Měření a mapování znečištění hlukem pomocí mobilního telefonu: 4 kroky (s obrázky)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:24

80 dB (A)) "," nahoře ": 0,13263157894736843," vlevo ": 0,506," výška ": 0,1957894736842105," šířka ": 0,276}]" ">

Nicolas Maisonneuve (Sony CSL Paris) Matthias Stevens (Vrije Universiteit Brussel / Sony CSL Paris) Luc Steels (Vrije Universiteit Brussel / Sony CSL Paris)

V tomto „Instructable“se dozvíte, jak můžete používat svůj mobilní telefon vybavený GPS jako mobilní stanici k měření vaší osobní expozice hluku a podílet se na kolektivním hlukovém mapování vašeho okolí nebo města. Mapy lze zobrazit pomocí aplikace Google Earth. Hlukové znečištění je v mnoha městech vážným problémem. Přestože úřady v některých velkých městech zahájily kampaně ke sledování tohoto problému, mapy, které vytvářejí, nejsou vždy snadno dostupné a obvykle nejsou dostatečně podrobné, aby pochopily rozdíly (v čase a prostoru) v hluku, kterému jsou lidé vystaveni. Použitím našich nových technologií však můžete pomoci zlepšit monitorování takových environmentálních problémů tím, že přispějete k hlukovému mapování vašeho okolí nebo města, a tím se zapojíte do jakési „Wikimapie“hlukového znečištění. NoiseTube je výzkumný projekt společnosti Sony Laboratoř výpočetní techniky v Paříži. Projekt je zaměřen na vývoj nového participativního přístupu ke sledování hlukové zátěže zahrnující širokou veřejnost. Naším cílem je rozšířit současné používání mobilních telefonů tak, že se z nich stanou senzory hluku, které umožní každému občanovi měřit vlastní expozici ve svém každodenním prostředí a podílet se na kolektivním hlukovém mapování svého města nebo sousedství. Obecněji tento výzkumný projekt zkoumá, jak lze koncept participativního snímání aplikovat na problémy životního prostředí a zejména na monitorování hlukového znečištění. Participatory sensing podporuje používání široce nasazených mobilních zařízení (např. Chytrých telefonů, PDA) k vytváření distribuovaných senzorových sítí, které umožňují veřejným i profesionálním uživatelům shromažďovat, analyzovat a sdílet místní znalosti. Instalací bezplatné aplikace do svého mobilního telefonu vybaveného GPS, budete moci měřit hladinu hluku v dB (A) (s přesností několika decibelů ve srovnání s profesionálními zařízeními), komentovat, jak hluk vnímáte (tagování, subjektivní úroveň obtěžování) a odesílat všechny informace (časové razítko + geolokalizovaná měření + lidský vstup) automaticky na server NoiseTube prostřednictvím internetového připojení vašeho telefonu. Poté mohou být (kolektivní) výsledky vizualizovány na mapách, jak ukazuje příklad na 1. obrázku. Motivace k účasti na zážitku NoiseTube 1. Změřte svou osobní zvukovou expozici a lépe si uvědomte své prostředí Jak moc decibel jsem vystaven během mého dne? Takové informace je v současné době pro občany obtížné získat. Díky naší aplikaci budete moci měřit svou expozici v dB (A) v reálném čase bez potřeby drahého zvukoměru. Myslíme si, že personalizované informace o životním prostředí mohou mít větší dopad na povědomí veřejnosti a chování než globální environmentální statistiky, které v současné době poskytují vládní agentury. 2. Účastněte se monitorování/mapování hlukového znečištění vašeho města Pomocí svého mobilního telefonu můžete vy (a vaše skupina) shromažďovat geolokalizovaná měření, přidávat k nim poznámky a automaticky je odesílat k mapování místního hlukového znečištění a poskytovat užitečné informace místním komunitám nebo veřejné instituce, aby podporovaly rozhodování o místních problémech, aniž by čekaly, až úředníci (agentury pro životní prostředí, vládní financování nákladných měřicích kampaní) obrátí svou pozornost na vaše okolí. 3. Pomozte vědcům lépe porozumět hluku z vašich zkušeností Na rozdíl od současných údajů o hlukovém znečištění pocházejících ze statických senzorů instalovaných na pevných konkrétních místech by vaše údaje zaměřené na lidi mohly mít pro vědce velkou hodnotu, aby lépe porozuměli problému znečištění hlukem prostřednictvím lidí Expozice. Architektura NoiseTube Platforma NoiseTube se skládá z aplikace, kterou si účastníci musí nainstalovat do svého mobilního telefonu, aby se z ní stalo zařízení se snímačem hluku. Tato mobilní aplikace shromažďuje místní informace z různých senzorů a odesílá je na server NoiseTube, kde jsou centralizována a zpracovávána data od všech účastníků. Druhý obrázek ukazuje přehled této architektury. Protože mobilní aplikace je nejdůležitějším prvkem pro naše účastníky, nyní ji podrobně probereme v kroku 1.

Krok 1: Zařízení a software

Funkce mobilní aplikace - Měření a vizualizace úrovně hluku, které jste vystaveni, v reálném čase - Značení komentářů k měření (např. Zdroj hluku, hodnocení vnímané obtěžování, …). Tyto informace se používají k přidání sémantické vrstvy do hlukových map, které jsou vytvořeny. - Automatické odesílání (geograficky lokalizovaných a časově označených) dat na váš účet na našem serveru za účelem aktualizace vašeho osobního „profilu expozice“a kolektivní hlukové mapy. Požadavky-Telefon s vestavěnou čipovou sadou GPS nebo externím přijímačem GPS, který lze k telefonu připojit pomocí Bluetooth. -Telefon podporující platformu Java J2ME (profil CLDC/MIDP s příponami: JSR-179 (Location API) a JSR-135 (Mobile Media API)). - Předplatné datového tarifu pro přístup k internetu (přes GPRS/EDGE/3G). Poznámky:

• V tuto chvíli byla aplikace pouze důkladně testována na telefonech Nokia N95 8GB a Nokia 6220C. Jiné značky/modely mohou, ale nemusí fungovat. Za několik týdnů plánujeme vydat verzi pro Apple iPhone. Můžete se přihlásit k odběru prostřednictvím NoiseTube.net, abyste zůstali informováni o tomto a dalších budoucích vydáních.
• K dosažení věrohodných měření decibelů se doporučuje používat pouze podporované (kalibrované) modely telefonů.

Alternativní přístupy Telefon + externí mikrofon Místo použití vestavěného mikrofonu můžete připojit externí mikrofon. Na obrázku 1 vidíte přizpůsobený externí mikrofon pro telefon Nokia N95. Pokud používáte externí mikrofon, doporučujeme umístit jej příliš blízko obličeje, abyste se vyhnuli pouze měření vlastního hlasu; připevnění mikrofonu blízko zápěstí je dobrá volba. Digitální záznam zvuku + mobilní aplikace + desktopová aplikace V první verzi Noisetube nebylo měření hlasitosti prováděno mobilní aplikací v reálném čase. Místo toho byl k záznamu okolního zvuku použit digitální zvukový záznamník (např.: řada M-Audio MicroTrack x). Cílem mobilní aplikace (v1.0) bylo lokalizovat uživatele (pomocí GPS) a usnadnit přidávání komentářů (označování, hodnocení, …). Poté byla z nahraného zvuku extrahována opatření hlasitosti, zkombinována tato data se skladbou polohy a komentáři uživatelů a odeslány tyto informace na server. Obrázek 2 ukazuje přehled architektury NoiseTube v1.0.

Krok 2: Použití mobilní aplikace NoiseTube

Začínáme Jakmile si vytvoříte účet na webu NoiseTube, najdete potřebné vybavení a nainstalujete náš software, můžete začít používat aplikaci NoiseTube. 1) Nejprve se budete muset ověřit pomocí údajů o svém účtu. Jakmile se jednou úspěšně přihlásíte, při příštím spuštění aplikace tento krok obejde. 2) Nyní můžete začít měřit a přispívat do projektu NoiseTube. Uživatelské rozhraní Snímek obrazovky na prvním obrázku ukazuje uživatelské rozhraní. Níže diskutujeme o různých částech, z nichž každá odpovídá hlavnímu rysu aplikace. 1) Měření hlasitosti okolního hluku Měření se spustí automaticky. Vlevo nahoře vidíte aktuální hodnotu hlasitosti - měřeno v dB (A). Chcete -li této hodnotě dodat význam, je spojena s barvou představující potenciální zdravotní riziko aktuální úrovně expozice:

• <60 dB (A): zelená (bez rizika)
• > = 60 a <70: Žlutá (nepříjemná)
• > = 70 a <80: oranžová (buďte opatrní)
• > 80: Červená (riskantní).

Je také nakreslena historická křivka, která sleduje vývoj měřené hlasitosti. Chcete -li lépe porozumět tomu, co se skutečně měří, podívejte se níže do části „O měření hlasitosti“. 2) Označování komentářů přidává fyzickým měřením vrstvu významu, aby informovalo komunitu a poté vizualizovalo povahu hluku na mapách. Stejně jako označování filmů na YouTube nebo webových stránek na Delicious můžete měření hluku označit přidáním libovolných volných slov oddělených čárkou (např. Zdroj hluku nebo kontext, hodnocení atd.). Hluk je složitý jev k vysoce subjektivnímu způsobu, jakým to lidé vnímají. Ke studiu těchto subjektivních faktorů přidáme do mobilní aplikace více subjektivních komponent, abychom ji mohli používat jako „měřič ((sociálního) obtěžování“) (2. obrázek ukazuje náhled toho, jak by to mohlo vypadat) a vytvořit subjektivní mapy hlukového znečištění. 3) Měření geolokalizace Uživatel může přepnout mezi automatickým (pomocí GPS) nebo manuálním režimem lokalizace kliknutím na ikonu lokalizace (viz obrázek 1). Po spuštění aplikace se aktivuje automatický režim a pokusí se lokalizovat uživatele pomocí GPS. Pokud neuspěje (např. Z důvodu vnitřní situace), přepne se do manuálního režimu, kde uživatel musí zadat svou polohu (např. Adresu, linku stanice metra). Je také možné vybrat vaši aktuální polohu ze seznamu předdefinovaných míst. Tato místa mohou být osobní „oblíbená“(např.: doma nebo v kanceláři) nebo veřejná místa (např.: ulice, stanice metra). Další informace o měření hlasitosti Měřič hlasitosti zobrazuje ekvivalentní souvislou hladinu zvuku (Leq) měřenou v dB (A) zvuku zaznamenaného v daném časovém intervalu. V každém cyklu aplikace zaznamenává zvuk prostředí (při 2 500 Hz, 16 bitů) během časového intervalu a poté zpracovává signál k extrahování hodnoty Leq. Jsou možné dva intervaly: 1) Pomalá odezva (1 sekunda, výchozí režim), což umožňuje měřit pomalé zvukové variace, užitečné pro konstantní nebo hluk pozadí; 2) Rychlá odezva/krátký Leq (125 ms), pro zvuky měnící se čas (např. Krátké události). Režim rychlé odezvy je v současné době stále experimentální, takže prozatím doporučujeme použít režim pomalé odezvy. O kalibraci zvuku a důvěryhodnosti informací Ke kalibraci naší aplikace pro získání důvěryhodných informací o telefonu Nokia N95 8GB jsme použili zvukoměr. Vygenerovali jsme růžový šum jako zdroj hluku a porovnali decibely naměřené zvukoměrem a naměřené naší aplikací na telefonu N95 při různých úrovních hlasitosti (každých 5 dB, od 35 dB do 100 dB). Obrázek 3 ukazuje graf těchto hodnot, které jsme zaregistrovali. Získali jsme křivku s přesností kolem +/- 10 dB (A). Po použití inverze této funkce jako korektoru jsme pak získali dobré výsledky (přesnost +/- 3 db). Plánujeme provést stejnou kalibraci s budoucí verzí pro iPhone. Jakmile pochopíte, jak používat aplikaci NoiseTube, zveme vás k otestování na ulici ve vašem okolí!

Krok 3: Vizualizace výsledků

Aktuálně jsou k dispozici dvě vizualizace. Monitorování expozice lidí v reálném čase Monitorování v reálném čase je navrženo pro vizualizaci kolektivní expozice hluku účastníků pomocí aplikace Google Earth. Můžete to vidět na adrese https://noisetube.net/public/realtime.kml. Uživatel je reprezentován válcem, jehož výška a barva jsou úměrné hlasitosti (Leq měřeno v dB (A)) zvukové expozice uživatele. Mapa znečištění hlukem ve vašem městě Aktuální mapu své osobní expozice můžete zobrazit také do svého účtu a výběrem „Moje mapa“(nebo přímo prostřednictvím: (https://noisetube.net/users/{username}/map.kml]). Chcete -li zobrazit kolektivní mapu zvukové expozice, přejděte na veřejnou mapu. Každý kruh znamená míra hlasitosti (barva je úměrná úrovni hlasitosti). Na vrcholu této fyzické vrstvy je sémantická vrstva popisující význam opatření (tj. zdroje hluku).

Krok 4: Budoucí výzkum a závěr

Věrní „beta“duchu Web 2.0 jsme se rozhodli otevřít naši platformu všem, a to navzdory rané fázi vývoje. V blízké budoucnosti budou aktualizované verze našich nástrojů nabízet vylepšené a nové funkce. Náš výzkum a vývoj bude pokračovat několika směry: Kalibrace Bez správné kalibrace produkují senzorová zařízení data, která nemusí být reprezentativní nebo mohou být dokonce zavádějící. Jak tedy můžeme kalibrovat stovky různých typů mobilních telefonů nebo jiných záznamníků zvuku, aniž bychom pokaždé použili drahý zvukoměr? Navrhujeme zkoumat takovéto výzkumné otázky na různých tratích, kde lze kalibrační telefony nebo akustická stabilní místa použít jako referenční body pro automatickou (re) kalibraci telefonu (např. Kalibrace mezi 2 telefony připojenými přes Bluetooth, kde jeden je referenční a druhý je telefon, který je třeba kalibrovat). Vnitřní lokalizace Systém GPS prakticky nepodporuje vnitřní lokalizaci. Protože většina lidí tráví hodně svého každodenního života uvnitř, je to důležitý nedostatek, který jsme částečně vyřešili ruční lokalizací (viz krok 2). Existují však technologie, které mohou fungovat jako alternativy pro GPS v interiérových scénářích. Jedním ze slibnějších (a široce studovaných) přístupů je určování polohy na bázi GSM. Takové technologie by mohly být zvláště užitečné při zkoumání hluku v metru (například v pařížské síti metra), o nichž je známo, že jsou velmi hlučná prostředí. Už jsme provedli nějaké experimenty s časovými markery a rekonstrukci míst interpolací (viz obrázek). Využíváním určování polohy na bázi GSM (identifikace antén na různých stanicích, automatické zjišťování polohy uživatele) však očekáváme, že v budoucnu budeme schopni v tomto speciálním prostředí produkovat přesněji lokalizovaná měření. Sociální aspekt: budování komunity Společným rysem je promítání dat o hlukovém znečištění na mapy. Záznam zvukové expozice z činnosti lidí nám však také umožňuje shromáždit určitý druh dat, která jsou více zaměřena na lidi, a nikoli pouze na místa, která jsou shromažďována tradičními statickými zvukoměry umístěnými v ulicích. Z tohoto pozorování se podíváme na další sociální funkce. Například vytváření osobních hlukových profilů obsahujících vaši hlukovou expozici v časových a geografických dimenzích a seznam vašich vlastních označených zdrojů hluku, poskytující způsob, jak porovnávat lidi a najít podobné profily za účelem podpory kolektivní akce. Závěr V tomto „Instructable“jsme představili nový způsob monitorování a mapování hlukového znečištění díky účasti lidí. Platforma NoiseTube vám umožňuje přispívat do kampaně distribuovaného měření hluku pomocí vašeho mobilního telefonu. Tato platforma je stále ve vývoji a blízká budoucnost přinese další vylepšení. Rádi bychom vás však pozvali, abyste se připojili ke komunitě NoiseTube a vyzkoušeli náš software. Pokud máte nějaké dotazy, návrhy nebo jiné komentáře, neváhejte nás kontaktovat nebo reagovat prostřednictvím komentářů k tomuto Instructable. Kromě toho bychom rádi zdůraznili, že jsme připraveni spolupracovat s veřejnými nebo výzkumnými organizacemi. Další čtení Chcete -li se dozvědět více a zůstat informováni o projektu NoiseTube, navštivte naše webové stránky www.noisetube.net. Pokud si chcete přečíst vědecké pozadí této práce, podívejte se na tyto články:

• Nicolas Maisonneuve, Matthias Stevens, Maria Niessen, Peter Hanappe a Luc Steels. NoiseTube: Měření a mapování hluku pomocí mobilních telefonů. Zasláno do 4. mezinárodního sympozia o informačních technologiích v environmentálním inženýrství (ITEE 2009), Thessaloniki, Řecko. 28.-29. května 2009. Probíhá kontrola. PDF
• Nicolas Maisonneuve, Matthias Stevens, Maria Niessen, Peter Hanappe a Luc Steels. Monitorování znečištění hluku občanů. Předloženo na 10. výroční mezinárodní konferenci o výzkumu digitální vlády (dg.o2009), Puebla, Mexiko, 17. – 20. Května 2009. Probíhá kontrola. PDF

Reference

• J. Burke, D. Estrin, M. Hansen, A. Parker, N. Ramanathan, S. Reddy a M. B. Srivastava. '' Participativní snímání ''. V '' Webovém workshopu ACM Sensys World Sensor ''. ACM Press, 2006.
• Cuff D., Hansen M. a Kang J. Urban Sensing: ven z lesa. Sdělení ACM, 51 (3), s. 24–33, březen 2008, ACM Press.
• J. Hellbruck, H. Fastl a B. Keller. Ovlivňuje význam zvuku posouzení hlasitosti?. In Proceedings of the 18. International Congress on Acoustics (ICA 2004). Stránky 1097-1100.
• D. Menzel, H. Fastl, R. Graf a J. Hellbruck. Vliv barvy vozidla na posouzení hlasitosti. In Journal Of The Acoustical Society Of America, květen 2008, 123 (5), strany 2477-2479.
• Paulos, E. a kol. Citizen Science: Umožnění participativního urbanismu. In Hand-book of Research on Urban Informatics: The Practice and Promise of the Real-Time City, Marcus Foth (Ed.), Pp. 414-436, Idea Group, 2008.
• L. Yu a J. Kang. Účinky sociálních, demografických a behaviorálních faktorů na hodnocení hladiny zvuku v městských otevřených prostorech. V Journal of the Acoustical Society of America, únor 2008, 123 (2), strany 772-783.

Poděkování Tato projektová práce byla částečně podpořena EU na základě smlouvy IST-34721 (TAGora). Projekt TAGora je financován programem Future and Emerging Technologies (IST-FET) Evropské komise. Matthias Stevens je výzkumným asistentem Fondu pro vědecký výzkum ve Flandrech (Aspirant van het Fonds Wetenschappelijk Onderzoek - Vlaanderen).