专利名称：基于心电指标的道路交通噪声检测系统和方法
技术领域：
本发明属于道路交通噪声检测技术领域，具体地涉及基于心电指标的道路交通噪声检测系统和方法。
背景技术：
目前，城市环境噪声污染已经成为世界各国大城市面临的一个重要环境保护问题。随着城市工业化进程的快速推进，交通噪音逐渐成为城市噪音的主要组成部分。噪声污染严重影响了人们的正常工作、学习和休息，噪声污染投诉事件数量一直居各类环境污染诉讼事件的首位，直接影响了社会安定和社会的正常秩序。人体遭受噪声干扰，会产生心理、生理状态的不舒适感，这些不舒适感分为可短时恢复的及短时不可恢复可能对人体造成潜在危害的两种情况。对人体无潜在影响的噪声判别是评价道路、交通和环境安全性的人性化指标，通过对安全噪声的判定，可以从人体心生理角度对道路交通噪声影响人体的程度进行分析和评价，对完善道路、交通、环境的建设和管理，降低道路交通噪声具有重要意义。截至目前，关于城市道路交通噪声评价的研究，主要有以下特点(I)国内外关于道路交通噪声评价的方法多从调查问卷出发，噪声社会调查很难操纵噪声暴露量使之按照我们的研究需要进行变化，同时也不容易使被试的活动、期望或是态度水平保持相同的状态。同时，被试者受自身经济状况、心生理状况、政治文化背景、生活环境等因素的影响，对相同噪声状况的主观反应差异较大。所以基于噪声剂量 反应关系特性的道路交通噪声评价方法和评价指标，主要为概念性和推理性的探讨，没有相关的被试者心生理实验数据予以支持，缺乏足够的理论基础，易导致现有道路交通噪声评价指标与人体健康状况不符，存在健康隐患。(2)国内外医学界已经开始探讨基于被试者心电指标与道路交通噪声剂量间的关系，但这种研究的探讨目前仅限于医学病理研究，在道路交通噪声的评价方法方面，尚未有系统的研究和成果。因此，虽然目前国内外在道路噪声评价方面已经制定了相对完善的噪声评价标准，但目前的噪声阈值的确立缺乏足够的理论根据，由于目前的交通噪声阈值确定方法一般从人体的主观反应出发，参考调查问卷的问题设置而制定，没有客观考虑被试人员的心生理指标特性。病理学研究领域虽然在某种程度上考虑了被试人员的客观心生理指标，但其目的仅限于噪声对人体的病理研究，没有系统的科学数据可用来支持噪声阈值的建立。因而，利用目前的道路交通噪声评价标准制定的噪声防治对策，是否符合人体的心生理特性和人体健康的安全性，尚无实验数据予以说明。由于目前的噪声评价标准与人体的心生理感受是割裂开来的，目前制定的道路交通噪声评价方法和标准是否合理，缺乏客观的评价标准。尽管很多国家和科研机构都在调查问卷的基础上提出干扰睡眠、休息的噪声阈值，并且医学领域中也成功建立了噪声影响人体心生理指标的关系，但在基于被试者心生理特性的道路交通噪声评价方面几乎没有涉及。
发明内容
本发明所要解决的问题是提供一种可以客观评价道路交通噪声的基于人体心生理指标的道路交通噪声评价计算方法，旨在解决目前制定的道路交通噪声评价方法和标准是否合理，缺乏客观的评价标准的问题。本发明是这样实现的，
一种基于心电指标的道路交通噪声检测系统，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。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。一种基于心电指标的道路交通噪声检测方法，包括以下步骤
O构建道路交通噪声评价特征信息检测系统
所述道路交通噪声评价特征信息检测系统包括
现场道路交通噪声信号采集系统，用于采集一城市道路交通噪声信号作为进行室内人体心生理试验的噪声信号；室内道路交通噪声信号回放系统，用于逼真再现所述现场道路交通噪声信号采集系统采集的交通噪声信号进行室内人体心生理试验；人体心生理测试系统，用于实时同步获取被测试人员体动强度、心率、呼吸、体温及室内回放道路交通噪声声压级；
2)通过对道路交通噪声安全评价测试信息的筛选和分析，建立基于人体心生理指标的道路交通噪声评价计算模型；包括以下步骤
对人体心生理指标与噪声指标的时间序列逐一进行互相关分析，选取相关度最大的心电指标LF/HF和噪声指标作为道路交通噪声评价计算的表征指标；
对不同噪声水平下人体心电指标LF/HF时间序列进行自相关分析，得到道路交通噪声声压级对心电指标LF/HF产生影响的规律，得到自相关系数衰减延迟期数与噪声声压级的散点图；对所述散点图进行直线拟合，得到人体心电指标LF/HF时间序列自相关系数延迟期数与噪声声压级间的关系，建立所述自相关系数衰减延迟期数与噪声声压级间的计算模型；
3)运用道 路交通噪声评价特征信息检测系统，采集城市道路交通噪声信号在室内回放同步进行人体心生理试验，实时记录被试人员的心电指标LF/HF和回放噪声(包括室内背景噪声，交通噪声声压级需高出背景噪声声压级IOdB以上)的噪声指标LAeq;根据所述计算模型，通过大样本量数据分析，从而确定所述城市道路交通噪声声压级。所述的人体心生理测试系统由多功能动态生理检测仪及噪声计组成。所述现场道路交通噪声信号采集系统由BK 2250精密声级计和噪声采集器组成。所述室内道路交通噪声信号回放系统由噪声播放器和高保真音响装置组成。所述的计算模型包括
适用于清醒或浅睡状态使用的第一计算模型κ=0. 3288Ν—2. 1168，以及 适用于熟睡状态使用的第二计算模型Κ=0. 2135Ν—O. 906 ；
K一自相关系数衰减延迟期数，N—道路交通噪声声压级。本发明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，由于本发明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。本发明通过构建并运用道路交通噪声评价特征信息检测系统，采集城市道路交通噪声信号在室内回放，并同步进行人体心生理试验，实时记录被试人员的心电指标LF/HF和回放噪声的噪声指标;根据通过对道路交通噪声安全评价测试信息的筛选和分析而建立的基于人体心生理指标的道路交通噪声评价计算模型计算，并通过大容量样本数据分析，确定城市道路交通噪声声压级。基于心生理指标的道路交通噪声评价方法由于是建立在交通噪声影响人体心生理试验基础上，同现在的主观定性评价方法相比，能够更加客观定量地描述道路交通噪声对人体的影响，更为真实地反映噪声对人体健康的影响程度。
图I是本发明实施例提供的道路交通噪声安全评价多通道信息获取示意 图2是本发明实施例提供的道路交通噪声安全评价室内试验过程中综合信息获取示意 图3是本发明实施例提供的人体在清醒或浅睡状态下自相关系数衰减延迟期数与噪声声压级的散点图与直线拟合 图4是本发明实施例提供的人体在熟睡状态下自相关系数衰减延迟期数与噪声声压级的散点图与直线拟合图。图5是本发明实施例提供的系统原理 图6是本发明系统实施例提供的测试过程的流程图
图7是本发明系统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8是本发明系统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9是本发明系统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。
具体实施例方式为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进行进一步详细说明。本发明是通过人体受噪声影响信息的同步采集、多维信息的融合与筛选，确定出准确描述噪声影响人体心生理关系的噪声指标，再通过对不同噪声声压级下心生理指标LF/HF时间序列进行自相关分析，确定出对噪声对人体影响程度的评价模型，根据模型最终确定出噪声分级标准。由心生理理论可知，人体对噪声的心理反应可通过生理指标反应出来，参见图I 所示，本发明正是基于此，依据工程生理学，道路交通噪声理论，时间序列理论，结合被试人员认知过程，通过现场道路交通噪声信号采集，然后基于人体心生理动态测试系统平台，在室内回放采集的道路交通噪声，通过采集室内的耦合噪声，同步、实时通过多功能动态生理检测仪被试人员的体动、体温、呼吸(率)、心电(脏)数据等心生理反应数据，从而通过多通道来获取得到道路交通噪声安全评价信息，并据此建立基于心生理指标的道路交通噪声评价模型，然后根据此模块来确定影响人体的安全道路交通噪声声压级。参见图2所示，该图示出了本发明提供道路交通噪声安全评价室内试验过程中综合信息获取的方法。本发明通过大量的室内外试验，根据上述的相关的理论分析，融合、筛选室内耦合噪声，包括回放道路交通噪声与背景噪声，以及噪声影响人体心生理的具体测量指标，如体温、体位、呼吸率、心电，获取道路交通噪声安全评价信息，
本发明是通过人体受噪声影响的多维信息的同步采集、多维信息的融合与筛选，确定出可准确描述噪声影响人体心生理关系的噪声指标LAeq与心生理指标LF/HF，再通过大容量样本数据统计分析，建立安全道路交通噪声阈值。本发明是这样实现的，基于心电指标的道路交通噪声检测系统和方法，包括以下步骤
I)构建基于人体心生理指标的道路交通噪声评价特征信息检测系统 所述的基于人体心生理指标的道路交通噪声评价特征信息检测系统包括
现场道路交通噪声信号采集系统，用于采集城市道路交通噪声信号作为进行室内人体心生理试验的噪声信号；室内道路交通噪声信号回放系统，用于逼真再现所述现场道路交通噪声信号采集系统采集的交通噪声信号进行室内人体心生理试验；人体心生理测试系统，用于实时同步获取被测试人员体动强度、心率、呼吸、体温及室内回放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，应采集典型城市道路交通噪声信号作为用以进行室内人体心生理试验的噪声信号，所述的室内道路交通噪声信号回放系统，应做到尽可能逼真地再现现场道路交通噪声信号。2 )通过对道路交通噪声安全评价测试信息的筛选和分析，建立基于人体心生理指标的道路交通噪声评价计算模型；包括以下步骤
S201:对人体心生理指标与噪声指标的时间序列逐一进行互相关分析，选取相关度最大的心电指标LF/HF和噪声指标Lami作为道路交通噪声评价计算的表征指标；包括对心生理指标，如体位、体温、呼吸率、心电指标，包括心率HR、相邻正常ITR间期差值的均方根值RMSSD、高频HF、低频LF、超低频VLF、低高频比值LF/HF、低频标准化值LFnu、高频标准化值H F m、总频谱TF与噪声指标，包括A计权下快速声级最大值LAFmax、A计权下快速声级最小值LAFmin、C计权下声级峰值Lc^ak'脉冲等效连续声压级LAIrai、等效连续A声级LAe；(1、等效连续C声级Leeq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。运用SPSS统计软件系统，对噪声指标与心电指标互相关分析，见表一所示。
Correlations
__LAFMAX LF/HF
I_h Iman1S rho LAFMAX Correlation Coeffldent 1.000-.382*
Sig, (2-tailed)_,000
_N__214__214
LF/HFCorrelation Coefficient -.302* 1,000
Sig ■ (2-tailed),000,
_N__214__214
rrelation is significant at the 0,01 level (2 tailed).
I—噪声指标与部分心生理指标的互相关分析，见表二所示。
权利要求
1.一种基于心电指标的道路交通噪声检测系统，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I所述的基于心电指标的道路交通噪声检测系统，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I所述的基于心电指标的道路交通噪声检测系统，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I所述的基于心电指标的道路交通噪声检测系统，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f4任一项所述的基于心电指标的道路交通噪声检测系统，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。
6.一种基于心电指标的道路交通噪声检测方法，其特征在于，包括以下步骤O构建道路交通噪声评价特征信息检测系统所述道路交通噪声评价特征信息检测系统包括现场道路交通噪声信号采集系统，用于采集城市道路交通噪声信号作为进行室内人体心生理试验的噪声信号；室内道路交通噪声信号回放系统，用于逼真再现所述现场道路交通噪声信号采集系统采集的交通噪声信号进行室内人体心生理试验；人体心生理测试系统，用于实时同步获取被测试人员体动强度、心率、呼吸、体温及室内回放道路交通噪声声压级；2)通过对道路交通噪声安全评价测试信息的筛选和分析，建立基于人体心生理指标的道路交通噪声评价计算模型；包括以下步骤对人体心生理指标与噪声指标的时间序列逐一进行互相关分析，选取相关度最大的心电指标LF/HF和噪声指标作为道路交通噪声评价计算的表征指标；对不同噪声水平下人体心电指标LF/HF时间序列进行自相关分析，得到道路交通噪声声压级对心电指标LF/HF产生影响的规律，得到自相关系数衰减延迟期数与噪声声压级的散点图；对所述散点图进行直线拟合，得到人体心电指标LF/HF时间序列自相关系数延迟期数与噪声声压级间的关系，建立所述自相关系数衰减延迟期数与噪声声压级间的计算模型；3)运用所述道路交通噪声评价特征信息检测系统，采集城市道路交通噪声信号在室内回放同步进行人体心生理试验,实时记录被试人员的心电指标LF/HF和回放噪声的噪声指标LAeq ;根据所述计算模型，通过大样本量数据分析，从而确定所述城市道路交通噪声声压级。
7.根据权利要求6所述的基于心电指标的道路交通噪声检测方法，其特征在于，所述的人体心生理测试系统由多功能动态生理检测仪及噪声计组成。
8.根据权利要求6所述的基于心电指标的道路交通噪声检测方法，其特征在于，所述现场道路交通噪声信号采集系统由BK 2250精密声级计和噪声采集器组成。
9.根据权利要求6所述的基于心电指标的道路交通噪声检测方法，其特征在于，所述室内道路交通噪声信号回放系统由噪声播放器和高保真音响装置组成。
10.根据权利要求6、任一项所述的基于心电指标的道路交通噪声检测方法，其特征在于，所述的计算模型包括适用于清醒或浅睡状态使用的第一计算模型κ=0. 3288Ν—2. 1168，以及适用于熟睡状态使用的第二计算模型Κ=0. 2135Ν—O. 906 ；K一自相关系数衰减延迟期数，N—道路交通噪声声压级。
全文摘要
本发明公开了一种基于心电指标的道路交通噪声检测系统和方法，包括构建道路交通噪声评价特征信息检测系统；建立基于心电指标的道路交通噪声检测系统和方法模型；运用所述道路交通噪声评价特征信息检测系统及计算模型，通过数据分析，从而确定所述城市道路交通噪声声压级。本发明基于心生理指标的道路交通噪声评价方法由于是建立在交通噪声影响人体心生理试验基础上，同现在的主观定性评价方法相比，能够更加客观定量地描述道路交通噪声对人体的影响，更能真实地反映噪声对人体健康的影响程度。
文档编号G01H17/00GK102928071SQ201210411058
公开日2013年2月13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, 孙福梓, 杨志信 申请人:北京市市政工程研究院