一種基於心生理指標的道路噪聲評價成套檢測系統的製作方法

2023-10-20 01:29:42 2

專利名稱：一種基於心生理指標的道路噪聲評價成套檢測系統的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及道路交通噪聲評價檢測技術領域，具體地說一種基於心生理指標的道路交通噪聲評價成套檢測系統。
背景技術：
近年來，隨著社會對道路交通噪聲重視程度的增加，人體作為遭受道路交通噪聲影響者，關於噪聲對其健康的影響也日漸深入。由於道路交通噪聲對人體的影響具有動態性和時效性，因此需要對同一時刻「人體-道路交通噪聲」系統的信息進行同步整合。但是目前基於人體心生理反應的道路交通噪聲檢測評價儀器離散且不成套。人體在遭受道路交通噪聲影響過程中，「人體-道路交通噪聲」系統的兩個組成部分都是動態變化的，均需進行實時檢測。人是「人體-道路交通噪聲」系統中最活躍的組成部分，並具有不穩定性。因此，在道路交通噪聲影響人體的檢測評價過程中，檢測最為複雜，檢測手段也多種多樣。國內外相關研究已經對道路交通噪聲影響人體健康進行大量研究，但是，目前尚未有一套完整的道路交通噪聲影響人體的檢測和評價體系應用於道路、交通和安全工程領域內；目前，對於道路交通噪聲對人體的影響主要研究方式是問卷、調查量表等，這些方式都是基於人體的主觀角度出發做出的，不具有客觀性，不能準確地對道路交通噪聲做出客觀的評價，而如何檢測和量化道路交通噪聲對人體的影響依然是目前從人體心生理角度進行道路交通噪聲評價的難點。

實用新型內容本實用新型的目的在於提供一種可應用於道路工程、交通工程和環境工程領域的基於心生理指標的道路交通噪聲評價成套檢測系統，旨在解決目前沒有一套可應用於道路、交通和安全工程領域內的完整又客觀的道路交通噪聲檢測和評價系統，以評價道路交通噪聲對人體的影響，為道路交通噪聲的評價分析及後續道路交通可持續發展提供較優客觀的基礎支撐。為實現上述的目的，本實用新型所採用的技術方案如下一種基於心生理指標的道路交通噪聲評價成套檢測系統，包括現場道路交通噪聲信號採集系統，用於採集現場道路交通噪聲；室內道路交通噪聲信號回放及檢測系統，用於在對被試人員測試過程中，在室內回放所述的現場道路交通噪聲信號採集系統採集的交通噪聲，並檢測所述回放噪聲的噪聲聲壓級；被試人員心生理信號採集系統，用於採集所述被試人員在測試前的心生理數據以及在所述室內道路交通噪聲信號回放及檢測系統回放所述交通噪聲的測試過程中的心生理數據；數據處理系統，用於根據所述的被試人員心生理信號採集系統採集的被試人員的心生理數據以及所述室內道路交通噪聲信號回放及採集系統檢測的回放噪聲的噪聲聲壓級數據進行處理計算，評價並確定影響人體的道路交通噪聲聲壓級。所述的現場道路交通噪聲信號採集系統包括精密噪聲計以及與所述的精密噪聲計連接的高保真錄音設備。所述的室內道路交通噪聲信號回放及檢測系統包括噪聲信號回放單元以及回放噪聲信號聲壓級檢測單元；所述的噪聲信號回放單元包括高保真錄音設備和高保真音響設備；所述的回放噪聲信號聲壓級檢測單元為精密噪聲計。所述被試人員心生理信號採集系統採用多功能動態生理檢測儀。所述數據處理系統為內置有數據處理分析軟體的計算機。本實用新型通過一整套道路交通噪聲數據採集耦合系統採集並將採集的人體數據和道路交通噪聲數據整合，進行處理計算，進而評價確定影響人體的道路交通噪聲聲壓級，從而實現了對道路交通噪聲較客觀的評價，解決了目前沒有一套可應用於道路、交通和安全工程領域內的完整又客觀的道路交通噪聲檢測和評價系統的問題，由於本實用新型基於人體心生理指標來檢測評價道路交通噪聲的噪聲聲壓級，因而其評價結果相對客觀，準確。

圖1是本實用新型實施例提供的基於心生理指標的道路交通噪聲評價成套檢測系統的系統原理圖；圖2是本實用新型實施例提供的測試過程的流程圖圖3是本實用新型實施例提供的噪聲測試的工作空間內測試設備的布置示意圖；圖4是本實用新型實施例提供的噪聲測試的睡眠空間內測試設備的布置示意圖；圖5是本實用新型實施例提供的測試過程中檢測設備的耦合結構示意圖；圖中1、噪聲計，2、錄音機，3、音響功放設備，4、被試人員。
具體實施方式
為了使本實用新型的目的、技術方案及優點更加清楚明白，
以下結合附圖，對本實用新型進行進一步詳細說明。參見圖1，該圖示出了本實用新型實施例提供的基於心生理指標的道路交通噪聲評價成套檢測系統的系統原理。為了便於說明，僅示出了與本實用新型實施例有關的部分。一種基於心生理指標的道路交通噪聲評價成套檢測系統，包括現場道路交通噪聲信號採集系統，用於採集現場道路交通噪聲；室內道路交通噪聲信號回放及檢測系統，用於在對被試人員測試過程中，在室內回放所述的現場道路交通噪聲信號採集系統採集的交通噪聲，並檢測所述回放噪聲的噪聲聲壓級；被試人員心生理信號採集系統，用於採集所述被試人員在測試前的心生理數據以及在所述室內道路交通噪聲信號回放及檢測系統回放所述交通噪聲的測試過程中的心生理數據；數據處理系統，用於根據所述的被試人員心生理信號採集系統採集的被試人員的心生理數據以及所述室內道路交通噪聲信號回放及採集系統檢測的回放噪聲的噪聲聲壓級數據進行處理計算，評價並確定影響人體的道路交通噪聲聲壓級。所述的現場道路交通噪聲信號採集系統包括精密噪聲計以及與所述的精密噪聲計連接的高保真錄音設備。所述的高保真錄音設備可採用寬頻錄音機(150dB動態範圍，40HZ - 20KHZ)，所述的精密噪聲計要求120dB動態範圍，3Hz-20kHz寬帶線性頻率範圍。所述的室內道路交通噪聲信號回放及檢測系統包括噪聲信號回放單元以及回放噪聲信號聲壓級檢測單元；所述的噪聲信號回放單元包括高保真錄音設備和高保真音響設備；所述的回放噪聲信號聲壓級檢測單元為精密噪聲計。所述的高保真錄音設備採用寬頻錄音機(150dB動態範圍，40HZ — 20KHZ)，高保真音響設備採用寬頻功放音響設備(20HZ - 20KHZ)。所述的被試人員心生理信號採集系統採用多功能動態生理檢測儀。所述的數據處理系統為內置有數據處理分析軟體的計算機。所述的數據處理分析軟體包括有origin、R、matlab、spss等軟體,具體在運用數據處理系統的上述軟體分析處理採集的室內回放噪聲數據及被試人員的心生理數據時，應先綜合應用統計學理論以及時間序列理論對得到的室內回放噪聲數據及被試人員的心生理數據進行處理。所述的現場道路交通噪聲信號採集系統、室內道路交通噪聲信號回放及檢測系統以及所述的多功能動態生理檢測儀可連續動態實時監測，採集的數據均可存儲於相應的介質，可靈活複製到作為數據處理系統計算機上進行分析計算。由於人體承受道路交通噪聲影響的動態變化可通過與其相關的心生理變化特徵進行表徵，因而可通過人體心生理檢測對其受噪聲影響的程度對進行量化。本實用新型基於人體心生理指標的道路交通噪聲評價成套檢測設備通過將醫學領域的心生理檢測設備應用於道路和交通工程領域的噪聲研究，實時、具體、準確地採集人體在道路交通噪聲影響下的體位、心電、心率變異、呼吸等心生理變化，動態檢測和記錄被試人員在「人體-道路交通噪聲」系統的身體狀態變化信息，進而通過人體的身體狀態變化信息(心電生理數據)來實現表徵影響人體的安全交通噪聲等級，由於人體心生理檢測是一種科學和客觀的檢測方法，從而本實用新型實現了量化對影響人體健康的交通噪聲聲壓級。可用於檢測道路交通噪聲對人體影響的醫學心生理檢測設備有腦電檢測儀器、眼動儀檢測儀器、血壓檢測儀器和心電檢測儀器等，這些儀器在醫學領域主要用於靜止時病人檢測。而在交通工程和道路工程領域內承受道路交通噪聲影響的被試人員不是處於靜態，具有動態性和不確定性，因此，部分醫學領域的心生理檢測儀器在道路交通噪聲影響人體的評價中有局限性，並且檢測數據缺乏有效性。另外，通過對人體生心理指標的篩選，確定心電指標(LF/HF)能夠描述噪聲影響人體心生理的變化規律，該指標變化穩定，且由於KF2多功能動態生理檢測儀的便攜設計使得心電檢測難度和要求相對較低，同時，該儀器還同步集合了體溫、體動、呼吸三路心生理數據。這三路心生理數據可輔助評價道路交通噪聲對人體的影響。因此在道路交通噪聲影響人體的檢測過程中，本實用新型採用多功能動態生理檢測儀來採集人體心電數據。由於道路交通噪聲對人體心生理狀況影響明顯，在「人體-道路交通噪聲」檢測系統中，人體承受道路交通噪聲影響，其休息、工作狀態下的心生理指標隨噪聲變化而變化。描述道路交通噪聲的主要指標為聲壓級和頻率。由於道路交通噪聲頻率變化對人體影響相比聲壓對其影響小很多，因此，為了檢測的準確性和有效性，研究主要從聲壓入手。即道路交通噪聲首先在現場錄製，然後引入試驗室環境進行回放，回放的同時進行實時動態檢測。下面結合圖2所示，對本實用新型的測試過程詳細說明如下1、試驗室布置(參見圖3 4所示)試驗場地選擇在被試人員日常工作和休息的場所，這樣可以消除試驗室環境對其睡眠及工作的心生理影響，增強數據的可靠性。(現有的研究大多集中在特定的試驗室環境，人體心生理參數在陌生環境中會出現很多變動，難以準確捕捉到噪聲對其影響規律)，被試人員工作狀態受噪聲影響的試驗開展時，注意選擇通常情況下的背景噪聲，辦公場所無突然出現的高分貝噪聲。參見圖4所示，被試人員睡眠狀態受噪聲影響試驗時，選擇被試人員常住所，室內背景噪聲與平時狀況一致。工作狀態及睡眠狀態兩種試驗開展時，錄音機及功放設備均放置在窗簾後面，模擬噪聲信號從窗外道路傳進室內狀態，形成不可見聲源。噪聲計放置在離被試人員f1. 5m的位置，接收錄音設備回放的噪聲信號，作為影響被試人員心生理反應的噪聲數據。為了提煉噪聲影響被試人員心電這一主要因素，實驗空間選取在被試人員自己家庭。客廳(或書房)作為工作空間，測試設備的布置參見圖3所示，客廳作為工作測試時間，錄音機2及功放設備3均放置客廳的窗簾後面，噪聲計I放置在離被試人員f1. 5m的位置，測試被試人員I在讀書思考狀態下的心電與噪聲間的關係。參見圖4所示，其臥室作為睡眠空間，測試被試人員在睡眠過程中的心電與噪聲間的關係。噪聲信號擱置在窗簾裡面，隱蔽聲源。噪聲計I擱置在被試人員I附近，錄音機2及功放設備3均放置在窗簾後面。2、被試人員選擇研究選取被試人員時考慮以下幾點身體健康，無心臟病；不同年齡段、不同性別；生活居住環境、經濟狀況、工作種類、教育背景等因素。同時，為配合試驗結果分析，被試人員在選擇前進行了主觀調查，主訴反應調查中認為自己對噪聲敏感的取一部分，認為自己從未受噪聲騷擾的佔一部分。3、現場道路交通噪聲採集、錄製為了將現場道路交通噪聲信號儘可能逼真地採集後在室內回放，道路現場採集時注意兩點一是道路交通噪聲信號的純度，即檢測過程中儘可能排除其他社會噪聲源的汙染，避開其他非道路交通噪聲的影響。較優的試驗路段選在離居住區稍遠的路段，選擇在晚上夜間施工停止時間10:00後進行採集，這個時間段其他社會噪聲已趨於微弱狀態。二是信號要具有代表性。檢測時考慮了不同交通流狀態不同道路結構形式的路段、不同車輛組成等因素，各種狀態下信號均有採集。4、室內噪聲試驗展開以及人體受道路交通影響心生理檢測所述的室內道路交通噪聲信號回放，應儘可能逼真地再現現場道路交通噪聲信號。人體在遭受交通噪聲影響下體位、心率、呼吸、體溫等生理指標變化，在以前的研究中往往分別採用多種設備進行測定，譬如體動儀、心電儀、呼吸儀、體溫儀等，同時佩戴多件儀器對被試人員正常的工作、休息狀態產生影響，難以保證本研究檢測目標。本實用新型實施例中，採用多功能動態生理檢測儀，可同步檢測體位、心率、呼吸、體溫4項生理指標。該儀器體積小巧，佩戴非常方便，完全排除身體運動對數據的幹擾，檢測結果準確可靠。室內試驗進行時，先給被試人員講一下試驗過程，讓其有心理準備。要求試驗過程中被試人員完全放鬆，跟平時工作、休息狀況儘可能保持一致。I)首先將心電設備(多功能心生理檢測儀)與噪聲計設備的時間調至一致狀態；2)布置好錄音機以及功放音響設備；3)布置好噪聲計，並打開；4)為被試人員佩戴多功能心生理檢測儀；5)先測試30秒無交通噪聲信號時的心生理指標，以備參考；然後調節放音設備，播放噪聲信號，播放過程保證測試噪聲與背景噪聲差值大於等於12db。試驗過程中，通過調節外放設備的音量來改變噪聲信號種類及大小，獲得試驗所需的不同聲壓級噪聲影響因素。5、試驗數據的處理I)採用心電指標(LF/HF)和道路交通噪聲指標(LAeq)作為道路交通噪聲安全評價測量方法的表徵指標。所述的數據分析包括，對心生理指標(體位、體溫、呼吸率、心電指標(HR、RMSSD, HF、LF、VLF, LF/HF、LFNU, HFNU, TF)與噪聲指標(LAFMX、LAFmin, Lcpeak, LAFniax、1-AIeq > LAeq> Lceq )的時間序列逐一進行互相關分析，得到相關度最大的對應指標為心電指標(LF/HF)和噪聲指標LAeq。2)通過對不同噪聲水平下心電指標(LF/HF)時間序列進行自相關分析，證實道路交通噪聲聲壓級可對LF/HF產生影響，其規律為隨著道路交通噪聲聲壓級升高時，LF/HF時間序列自相關係數隨延遲期數(lags)的衰減逐漸變緩，LF/HF時間序列呈長期相關特性。且此時降低道路交通噪聲聲壓級，LF/HF時間序列長期相關特性依舊會存在，其恢復時間與噪聲聲壓級大小與影響時間長短有關，聲壓級越大，影響時間越長，恢復時間越長。由於心電數據本身與噪聲數據間難以找到確定關係，通過利用心電數據自相關分析中所得的自相關係數隨延遲期數衰減的規律來表徵噪聲對心電的潛在隱含影響。以自相關係數O. 5為心電數據系列關聯程度隨時間變化的分界點，大於O. 5時認為心電數據序列經過時間推移依然存在較強的相關性，小於O. 5時認為心電數據序列經過時間推移相關性已變得很弱。延遲期表示數據序列的時間推移長短，延遲期數越大，說明時間序列經歷的推移時間越長。噪聲聲壓級、延遲期與自相關係數三者之間的關係如下隨著噪聲聲壓級的增大，心電數據時間序列在很長的時間段內(較大的延遲期數)保持較高的自相關係數，這說明噪聲對人體的影響已不可能在短期內完全恢復到安靜狀態時的指標，即判斷噪聲聲壓級可能對人體產生潛在的隱含影響。這種隱含影響累積到一定程度，可能會導致醫學上的病理狀態出現。對LAeq、LF/HF散點圖進行直線擬合，取不同聲壓級下(27dB(A)\38 dB(A) \51dB(A) \70 dB(A))所有被試人員心電指標自相關分析延遲期的平均值，得到人體心電指標LF/HF時間序列自相關延遲期數與噪聲聲壓級間的關係噪聲對人體影響程度模型如下K=O. 3288N-2. 1168 (適用於清醒或淺睡狀態)Κ=0· 2135N - 0.906 (適用於熟睡狀態)式中，K一自相關係數衰減延遲期數，N—道路交通噪聲聲壓級(L_)。由上述模型知，延遲期數與噪聲聲壓級間存在線性關係。依據延遲期建立對人體無影響的噪聲聲壓級的方法如下取不同噪聲聲壓級下心電數據的自相關係數為O. 5時的延遲期作為判定起點，然後調節音響設備音量，使聲壓級恢復到20— 27dB範圍內，在3S時間內看心電數據的自相關係數達O. 5時的延遲期與該被試人員安靜狀態(20— 27dB)下的延遲期是否一致，若聲壓級降低後3S內基本能恢復到安靜狀態，則認為該聲壓級對人體心電無潛在的隱含影響。相反，則認為該聲壓級已經對人體心臟形成潛在的隱含影響。關於3S限值規定，參考我國《公路工程技術標準JTG B01-2003》中最小緩和曲線長度和最小豎曲線長度均按3S設計速度行程長度而確定的。在此取3S作為人體心電自適應長度，超過自適應長度，即認為噪聲影響已超出人體自適應能力，有可能對心臟產生潛在危害。根據上述計算模型及大樣本容量數據分析，可確定舒適道路交通噪聲聲壓級(LAeq ( 27dB)、較舒適道路交通噪聲聲壓級(27dB < LAeq 43dB)。見下表:
權利要求1.一種基於心生理指標的道路交通噪聲評價成套檢測系統，其特徵在於，包括:現場道路交通噪聲信號採集系統，用於採集現場道路交通噪聲； 室內道路交通噪聲信號回放及檢測系統，用於在對被試人員測試過程中，在室內回放所述的現場道路交通噪聲信號採集系統採集的交通噪聲，並檢測所述回放噪聲的噪聲聲壓級； 被試人員心生理信號採集系統，用於採集所述被試人員在測試前的心生理數據以及在所述室內道路交通噪聲信號回放及檢測系統回放所述交通噪聲的測試過程中的心生理數據； 數據處理系統，用於根據所述的被試人員心生理信號採集系統採集的被試人員的心生理數據以及所述室內道路交通噪聲信號回放及採集系統檢測的回放噪聲的噪聲聲壓級數據進行處理計算，評價並確定影響人體的道路交通噪聲聲壓級。
2.根據權利要求1所述的一種基於心生理指標的道路交通噪聲評價成套檢測系統，其特徵在於，所述的現場道路交通噪聲信號採集系統包括精密噪聲計以及與所述的精密噪聲計連接的高保真錄音設備。
3.根據權利要求1所述的一種基於心生理指標的道路交通噪聲評價成套檢測系統，其特徵在於，所述的室內道路交通噪聲信號回放及檢測系統包括噪聲信號回放單元以及回放噪聲信號聲壓級檢測單元；所述的噪聲信號回放單元包括高保真錄音設備和高保真音響設備；所述的回放噪聲信號聲壓級檢測單元為精密噪聲計。
4.根據權利要求1所述的一種基於心生理指標的道路交通噪聲評價成套檢測系統，其特徵在於，所述被試人員心生理信號採集系統採用多功能動態生理檢測儀。
5.根據權利要求1-4任一項所述的一種基於心生理指標的道路交通噪聲評價成套檢測系統，其特徵在於，所述數據處理系統為內置有數據處理分析軟體的計算機。
專利摘要本實用新型公開了一種基於心生理指標的道路交通噪聲評價成套檢測系統，包括現場道路交通噪聲信號採集系統，室內道路交通噪聲信號回放及檢測系統，被試人員心生理信號採集系統，數據處理系統，用於根據所述的被試人員心電信號採集系統採集的被試人員的心生理數據以及所述室內道路交通噪聲信號回放及採集系統檢測的回放噪聲的噪聲等級數據進行處理計算，評價並確定影響人體的道路交通噪聲等級。本實用新型實現了對交通噪聲等級的較客觀的評價，解決了目前沒有一套可應用於道路、交通和安全工程領域內的完整又客觀的道路交通噪聲檢測和評價系統的問題，由於基於人體心生理指標來檢測評價道路交通噪聲的噪聲聲壓級，其評價結果相對客觀，準確。
文檔編號A61B5/0205GK202916005SQ20122054930
公開日2013年5月1日 申請日期2012年10月25日 優先權日2012年10月25日
發明者王書雲, 楊志信, 孫福梓, 李佩, 閆春雨, 姚嘉 申請人:北京市市政工程研究院