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.

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.

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.

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.

Одним из вариантов использования направленных микрофонов является подсчет интенсивности транспортного потока.

Интенсивность транспортного потока – это количество автотранспортных средств, проходящих через сечение дороги в единицу времени [1, 2].

Подсчет интенсивности осуществляется при помощи различных детекторов транспорта, передающих информацию в дорожный контроллер или в автоматизированную систему управления дорожным движением [3, 4]. Наиболее простыми и дешевыми при реализации являются пассивные акустические детекторы, для которых требуется вовлечение в их состав направленного микрофона [5]. По простоте реализации наиболее оптимальными являются направленные микрофоны типа «бегущая волна» и «линейного» типа [6, 7].

Авторами изготовлены микрофоны типов «бегущая волна» и «линейного» (две разных конструкции) и проведено исследование их работы.

Микрофоны располагались на высоте 6 м от дорожного полотна под углом 45˚ к нему и направлялся на контролируемую полосу движения (на вторую полосу четырех полосной дороги). Микрофоны подключались поочередно через микрофонный разъем к ноутбуку, оснащенного WEB-камерой, с последующей записью видео и шума, исходящего от автомобилей.

Шум – это акустическая характеристика потока, включающая в себя неупорядоченное сочетание различных по силе и частоте звуков [8].

Преобразование шума исходящего от автомобилей в аудиофайл и его визуализация проводились в пакете «MATLAB». Результаты исследования приведены на рис. 1-6. На рисунках точками отмечены моменты проезда автомобилей по контролируемой полосе движения.

Микрофон типа «бегущая волна».

Микрофон (рис. 1) 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 [9].

Результаты визуализации аудиофайла записанного с помощью микрофона типа «бегущая волна» приведены на рис. 2.

Микрофоны «линейного» типа.

Линейный микрофон № 1 (рис. 3) представляет
собой трубку, открытую с одной стороны, а с другой закреплен чувствительный элемент (конденсаторный микрофон). По поверхности трубки выпилен ряд отверстий с четырех сторон. Микрофон работает следующим образом. Звук поступает по трубке к конденсаторному микрофону, и нежелательные шумы выходят через прорези по бокам с четырех сторон [10].

Результаты визуализации аудиофайла записанного с помощью «линейного» микрофона № 1 приведены на рис. 4.

Рисунок 3 – «Линейный» микрофон №1

Рисунок 4 – Визуализация аудиофайла записанного с помощью «линейного» микрофона №1

Линейный микрофон № 2 (рис. 5) представляет собой трубку, открытую с одной стороны, а с другой закреплен чувствительный элемент (конденсаторный микрофон). По поверхности трубки выпилен ряд отверстий с двух сторон. Микрофон работает следующим образом. Звук поступает по трубке к конденсаторному микрофону, и нежелательные шумы выходят через прорези по бокам с двух сторон [10].

Результаты визуализации аудиофайла записанного с помощью «линейного» микрофона № 2 приведены на рис. 6.

По результатам натурных исследований вычислена относительная погрешность, которая показана в таблице № 1.

Таблица №1 – Результаты натурных исследований разработанных микрофонов

Из таблицы видно, что линейный микрофон № 1 показал погрешность меньше всего, и она составила 50 %. Результаты свидетельствуют о работоспособности данных микрофонов.

Натурные исследования, результаты которых приведены в [11], свидетельствуют, что использование микрофона типа «бегущая волна» позволило при установке его около проезжей части обеспечить погрешность 12 %.

Дальнейшее исследование предполагает натурные испытания данных типов микрофонов.