Trokšņa piesārņojuma mērīšana un kartēšana ar mobilo tālruni: 4 soļi (ar attēliem)

2024 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-30 10:59

80 dB (A)) "," augšā ": 0.13263157894736843," pa kreisi ": 0.506," augstums ": 0.1957894736842105," platums ": 0.276}]">

Nicolas Maisonneuve (Sony CSL Paris) Matiass Stīvenss (Briseles Vrije Universiteit / Sony CSL Paris) Luc Steels (Vrije Universiteit Brussel / Sony CSL Paris)

Šajā "pamācībā" jūs uzzināsit, kā ar GPS aprīkotu mobilo tālruni izmantot kā mobilo staciju, lai izmērītu savu personīgo trokšņa iedarbību un piedalītos kopējās apkārtnes vai pilsētas trokšņa kartēšanā. Kartes var vizualizēt, izmantojot programmu Google Earth. Trokšņa piesārņojums ir nopietna problēma daudzās pilsētās. Lai gan dažu lielo pilsētu varas iestādes ir uzsākušas kampaņas, lai uzraudzītu problēmu, to izveidotās kartes ne vienmēr ir viegli pieejamas un parasti nav pietiekami detalizētas, lai aptvertu cilvēku pakļautā trokšņa variācijas (laikā un telpā). Tomēr, izmantojot mūsu jaunās tehnoloģijas, jūs varat palīdzēt uzlabot šādu vides problēmu uzraudzību, veicinot jūsu apkaimes vai pilsētas trokšņa kartēšanu un tādējādi piedaloties sava veida trokšņa piesārņojuma "Vikimapijā". NoiseTube ir Sony pētniecības projekts Datorzinātņu laboratorija Parīzē. Projekts ir vērsts uz jaunas līdzdalības pieejas izstrādi trokšņa piesārņojuma uzraudzībai, iesaistot plašu sabiedrību. Mūsu mērķis ir paplašināt mobilo tālruņu pašreizējo izmantošanu, pārvēršot tos par trokšņa sensoriem, kas ļauj katram iedzīvotājam pašam izmērīt savu ekspozīciju ikdienas vidē un piedalīties savas pilsētas vai apkaimes kolektīvajā trokšņa kartēšanā. Vispārīgāk šajā pētniecības projektā tiek pētīts, kā līdzdalības noteikšanas koncepciju var piemērot vides jautājumiem un jo īpaši trokšņa piesārņojuma uzraudzībai. Līdzdalības noteikšana atbalsta plaši izmantotu mobilo ierīču (piemēram, viedtālruņu, plaukstdatoru) izmantošanu, lai veidotu izplatītus sensoru tīklus, kas ļautu publiskiem un profesionāliem lietotājiem apkopot, analizēt un dalīties vietējās zināšanās. Instalējot bezmaksas lietojumprogrammu mobilajā tālrunī, kas aprīkots ar GPS, jūs varēsiet izmērīt trokšņa līmeni dB (A) (ar dažu decibelu precizitāti salīdzinājumā ar profesionālajām ierīcēm), komentēt, kā jūs uztverat troksni (marķēšana, subjektīvs kaitinājuma līmenis), un nosūtīt visu informāciju (laika zīmogs + ģeolokalizēti mērījumi + cilvēka ievade) automātiski NoiseTube serverī, izmantojot tālruņa interneta savienojumu. Pēc tam (kolektīvos) rezultātus var vizualizēt kartēs, kā parādīts 1. attēlā redzamajā piemērā. Motivācijas piedalīties NoiseTube pieredzē 1. Izmēriet savu personīgo skaņas iedarbību un labāk apzinieties savu vidi. manas dienas laikā? Šādu informāciju pilsoņiem šobrīd ir grūti iegūt. Pateicoties mūsu lietojumprogrammai, jūs varēsit reālā laikā izmērīt savu ekspozīciju dB (A) bez dārga skaņas līmeņa mērītāja. Mēs domājam, ka personalizētai vides informācijai var būt lielāka ietekme uz sabiedrības informētību un uzvedību nekā globālajai vides statistikai, ko pašlaik sniedz valdības aģentūras. 2. Piedalieties savas pilsētas trokšņa piesārņojuma uzraudzībā/kartēšanā Ar savu mobilo tālruni jūs (un jūsu grupa) varat apkopot ģeogrāfiski lokalizētus mērījumus, tos komentēt un automātiski nosūtīt, lai kartētu vietējo trokšņa piesārņojumu, sniedzot noderīgu informāciju vietējām kopienām vai valsts iestādes, lai atbalstītu lēmumu pieņemšanu vietējos jautājumos, negaidot, kad ierēdņi (vides aģentūras, valdības finansējums dārgām mērīšanas kampaņām) pievērsīs jūsu uzmanību jūsu apkārtnei. 3. Palīdziet zinātniekiem labāk izprast troksni no jūsu pieredzes Atšķirībā no pašreizējiem trokšņa piesārņojuma datiem, kas iegūti no statiskiem sensoriem, kas uzstādīti fiksētās, noteiktās vietās, jūsu “uz cilvēkiem vērstie” dati varētu būt liela vērtība zinātniekiem, lai viņi labāk izprastu trokšņa piesārņojuma problēmu, izmantojot cilvēkus NoiseTube platforma sastāv no lietojumprogrammas, kas dalībniekiem jāinstalē savā mobilajā tālrunī, lai to pārvērstu par trokšņa sensora ierīci. Šī mobilā lietojumprogramma apkopo vietējo informāciju no dažādiem sensoriem un nosūta to uz NoiseTube serveri, kur visu dalībnieku dati tiek centralizēti un apstrādāti. Otrajā attēlā parādīts šīs arhitektūras pārskats. Tā kā mobilā lietotne ir mūsu dalībnieku vissvarīgākais elements, tagad mēs to detalizēti apspriedīsim 1. darbībā.

1. darbība: aprīkojums un programmatūra

Mobilās lietojumprogrammas funkcijas - trokšņa līmeņa mērīšana un vizualizēšana reālajā laikā - marķēšana, lai komentētu mērījumus (piemēram, trokšņa avots, uztvertā kaitējuma novērtējums utt.). Šī informācija tiek izmantota, lai radītajām trokšņu kartēm pievienotu semantisko slāni. - Automātiski nosūtīt (ģeogrāfiski lokalizētus un laika zīmogus) datus uz jūsu kontu mūsu serverī, lai atjauninātu jūsu personīgo "ekspozīcijas profilu" un kolektīvo trokšņu karti. Prasības-tālrunis ar iebūvētu GPS mikroshēmojumu vai ārēju GPS uztvērēju, ko var savienot ar tālruni, izmantojot Bluetooth. -Tālrunis, kas atbalsta Java J2ME platformu (CLDC/MIDP profils ar paplašinājumiem: JSR-179 (Location API) un JSR-135 (Mobile Media API)). - Datu plāna abonements piekļuvei internetam (izmantojot GPRS/EDGE/3G). Piezīmes:

• Pašlaik lietojumprogramma ir rūpīgi pārbaudīta tikai Nokia N95 8GB un Nokia 6220C. Citi zīmoli/modeļi var darboties vai nedarboties. Pēc dažām nedēļām mēs plānojam izlaist Apple iPhone versiju. Jūs varat abonēt vietni NoiseTube.net, lai būtu informēts par šo un citiem turpmākajiem izlaidumiem.
• Lai iegūtu ticamus decibelu mērījumus, ieteicams izmantot tikai atbalstītus (kalibrētus) tālruņu modeļus.

Alternatīvas pieejas Tālrunis + ārējais mikrofons Tā vietā, lai izmantotu iebūvēto mikrofonu, varat pievienot ārējo mikrofonu. 1. attēlā redzat pielāgotu ārējo mikrofonu Nokia N95. Ja izmantojat ārēju mikrofonu, iesakām novietot mikrofonu ne pārāk tuvu sejai, lai izvairītos tikai no savas balss mērīšanas; Mikrofona piestiprināšana pie plaukstas locītavas ir laba iespēja. Digitālais skaņu ierakstītājs + mobilā lietojumprogramma + darbvirsmas lietojumprogramma Noisetube pirmajā versijā mobilā aplikācija skaļuma mērīšanu reāllaikā neveica. Tā vietā apkārtējās skaņas ierakstīšanai tika izmantots digitālais skaņas ierakstītājs (piemēram: M-Audio MicroTrack x sērija). Mobilās lietojumprogrammas (v1.0) mērķis bija lokalizēt lietotāju (izmantojot GPS) un atvieglot komentēšanu (marķēšana, vērtēšana,…). Pēc tam darbvirsmas lietojumprogramma tika izmantota, lai izvilktu skaļuma mērus no ierakstītās skaņas, apvienotu šos datus ar atrašanās vietas izsekošanu un lietotāju komentāriem un nosūtītu šo informāciju serverim. 2. attēlā redzams NoiseTube v1.0 arhitektūras pārskats.

2. darbība. NoiseTube mobilās lietojumprogrammas izmantošana

Kad esat izveidojis kontu NoiseTube vietnē, atradis nepieciešamo aprīkojumu un instalējis mūsu programmatūru, varat sākt lietot NoiseTube lietojumprogrammu. 1) Vispirms jums būs jāapstiprina sava konta informācija. Kad esat vienreiz veiksmīgi pieteicies, nākamreiz, kad to palaižat, lietojumprogramma apiet šo darbību. 2) Tagad varat sākt mērīt un sniegt ieguldījumu NoiseTube projektā. Tālāk mēs apspriežam dažādas daļas, no kurām katra atbilst lietojumprogrammas galvenajai iezīmei. 1) Apkārtējā trokšņa skaļuma mērīšana Mērīšana sāksies automātiski. Augšējā kreisajā stūrī var redzēt pašreizējo skaļuma vērtību - mēru dB (A). Lai šai vērtībai piešķirtu nozīmi, tā ir saistīta ar krāsu, kas attēlo pašreizējā iedarbības līmeņa iespējamo risku veselībai:

• <60 dB (A): zaļa (bez riska)
• > = 60 un <70: dzeltens (kaitinošs)
• > = 70 un <80: oranžs (esiet uzmanīgs)
• > 80: sarkans (riskants).

Tiek parādīta arī vēstures līkne, lai redzētu izmērītā skaļuma attīstību. Lai labāk saprastu, ko faktiski mēra, skatiet tālāk esošo sadaļu “Par skaļuma mērīšanu”. 2) Iezīmju komentēšana pievieno fizisko mērījumu nozīmes slāni, lai informētu sabiedrību un pēc tam vizualizētu trokšņa raksturu kartēs. Tāpat kā filmu atzīmēšana pakalpojumā YouTube vai tīmekļa vietnes vietnē Delicious, varat atzīmēt trokšņa mērījumus, pievienojot visus brīvos vārdus, atdalot tos ar komatu (piemēram, trokšņa avotu vai kontekstu, vērtējumu utt.). Troksnis ir sarežģīta parādība, jo ļoti subjektīvā veidā, kā cilvēki to uztver. Lai izpētītu šos subjektīvos faktorus, mēs mobilajai lietojumprogrammai pievienosim subjektīvākus komponentus, lai to izmantotu kā "(sociālā) kairinājuma mērītāju" (2. attēlā redzams priekšskatījums, kā tas varētu izskatīties), un izveidosim subjektīvas trokšņa piesārņojuma kartes. 3) Ģeolokalizācijas mērījumi Lietotājs var pārslēgties starp automātisko (izmantojot GPS) vai manuālo lokalizācijas režīmu, noklikšķinot uz lokalizācijas ikonas (skat. 1. attēlu). Sākot lietotni, tiks aktivizēts automātiskais režīms un mēģināts lokalizēt lietotāju. izmantojot GPS. Ja tas neizdodas (piemēram, iekštelpu situācijas dēļ), tas pārslēgsies uz manuālo režīmu, kur lietotājam būs jāievada sava atrašanās vieta (piemēram, adrese, metro stacijas līnija). Ir arī iespējams izvēlēties savu pašreizējo atrašanās vietu no iepriekš definētu atrašanās vietu saraksta. Šīs atrašanās vietas var būt personiskas "iecienītākās" (piemēram: mājas vai biroja) vai sabiedriskas vietas (piemēram: ielas, metro stacijas). Plašāka informācija Par skaļuma mērīšanu Skaļuma mērītājs parāda ekvivalentu nepārtrauktas skaņas līmeni (Leq), kas mērīts dB (A) skaņu, kas ierakstīta noteiktā laika intervālā. Katrā ciklā lietojumprogramma noteiktā laika posmā reģistrē vides skaņu (pie 22500 Hz, 16 bitiem), pēc tam apstrādā signālu, lai iegūtu Leq vērtību. Ir iespējami divi intervāli: 1) Lēna reakcija (1 sekunde, noklusējuma režīms), tas ļauj izmērīt lēnas skaņas variācijas, noderīgas pastāvīgiem vai fona trokšņiem; 2) Ātra reakcija/īss leq (125 ms), laika skaņām (piemēram, īsiem notikumiem). Ātrās reaģēšanas režīms joprojām ir eksperimentāls, tāpēc mēs iesakām izmantot lēnas reakcijas režīmu. Par skaņas kalibrēšanu un informācijas ticamību Lai kalibrētu mūsu lietojumprogrammu, lai iegūtu ticamu informāciju par Nokia N95 8GB, mēs izmantojām skaņas līmeņa mērītāju. Mēs radījām rozā troksni kā trokšņa avotu un salīdzinājām decibelus, kas izmērīti ar skaņas līmeņa mērītāju, un tos, kas izmērīti ar mūsu lietojumprogrammu tālrunī N95 dažādos skaļuma līmeņos (ik pēc 5 dB, no 35 dB līdz 100 dB). 3. attēlā parādīts mūsu reģistrēto vērtību grafiks. Mēs ieguvām līkni ar precizitāti aptuveni +/- 10 dB (A). Pēc šīs funkcijas apgrieztās izmantošanas kā korektors mēs ieguvām labus rezultātus (precizitāte +/- 3 db). Mēs plānojam veikt to pašu kalibrēšanu ar nākamo iPhone versiju. Kad esat sapratis, kā lietot lietojumprogrammu NoiseTube, mēs aicinām jūs to pārbaudīt uz ielas jūsu apkārtnē!

3. darbība: rezultātu vizualizācija

Pašlaik ir pieejamas divas vizualizācijas. Cilvēku iedarbības reāllaika monitorings Reālā laika monitorings ir ierosināts, lai vizualizētu dalībnieku kolektīvo trokšņa iedarbību, izmantojot programmu Google Earth. To var redzēt, apmeklējot vietni https://noisetube.net/public/realtime.kml. Lietotāju attēlo cilindrs, kura augstums un krāsa ir proporcionāli lietotāja skaņas iedarbības skaļumam (Leq, mērot dB (A)). Trokšņa piesārņojuma karte jūsu pilsētā. Varat arī redzēt pašreizējo personīgās ekspozīcijas karti, dodoties savā kontā un atlasot “Mana karte” (vai tieši, izmantojot: (https://noisetube.net/users/{username}/map.kml]). Lai skatītu kolektīvās skaņas iedarbības karti, dodieties uz publisko karti. Katrs aplis nozīmē skaļuma mērs (krāsa ir proporcionāla skaļuma līmenim). virs šī fiziskā slāņa ir semantiskais slānis, kas apraksta pasākumu nozīmi (ti, trokšņa avotus).

4. solis. Turpmākie pētījumi un secinājumi

Patiesi Web 2.0 "beta" garam, mēs nolēmām atvērt savu platformu ikvienam, neskatoties uz agrīno attīstības stadiju. Tuvākajā nākotnē mūsu rīku atjauninātās versijas piedāvās uzlabotas un jaunas funkcijas. Mūsu pētniecība un attīstība turpināsies vairākos virzienos: Kalibrēšana Bez pienācīgas kalibrēšanas sensoru ierīces rada datus, kas var nebūt reprezentatīvi vai pat maldinoši. Tātad, kā mēs varam kalibrēt simtiem dažādu mobilo tālruņu veidu vai citu skaņu ierakstītāju, katru reizi neizmantojot dārgu skaņas līmeņa mērītāju? Mēs ierosinām izpētīt šādus pētniecības jautājumus, izmantojot dažādus ceļus, kur kalibrētus tālruņus vai akustiski stabilas vietas var izmantot kā atskaites punktus, lai automātiski (atkārtoti) kalibrētu tālruni (piemēram, kalibrēšana starp diviem tālruņiem, kas savienoti, izmantojot Bluetooth, kur viens ir atsauce un (tālrunis kalibrēšanai). Iekštelpu lokalizācija GPS sistēma praktiski neatbalsta lokalizāciju iekštelpās. Tā kā lielākā daļa cilvēku pavada lielu daļu savas ikdienas dzīves iekštelpās, tas ir būtisks trūkums, ko esam daļēji novērsuši, izmantojot manuālo lokalizāciju (sk. 2. darbību). Tomēr ir tehnoloģijas, kas var darboties kā GPS alternatīvas iekštelpu scenārijos. Viena no daudzsološākajām (un plaši pētītajām) pieejām ir uz GSM balstīta pozicionēšana. Šādas tehnoloģijas varētu būt īpaši noderīgas, lai izpētītu troksni metro (piemēram, Parīzes metro tīkls), kas, kā zināms, ir ļoti trokšņaina vide. Mēs jau esam veikuši eksperimentus ar laika marķieriem un atrašanās vietu rekonstrukciju, izmantojot interpolāciju (sk. Attēlu). Tomēr, izmantojot uz GSM balstītu pozicionēšanu (identificējot antenas dažādās stacijās, lai automātiski noteiktu lietotāja atrašanās vietu), mēs ceram, ka nākotnē varēsim veikt precīzāk lokalizētus mērījumus šajā īpašajā vidē. Sociālais aspekts: kopienas veidošana Kopīga iezīme ir trokšņa piesārņojuma datu projicēšana uz kartēm. Taču, reģistrējot skaņas iedarbību no cilvēku darbības, mēs varam arī savākt sava veida datus, kas ir vairāk orientēti uz cilvēkiem, nevis tikai uz vietu orientētus datus, kas tiek savākti, izmantojot tradicionālos statiskos skaņas līmeņa mērītājus, kas izvietoti ielās. No šī novērojuma mēs aplūkosim vairāk ar sabiedrību saistītas iezīmes. Piemēram, izveidojot personiskus trokšņa profilus, kas ietver jūsu trokšņa iedarbību laika un ģeogrāfiskās dimensijās, un sarakstu ar saviem marķētajiem trokšņa avotiem, nodrošinot veidu, kā salīdzināt cilvēkus un atrast līdzīgus profilus, lai atbalstītu kolektīvu rīcību. Secinājums ir prezentējuši jaunu veidu, kā uzraudzīt un kartēt trokšņa piesārņojumu, pateicoties cilvēku līdzdalībai. NoiseTube platforma ļauj jums palīdzēt izplatītā trokšņa mērīšanas kampaņā, izmantojot savu mobilo tālruni. Šī platforma joprojām tiek intensīvi attīstīta, un tuvākajā nākotnē tas dos papildu uzlabojumus. Tomēr mēs vēlētos jūs uzaicināt pievienoties NoiseTube kopienai un izmēģināt mūsu programmatūru. Ja jums ir kādi jautājumi, ieteikumi vai citi komentāri, lūdzu, nevilcinieties sazināties ar mums vai reaģēt, izmantojot komentārus par šo pamācību. Turklāt mēs vēlamies uzsvērt, ka esam atvērti sadarbībai gan ar valsts, gan pētniecības organizācijām. Turpmāka lasīšana Lai uzzinātu vairāk un būtu informēts par NoiseTube projektu, lūdzu, apmeklējiet mūsu vietni www.noisetube.net. Ja vēlaties iepazīties ar šī darba zinātnisko pamatojumu, lūdzu, skatiet šos dokumentus:

• Nikolā Maisonneuve, Matiass Stīvenss, Marija Nīsena, Pīters Hanappe un Lūks Steels. NoiseTube: trokšņa piesārņojuma mērīšana un kartēšana ar mobilajiem tālruņiem. Iesniegts 4. starptautiskajam simpozijam par informācijas tehnoloģijām vides inženierijā (ITEE 2009), Salonikos, Grieķijā. 2009. gada 28.-29. Maijs. Tiek pārskatīts. PDF
• Nikolā Maisonneuve, Matiass Stīvenss, Marija Nīsena, Pīters Hanappe un Lūks Steels. Pilsoņu trokšņa piesārņojuma monitorings. Iesniegts 10. ikgadējai starptautiskajai konferencei par digitālās valdības pētījumiem (dg.o2009), Puebla, Meksika, 2009. gada 17.-20. Maijs. Tiek pārskatīts. PDF

Atsauces

• J. Bērks, D. Ēstrins, M. Hansens, A. Pārkers, N. Ramanatans, S. Redijs un M. B. Srivastava. '' Līdzdalības noteikšana ''. Sadaļā '' ACM Sensys World Sensor Web Workshop ''. ACM Press, 2006.
• Manšetes D., Hansens M. un Kangs J. Urban Sensing: no meža. ACM paziņojumi, 51. (3), 24.-33. Lpp., 2008. gada marts, ACM Press.
• J. Hellbruck, H. Fastl un B. Keller. Vai skaņas nozīme ietekmē spriedumus par skaļumu?. Proceedings of the 18.th International Congress on Acoustics (ICA 2004). Lapas 1097-1100.
• D. Menzels, H. Fastls, R. Grafs un J. Hellbruks. Transportlīdzekļa krāsas ietekme uz skaļuma spriedumiem. Journal of The Acoustical Society Of America, 2008. gada maijs, 123 (5), 2477. – 2479.
• Paulos, E. et al. Pilsoņu zinātne: līdzdalības pilsētvides veicināšana. In Hand-book of Research on Urban Informatics: The Practice and Promise of the Real-Time City, Markuss Fots (red.), 414.-436. Lpp., Ideju grupa, 2008. gads.
• L. Yu un J. Kang. Sociālo, demogrāfisko un uzvedības faktoru ietekme uz skaņas līmeņa novērtējumu atklātās pilsētās. Amerikas Akustiskās biedrības žurnālā, 2008. gada februāris, 123 (2), 772.-783.

Pateicība Šo projekta darbu daļēji atbalstīja ES saskaņā ar līgumu IST-34721 (TAGora). Projektu TAGora finansē Eiropas Komisijas programma Nākotne un jaunās tehnoloģijas (IST-FET). Matiass Stīvenss ir Flandrijas Zinātniskās pētniecības fonda (Aspirant van het Fonds Wetenschappelijk Onderzoek - Vlaanderen) zinātniskais asistents.