Шум – это акустическая характеристика транспортного потока, включающая в себя неупорядоченное сочетание различных по силе и частоте звуков [1].
Выявление и обработка шумовых характеристик транспортного потока позволяют осуществлять контроль интенсивности транспортного потока – т.е. количества автотранспортных средств, проходящих через сечение дороги в единицу времени [2, 3].
Подсчет интенсивности позволяет реализовать мероприятия по организации дорожного движения при реконструкции и в процессе эксплуатации дорог [4], что позволит обеспечить безопасность транспортных потоков и требуемую пропускную способностью дороги [5]. Подсчет интенсивности осуществляется при помощи детекторов транспорта, которые фиксируют проезд автомобиля через контролируемое сечение дороги [6, 7].
В работах [3, 8] показана перспективность подсчета интенсивности с использованием пассивного акустического детектора транспорта, устанавливаемого над проезжей частью, на базе направленного микрофона, позволяющего производить надежный подсчет числа автомобилей движущихся по контролируемой детектором полосе движения по амплитудным значениям сигнала.
Авторами проведены исследования и анализ шумовых характеристик транспортного потока с помощью направленных микрофонов двух типов: органного (две различных конструкции), “бегущая волна” [9]. Выбор данных микрофонов обусловлен малыми размерами, дешевизной и простотой исполнения.
Микрофоны подключались через микрофонный разъем к ноутбуку, оснащенного WEB-камерой, с последующей записью шумовых характеристик транспортного потока, преобразованием в цифровой аудиофайл и визуализированием в пакете «MATLAB». Микрофоны располагались на высоте 6 м и расстоянии 10 м от дорожного полотна и направлялись на ближнюю контролируемую полосу движения.
Микрофон органного типа со звукопоглощающим материалом внутри.
Микрофон представляет собой трубку, стенки которой обвернуты с внутренней стороны звукопоглощающим материалом (войлок), одна сторона микрофона остаётся открытой, а на другой – закреплен чувствительный элемент (конденсаторный микрофон).
Внешний вид реализованного авторами микрофона приведен на рис. 1. Результаты натурных испытаний приведены на рис. 2.
|
Рисунок 1 – Микрофон органного типа со звукопоглощающим материалом внутри |
Рисунок 2 – Визуализация аудиофайла, записанного с помощью микрофона со звукопоглощающим материалом внутри |
Сопоставление видеосъёмки с графиком аудиофайла (рис. 2) показало наличие сплошных помех, вызванное неспособностью микрофона эффективно гасить шумы с соседних полос движения, что не позволяет обеспечить приемлемую точность подсчета интенсивности движения транспортных средств.
Микрофон органного типа со звукопоглощающим материалом снаружи.
Микрофон представляет собой пластиковую трубку со звукопоглощающим материалом (войлок) снаружи, одна сторона микрофона остаётся открытой, а на другой – закреплен чувствительный элемент (конденсаторный микрофон).
Внешний вид реализованного авторами микрофона приведен на рис. 3, а результаты натурных испытаний приведены на рис. 4.
|
Рисунок 3 – Микрофон органного типа со звукопоглощающим материалом снаружи |
Рисунок 4 – Визуализация аудиофайла, записанного с помощью микрофона со звукопоглощающим материалом снаружи |
Сопоставление видеосъёмки с графиком аудиофайла (рис. 4) показало наличие шумовых помех от автомобилей, движущихся по соседним полосам движения, вследствие переотражения от стенок микрофона этих шумов и попадания их на чувствительный элемент, что обусловливает невысокую точность определения интенсивности транспортных средств.
Микрофон типа “бегущая волна”.
Микрофон представляет собой трубку, заглушенную с одной стороны, а с другой – закреплен чувствительный элемент (конденсаторный микрофон). По поверхности трубки просверлен ряд детектирующих отверстий. Микрофон работает следующим образом: так как скорость распространения звука внутри и снаружи трубки одна и та же, при падении звука по оси трубки все парциальные волны приходят к мембране одновременно, в фазе. При падении звука под углом к оси парциальные волны доходят до мембраны с различной задержкой, определяемой расстоянием от соответствующего отверстия до микрофона. При этом из-за их интерференции на поверхности мембраны происходит частичное или полное гашение, т.е. давление на поверхности мембраны микрофона уменьшается [10].
Внешний вид реализованного авторами микрофона приведен на рис. 5. Результаты натурных испытаний приведены на рис. 6.
|
Рисунок 5 – Микрофон типа “бегущая волна” |
Рисунок 6 – Визуализация аудиофайла, записанного с помощью микрофона типа “бегущая волна”: х – встречный автомобиль, движущийся по соседней полосе, v – автомобиль, в контролируемой детектором полосе |
Сопоставление видеосъёмки с графиком аудиофайла (рис. 6) показало, что использование данного микрофона позволяет нивелировать влияние шумовых помех от автомобилей, движущихся по соседним полосам движения.
По результатам натурных исследований направленных микрофонов можно сделать вывод, что применение микрофона типа “бегущая волна” позволяет обеспечить наименьшее влияние на точность подсчета транспортных средств, движущихся по соседней полосе движения.
Таким образом, из исследованных микрофонов, применение микрофона типа “бегущая волна” позволит осуществлять подсчет интенсивности транспортного потока по амплитудным значениям сигнала с наименьшей погрешностью.
Библиографический список
- Тэйлор Р. Шум. – М.: Мир, 1978, 308 с.
- Клинковштейн Г.И., Афанасьев М.Б. Организация дорожного движения: Учебник для вузов. – М:. Транспорт, 2001 – 247 с.
- Францев С.М., Савенков А.В. Определение интенсивности транспортного потока на основе фиксации уровня шума // Современные научные исследования и инновации. 2015. № 4 [Электронный ресурс]. URL: http://web.snauka.ru/issues/2015/04/51555 (дата обращения: 19.11.2016).
- Орлов Н.А. Уточнение условий возникновения транспортных заторов в сетях со светофорным регулированием // «Инженерный вестник Дона», 2015, №2 [Электронный ресурс]. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n2y2015/2870 (дата обращения: 23.11.2016).
- Кременец Ю.А., Печерский М.П., Афанасьев М.Б. Технические средства организации дорожного движения: Учебник для вузов. – М.: ИКЦ «Академкнига», 2005. – 279 с.
- Traffic Detector Handbook: Third Edition—Volume I, Turner-Fairbank Highway Research Center, 2006, 288 p.
- Traffic Detector Handbook: Third Edition—Volume II, Turner-Fairbank Highway Research Center, 2006, 394 p.
- Францев С.М., Савенков А.В. Исследование шумовых характеристик транспортного потока на базе направленного микрофона типа “бегущая волна”. Инженерный вестник Дона, №2, ч.2 (2015). [Электронный ресурс]. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n2p2y2015/2956 (дата обращения: 23.11.2016).
- Направленные микрофоны: мифы и реальность. [Электронный ресурс]. URL: vrtp.ru/index.php?act=categories&CODE=article&article=165 (дата обращения: 23.11.2016).
- Акустика: Учебник для вузов / Ш.Я. Вахитов, Ю.А. Ковалгин, А.А. Фадеев, Ю.П. Щевьев. – М.: Горячая линия-Телеком, 2009 – 660 с.