Способ и система для автоматизированного мониторинга эквивалентного уровня звука
METHOD AND SYSTEM FOR AUTOMATED MONITORING OF THE EQUIVALENT SOUND LEVEL

Изобретение относится к области приборостроения, а именно к автоматическим контрольно-измерительным средствам мониторинга шума, шумового загрязнения территории, воздействия шума на население, в частности контроля шумового воздействия строительных площадок на окружающую жилую застройку.
Способ обеспечивает определение общей акустической ситуации в заданном месте (в определенной местности) и используется для определения уровня шума в разные периоды времени (отрезки времени, части суток). Может быть использован при осуществлении контроля уровня шума на границе жилой застройки, определении соответствия санитарным нормам. Система обеспечивает осуществление предложенного способа.
Известен способ выборочного мониторинга в режиме реального времени и картирования шума окружающей среды и устройство для его осуществления по патенту США № US 2015110276. Способ включает в себя расстановку станций мониторинга шума в специально выбранных контрольных точках, передачу данных в пункт обработки и осуществление построения карты шума с выбором вклада конкретных источников. Устройство содержит калиброванные приборы - сенсоры, осуществляющие мониторинг отдельных источников шума, средства передачи информации и вычислительный модуль. Недостатком данного способа является необходимость выявления каждого источника и использование для него отдельного измерительного прибора и создание в результате измерений шумовой картины только от вклада определенных отдельных источников шума.
Известен способ определения уровня шума по патенту РФ №2534812, включающий выбор характерных точек, расчет уровня шума в характерных по уровню шума точках, длительное измерение шума с целью выявления характерных режимов работы источника в двух точках - у источника и вдали, и получение поправки для уточненного расчета. Однако известный способ не обеспечивает возможности постоянного мониторинга заданной территории.
Наиболее близким к предложенному изобретению является способ анализа уровня шума по патенту США US 2003204381, включающий получение данных посредством измерительного прибора, передачу и обработку сигнала в течение довольно длительного времени. Способ осуществляется системой регистрации и анализа уровня шума окружающей среды. Система способна производить выборку, обработку и сохранение значений 1-секундного эквивалентного уровня звука в течение ограниченного двумя неделями времени. Недостатком способа и системы является ограниченность измерений по времени двумя неделями, сложность системы и высокая стоимость оборудования для мониторинга. Также недостатком способа является отсутствие действий по проверке данных измерения, и невозможность выделения тонального и импульсного шума.
Задачей изобретения является создание способа и системы для качественного мониторинга шумового воздействия «объекта, производящего шум» на окружающие «объекты/жилую застройку» с исключением возможности фальсификации информации с «подгонкой» под существующие нормы и правила и обеспечением подтверждения правильности результатов.
Техническим результатом от использования изобретения является расширение арсенала технических средств автоматизированного мониторинга эквивалентного уровня звука, обеспечивающее полный временной охват технологических особенностей работы «объекта, производящего шум», надежность и снижение затрат на мониторинг.
Указанный технический результат достигается тем, что автоматизированный мониторинг эквивалентного уровня шума осуществляют способом, включающим выбор характерной по уровню шума точки, получение данных с помощью средств измерения звукового давления, передачу, обработку, анализ и сохранение данных. В выбранной характерной точке получают данные от, по меньшей мере, трех шумомеров, размещенных на расстоянии друг от друга не более 3 значений длины звуковой волны частоты 1000 Гц в воздушной среде при нормальных условиях, выполненных с обеспечением непрерывного подогрева и поддержания работоспособности при перепадах температур, от каждого шумомера с заданным временным шагом получают пакеты телеметрических данных, пакеты маркируют метками единого для всех средств измерения времени, и пакеты передают на удаленную ЭВМ, где эквивалентный уровень звука на каждом шаге получают как величину
KT
где L - эквивалентный уровень звука,
ш,i
ш,j
L и L - уровни звука, соответствующие цифровым кодам шумомеров с номерами i и j, где i=1,2,3; j=2,3; i<j, которые выбирают по маркерам единого времени из условий:
- абсолютное значение разности показаний шумомеров с номерами i и j не превышает 2,0 дБ, то есть выполняется условие
- абсолютное значение разности показаний шумомеров с номерами i и j является минимальным для любых комбинаций пар различных шумомеров:
производят накопление полученных результатов с формированием баз данных.
Отчет об эквивалентном уровне звука за заданный интервал времени формируют на основании полученных баз данных.
Осуществляют построение временных хронограмм.
Пошаговые измеренные уровни звука сохраняют и используют для формирования по запросу пользователя отчетов об эквивалентных уровнях шума за любой интервал времени мониторинга в виде графиков, таблиц, текста.
Каждый пакет телеметрических данных содержит максимальные мгновенные уровни звука на интервале времени 1 с.
Каждый пакет телеметрических данных содержит средние по времени уровни звука.
Каждый пакет телеметрических данных содержит уровни звукового давления в октавных полосах частот.
Каждый пакет телеметрических данных содержит уровни звукового давления в 1/3-октавных полосах частот.
Передачу данных одновременно осуществляют во внешнюю компьютерную сеть и/или на персональный компьютер, и/или на промышленный компьютер.
Сохранение баз данных осуществляют в службе хранения данных.
Система автоматизированного мониторинга эквивалентного уровня звука, содержит средства измерения звукового давления, средство передачи данных, средство обработки и накопления данных, отличающееся тем, что средство измерения звукового давления включает, по меньшей мере, три шумомера, размещенные на расстоянии друг от друга не более 3 значений длины звуковой волны частоты 1000 Гц в воздушной среде при нормальных условиях, выполненные с обеспечением непрерывного подогрева и поддержания работоспособности при перепадах температур, по меньшей мере, одну опорную стойку для крепления шумомеров, при этом каждый шумомер включает микрофон, связанный с блоком цифровой обработки, выполненным с возможностью обеспечения маркировки пакетов телеметрических данных метками единого времени и интерфейса данных во внешнюю компьютерную сеть и интернет, выходы блоков цифровой обработки связаны со входами средства передачи данных, которое посредством кабельного или беспроводного соединения связано со средством обработки и накопления данных, представляющим собой ЭВМ, снабженную программным средством для вычисления эквивалентного уровня звука.
ЭВМ выполнена с обеспечением возможности приведения результатов измерения шумомеров к единому времени, выявления аномальных данных в случае резких отличий результатов измерений шумомеров друг от друга и расчета итоговых уровней по совокупности данных всех средств измерения, а также передачи баз данных в службу хранения данных.
Применены шумомеры 1 класса, усредняющие-интегрирующие по ГОСТ Р53188.1 (МЭК 61672-1) с октавными и 1/3-октавыми фильтрами класса 1 по МЭК 61260-1.
Шумомеры оснащены средствами ветрозащиты.
Шумомеры оснащены средствами защиты от птиц.
Шумомеры оснащены элементами крепления.
Шумомеры выполнены с обеспечением непрерывного подогрева и поддержания работоспособности при перепадах температур окружающей среды.
Питание шумомеров осуществляют с помощью метода РоЕ через РоЕ-инжектор.
Система снабжена средством передачи данных на персональный или промышленный компьютер.
Шумомеры установлены на единой стойке, или каждый шумомер установлен на отдельной стойке.
Изобретение поясняется чертежом, на котором приведена схема системы автоматизированного мониторинга эквивалентного уровня звука.
Изобретение может быть осуществлено следующим образом.
Выбирают характерную по уровню шума контрольную точку в зависимости от цели измерения в соответствии с применяемой нормативной документацией, например в соответствии с п п. 8.2 МУК 4.3.3277-21 «Контроль уровня шума на территории жилой застройки, в жилых и общественных зданиях и помещениях». Критерием служит уровень шума в контрольной точке, являющийся характерным для исследуемого объекта, например шум, создаваемый машинами, механизмами и установками, излучающими шум в окружающую среду в процессе строительства, воздействию которого подвергается территория жилой застройки, здание и пр. Или критерием является то, что вклад исследуемого источника в шум в контрольной точке является наиболее значимым.
В выбранной характерной по уровню шума точке размещают, измерительный прибор являющийся средством измерения звукового давления. Опытным путем установлено по меньшей мере, оптимальное применение, по меньшей мере трех средств измерения, каждое из которых обеспечивает прием и преобразование акустических сигналов в цифровые коды, соответствующие среднему по времени уровню звука с временными коррекциями по ГОСТ Р53188.1 (МЭК 61672-1) и уровням звукового давления в полосах частот шириной в октаву и в одну треть октавы по ГОСТ Ρ 8.714 (МЭК 61260), по вновь вводимому ГОСТ Ρ 70024.1. В качестве средств измерения применяют шумомеры, и наиболее оптимально применение шумомеров, соответствующих требованиям к шумомерам первого класса, в соответствии с ГОСТ Р53188.1, ГОСТ Р53188.1 (МЭК 61672-1) и ГОСТ Ρ 8.714-2010 (МЭК 61260), ГОСТ Ρ 70024.1. Все три средства измерения размещают в непосредственной близости друг от друга, в линию или радиально, на расстоянии не более 3х значений длины звуковой волны частоты 1000 Гц в воздушной среде при нормальных условиях. С заданным временным шагом от каждого шумомера получают независимый цифровой код представляющий значение уровня звука. Данные, полученные с заданным временным шагом передают на ЭВМ в виде пакетов телеметрических данных. Пакеты маркированы метками единого для всех средств измерения времени. Единое время обеспечено тем, что каждое средство измерения связано с сетью интернет или с единым таймером, и использует соответственно единое время сети интернет или время таймера. Память каждого измерительного устройства содержит введенные при калибровке индивидуальные калибровочные параметры измерительного тракта, которые придаются каждому пакету передаваемых данных для соблюдения требования методик и нормативных документов в сфере обеспечения единства измерений. Таким образом обеспечивают исключение возможности фальсификации полученной информации и достигают подтверждения правильности результатов. На каждом шаге, соответствующем заданному интервалу времени, вычисляют по полученным данным уровень звука как величину
КТ
где L_ - эквивалентный уровень звука в контрольной точке,
ш,i
ш,j
L и L - уровни звука, соответствующие цифровым кодам шумомеров с номерами i и j, где i=1,2,3; j=2,3; i<j, которые выбирают по маркерам единого времени из условий:
a) Абсолютное значение разности показаний шумомеров с номерами i и j не превышает 2,0 дБ, то есть выполняется условие
b) Абсолютное значение разности показаний шумомеров с номерами i и j является минимальным для любых комбинаций пар различных шумомеров:  производят накопление результатов измеренных уровней (или вычисленных) с формированием базы данных. Базы данных сохраняют с возможностью формирования отчетов об эквивалентных уровнях звука за интервал времени в пределах диапазона мониторинга, осуществляют построение временных хронограмм.
Пошаговые истории измеренных уровней звука хранят и используют для формирования по запросу пользователя отчетов об эквивалентных уровнях звука на любом интервале времени в пределах диапазона периода мониторинга в виде графиков, таблиц, текста.
Передача данных происходит при необходимости одновременно во внешнюю компьютерную сеть и/или промышленный компьютер.
Хранение и архивирование осуществляют на удаленной ЭВМ или в службе хранения данных, например, по ГОСТ Ρ ИСО/МЭК 17826-2015.
Формирование пакетов телеметрических данных, содержащих калибровочные параметры, максимальные мгновенные (пиковые) уровни звука на интервале времени 1 с, средние по времени уровни звука, уровни звука со стандартизованными временными коррекциями, уровни звукового давления в октавных и в 1/3-октавных полосах частот осуществляют посредством программного обеспечения интерфейсного модуля шумомера. Такой режим измерений с применением временных коррекций F и I обеспечивает выявление импульсного и тонального характера шума, а также обеспечивает невозможность фальсификации результатов измерения.
Для осуществления способа служит система автоматизированного мониторинга эквивалентного уровня шума, принципиальная схема которого изображена чертеже.
Система содержит, по меньшей мере, три шумомера, каждый из которых снабжен цифровым преобразователем 1, обеспечивающим измерение уровней звука и уровней звукового давления в октавных и третьоктавных полосах частот по первому классу точности согласно ГОСТ Р53188.1 (МЭК 61672-1) и ГОСТ Ρ 8.714-2010 (МЭК 61260). Преобразователь 1 шумомера (микрофон) связан с блоком 2 цифровой обработки. Выходы блоков 2 связаны со входами коммутационного устройства 3, связанного посредством кабеля или беспроводным образом с применением роутера 4 с принимающим устройством - ЭВМ 5. Устройство снабжено интерфейсом 6, а также средствами связи с внешними потребителями 7 конечной информации.
Опытным путем установлено, что для наружного мониторинга в течение более 24 ч оптимально использование, по меньшей мере, трех преобразователей. Преобразователи размещают на небольшом расстоянии друг от друга. Опытным путем установлено, что расстояние выбирается из интервала 0-3 значения длины звуковой волны частоты 1000 Гц в воздушной среде при нормальных условиях.
Блок 2 цифровой обработки связан с преобразователем 1, и предназначен для подачи питания на цифровой преобразователь по линии Ethernet внешнего РоЕ-инжектора, а также для преобразования интерфейса преобразователя 1 в интерфейс локальной компьютерной сети Ethernet, и для защиты цифрового преобразователя 1 от воздействия неблагоприятных внешних условий. Блок 2 выполнен с возможностью маркировки пакетов телеметрических данных метками единого времени. Для этого блок снабжают встроенным программным обеспечением, записанным на микропроцессор. Пример выполнения блока 2 -устройство EPS-ETH-04. Выходы блоков 2 связаны со входом коммутационного устройства 3, подающим питание через блок 2 на цифровые преобразователи 1 по линии Ethernet, а также обеспечивающим связь цифровых преобразователей 1 цифровых преобразователей с сетью интернет либо с внешним компьютером. Пример коммутирующего устройства POW-ETH-05.
На принимающее результаты измерений устройство - внешнюю ЭВМ 5, являющуюся средством обработки и накопления данных данные поступают как непосредственно по кабелю, так и с использованием беспроводной связи. Связь может быть осуществлена с внешним компьютером, или через сеть интернет.
Для работы устройства применяют программное обеспечение для настройки трансляторов интерфейса, встроенных в корпус блока 2. Программное обеспечение устанавливается на внешнем компьютере, подключенном к компонентам устройства системы автоматизированного мониторинга эквивалентного уровня шума через коммутирующее устройство 3.
Принимающее устройство выполнено с возможностью передачи для хранения результатов измерений, сформированных баз данных в службу хранения данных по ГОСТ ИСО/МЭК 17826-2015. Посредством службы также предоставляется доступ к этим данным пользователям.
KT
ЭВМ 5 снабжена программными средствами, обеспечивающими вычисление L по вышеприведенной формуле, а также снабжено программными средствами для приведения результатов измерения к единому времени, а также для выявления аномальных данных, таких как резкие отличия результатов измерений шумомеров, и для расчета итоговых уровней по совокупности данных всех средств измерений.
Цифровые преобразователи 1 снабжены средствами ветрозащиты, предпочтительно колпачками из искусственного меха, длинноворсовой ткани. Возможно использование поролоновых средств ветрозащиты. Средствами защиты от птиц выполняют в виде острых выступов, игл. Шумомер оснащают элементом крепления, например в виде кронштейна, для закрепления на опорной стойке.
Преобразователь 1 и блок 2 размещены в корпусе, поверх которого помещена ветрозащита микрофона, и таким образом электрическая мощность, потребляемая электроникой шумомеров, рассеивается в виде тепла внутри корпуса и обеспечивает поддержание работоспособности при перепадах температур.
Коммутационное устройство 3 подает питание на шумомер по линии Ethernet и объединяет несколько шумомеров и внешнее принимающее устройство (ЭВМ) в локальную сеть, подключает их к устройствам доступа в сеть Интернет, обеспечивает связь со службой хранения данных.
Устройство POW-ETH-05 имеет несколько соединительных разъемов, которые поддерживают как коммутацию данных, так и питание подсоединяемых устройств (РоЕ), а также имеет разъем не поддерживающий технологию питания по Ethernet. Его используют для подключения к устройствам выхода в сеть Интернет или к внешнему компьютеру.
Работа устройства заключается в сборе акустических сигналов, преобразовании их в цифровые коды, передаче, обработке и накоплении данных, формировании базы данных, ее сохранение, формировании отчета по запросам потребителя, построении временных хронограмм, графиков, таблиц.
Применением предложенного способа с осуществлением его посредством предложенной системы обеспечивает непрерывные долговременные измерения и передачу измеряемых величин в службу хранения данных мониторинга. Производится качественный мониторинг шумового воздействия «объекта, производящего шум» на окружающие «объекты/жилую застройку» с исключением возможности фальсификации информации с «подгонкой» под существующие нормы и правила и обеспечением подтверждения правильности результатов с полным временным охватом и учетом всех технологических особенностей работы шумопроизводящего объекта.