专利名称：一种基于心生理指标的道路噪声评价成套检测系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及道路交通噪声评价检测技术领域，具体地说一种基于心生理指标的道路交通噪声评价成套检测系统。
背景技术：
近年来，随着社会对道路交通噪声重视程度的增加，人体作为遭受道路交通噪声影响者，关于噪声对其健康的影响也日渐深入。由于道路交通噪声对人体的影响具有动态性和时效性，因此需要对同一时刻“人体-道路交通噪声”系统的信息进行同步整合。但是目前基于人体心生理反应的道路交通噪声检测评价仪器离散且不成套。人体在遭受道路交通噪声影响过程中，“人体-道路交通噪声”系统的两个组成部分都是动态变化的，均需进行实时检测。人是“人体-道路交通噪声”系统中最活跃的组成部分，并具有不稳定性。因此，在道路交通噪声影响人体的检测评价过程中，检测最为复杂，检测手段也多种多样。国内外相关研究已经对道路交通噪声影响人体健康进行大量研究，但是，目前尚未有一套完整的道路交通噪声影响人体的检测和评价体系应用于道路、交通和安全工程领域内；目前，对于道路交通噪声对人体的影响主要研究方式是问卷、调查量表等，这些方式都是基于人体的主观角度出发做出的，不具有客观性，不能准确地对道路交通噪声做出客观的评价，而如何检测和量化道路交通噪声对人体的影响依然是目前从人体心生理角度进行道路交通噪声评价的难点。
实用新型内容本实用新型的目的在于提供一种可应用于道路工程、交通工程和环境工程领域的基于心生理指标的道路交通噪声评价成套检测系统，旨在解决目前没有一套可应用于道路、交通和安全工程领域内的完整又客观的道路交通噪声检测和评价系统，以评价道路交通噪声对人体的影响，为道路交通噪声的评价分析及后续道路交通可持续发展提供较优客观的基础支撑。为实现上述的目的，本实用新型所采用的技术方案如下一种基于心生理指标的道路交通噪声评价成套检测系统，包括现场道路交通噪声信号采集系统，用于采集现场道路交通噪声；室内道路交通噪声信号回放及检测系统，用于在对被试人员测试过程中，在室内回放所述的现场道路交通噪声信号采集系统采集的交通噪声，并检测所述回放噪声的噪声声压级；被试人员心生理信号采集系统，用于采集所述被试人员在测试前的心生理数据以及在所述室内道路交通噪声信号回放及检测系统回放所述交通噪声的测试过程中的心生理数据；数据处理系统，用于根据所述的被试人员心生理信号采集系统采集的被试人员的心生理数据以及所述室内道路交通噪声信号回放及采集系统检测的回放噪声的噪声声压级数据进行处理计算，评价并确定影响人体的道路交通噪声声压级。所述的现场道路交通噪声信号采集系统包括精密噪声计以及与所述的精密噪声计连接的高保真录音设备。所述的室内道路交通噪声信号回放及检测系统包括噪声信号回放单元以及回放噪声信号声压级检测单元；所述的噪声信号回放单元包括高保真录音设备和高保真音响设备；所述的回放噪声信号声压级检测单元为精密噪声计。所述被试人员心生理信号采集系统采用多功能动态生理检测仪。所述数据处理系统为内置有数据处理分析软件的计算机。本实用新型通过一整套道路交通噪声数据采集耦合系统采集并将采集的人体数据和道路交通噪声数据整合，进行处理计算，进而评价确定影响人体的道路交通噪声声压级，从而实现了对道路交通噪声较客观的评价，解决了目前没有一套可应用于道路、交通和安全工程领域内的完整又客观的道路交通噪声检测和评价系统的问题，由于本实用新型基于人体心生理指标来检测评价道路交通噪声的噪声声压级，因而其评价结果相对客观，准确。
图1是本实用新型实施例提供的基于心生理指标的道路交通噪声评价成套检测系统的系统原理图；图2是本实用新型实施例提供的测试过程的流程图图3是本实用新型实施例提供的噪声测试的工作空间内测试设备的布置示意图；图4是本实用新型实施例提供的噪声测试的睡眠空间内测试设备的布置示意图；图5是本实用新型实施例提供的测试过程中检测设备的耦合结构示意图；图中1、噪声计，2、录音机，3、音响功放设备，4、被试人员。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，
以下结合附图，对本实用新型进行进一步详细说明。参见图1，该图示出了本实用新型实施例提供的基于心生理指标的道路交通噪声评价成套检测系统的系统原理。为了便于说明，仅示出了与本实用新型实施例有关的部分。一种基于心生理指标的道路交通噪声评价成套检测系统，包括现场道路交通噪声信号采集系统，用于采集现场道路交通噪声；室内道路交通噪声信号回放及检测系统，用于在对被试人员测试过程中，在室内回放所述的现场道路交通噪声信号采集系统采集的交通噪声，并检测所述回放噪声的噪声声压级；被试人员心生理信号采集系统，用于采集所述被试人员在测试前的心生理数据以及在所述室内道路交通噪声信号回放及检测系统回放所述交通噪声的测试过程中的心生理数据；数据处理系统，用于根据所述的被试人员心生理信号采集系统采集的被试人员的心生理数据以及所述室内道路交通噪声信号回放及采集系统检测的回放噪声的噪声声压级数据进行处理计算，评价并确定影响人体的道路交通噪声声压级。所述的现场道路交通噪声信号采集系统包括精密噪声计以及与所述的精密噪声计连接的高保真录音设备。所述的高保真录音设备可采用宽频录音机(150dB动态范围，40HZ - 20KHZ)，所述的精密噪声计要求120dB动态范围，3Hz-20kHz宽带线性频率范围。所述的室内道路交通噪声信号回放及检测系统包括噪声信号回放单元以及回放噪声信号声压级检测单元；所述的噪声信号回放单元包括高保真录音设备和高保真音响设备；所述的回放噪声信号声压级检测单元为精密噪声计。所述的高保真录音设备采用宽频录音机(150dB动态范围，40HZ — 20KHZ)，高保真音响设备采用宽频功放音响设备(20HZ - 20KHZ)。所述的被试人员心生理信号采集系统采用多功能动态生理检测仪。所述的数据处理系统为内置有数据处理分析软件的计算机。所述的数据处理分析软件包括有origin、R、matlab、spss等软件,具体在运用数据处理系统的上述软件分析处理采集的室内回放噪声数据及被试人员的心生理数据时，应先综合应用统计学理论以及时间序列理论对得到的室内回放噪声数据及被试人员的心生理数据进行处理。所述的现场道路交通噪声信号采集系统、室内道路交通噪声信号回放及检测系统以及所述的多功能动态生理检测仪可连续动态实时监测，采集的数据均可存储于相应的介质，可灵活复制到作为数据处理系统计算机上进行分析计算。由于人体承受道路交通噪声影响的动态变化可通过与其相关的心生理变化特征进行表征，因而可通过人体心生理检测对其受噪声影响的程度对进行量化。本实用新型基于人体心生理指标的道路交通噪声评价成套检测设备通过将医学领域的心生理检测设备应用于道路和交通工程领域的噪声研究，实时、具体、准确地采集人体在道路交通噪声影响下的体位、心电、心率变异、呼吸等心生理变化，动态检测和记录被试人员在“人体-道路交通噪声”系统的身体状态变化信息，进而通过人体的身体状态变化信息(心电生理数据)来实现表征影响人体的安全交通噪声等级，由于人体心生理检测是一种科学和客观的检测方法，从而本实用新型实现了量化对影响人体健康的交通噪声声压级。可用于检测道路交通噪声对人体影响的医学心生理检测设备有脑电检测仪器、眼动仪检测仪器、血压检测仪器和心电检测仪器等，这些仪器在医学领域主要用于静止时病人检测。而在交通工程和道路工程领域内承受道路交通噪声影响的被试人员不是处于静态，具有动态性和不确定性，因此，部分医学领域的心生理检测仪器在道路交通噪声影响人体的评价中有局限性，并且检测数据缺乏有效性。另外，通过对人体生心理指标的筛选，确定心电指标(LF/HF)能够描述噪声影响人体心生理的变化规律，该指标变化稳定，且由于KF2多功能动态生理检测仪的便携设计使得心电检测难度和要求相对较低，同时，该仪器还同步集合了体温、体动、呼吸三路心生理数据。这三路心生理数据可辅助评价道路交通噪声对人体的影响。因此在道路交通噪声影响人体的检测过程中，本实用新型采用多功能动态生理检测仪来采集人体心电数据。由于道路交通噪声对人体心生理状况影响明显，在“人体-道路交通噪声”检测系统中，人体承受道路交通噪声影响，其休息、工作状态下的心生理指标随噪声变化而变化。描述道路交通噪声的主要指标为声压级和频率。由于道路交通噪声频率变化对人体影响相比声压对其影响小很多，因此，为了检测的准确性和有效性，研究主要从声压入手。即道路交通噪声首先在现场录制，然后引入试验室环境进行回放，回放的同时进行实时动态检测。下面结合图2所示，对本实用新型的测试过程详细说明如下1、试验室布置(参见图3 4所示)试验场地选择在被试人员日常工作和休息的场所，这样可以消除试验室环境对其睡眠及工作的心生理影响，增强数据的可靠性。(现有的研究大多集中在特定的试验室环境，人体心生理参数在陌生环境中会出现很多变动，难以准确捕捉到噪声对其影响规律)，被试人员工作状态受噪声影响的试验开展时，注意选择通常情况下的背景噪声，办公场所无突然出现的高分贝噪声。参见图4所示，被试人员睡眠状态受噪声影响试验时，选择被试人员常住所，室内背景噪声与平时状况一致。工作状态及睡眠状态两种试验开展时，录音机及功放设备均放置在窗帘后面，模拟噪声信号从窗外道路传进室内状态，形成不可见声源。噪声计放置在离被试人员f1. 5m的位置，接收录音设备回放的噪声信号，作为影响被试人员心生理反应的噪声数据。为了提炼噪声影响被试人员心电这一主要因素，实验空间选取在被试人员自己家庭。客厅(或书房)作为工作空间，测试设备的布置参见图3所示，客厅作为工作测试时间，录音机2及功放设备3均放置客厅的窗帘后面，噪声计I放置在离被试人员f1. 5m的位置，测试被试人员I在读书思考状态下的心电与噪声间的关系。参见图4所示，其卧室作为睡眠空间，测试被试人员在睡眠过程中的心电与噪声间的关系。噪声信号搁置在窗帘里面，隐蔽声源。噪声计I搁置在被试人员I附近，录音机2及功放设备3均放置在窗帘后面。2、被试人员选择研究选取被试人员时考虑以下几点身体健康，无心脏病；不同年龄段、不同性别；生活居住环境、经济状况、工作种类、教育背景等因素。同时，为配合试验结果分析，被试人员在选择前进行了主观调查，主诉反应调查中认为自己对噪声敏感的取一部分，认为自己从未受噪声骚扰的占一部分。3、现场道路交通噪声采集、录制为了将现场道路交通噪声信号尽可能逼真地采集后在室内回放，道路现场采集时注意两点一是道路交通噪声信号的纯度，即检测过程中尽可能排除其他社会噪声源的污染，避开其他非道路交通噪声的影响。较优的试验路段选在离居住区稍远的路段，选择在晚上夜间施工停止时间10:00后进行采集，这个时间段其他社会噪声已趋于微弱状态。二是信号要具有代表性。检测时考虑了不同交通流状态不同道路结构形式的路段、不同车辆组成等因素，各种状态下信号均有采集。4、室内噪声试验展开以及人体受道路交通影响心生理检测所述的室内道路交通噪声信号回放，应尽可能逼真地再现现场道路交通噪声信号。人体在遭受交通噪声影响下体位、心率、呼吸、体温等生理指标变化，在以前的研究中往往分别采用多种设备进行测定，譬如体动仪、心电仪、呼吸仪、体温仪等，同时佩戴多件仪器对被试人员正常的工作、休息状态产生影响，难以保证本研究检测目标。本实用新型实施例中，采用多功能动态生理检测仪，可同步检测体位、心率、呼吸、体温4项生理指标。该仪器体积小巧，佩戴非常方便，完全排除身体运动对数据的干扰，检测结果准确可靠。室内试验进行时，先给被试人员讲一下试验过程，让其有心理准备。要求试验过程中被试人员完全放松，跟平时工作、休息状况尽可能保持一致。I)首先将心电设备(多功能心生理检测仪)与噪声计设备的时间调至一致状态；2)布置好录音机以及功放音响设备；3)布置好噪声计，并打开；4)为被试人员佩戴多功能心生理检测仪；5)先测试30秒无交通噪声信号时的心生理指标，以备参考；然后调节放音设备，播放噪声信号，播放过程保证测试噪声与背景噪声差值大于等于12db。试验过程中，通过调节外放设备的音量来改变噪声信号种类及大小，获得试验所需的不同声压级噪声影响因素。5、试验数据的处理I)采用心电指标(LF/HF)和道路交通噪声指标(LAeq)作为道路交通噪声安全评价测量方法的表征指标。所述的数据分析包括，对心生理指标(体位、体温、呼吸率、心电指标(HR、RMSSD, HF、LF、VLF, LF/HF、LFNU, HFNU, TF)与噪声指标(LAFMX、LAFmin, Lcpeak, LAFniax、1-AIeq > LAeq> Lceq )的时间序列逐一进行互相关分析，得到相关度最大的对应指标为心电指标(LF/HF)和噪声指标LAeq。2)通过对不同噪声水平下心电指标(LF/HF)时间序列进行自相关分析，证实道路交通噪声声压级可对LF/HF产生影响，其规律为随着道路交通噪声声压级升高时，LF/HF时间序列自相关系数随延迟期数(lags)的衰减逐渐变缓，LF/HF时间序列呈长期相关特性。且此时降低道路交通噪声声压级，LF/HF时间序列长期相关特性依旧会存在，其恢复时间与噪声声压级大小与影响时间长短有关，声压级越大，影响时间越长，恢复时间越长。由于心电数据本身与噪声数据间难以找到确定关系，通过利用心电数据自相关分析中所得的自相关系数随延迟期数衰减的规律来表征噪声对心电的潜在隐含影响。以自相关系数O. 5为心电数据系列关联程度随时间变化的分界点，大于O. 5时认为心电数据序列经过时间推移依然存在较强的相关性，小于O. 5时认为心电数据序列经过时间推移相关性已变得很弱。延迟期表示数据序列的时间推移长短，延迟期数越大，说明时间序列经历的推移时间越长。噪声声压级、延迟期与自相关系数三者之间的关系如下随着噪声声压级的增大，心电数据时间序列在很长的时间段内(较大的延迟期数)保持较高的自相关系数，这说明噪声对人体的影响已不可能在短期内完全恢复到安静状态时的指标，即判断噪声声压级可能对人体产生潜在的隐含影响。这种隐含影响累积到一定程度，可能会导致医学上的病理状态出现。对LAeq、LF/HF散点图进行直线拟合，取不同声压级下(27dB(A)\38 dB(A) \51dB(A) \70 dB(A))所有被试人员心电指标自相关分析延迟期的平均值，得到人体心电指标LF/HF时间序列自相关延迟期数与噪声声压级间的关系噪声对人体影响程度模型如下K=O. 3288N-2. 1168 (适用于清醒或浅睡状态)Κ=0· 2135N - 0.906 (适用于熟睡状态)式中，K一自相关系数衰减延迟期数，N—道路交通噪声声压级(L_)。由上述模型知，延迟期数与噪声声压级间存在线性关系。依据延迟期建立对人体无影响的噪声声压级的方法如下取不同噪声声压级下心电数据的自相关系数为O. 5时的延迟期作为判定起点，然后调节音响设备音量，使声压级恢复到20— 27dB范围内，在3S时间内看心电数据的自相关系数达O. 5时的延迟期与该被试人员安静状态(20— 27dB)下的延迟期是否一致，若声压级降低后3S内基本能恢复到安静状态，则认为该声压级对人体心电无潜在的隐含影响。相反，则认为该声压级已经对人体心脏形成潜在的隐含影响。关于3S限值规定，参考我国《公路工程技术标准JTG B01-2003》中最小缓和曲线长度和最小竖曲线长度均按3S设计速度行程长度而确定的。在此取3S作为人体心电自适应长度，超过自适应长度，即认为噪声影响已超出人体自适应能力，有可能对心脏产生潜在危害。根据上述计算模型及大样本容量数据分析，可确定舒适道路交通噪声声压级(LAeq ( 27dB)、较舒适道路交通噪声声压级(27dB < LAeq < 43dB)、对人体有潜在隐含影响的道路交通噪声声压级(LAeq > 43dB)。见下表:
权利要求1.一种基于心生理指标的道路交通噪声评价成套检测系统，其特征在于，包括:现场道路交通噪声信号采集系统，用于采集现场道路交通噪声； 室内道路交通噪声信号回放及检测系统，用于在对被试人员测试过程中，在室内回放所述的现场道路交通噪声信号采集系统采集的交通噪声，并检测所述回放噪声的噪声声压级； 被试人员心生理信号采集系统，用于采集所述被试人员在测试前的心生理数据以及在所述室内道路交通噪声信号回放及检测系统回放所述交通噪声的测试过程中的心生理数据； 数据处理系统，用于根据所述的被试人员心生理信号采集系统采集的被试人员的心生理数据以及所述室内道路交通噪声信号回放及采集系统检测的回放噪声的噪声声压级数据进行处理计算，评价并确定影响人体的道路交通噪声声压级。
2.根据权利要求1所述的一种基于心生理指标的道路交通噪声评价成套检测系统，其特征在于，所述的现场道路交通噪声信号采集系统包括精密噪声计以及与所述的精密噪声计连接的高保真录音设备。
3.根据权利要求1所述的一种基于心生理指标的道路交通噪声评价成套检测系统，其特征在于，所述的室内道路交通噪声信号回放及检测系统包括噪声信号回放单元以及回放噪声信号声压级检测单元；所述的噪声信号回放单元包括高保真录音设备和高保真音响设备；所述的回放噪声信号声压级检测单元为精密噪声计。
4.根据权利要求1所述的一种基于心生理指标的道路交通噪声评价成套检测系统，其特征在于，所述被试人员心生理信号采集系统采用多功能动态生理检测仪。
5.根据权利要求1-4任一项所述的一种基于心生理指标的道路交通噪声评价成套检测系统，其特征在于，所述数据处理系统为内置有数据处理分析软件的计算机。
专利摘要本实用新型公开了一种基于心生理指标的道路交通噪声评价成套检测系统，包括现场道路交通噪声信号采集系统，室内道路交通噪声信号回放及检测系统，被试人员心生理信号采集系统，数据处理系统，用于根据所述的被试人员心电信号采集系统采集的被试人员的心生理数据以及所述室内道路交通噪声信号回放及采集系统检测的回放噪声的噪声等级数据进行处理计算，评价并确定影响人体的道路交通噪声等级。本实用新型实现了对交通噪声等级的较客观的评价，解决了目前没有一套可应用于道路、交通和安全工程领域内的完整又客观的道路交通噪声检测和评价系统的问题，由于基于人体心生理指标来检测评价道路交通噪声的噪声声压级，其评价结果相对客观，准确。
文档编号A61B5/0205GK202916005SQ20122054930
公开日2013年5月1日 申请日期2012年10月25日 优先权日2012年10月25日
发明者王书云, 杨志信, 孙福梓, 李佩, 闫春雨, 姚嘉 申请人:北京市市政工程研究院