Измервайте и картографирайте замърсяването на шума с вашия мобилен телефон: 4 стъпки (със снимки)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-30 07:55

80 dB (A)) "," отгоре ": 0.13263157894736843," вляво ": 0.506," височина ": 0.1957894736842105," ширина ": 0.276}]">

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

В този "Инструктивен" ще научите как можете да използвате вашия мобилен телефон, оборудван с GPS, като мобилна станция за измерване на вашата лична експозиция на шум и да участвате в колективното картографиране на шума във вашия квартал или град. Картите могат да се визуализират с помощта на Google Earth. Шумовото замърсяване е сериозен проблем в много градове. Въпреки че властите в някои големи градове са стартирали кампании за наблюдение на проблема, създадените от тях карти не винаги са лесно достъпни и обикновено не са достатъчно подробни, за да схванат вариациите (във времето и пространството) в шума, на който са изложени хората. Използвайки нашите нови технологии обаче, можете да помогнете за подобряване на мониторинга на такива екологични проблеми, като допринесете за картографирането на шума във вашия квартал или град и по този начин участвате в един вид „Уикимапия“на шумовото замърсяване. NoiseTube е изследователски проект на Sony Лаборатория за компютърни науки в Париж. Проектът е фокусиран върху разработването на нов подход за участие за мониторинг на шумовото замърсяване, включващ широката общественост. Нашата цел е да разширим сегашното използване на мобилните телефони, като ги превърнем в сензори за шум, които дават възможност на всеки гражданин да измерва собствената си експозиция в ежедневната си среда и да участва в колективното картографиране на шума на своя град или квартал. В по -общ план този изследователски проект изследва как концепцията за съвместно изследване може да се приложи към екологични въпроси и особено за наблюдение на шумовото замърсяване. Участието в измерването се застъпва за използването на широко разпространени мобилни устройства (напр. Смартфони, КПК) за формиране на разпределени сензорни мрежи, които дават възможност на обществените и професионалните потребители да събират, анализират и споделят местни знания. Чрез инсталиране на безплатно приложение на вашия мобилен телефон, оборудван с GPS, ще можете да измервате нивото на шума в dB (A) (с точност от няколко децибела в сравнение с професионалните устройства), да коментирате как възприемате шума (маркиране, субективно ниво на досада) и да изпращате цялата информация (времева отметка + геолокализирани измервания + човешки вход) автоматично към сървъра NoiseTube чрез интернет връзката на телефона ви. След това (колективните) резултати могат да се визуализират на карти, както е показано от примера на 1 -ва фигура. Мотивации за участие в изживяването на NoiseTube 1. Измерете вашата лична звукова експозиция и бъдете по -наясно с околната среда На колко децибела съм изложен през деня ми? Понастоящем тази информация е трудна за получаване от гражданите. Благодарение на нашето приложение ще можете да измервате експозицията си в dB (A) в реално време, без да се нуждаете от скъп шумомер. Смятаме, че персонализираната информация за околната среда може да има по -голямо въздействие върху обществената осведоменост и поведение, отколкото глобалната екологична статистика, предоставена понастоящем от правителствените агенции. 2. Участвайте в мониторинга/картографирането на шумовото замърсяване на вашия град С мобилния си телефон вие (и вашата група) можете да събирате геолокализирани измервания, да ги анотирате и да ги изпращате автоматично за картографиране на местното шумово замърсяване, предоставяйки полезна информация за местните общности или публични институции за подпомагане на вземането на решения по местни въпроси, без да чакат служители (агенции за околна среда, държавно финансиране за скъпи измервателни кампании) да насочат вниманието си към вашия квартал. 3. Помогнете на учените да разберат по-добре шума от вашия опит За разлика от текущите данни за замърсяването с шум, идващи от статични сензори, инсталирани на фиксирани, конкретни места, вашите „ориентирани към хората“данни биха могли да имат голяма стойност за учените, за да разберат по-добре проблема с шумовото замърсяване чрез хората архитектура NoiseTube Платформата NoiseTube се състои от приложение, което участниците трябва да инсталират на мобилния си телефон, за да го превърнат в устройство за сензор за шум. Това мобилно приложение събира локална информация от различни сензори и я изпраща до сървъра NoiseTube, където данните от всички участници се централизират и обработват. Втората фигура показва общ преглед на тази архитектура. Тъй като мобилното приложение е най -важният елемент за нашите участници, сега ще го обсъдим подробно в стъпка 1.

Стъпка 1: Оборудване и софтуер

Характеристики на мобилното приложение - Измерване и визуализиране на нивото на шума, на което сте изложени в реално време. Тази информация се използва за добавяне на семантичен слой към картите на шума, които са създадени. - Автоматично изпращане на (геолокализирани и отбелязани с време) данни към вашия акаунт на нашия сървър, за да актуализирате вашия личен „профил на експозиция“и колективната карта на шума. Изисквания-Телефон с вграден GPS чипсет или външен GPS приемник, който може да бъде свързан към телефона чрез Bluetooth. -Телефон, поддържащ платформата Java J2ME (CLDC/MIDP профил с разширения: JSR-179 (API за местоположение) и JSR-135 (API за мобилни медии)). - Абонамент за план за данни за достъп до Интернет (чрез GPRS/EDGE/3G).

• За момента приложението е тествано основно само на Nokia N95 8GB и Nokia 6220C. Други марки/модели могат или не могат да работят. След няколко седмици планираме да пуснем версия за Apple iPhone. Можете да се абонирате чрез NoiseTube.net, за да сте информирани за тази и други бъдещи версии.
• За да се постигнат достоверни измервания в децибели, се препоръчва да се използват само поддържани (калибрирани) модели телефони.

Алтернативни подходи Телефон + външен микрофон Вместо да използвате вградения микрофон, можете да включите външен микрофон. На фигура 1 виждате персонализиран външен микрофон за Nokia N95. Ако използвате външен микрофон, съветваме ви да поставите микрофона не твърде близо до лицето си, за да избегнете само измерването на собствения си глас; прикрепването на микрофона близо до китката ви е добър вариант. Цифров звукозапис + мобилно приложение + настолно приложение В първата версия на Noisetube измерването на силата на звука не се извършва в реално време от мобилното приложение. Вместо това за запис на околния звук беше използван цифров звукозапис (напр.: M-Audio MicroTrack x series). Мобилното приложение (v1.0) има за цел да локализира потребителя (чрез GPS) и да улесни коментирането (маркиране, оценяване,…). След това беше използвано настолно приложение за извличане на измерванията на силата на звука от записания звук, комбиниране на тези данни с песента за местоположението и коментарите на потребителите и изпращане на тази информация до сървъра. Фигура 2 показва преглед на архитектурата на NoiseTube v1.0.

Стъпка 2: Използване на мобилното приложение NoiseTube

Първи стъпки След като създадете акаунт на уебсайта NoiseTube, намерите необходимото оборудване и инсталирате нашия софтуер, можете да започнете да използвате приложението NoiseTube. 1) Първо ще трябва да се удостоверите с данните си за акаунта. След като веднъж сте влезли успешно, следващият път, когато го стартирате, приложението ще заобиколи тази стъпка. 2) Вече можете да започнете да измервате и да допринасяте за проекта NoiseTube. Потребителският интерфейс Екранната снимка на първата фигура показва потребителския интерфейс. По -долу обсъждаме различните части, всяка от които съответства на основна характеристика на приложението. 1) Измерване на силата на околния шум Измерването ще започне автоматично. Можете да видите текущата стойност на силата на звука - измерване в dB (A) - в горния ляв ъгъл. За да придаде значение на тази стойност, тя се свързва с цвят, представляващ потенциалния риск за здравето на текущото ниво на експозиция:

• <60 dB (A): Зелено (без риск)
• > = 60 и <70: Жълто (досадно)
• > = 70 и <80: Оранжево (внимавайте)
• > 80: Червено (рисковано).

Начертана е и крива на историята, за да се види еволюцията на измерената сила на звука. За да разберете по -добре какво всъщност се измерва, вижте раздела „За измерване на силата на звука“по -долу. 2) Коментиране Маркирането добавя слой смисъл към физическите измервания, за да информира общността и да визуализира естеството на шума върху картите след това. Подобно на маркирането на филми в YouTube или на уеб страници в Delicious, можете да маркирате измерванията на шума, като добавите всякакви безплатни думи, разделени със запетая (напр. Източникът на шума или контекста, рейтинг и т.н.). Шумът е сложно явление поради до силно субективния начин, по който хората го възприемат. За да проучим тези субективни фактори, ще добавим още субективни компоненти към мобилното приложение, за да го използваме като „(социален) измервател на досадата“(втората фигура показва предварителен преглед на това как би могло да изглежда това) и ще изградим субективни карти на шумовото замърсяване. 3) Измервания на геолокализация Потребителят може да превключи между автоматичен (използвайки GPS) или ръчен режим на локализация, като щракне върху иконата за локализация (виж фигура 1). След стартиране на приложението ще активира автоматичния режим и ще се опита да локализира потребителя използване на GPS. Ако не успее (например поради вътрешна ситуация), той ще премине в ръчен режим, където потребителят трябва да въведе своето местоположение (например адрес, линията на метростанцията). Възможно е също да изберете текущото си местоположение от списък с предварително дефинирани местоположения. Тези места могат да бъдат лични „любими“(например: дома или офиса) или обществени места (например: улици, метростанции). Повече информация За измерването на силата на звука Измервателят на силата на звука показва еквивалентното непрекъснато ниво на звука (Leq), измерено в dB (A) на записания звук в даден интервал от време. При всеки цикъл приложението записва звука на околната среда (при 22500 Hz, 16 бита) през интервал от време, след което обработва сигнала, за да извлече Leq стойността. Възможни са два интервала: 1) Бавна реакция (1 секунда, режим по подразбиране), това позволява да се измери бавното изменение на звука, полезно за постоянен или фонов шум; 2) Бърз отговор/кратък Leq (125ms), за променящи се във времето звуци (например кратки събития). В момента режимът на бърза реакция все още е експериментален, така че засега съветваме да използвате режима на бавен отговор. За калибрирането на звука и достоверността на информацията За да калибрираме нашето приложение, за да получим достоверна информация за Nokia N95 8GB, използвахме измервател на ниво на звука. Ние генерирахме розов шум като източник на шум и сравнихме децибелите, измерени с шумомер и тези, измерени от нашето приложение на телефона N95 при различни нива на силата на звука (на всеки 5 dB, от 35 dB до 100 dB). Фигура 3 показва графика на тези стойности, които регистрирахме. Получихме крива с точност около +/- 10 dB (A). След като използвахме обратната функция на тази функция като коректор, тогава получихме добри резултати (прецизност +/- 3 db). Планираме да направим същото калибриране с бъдещата версия на iPhone. След като разберете как да използвате приложението NoiseTube, ви каним да го тествате на улицата във вашия квартал!

Стъпка 3: Визуализиране на резултатите

В момента са достъпни две визуализации. Мониторинг в реално време на експозицията на хората Предлага се мониторинг в реално време, за да се визуализира колективното излагане на шум на участниците, използващи Google Earth. Можете да го видите, като отидете на https://noisetube.net/public/realtime.kml. Потребителят е представен от цилиндър, чиято височина и цвят са пропорционални на силата на звука (Leq, измерена в dB (A)) на звуковата експозиция на потребителя. Карта на шумовото замърсяване във вашия град Можете също да видите текущата карта на вашата лична експозиция, като отидете към вашия акаунт и изберете „Моята карта“(или директно чрез: (https://noisetube.net/users/{username}/map.kml]). За да видите общата карта на експозиция на звук, отидете на публичната карта. Всеки кръг означава измерване на силата на звука (цветът е пропорционален на нивото на силата на звука). На върха на този физически слой има семантичен слой, описващ значението на мерките (т.е. източниците на шума).

Стъпка 4: Бъдещи изследвания и заключения

Верни на „бета“духа на Web 2.0, решихме да отворим нашата платформа за всички, въпреки ранния етап на развитие. В близко бъдеще актуализираните версии на нашите инструменти ще предлагат подобрени и нови функции. Нашите изследвания и разработки ще продължат по няколко направления: Калибриране Без правилно калибриране сензорните устройства произвеждат данни, които може да не са представителни или дори да бъдат подвеждащи. И така, как можем да калибрираме стотици различни типове мобилни телефони или други звукозаписващи устройства, без да използваме скъп шумомер всеки път? Предлагаме да се изследват такива изследователски въпроси по различни следи, където калибрирани телефони или акустично стабилни местоположения могат да се използват като ориентири за автоматично (повторно) калибриране на телефон (напр. Калибриране между 2 телефона, свързани чрез Bluetooth, където единият е референтният и друго е телефонът за калибриране). Локализация на закрито GPS системата практически не поддържа локализация на закрито. Тъй като повечето хора прекарват голяма част от ежедневието си на закрито, това е важен недостатък, който частично сме отстранили чрез ръчно локализиране (виж стъпка 2). Съществуват обаче технологии, които могат да действат като алтернатива за GPS в сценарии на закрито. Един от най-обещаващите (и широко проучени) подходи е позиционирането, базирано на GSM. Такива технологии биха могли да бъдат особено полезни за изследване на шума в метрото (като например метрото в Париж), за които е известно, че са много шумни среди. Вече направихме някои експерименти с темпорални маркери и реконструкция на местоположения чрез интерполация (виж фигурата). Въпреки това, използвайки позициониране, базирано на GSM (идентифициране на антени в различни станции, за автоматично откриване на местоположението на потребителя), очакваме в бъдеще да можем да произвеждаме по-точно локализирани измервания в тази специална среда. Социален аспект: Изграждане на общността Проектирането на данни за шумово замърсяване върху карти е обща характеристика. Но записването на звукова експозиция от дейността на хората ни позволява също така да съберем един вид данни, които са по-ориентирани към хората, а не само към центрофугираните данни, които се събират от традиционните статични измерватели на нивото на звука, поставени по улиците. От това наблюдение ще разгледаме повече социални характеристики. Например, създаване на лични шумови профили, съдържащи вашата експозиция на шум във времеви и географски размери и списък на вашите собствени маркирани източници на шум, предоставящи начин да сравнявате хората и да намирате подобни профили, за да подкрепите колективни действия. Заключение са представили нов начин за наблюдение и картиране на шумовото замърсяване благодарение на участието на хората. Платформата NoiseTube ви позволява да допринесете за разпределена кампания за измерване на шума с помощта на мобилния си телефон. Тази платформа все още е в процес на сериозно развитие и в близко бъдеще ще донесе допълнителни подобрения. Искаме обаче да ви поканим да се присъедините към общността на NoiseTube и да изпробвате нашия софтуер. Ако имате въпроси, предложения или други коментари, моля не се колебайте да се свържете с нас или да реагирате чрез коментарите на тази инструкция. Освен това бихме искали да подчертаем, че сме отворени да си сътрудничим както с обществени, така и с изследователски организации. Допълнително четене За да научите повече и да бъдете информирани за проекта NoiseTube, моля, посетете нашия уебсайт на адрес www.noisetube.net. Ако искате да прочетете научната основа на тази работа, моля, вижте тези статии:

• Никола Мезонев, Матиас Стивънс, Мария Нисен, Питър Ханапе и Люк Стийлс. NoiseTube: Измерване и картографиране на шумовото замърсяване с мобилни телефони. Представен на 4 -ти международен симпозиум по информационни технологии в инженерството на околната среда (ITEE 2009), Солун, Гърция. 28-29 май 2009 г. В процес на преглед. PDF
• Никола Мезонев, Матиас Стивънс, Мария Нисен, Питър Ханапе и Люк Стийлс. Граждански мониторинг на замърсяването с шум. Представено на 10-та годишна международна конференция по цифрови правителствени изследвания (dg.o2009), Пуебла, Мексико, 17-20 май 2009 г. В процес на преглед. PDF

Препратки

• J. Burke, D. Estrin, M. Hansen, A. Parker, N. Ramanathan, S. Reddy и M. B. Srivastava. '' Участие в усещането ''. В „ACM Sensys World Sensor Web Workshop“. ACM Press, 2006.
• Cuff D., Hansen M. и Kang J. Urban Sensing: извън гората. Съобщения на ACM, 51 (3), стр. 24-33, март 2008 г., ACM Press.
• J. Hellbruck, H. Fastl и B. Keller. Влияе ли значението на звука на преценките за силата на звука?. В сборника от 18 -ия международен конгрес по акустика (ICA 2004). Страници 1097-1100.
• D. Menzel, H. Fastl, R. Graf и J. Hellbruck. Влияние на цвета на превозното средство върху преценките за силата на звука. В Journal of The Acoustical Society Of America, май 2008 г., 123 (5), стр. 2477-2479.
• Paulos, E. et al. Гражданска наука: Активиране на участието в урбанизма. В Наръчник за изследване на градската информатика: Практиката и обещанието на града в реално време, Маркус Фот (Ред.), Стр. 414-436, Idea Group, 2008.
• Л. Ю и Дж. Канг. Ефекти от социални, демографски и поведенчески фактори върху оценката на нивото на звука в градските открити пространства. В Journal of the Acoustical Society of America, февруари 2008 г., 123 (2), стр. 772-783.

Благодарности Тази проектна работа беше частично подкрепена от ЕС по договор IST-34721 (TAGora). Проектът TAGora се финансира от програмата Бъдещи и нововъзникващи технологии (IST-FET) на Европейската комисия. Матиас Стивънс е научен сътрудник на Фонда за научни изследвания, Фландрия (Aspirant van het Fonds Wetenschappelijk Onderzoek - Vlaanderen).