高校校園聲環境質量監測系統設計與實現

田曉東

摘? 要：針對高校校園聲環境質量監測與評價治理問題，采用模塊化設計思路和大數據分析方法，設計實現高校校園環境噪聲監測與分析系統，通過人機交互方式設定監測參數，以及監測數據的實時處理，為高校校園聲環境監測和改善提供必要的依據和支撐。

關鍵詞：聲環境；監測；校園；噪聲監測；數據采集

中圖分類號：TP274? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2095-2945（2024）19-0027-04

Abstract： Aiming at the problem of monitoring and evaluation of college campus acoustic environment quality， using modular design idea and big data analysis method， the university campus environmental noise monitoring and analysis system is designed and realized， and the monitoring parameters are set by human-computer interaction. And the real-time processing of monitoring data provides the necessary basis and support for the monitoring and improvement of campus acoustic environment.

Keywords： acoustic environment; monitoring; campus; noise monitoring; data acquisition

噪聲是一類引起人煩躁或音量過強而危害人體健康的聲音。噪聲污染不僅擾亂人們的正常生活，還會引起人們生理和心理上的不良反應，其現已成為影響城市居民身體健康和生活質量的主要來源之一，受到社會的廣泛關注[1]。自2022年6月正式實施的《中華人民共和國噪聲污染防治法》明確指出各級政府要組織建設噪聲污染監測治理網絡體系，開展噪聲污染專項監測治理。

高校校園是學生在校內進行學習和生活的外界環境，良好的校園環境可以促進學生的身心健康，使學生有充沛的精力從事各項活動，保障學習任務的高質量完成。高校處在城市之中，其噪聲污染問題越來越多，對學生學習生活帶來嚴重影響。由于學生數量增加，周邊市政道路發展，社會車輛進入校園的頻次和種類也在增加，還有圍繞高校商業圈的發展迅速，使得校園內的噪聲的影響嚴重，對師生的學習、生活、工作產生了不良影響[2]。近十年來國內諸多高校相繼開展了校園部分功能區的聲環境監測工作，但沒有對噪聲數據的有效利用等問題開展研究。本文基于數據分析和挖掘技術，充分全面提取環境噪聲檢測數據特征，在完善治理措施的同時，探討其數據信息利用方法和應用領域，而且后續可將相關的理論方法推廣到社會治理、智慧城市建設等領域，具有重要的經濟效益和社會效益。

1? 系統總體設計

1.1? 法規標準依據

世界各個國家和國際標準化組織針對噪聲的監視、測量與評價、噪聲的排放及聲環境質量都有相應的標準，開展本系統設計需嚴格按照相關法規標準進行，以確保數據真實可信，參照執行的法規標準主要有[3]：GB 3096—2008 《聲環境質量標準》；中華人民共和國國家環境保護標準：HJ 906—2017《功能區聲環境質量自動監測技術規范》；中華人民共和國國家環境保護標準：HJ 907—2017《環境噪聲自動監測系統技術要求》。

1.2? 監測方案

為了評價不同聲環境功能區不同時段的聲環境質量，了解功能區環境噪聲時空分布特性，根據GB 3096—2008《聲環境質量標準》規定，采用定點測量方法對校區進行監測。選擇在無雨無雪的天氣條件下進行測量，風速在5 m/s以下，測量中監測點與任一建筑物的距離不小于3.5 m，距地面的垂直距離不小于1.2 m。測量過程中，應手持聲級計，聲級計距離身體不小于0.5 m，并盡量遠離能反射聲音的建筑物[4]。

1.3? 監測點位選擇

綜合考慮功能分區、范圍大小、附近路網情況等，在校園園區內選取監測點8個，覆蓋主要功能分區和噪聲分布特征明顯的區域，如教學區、運動場、食堂、圖書館、南北區之間的道路橋洞等部位，如圖1所示。經實地勘察，初步選定北區圖書館南側、西區學前教育學院辦公樓前區域、西區宿舍樓區域、南區宿舍區北側過街橋洞南口附近區域、南區知新樓和職校中間南側區域、南區護理學院實驗樓和籃球場之間區域、北區體育館北側和南區學生食堂前8個點位。各噪聲點監測區域位置分布和噪聲源特性分析見表1。

1.4? 監測時間點選擇

根據GB 3096-2008《聲環境質量標準》中的規定，晝間是指06∶00—22∶00之間的時段，夜間是指22∶00—次日06∶00之間的時段。鑒于此并結合實際情況，本次的噪聲測量在時間點的設置上，為了全面測量校園環境噪聲水平，考慮到學校的正常上課狀況和測量結果的全面性，設定檢測周期為4周，每周一、周三、周六，上午（08∶30—11∶30）、下午（15∶30—17∶30）、晚上（22∶00—23∶00）等時間段開展噪聲實地測量。統籌兼顧了學生上午上課時間、傍晚體育活動和晚上休息時間，連續開展4周。監測日期上區分夏季和冬季，分別在6月份和12月份各開展一個監測周期。

1.5? 數據采集

在監測開始前做好標準設備的校準工作，每隔5 s進行一次采樣，連續100次，計算連續等效聲壓級作為當前監測點的環境噪聲指標數據。在系統自動進行數據采集的同時，采取人工方式對監測點周圍的聲學環境進行定性分析并記錄。

2? 監測系統功能組成

校園環境噪聲監測系統的主要功能是實現校園環境噪聲的信號采集、記錄保存、遠程傳輸、分析處理、報警提示和查詢利用等，系統功能框圖如圖2所示。該監測系統主要包括監測點模塊、數據傳輸模塊、監控中心模塊，其中監測點模塊主要包括信號采集前端單元、接口單元、數據分析單元、數據存儲單元與監測參數設置單元等；數據傳輸模塊主要包括數據發送單元、數據接收單元等；監控中心模塊主要包括監控平臺、信息檢索查詢、信息綜合分析、可視化顯示、綜合指令發布等單元，系統結構框圖如圖3所示。

3? 數據處理方法

3.1? 等效連續A聲級法

噪聲是無規律的、起伏不定的，即非穩態的，所以采用等效連續A聲級法用于非穩態噪聲的評價，其定義為某時間段內的非穩態噪聲的瞬時A聲級。用能量平均的方法，以一個連續不變的A聲級來表示該時間段內噪聲的聲級，將所測得的100個數據從大到小排列，第10%個數據、第50%個數據、第90%個數據作為計算數據進行計算[5-6]。

等效連續A聲級Leq采用如下公式

Leq=L50+d2/60，d=L10-L90。

3.2? 噪聲污染指數法

為了準確描述校園總體聲環境質量水平，本研究采用噪聲污染指數法，全面系統反映校園總體環境噪聲，其噪聲污染指數計算公式為

根據《聲環境質量評價技術規范》等標準，利用噪聲污染指數進行環境噪聲污染等級劃分，見表2。

4? 數據分析

依據GB 3096—2008《聲環境質量標準》中規定的聲環境功能區監測方法，采用定點測量方法對校區8個監測點進行環境噪聲監測，并利用記錄下的噪聲數據及相關信息進行了系統分析。

監測點模塊監測軟件操作界面如圖4所示，部分監測數據見表3和表4。

校園聲環境質量特點分析。

第一，從總體上看（以6月份為例），校園整體環境處于可控水平，在部分時段和部分監測點位存在噪聲超標情況。

監測點1位于生活區，其主要噪聲源來源于城市主干道大型車輛和來往學生的交談、校內車輛等，上午和下午的噪聲水平相當，處于標準閾值附近，晚上噪聲聲壓級處于標準范圍內。

監測點2位于文教區，其主要噪聲源來自于城市主干道大型車輛、上下課的學生行進和交談等，其噪聲水平與監測點1大致相當，略高一點。

監測點3位于文教區，其主要噪聲源來自于城市主干道大型車輛和來往學生的交談、校內車輛以及鳥鳴聲等，全天噪聲值處于超標狀態。

監測點4位于生活區，且處于南北區的交通關鍵節點上，其主要噪聲源來自于城市主干道大型車輛、來往學生的行進交流、南北區間過往車輛等，噪聲水平處于各監測點的最大值（晚上除外），主要原因是上午和下午來往學生較多、距離城市主干道距離較近，且缺少樹木、聲屏障等遮擋等，晚上過往車輛和行人明顯減少，噪聲水平下降明顯。

監測點5位于文教區，其主要噪聲源來自于校外道路車輛行駛和鳴笛、校外附近市場以及學生交談等。由于靈海路車輛車速相對較慢，且監測時間該處學生相對較少，噪聲水平處于標準范圍內，晚上受校外車輛以及校園東側區域施工等因素的影響噪聲略有超標。

監測點6位于文教活動區，主要噪聲源來自于學生運動場活動、校園東側區域施工等，白天噪聲均超標，晚上學生活動減少，噪聲水平明顯下降。

監測點7位于活動區，主要噪聲源來自于城市主干道大型車輛、鳥鳴等，噪聲水平在白天受過往車輛的影響時有超標，優點在于綠化帶相對較寬，不足在于距離山體較近樹木較多，鳥鳴聲較明顯。

監測點8位于生活區，主要噪聲源來自于食堂設備、校內外通行車輛以及過往學生行進交談等，此處白天行人、車輛不斷，聲環境較為嘈雜，但晚上聲環境較好，晝夜間噪聲水平相差較大。

第二，從月份上看，6月份校園環境噪聲均值為55.885 dB（上午）、56.43 dB（下午）、45.92（晚上），均處于超標水平，超標率分別為1.6%、2.59%和2.04%，超標程度相對較弱。12月份校園環境噪聲均值為55.06 dB（上午）、56.32 dB（下午）、43.85 dB（晚上），較6月份均有下降，晚上噪聲水平處于達標狀態。這主要是冬季校園文化相對較少，學生室外活動頻次減少，由于天氣寒冷等原因夜間外出活動減少幅度更為明顯。

第三，從監測點位置上看，靠近城市主干道和學生活動密集的地方環境噪聲水平較差，其中以監測點4最有代表性，該監測點緊靠城市主干道，來往大型車輛較多；處于南區和北區西區的通行節點，學生上課和業余活動通過頻次和人次均較高；該處綠化帶設置不足，寬度和密度均有待提高。

5? 結束語

在對高校校園聲環境監測系統設計開發進行全面、準確的需求分析的基礎上，文中采取定點觀測方式對校園聲環境進行了監測，設計開發數據處理分析模塊，實現友好的人機交互和數據的實時處理，并可根據實際情況進行聲光報警。隨著工作的進一步開展，監測數據愈加完善，可考慮引入深度學習等算法實現噪聲分類和預測等，同時還可對監測數據進行更深入分析，提出改進措施和建議。

參考文獻：

[1] 熊蓮.高校環境噪聲分析與評價——以樂山師范學院為例[J].資源節約與環保，2021（1）：128-129.

[2] 徐雪麗，曹麗娜，董纖凌，等.高校校園噪聲監測及評價——以上海大學寶山校區為例[J].上海大學學報（自然科學版），2021 27（4）：730-740.

[3] 金昊雯，祝榕婕，孫露，等.基于ArcGIS的校園環境噪聲分析和評價研究[J].環境科學與管理，2019，44（3）：186-190.

[4] 楊金美，胥東亭，王亞，等.濰坊學院校園聲環境監測與評價[J].濰坊學院學報，2019，19（6）：41-46.

[5] 何正艷，米夢寒，魏沈鈺，等.校園環境噪聲的監測與評價[J].實驗室科學，2020，23（6）：13-18.

[6] 李長昊，于彤，于梓涵，等.校園環境噪聲檢測技術與方法[J].中國現代教育裝備，2017（11）：12-14.