jiān)測數(shù)據(jù)的傳輸應(yīng)該采用無線通信方式進(jìn)行傳輸，以避免線路鋪設(shè)的投資。

在以往的交通噪聲監(jiān)測網(wǎng)中，一般是采用多測點(diǎn)布點(diǎn)法。由于交通噪聲監(jiān)測網(wǎng)存在著各監(jiān)控點(diǎn)分布范圍廣、地形復(fù)雜、通信帶寬要求高等問題，這種基于傳統(tǒng)的有線和窄帶通信網(wǎng)絡(luò)（GPGS／CDMA）的交通環(huán)境噪聲監(jiān)測網(wǎng)存在著難以實(shí)現(xiàn)的動態(tài)和大面積地實(shí)時反映交通噪聲變化狀況，以及對交通噪聲不能實(shí)施大范圍和全天候的動態(tài)監(jiān)測等瓶頸問題。

2.2 W iMAX技術(shù)的應(yīng)用

目前，利用無線傳感網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建交通噪聲監(jiān)測網(wǎng)呈現(xiàn)出發(fā)展趨勢，同時以WiFi無線局域網(wǎng)接入技術(shù)、WiMAX寬帶無線接入城域網(wǎng)技術(shù)、TD-SCDMA、WCDMA、CDMA2000寬帶無線CDMA技術(shù)為代表的傳輸網(wǎng)絡(luò)正在建設(shè)中。這些技術(shù)均為建立交通噪聲監(jiān)測網(wǎng)提供了技術(shù)保證，使利用無線技術(shù)實(shí)現(xiàn)交通噪聲監(jiān)測網(wǎng)成為可能［1］?；赪iMAX寬帶無線接入技術(shù)的交通噪聲監(jiān)測網(wǎng)主要用于城市及周邊區(qū)域的交通噪聲監(jiān)測等環(huán)境。

微波接入全球互操作性（Worldwide Interoperability forMicrowave Access，WiMAX）技術(shù)是一項(xiàng)城域網(wǎng)的寬帶無線接入技術(shù)，是針對微波和毫米波頻段提出的一種新的空中接口標(biāo)準(zhǔn)［2］。WiMAX技術(shù)的產(chǎn)生為網(wǎng)絡(luò)傳輸提供了一種高速、覆蓋面廣的無線傳輸方式。WiMAX技術(shù)在交通噪聲監(jiān)測網(wǎng)應(yīng)用的優(yōu)勢是：可實(shí)現(xiàn)更遠(yuǎn)的傳輸距離，提供更高速的寬帶接入、優(yōu)良的“最后一公里”網(wǎng)絡(luò)接入、多媒體通信服務(wù)等。

2.3 交通噪聲監(jiān)測網(wǎng)的框架

交通噪聲監(jiān)測網(wǎng)的框架如圖1所示。該監(jiān)測網(wǎng)能夠隨時與控制中心保持不間斷的通信聯(lián)絡(luò)，能為各項(xiàng)交通應(yīng)用場景提供快速組建大范圍覆蓋的無線網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場的視頻監(jiān)控、語音調(diào)度指揮、數(shù)據(jù)處理等功能。

圖1 交通噪聲監(jiān)測網(wǎng)的框架Fig.1 Framework of traffic noisemonitoring network

該監(jiān)測網(wǎng)主要包括以下幾個部分。

（1）有人及無人值守的交通噪聲監(jiān)測終端（包括固定終端及移動終端）

這些交通噪聲監(jiān)測終端為噪聲測量傳感器，監(jiān)測點(diǎn)利用噪聲測量傳感器來采集有關(guān)的參數(shù)。各種數(shù)據(jù)從噪聲測量傳感器的通信口傳送到數(shù)據(jù)傳輸模塊，由數(shù)據(jù)傳輸模塊將數(shù)據(jù)打包，按照IEEE 802.16標(biāo)準(zhǔn)，傳送到應(yīng)急通信車。

（2）應(yīng)急通信車

將WiMAX基站設(shè)備裝入應(yīng)急通信車，應(yīng)急通信車根據(jù)監(jiān)測的需要可以做大范圍的機(jī)動。當(dāng)車輛到達(dá)指定監(jiān)測范圍的地點(diǎn)后，泊車并架設(shè)好天線，一個交通噪聲監(jiān)測網(wǎng)便可投入使用。作為交通噪聲監(jiān)測終端的中繼站，應(yīng)急通信車為交通噪聲監(jiān)測終端與控制中心建立通信聯(lián)絡(luò)，在一個無線寬帶網(wǎng)內(nèi)同時傳遞數(shù)據(jù)、話音、圖像、視頻等信息。應(yīng)急通信車負(fù)責(zé)將由交通噪聲監(jiān)測終端送來的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)采集存儲，利用無線傳輸通道將數(shù)據(jù)通過WiMAX基站傳給控制中心。

（3）控制中心

控制中心根據(jù)需要將WiMAX基站發(fā)來的事件信息發(fā)送到有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)和部門，作為實(shí)時環(huán)境保護(hù)決策之參考，為交通噪聲監(jiān)測和治理提供有效的依據(jù)，并組織應(yīng)變資源。同時，對應(yīng)急通信車發(fā)出相應(yīng)的指令。

3 交通噪聲監(jiān)測終端平臺的設(shè)計(jì)

3.1 交通噪聲監(jiān)測終端平臺的功能

隨著城市交通環(huán)保指標(biāo)的逐步提高，現(xiàn)有的普通交通噪聲監(jiān)測終端已不能滿足要求，隨之必將出現(xiàn)一種新型交通噪聲監(jiān)測終端。根據(jù)交通噪聲監(jiān)測系統(tǒng)對實(shí)時性和空間復(fù)雜性的要求，監(jiān)測系統(tǒng)中各種技術(shù)的融合成為了一種必然趨勢［3］。交通噪聲監(jiān)測終端平臺的設(shè)計(jì)思想是將數(shù)字信號處理技術(shù)與無線寬帶接入技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對交通噪聲實(shí)時采集分析處理、超標(biāo)告警、無人值守，以及對噪聲超標(biāo)現(xiàn)場的錄音回放和視頻舉證，方便和規(guī)范了交通環(huán)保部門的監(jiān)管［4］。

該交通噪聲監(jiān)測終端平臺采用DSP處理技術(shù)，結(jié)合WiMAX技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。監(jiān)測終端利用DSP強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力，對噪聲進(jìn)行頻譜分析，可以分析出噪聲的對象類型，有利于環(huán)境檢測部門的分析處理。監(jiān)測終端連接的攝像頭、錄音模塊可以完成超標(biāo)環(huán)境下的現(xiàn)場錄音及錄像，解決了以往環(huán)境監(jiān)管部門的取證難的問題。另外，終端擴(kuò)展的全球定位系統(tǒng)（GPS）可以提供監(jiān)測點(diǎn)的實(shí)時地理位置，為移動監(jiān)測提供了便利。通過WiMAX網(wǎng)絡(luò)無線傳輸，將數(shù)據(jù)實(shí)時傳送至控制中心，控制中心進(jìn)行分析處理后，還可以在地理信息系統(tǒng)上以Web形式將結(jié)果進(jìn)行實(shí)時顯示。

3.2 交通噪聲監(jiān)測終端平臺的組成

交通噪聲監(jiān)測終端平臺的構(gòu)建，應(yīng)包括：

（1）實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集的傳感系統(tǒng)和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換發(fā)送的智能檢測控制終端設(shè)備，該部分由無線傳感器網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成；

（2）完成監(jiān)測數(shù)據(jù)和控制命令傳輸?shù)牟糠?，該部分的?gòu)建有多種形式，包括Internet、WiFi、WiMAX和衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)等多種形式構(gòu)建的網(wǎng)絡(luò)；

（3）數(shù)據(jù)處理的監(jiān)測應(yīng)用系統(tǒng)部分，完成監(jiān)測數(shù)據(jù)的處理及對設(shè)備的控制。

不同環(huán)境可能采用不同的技術(shù)和設(shè)備，只要各部分的具體技術(shù)模塊在接口上遵從共同的標(biāo)準(zhǔn)，就可以方便地根據(jù)不同的需要，設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)一個基于寬帶無線接入技術(shù)的交通噪聲監(jiān)測終端平臺。

該交通噪聲監(jiān)測終端平臺主要由數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、WiMAX無線數(shù)據(jù)傳輸模塊、供電模塊及附屬模塊組成［5］。圖2是該交通噪聲監(jiān)測終端平臺的方框圖。其中，數(shù)據(jù)采集模塊可以自動獲取噪聲信息，并經(jīng)過數(shù)據(jù)處理模塊對數(shù)字信號進(jìn)行計(jì)算分析，然后通過RS232／485等接口與基于WiMAX技術(shù)的無線數(shù)據(jù)傳輸模塊相連，將數(shù)據(jù)通過無線通信鏈路發(fā)送到控制中心。

圖2 交通噪聲監(jiān)測終端平臺的方框圖Fig.2 Traffic noisemonitoring terminal platform

4 交通噪聲監(jiān)測終端平臺的分析

4.1 數(shù)據(jù)采集模塊

數(shù)據(jù)采集模塊的作用是完成對現(xiàn)場聲環(huán)境的測量工作，采用傳感器來采集并處理信號。該模塊主要包括噪聲傳感器、信號預(yù)處理電路以及A／D轉(zhuǎn)換器。

傳感器是一種聲電換能器，可將測得的聲信號轉(zhuǎn)換成電信號，有電動式傳感器、壓電式傳感器和電容式傳感器3種。根據(jù)交通噪聲監(jiān)測系統(tǒng)要求的工作范圍和工作環(huán)境，選用電容式傳感器。

4.2 數(shù)據(jù)處理模塊

數(shù)據(jù)處理模塊實(shí)現(xiàn)的方法是通過應(yīng)用DSP對采集的噪聲信號進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、計(jì)算、統(tǒng)計(jì)，以及對噪聲頻譜進(jìn)行分析［6］。

所有的采集數(shù)據(jù)都記錄在數(shù)據(jù)庫中，用于建立噪聲監(jiān)測數(shù)據(jù)庫，為制定噪聲管理工作提供數(shù)據(jù)資料，所得到的數(shù)據(jù)通過WiMAX無線數(shù)據(jù)傳輸模塊傳輸至遠(yuǎn)程控制中心。

4.3 W iMAX無線數(shù)據(jù)傳輸模塊

數(shù)據(jù)傳輸模塊的作用是將數(shù)據(jù)采集模塊取得的數(shù)據(jù)傳輸至數(shù)據(jù)處理模塊以供處理，同時將數(shù)據(jù)處理模塊發(fā)出的指令傳輸至數(shù)據(jù)采集模塊，一般傳輸距離較遠(yuǎn)。

該模塊是由符合IEEE 802.16標(biāo)準(zhǔn)的WiMAX系統(tǒng)芯片與無線射頻（RF）收發(fā)器芯片組構(gòu)成，提供一個完整的RF鏈路，能夠?qū)崿F(xiàn)高線性、低噪聲以及較寬發(fā)送調(diào)諧范圍，能有效實(shí)現(xiàn)同步寬帶高速語音、數(shù)據(jù)和視頻服務(wù)。采集預(yù)處理后的噪聲信號以及噪聲超標(biāo)情況下的現(xiàn)場錄音信號和視頻信號，經(jīng)由此模塊傳輸至遠(yuǎn)程控制中心，實(shí)現(xiàn)對交通噪聲的實(shí)時監(jiān)測。

4.4 供電模塊及附屬設(shè)備

由于此監(jiān)測終端為戶外不間斷工作，可采用太陽能電池板供電。為降低功耗，可通過軟件程序?qū)崿F(xiàn)多種的工作模式（包含正常模式和節(jié)電模式）。附屬設(shè)備包含了GPS、錄音設(shè)備及監(jiān)控?cái)z像頭等，都將被嵌入到監(jiān)測終端，在需要的情形下，啟用相應(yīng)的附屬設(shè)備，輔助對噪聲的監(jiān)測以及對超標(biāo)噪聲的舉證。

5 結(jié)束語

隨著交通應(yīng)用環(huán)境的不斷擴(kuò)展，WiMAX技術(shù)在交通噪聲監(jiān)測網(wǎng)應(yīng)用的優(yōu)勢決定了它不僅是未來無線通信網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，而且是非常適合作為新一代交通噪聲監(jiān)測網(wǎng)的接入技術(shù)。WiMAX寬帶無線接入技術(shù)的出現(xiàn)，使交通噪聲監(jiān)測網(wǎng)具有了更廣泛的應(yīng)用空間。

本文以交通噪聲監(jiān)測的需求為牽引，應(yīng)用WiMAX寬帶無線接入技術(shù)，研究并構(gòu)建一個具有無線城域網(wǎng)特征的交通噪聲監(jiān)測網(wǎng)。如何解決交通噪聲的大范圍和全天候的實(shí)時動態(tài)監(jiān)測等問題，該噪聲監(jiān)測網(wǎng)提供了很好的解決途徑，同時為交通噪聲的規(guī)范管理和技術(shù)決策提供了重要的依據(jù)。

［1］彭木根，王文博.下一代寬帶無線通信系統(tǒng)-OFDM與WiMAX［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007. PENGMu-gen，WANGWen-bo.NextBroadbandWireless Communication System-OFDM and WiMAX［M］.Beijing： China Machine Press，2007.（in Chinese）

［2］Rathgeb B，Qiang Cheng.Utilizing the IEEE 802.16 standard for homeland security applications［C］／／Proceedings of SPIE. Bellingham：The International Societ for Optical Engineering，2005：210-220.

［3］黃家善.基于無線寬帶城域網(wǎng)的城市環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)［J］.福建師范大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2007（2）：34-37. HUANG Jia-shan.A Structural Design of City Environment Monitorig System Basednon Metropolitan-area Broadband Wireless Network［J］.Journal of Fujian Normal University（Natural Science Edition），2007（2）：34-37.（in Chinese）

［4］王天利，謝佳茵.城市交通噪聲監(jiān)測優(yōu)化布點(diǎn)研究［J］.噪聲與振動控制，2010，30（4）：44-46. WANG Tian-li，XIE Jia-yin.Study on Optimal Spotting for Urban Traffic Noise Monitoring［J］.Noise and Vibration Control，2010（4）：44-46.（in Chinese）

［5］張燕，邱永紅，徐志國.基于寬帶無線接入技術(shù)的環(huán)境噪聲監(jiān)測網(wǎng)構(gòu)建研究［C］／／第二屆中國傳感器網(wǎng)絡(luò)學(xué)術(shù)會議.重慶：重慶郵電大學(xué)，2008：8578-8580. ZHANGYan，QIU Yong-hong，XU Zhi-guo.Research on environmental noisemonitoring network establishing based on broadband wireless access technology［C］／／Proceedings of CWSN 2008.Chongqing：Chongqing University of Posts and Telecommunications，2008：8578-8580.（in Chinese）

［6］秦勤，張斌，段傳波.環(huán)境噪聲自動監(jiān)測系統(tǒng)研究進(jìn)展［J］.中國環(huán)境監(jiān)測，2007，23（6）：14-16. QIN Qin，ZHANG Bin，DUAN Chuan-bo.The Development of Environmental-noiseWireless-Monitor System Research［J］.EnvironmentalMonitoring in China，2007，23（6）：14-16.（in Chinese）

A Traffic Noise M onitoring Network Based on W iMAX Technology

QIU Yong-hong
（Nanjing Communications Institute of Technology，Nanjing 211188，China）

A traffic noisemonitoring network based onWiMAX broadband wireless access technology is presented. The frame of using emergency communication vehicle to establish traffic noisemonitoring network is given.Functions and composition of the traffic noisemonitoring terminal platform complied with IEEE 802.16 standard are discussed.Thisnoisemonitoring network can solve the problems ofwide region and all-day realtime and dynamic monitoring，which provides important supports for standard management and technical decision for traffic noise.

broadband wireless access；WiMAX technology；traffic noisemonitoring network；monitoring terminal platform；all-day realtime dynamicmonitoring

The Science＆Research Foundation Project of Nanjing Communications Institute of Technology（JY1005）

the Ph.D.degree from PLA University of Technology in 2000.She is now a senior engineer.Her research interests includemobile communications and communication technology.

1001-893X（2011）09-0096-04

2011-03-31；

2011-06-20

南京交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院科研基金項(xiàng)目（JY1005）

TN92

A

10.3969／j.issn.1001-893x.2011.09.020

邱永紅（1964—），女，河北南宮人，2000年獲解放軍理工大學(xué)通信與信息系統(tǒng)專業(yè)工學(xué)博士學(xué)位，現(xiàn)為高級工程師，主要研究方向?yàn)橐苿油ㄐ?、通信技術(shù)。

Email：qiuyonghong2008＠sina.com

QIU Yong-hong was born in Nangong，Hebei Province，in 1964.She