構(gòu)建城市噪聲地圖的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及噪聲恢復(fù)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種構(gòu)建城市噪聲地圖的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著社會(huì)的發(fā)展，環(huán)境污染不僅限與水污染，大氣污染等傳統(tǒng)的污染。由于城市的 加速發(fā)展，噪聲污染越發(fā)的嚴(yán)重。研究表明，噪聲對(duì)人類的傷害包括生理和心理的。生理上， 噪聲一定程度上會(huì)誘發(fā)多種疾病，例如頭痛，腦脹，耳鳴，而長(zhǎng)期處在高噪聲環(huán)境下工作的 人，高血壓，動(dòng)脈硬化和冠心病的發(fā)病率要比正常人的高2~3倍。心理上，噪聲會(huì)對(duì)人類日 常生活和睡眠造成干擾，導(dǎo)致人們注意力分散，反應(yīng)遲鈍工作效率下降等。因此，構(gòu)建城市 噪聲地圖，掌握城市的噪聲分布，對(duì)于政府機(jī)關(guān)治理噪聲污染，人民及時(shí)掌握周邊噪聲情況 都是有著非常重要的意義的。但相比于其他污染，噪聲污染有自己的特點(diǎn)。首先，噪聲分布 會(huì)隨著時(shí)間動(dòng)態(tài)改變，比如同一個(gè)地點(diǎn)，不同的時(shí)間，噪聲污染的情況差異很大。其次，噪聲 的分布同時(shí)也是隨著地理的位置的不同而改變的。最后，噪聲源主要來自于人類活動(dòng)，而人 類活動(dòng)的規(guī)律復(fù)雜性導(dǎo)致了噪聲分布隨著時(shí)間和空間的變化也變得極其的復(fù)雜。因此，構(gòu) 建城市噪聲地圖是一件相對(duì)復(fù)雜和困難的事。
[0003] 目前，一些大的城市會(huì)在某些街道設(shè)置噪聲監(jiān)測(cè)站點(diǎn)，實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前位置的噪聲 分貝值。然后雖然建立監(jiān)測(cè)站能夠最真實(shí)的反應(yīng)當(dāng)前該區(qū)域的噪聲狀況，但是建設(shè)成本和 維護(hù)成本都是高昂的，大量的噪聲監(jiān)測(cè)站分布在城市的角落中不僅影響城市的美觀，而且 也會(huì)占用寶貴的土地資源。為了能夠進(jìn)一步推進(jìn)對(duì)噪聲污染的研究和整治，我們迫切需要 一種新的方法來檢測(cè)城市環(huán)境噪聲。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種構(gòu)建城市噪聲地圖的方法，以實(shí)時(shí)獲知不同區(qū)域的噪 聲值，以便于推進(jìn)對(duì)噪聲污染的研究和整治工作。
[0005] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種構(gòu)建城市噪聲地圖的方法，所述構(gòu)建城市 噪聲地圖的方法包括：
[0006] 構(gòu)建三維噪聲數(shù)據(jù)張量模型，所述三維噪聲數(shù)據(jù)張量模型的三個(gè)維度分別表示不 同區(qū)域、不同日期及不同時(shí)間段；
[0007] 采集部分區(qū)域、部分日期及部分時(shí)間段的噪聲數(shù)據(jù)并映射到所述三維噪聲數(shù)據(jù)張 量模型上；
[0008] 基于采集的部分區(qū)域的噪聲數(shù)據(jù)和低秩張量填充算法恢復(fù)未采集的區(qū)域、日期及 時(shí)間段的噪聲數(shù)據(jù)并映射到所述三維噪聲數(shù)據(jù)張量模型上；
[0009] 基于所述三維噪聲數(shù)據(jù)張量模型上所有區(qū)域、所有日期及所有時(shí)間段的噪聲數(shù)據(jù) 構(gòu)建城市噪聲地圖。
[0010] 可選的，在所述的構(gòu)建城市噪聲地圖的方法中，所述采集部分區(qū)域、部分日期及部 分時(shí)間段的噪聲數(shù)據(jù)在映射到所述三維噪聲數(shù)據(jù)張量模型上之前包括:對(duì)噪聲數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào) 整及矯正的步驟。
[0011]可選的，在所述的構(gòu)建城市噪聲地圖的方法中，對(duì)噪聲數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)整及矯正包括： [0012]米集聲首{目號(hào)；
[0013] 采用基2離散快速傅里葉變化對(duì)所述聲音信號(hào)進(jìn)行頻率抽取，并將聲音信號(hào)中分 量最大的頻率作為所述聲音信號(hào)的頻率；
[0014] 根據(jù)所述聲音信號(hào)的頻率計(jì)算A記權(quán)聲壓級(jí)；
[0015] 基于所述A記權(quán)聲壓級(jí)和所述聲音信號(hào)的原始聲壓級(jí)計(jì)算A記權(quán)調(diào)整后的聲壓級(jí)；
[0016] 根據(jù)A記權(quán)調(diào)整后的聲壓級(jí)及采集聲音信號(hào)的設(shè)備的矯正參數(shù)計(jì)算矯正后的噪聲 數(shù)據(jù)。
[0017] 可選的，在所述的構(gòu)建城市噪聲地圖的方法中，所述計(jì)算A記權(quán)調(diào)整后的聲壓級(jí)采 用如下式子：
[0018] SPL = La+Lp；
[0019] 其中，La為A記權(quán)聲壓級(jí)，LP為聲音信號(hào)的原始聲壓級(jí)，SPL為A記權(quán)調(diào)整后的聲壓 級(jí)。
[0020] 可選的，在所述的構(gòu)建城市噪聲地圖的方法中，計(jì)算矯正后的噪聲數(shù)據(jù)采用如下 式子：
[0021] yc = aSPL+b；
[0022] 其中，a，b為采集聲音信號(hào)的設(shè)備的矯正參數(shù)，SPL為A記權(quán)調(diào)整后的聲壓級(jí)，yc為 矯正后的噪聲數(shù)據(jù)。
[0023] 可選的，在所述的構(gòu)建城市噪聲地圖的方法中，所述采集聲音信號(hào)的設(shè)備的矯正 參數(shù)與設(shè)備的型號(hào)有關(guān)。
[0024] 可選的，在所述的構(gòu)建城市噪聲地圖的方法中，采集聲音信號(hào)的設(shè)備為手機(jī)或平 板電腦。
[0025] 可選的，在所述的構(gòu)建城市噪聲地圖的方法中，采集噪聲數(shù)據(jù)的設(shè)備設(shè)置有聲音 傳感器，并具有GPS定位和網(wǎng)絡(luò)傳輸功能。
[0026]可選的，在所述的構(gòu)建城市噪聲地圖的方法中，還包括利用城市Ρ0Ι和道路網(wǎng)絡(luò)信 息輔助恢復(fù)未采集的區(qū)域、日期及時(shí)間段的噪聲數(shù)據(jù)。
[0027] 在本發(fā)明所提供的構(gòu)建城市噪聲地圖的方法中，所述構(gòu)建城市噪聲地圖的方法通 過采集部分區(qū)域、部分日期及部分時(shí)間段的噪聲數(shù)據(jù)并映射到構(gòu)建的三維噪聲數(shù)據(jù)張量模 型上;基于采集的部分區(qū)域、部分日期及部分時(shí)間段的噪聲數(shù)據(jù)和低秩張量填充算法恢復(fù) 未采集的區(qū)域、日期及時(shí)間段的噪聲數(shù)據(jù)并映射到三維噪聲數(shù)據(jù)張量模型上;基于三維噪 聲數(shù)據(jù)張量模型上的所有區(qū)域、所有日期及所有時(shí)間段的噪聲數(shù)據(jù)構(gòu)建城市噪聲地圖。由 于本發(fā)明基于稀疏的噪聲數(shù)據(jù)恢復(fù)了整個(gè)城市的噪聲數(shù)據(jù)，進(jìn)而構(gòu)建出不同時(shí)刻城市噪聲 地圖，相比傳統(tǒng)的方法，節(jié)約了社會(huì)資源，免除了大量檢測(cè)站點(diǎn)的建立與維護(hù)，縮短了構(gòu)建 噪聲地圖的時(shí)間，提高了工作效率。
【附圖說明】
[0028] 圖1是本發(fā)明一實(shí)施例中構(gòu)建城市噪聲地圖的方法的流程圖；
[0029] 圖2是本發(fā)明一實(shí)施例中三維噪聲數(shù)據(jù)張量模型的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030] 圖3是本發(fā)明一實(shí)施例中構(gòu)建的城市噪聲地圖中格子之間的幾何距離計(jì)算示意 圖。
【具體實(shí)施方式】
[0031] 以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明提出的構(gòu)建城市噪聲地圖的方法作進(jìn)一步 詳細(xì)說明。根據(jù)下面說明和權(quán)利要求書，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和特征將更清楚。需說明的是，附圖 均采用非常簡(jiǎn)化的形式且均使用非精準(zhǔn)的比例，僅用以方便、明晰地輔助說明本發(fā)明實(shí)施 例的目的。
[0032] 請(qǐng)參考圖1，其為本發(fā)明的構(gòu)建城市噪聲地圖的方法的流程圖，如圖1所示，所述構(gòu) 建城市噪聲地圖的方法包括：
[0033]首先，執(zhí)行步驟S1，構(gòu)建三維噪聲數(shù)據(jù)張量模型，所述三維噪聲數(shù)據(jù)張量模型的三 個(gè)維度分別表示不同區(qū)域、不同日期及不同時(shí)間段;所謂的不同時(shí)間段指一天內(nèi)的不同時(shí) 間段，例如以一個(gè)小時(shí)為一個(gè)時(shí)間段，則需將一天分為24個(gè)時(shí)間段。
[0034]接著，執(zhí)行步驟S2,采集部分區(qū)域、部分日期及部分時(shí)間段的噪聲數(shù)據(jù)并映射到所 述三維噪聲數(shù)據(jù)張量模型上；
[0035]接著，執(zhí)行步驟S3,基于采集的部分區(qū)域、部分日期及部分時(shí)間段的噪聲數(shù)據(jù)和低 秩張量填充算法恢復(fù)未采集的區(qū)域、日期及時(shí)間段的噪聲數(shù)據(jù)并映射到所述三維噪聲數(shù)據(jù) 張量模型上；
[0036]接著，執(zhí)行步驟S4,基于所述三維噪聲數(shù)據(jù)張量模型上所有區(qū)域、所有日期及所有 時(shí)間段的噪聲數(shù)據(jù)構(gòu)建城市噪聲地圖。
[0037] 較佳的，為了提高采集噪聲數(shù)據(jù)的可靠性，所述采集部分區(qū)域、部分日期及部分時(shí) 間段的噪聲數(shù)據(jù)在映射到所述三維噪聲數(shù)據(jù)張量模型上之前包括對(duì)噪聲數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)整及 矯正的步驟。這里所謂的調(diào)整及矯正主要體現(xiàn)在對(duì)原始聲壓級(jí)進(jìn)行A記權(quán)調(diào)整及采集噪聲 數(shù)據(jù)的設(shè)備相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)噪聲儀器存在的誤差進(jìn)行矯正。原因在于，噪聲污染程度主要由聲 壓來衡量，其代表大氣壓受到聲波擾動(dòng)后產(chǎn)生的變化，即為大氣壓強(qiáng)的余壓，它相當(dāng)于在大 氣壓強(qiáng)上的疊加一個(gè)聲波擾動(dòng)引起的壓強(qiáng)變化。而現(xiàn)實(shí)生活中人耳對(duì)于不同頻率的聲音的 感受是不一樣的，而噪聲污染最直接的影響就是人耳，為了更好的使用儀器來反應(yīng)人耳對(duì) 噪聲的真實(shí)感受，本發(fā)明引入A記權(quán)，使用dB(A)作為噪聲單位。A記權(quán)根據(jù)人耳對(duì)不同頻率 聲音的感受對(duì)分貝值進(jìn)行調(diào)整，即人耳對(duì)于低頻的聲音較不敏感而對(duì)于高頻的聲音則比較 敏感，反應(yīng)出來的主觀感受就是，對(duì)于同樣響度的聲音，人耳會(huì)認(rèn)為高頻的聲音較低頻的聲 音更加響。首先計(jì)算出聲音信號(hào)的頻率，由于考慮到性能，因此在本方法中采用了采用基2 離散快速傅里葉變化對(duì)所述聲音信號(hào)進(jìn)行頻率抽取，并將聲音信號(hào)中分量最大的頻率作為 所述聲音信號(hào)的頻率。利用此頻率計(jì)算A記權(quán)聲壓級(jí)。
[0038] 因此，經(jīng)過A記權(quán)調(diào)整后的聲壓級(jí)（即A記權(quán)調(diào)整后的聲壓級(jí))為：
[0039] SPL = La+Lp (1)
[0040] 其中，La為A記權(quán)聲壓級(jí)，LP為聲音信號(hào)的原始聲壓級(jí)，SPL為A記權(quán)調(diào)整后的聲壓 級(jí)。
[0041] 由于采集噪聲數(shù)據(jù)的設(shè)備的差異，例如采集設(shè)備為手機(jī)時(shí)，手機(jī)噪聲測(cè)量值和標(biāo) 準(zhǔn)噪聲測(cè)試儀存在一定的偏差，因此，本發(fā)明需要對(duì)手機(jī)采集的噪聲進(jìn)行矯正。基于大量實(shí) 驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析，本發(fā)明發(fā)現(xiàn)手機(jī)噪聲測(cè)量值和標(biāo)準(zhǔn)噪聲測(cè)試儀測(cè)量值存在線性關(guān)系，而不 同手機(jī)(如型號(hào)不同的手機(jī)或品牌不同的手機(jī)）的線性系數(shù)（即作為矯正參數(shù))不同。表1顯 示了在相同環(huán)境下，不同的手機(jī)和標(biāo)準(zhǔn)的噪聲測(cè)量?jī)x的測(cè)量值有偏差，但是偏差相對(duì)穩(wěn)定， 并且同一款手機(jī)的偏差大小幾乎相同。假定手機(jī)和標(biāo)準(zhǔn)噪聲測(cè)量?jī)x器的噪聲樣布存在如下 線性關(guān)系：
[0042] yc = aSPL+b (2)
[0043] 其中，a，b為采集聲音信號(hào)的設(shè)備的矯正參數(shù)，SPL為A記權(quán)調(diào)整后的聲壓級(jí)，yc為 矯正后的噪聲數(shù)據(jù)。
[0044]因此，本發(fā)明收集了市場(chǎng)上部分主流手機(jī)進(jìn)行測(cè)量矯正，與標(biāo)準(zhǔn)噪聲測(cè)量?jī)x器DT-8852進(jìn)行對(duì)比，得到了各種類型手機(jī)的矯正系數(shù)如下表所示：
[0045]
[0046] 表 1
[0047] 當(dāng)然采集噪聲數(shù)據(jù)的設(shè)備包括但不局限于手機(jī)，也可以是平板電腦，只要該設(shè)備 設(shè)置有聲音傳感器以可采集聲音信號(hào)，并具有GPS定位和網(wǎng)絡(luò)傳輸功能即可。