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用手机应用追踪城市噪声污染——微软Azure助力解决城市问题

噪声无孔不入的城市地带(图片来自于网络)

2014年4月19日发行的《经济学人》杂志预言,到2030年,中国人口的70%(约10亿人)会在城市中居住。中国城镇化的高速发展一方面大大提高了民众的生活质量,但与此同时也带来了严重的城市问题。

在众多城市问题中,噪声污染首当其冲。长时间暴露在工厂、建筑工地、机动车辆等噪声源发出的噪声中将严重损害人们的精神和身体健康。相关疾病包括睡眠失调、听力障碍、高血压、缺血性心脏病等,并会在较长的时间范围内导致免疫系统的改变,甚至是新生儿缺陷。

遗憾的是,现阶段普通民众能了解周围环境噪声级别的渠道非常有限。目前,可以选择的方法是建立监测站来展示噪声水平,但这种方法的覆盖面较小,而且现有工具并不能精确地对多个噪声源进行实时追踪。因此,研究人员无法对噪声进行完整描绘,解决问题的过程也障碍重重。所以,研究人员需要一种更好的方式来追踪城市噪声——这也是城市计算技术可以一展身手的机会。

在微软Azure云的帮助和微软亚洲研究院的支持下,上海交通大学计算机科学与工程学院的朱燕民教授和他的团队正在开发一项名为NoiseSense的城市计算服务,利用大量智能手机用户提供的噪声测量数据绘制分辨率较高的城市噪声地图,并由超级电脑系统对这些信息进行实时处理,让任何人都可以即时查询世界上任一城市区域的噪声水平。

有了噪声地图的帮助,民众就可以判断自己周围噪声污染的强度,据此可以减少在噪声中暴露的程度。政府机构也可以依据该软件提供的信息更好地了解城市噪音的污染状况,以提高相关法律法规噪音水平超标的门槛。政府还可以在进行城市规划的时候将噪音污染问题划入考虑的范畴,比如控制建筑物密度等。

为此,朱教授的团队在微软Azure云平台上开发了一个实时、高精度的噪声地图绘制系统原型,该原型可以对手机麦克风的测量误差进行修正,并还原较真实的噪声分贝数值。为了方便用户对噪声的采集以及对噪声地图的查看,他们还基于WindowsPhone和Android系统分别开发了噪声测量的智能手机应用。

NoiseSense软件的系统设计

其中,微软Azure云服务帮助实现了噪声数据的查询、显示以及数据的实时推送。以上海为例,在该软件中上海市被分成78,000个网格,每个格子的大小是300平米。 每一天被分为24个时段,以一小时为单位。当用户上传所在位置的噪声值时,服务器会记录这个噪声值对应的网格和时间段以及日期,并存储到Azure数据库中。根据用户上传的噪声数据,系统会构建噪声数据的张量模型,并用张量填充的方法恢复出整个城市的噪声数据。在恢复噪声数据的过程中,系统还会提取上海市的POI和道路网络信息来提高精度。

基于NoiseSense软件数据的上海市噪声地图样例

相对于建立定点的噪声检测站点,NoiseSense可以以较低的成本构建城市噪声地图,同时利用现在流行的智能手机和流动人群检测噪声分布,让测量更加方便。

作为微软亚洲研究院曾经的“微软青年访问学者”(铸星计划成员),朱教授表示:“与微软‘Accelerating urban informatics with Microsoft Azure’的学术合作项目让我和团队受益良多,特别是在处理海量噪声数据的问题上。下一阶段我们将会建立适当的奖励机制激励用户使用这个应用,从而获取更多位置的噪声数据。”

大数据、云计算在诸多方面帮助提升了人们的生活水平,噪声地图和其他城市计算研究项目仅仅是其中的一部分。目前,研究人员刚刚开启挖掘城市计算能力和潜力的旅程,让我们期待未来更多科研探索的新发现为人类生活带来便利与健康!

相关信息

铸星计划,即微软青年学者访问项目,为青年学者提供6个月左右在微软亚洲研究院访问的机会。访问期间研究院为每位青年访问教师安排一对一的研究合作伙伴。青年访问教师会参与到研究院的科研项目中,并与合作研究员共同指导学生。