[發明專利]高速列車噪聲自驅動發電測噪和數據傳輸方法及裝置

在審

• 申請號: 201810231412.4
• 申請日: 2018-03-20
• 公開（公告）號: CN108548601A
• 公開（公告）日: 2018-09-18
• 發明（設計）人: 劉曉日;仝暢;黎蘇;劉聯勝;張超
• 申請（專利權）人: 河北工業大學
• 主分類號: G01H17/00
• 分類號: G01H17/00;H02N2/18;H02J7/32;G08C17/02
• 代理公司: 天津翰林知識產權代理事務所(普通合伙) 12210
• 代理人: 付長杰

本發明涉及高速列車噪聲自驅動發電測噪和數據傳輸方法及裝置，該方法及裝置利用聲電轉換單元將高鐵沿線噪聲所包含的能量轉化為電能，為聲級計供電并驅動聲級計完成噪聲的數據測量，聯合采用物聯網傳輸技術實現噪聲數據的收集，完成高鐵線路附近自驅動噪聲測量及遠程數據傳輸，通過對數據的匯集、整理與分析，生成高鐵線路附近實時噪聲地圖，為我國交通發展規劃、噪聲污染控制措施提供指導依據。該發明不僅可以有效地降低環境中的噪聲，而且可以變噪聲污染為資源有效地加以利用，符合當下節能減排的發展理念。

技術領域

本發明涉及噪聲發電系統、高鐵線路附近噪聲測量及基于物聯網的遠程信號傳輸技術領域，具體涉及高速列車噪聲自驅動發電測噪和數據傳輸方法及裝置。

背景技術

中國的高鐵事業在過去10年間取得了突飛猛進的發展，“復興號”高鐵動車組已經實現了350公里的時速運行。由于空氣動力性噪聲隨車速(v)大致以60lgv～80lgv的規律增加，車速大于200km/h時，空氣動力性噪聲將成為重要的噪聲源(Kitagawa T，NagakuraK.Aerodynamic noise generated by Shinkansen ears[J].Journal of Sound andVibration，2000，23(3):913－924)；車速進一步提高時，空氣動力性噪聲在高鐵噪聲中占主導地位。鐵路線穿過城鎮，給周邊環境帶來了嚴重影響，噪聲污染對人們生活和健康有相當大的危害，聲屏障作為高速鐵路噪聲隔離最主要的方法之一，能夠有效地屏蔽各種噪聲源的傳播(周信，肖新標，何賓，等.高速鐵路聲屏障降噪效果預測及其驗證[J].機械工程學報，2013，49(10)：14－19.)。但噪聲也是一種具有相當能量值的潛在能源，聲能發電技術是一種新型的發電技術，它可以通過換能器實現聲能到電能的轉換(魏嫻,董衛,吳宵軍,陳艷.聲能發電技術發展概況[J].大眾科技,2009,(12):101-103.)。由于高鐵噪聲是連續譜噪聲，噪聲在較寬頻帶內均有分布，限制了換能器的效率，因此聲能發電技術至今沒有在高鐵噪聲方面應用的資料。噪聲地圖是應用現代計算機技術，將噪聲源的數據、地理數據、道路狀況、公路和鐵路交通資料以及相關地理信息綜合、分析和計算后生成的反映噪聲水平狀況的數據地圖。從中國目前情況看，噪聲地圖在中國發展的較晚，至今僅處于初步開始的階段，且無大多數主要城市噪聲地圖的相關報道。噪聲地圖的繪制需要研究合適的方法和大量的基礎數據([1]虞濤.城市噪聲地圖的發展和應用研究[J].環境科學與管理,2014,39(01):129-133.)。

發明內容

本發明的目的在于，提供一種高速列車噪聲自驅動發電測噪和數據傳輸方法及裝置。該方法及裝置利用聲電轉換單元將高鐵沿線噪聲所包含的能量轉化為電能，為聲級計供電并驅動聲級計完成噪聲的數據測量，聯合采用物聯網傳輸技術實現噪聲數據的收集，完成高鐵線路附近自驅動噪聲測量及遠程數據傳輸，通過對數據的匯集、整理與分析，生成高鐵線路附近實時噪聲地圖，為我國交通發展規劃、噪聲污染控制措施提供指導依據。該發明不僅可以有效地降低環境中的噪聲，而且可以變噪聲污染為資源有效地加以利用，符合當下節能減排的發展理念。

為了實現上述目的，本發明的技術方案是：

一種高速列車噪聲自驅動發電測噪和數據傳輸方法，該方法的步驟是：

第一步、前期對高速列車沿線的重要觀測點的噪聲頻譜進行收集統計，確定各觀測點噪聲所屬的主要頻譜范圍；將多個共鳴器陣列按照收集統計的結果設置共鳴器腔的大小，獲得能夠采集相應觀測點的主要頻譜范圍的噪聲的共鳴器陣列；然后將共鳴器陣列安裝在相應的重要觀測點位置上，同時布置在高速列車的兩側，在不影響車輛運行和裝置結構穩定性的情況下盡量靠近高鐵線路；然后將多個共鳴器陣列連接電能收集單元、充電-工作控制電路、用于切換工作回路和充電回路的反饋控制模塊；

第二步、利用多個聲電轉換單元構成的共鳴器陣列將高鐵沿線噪聲所包含的能量轉化為電能，驅動聲級計完成噪聲的數據測量，再聯合采用物聯網傳輸技術實現噪聲數據的收集，經過長期觀測，對所收集數據進行統計分析，完成當地實時噪聲地圖的繪制。