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「声学+交通」的融合与应用

2021-08-04

来源 : 赛文交通网

作者 : 栗振

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智能交通发展至今已有二十多年历史,越来越多智能技术应用到交通场景,AI技术、无人驾驶、云计算、物联网......这些日趋成熟的智能技术持续不断的赋能交通场景,构建多样化的智慧解决方案,助力交通科技化进入快速赛道,智能化交通管理、智能化服务、智能化决策支持等等各方面均见证并享受科技带来的便捷和高效。 

现代声学技术也随着科学技术的发展取得了长足进步和重大突破,声学应用进入了各个应用分支:现代工业、国民经济、国防建设、科学研究,还有日常生活中的衣食住行各个版块,无不和声学发生联系。 

在交通领域,现代声学技术通过源源不绝的创造力和生产力,赋能交通智能化转型和升级,智能语音警示、应急广播、噪音管控、便民智能化改造等一系列场景应用和解决方案,让越来越多的消费者体验到声学新技术带来的极致出行体验和绿色、畅通的交管环境。 

专注技术、深挖场景,现代声学技术如何赋能智慧交管?本文从声学技术创新和场景应用变革两个层面,解构【声学+交通】的融合与革新。

声学技术创新和应用 

国家智能交通产业技术创新战略联盟理事长、中国智能交通协会副理事长关积珍2020年曾指出,要相信技术的力量,新一代技术给智能交通创新发展提供了强有力的技术支撑,新技术不仅仅是新技术,更是新的理念和模式。 

声学技术创新所带来的音频体验创新和应用场景创新,正在交通领域频频上演,持续赋能交通理念和模式的创新。 

1:创新音频技术---定向发声技术 

定向发声技术是一项开创性的音频技术,它打破了人们对声音的传统认知,提供了一种全新的声音传播方式,可以将声音高度定向的投射到特定区域,创造一个个精确的、静谧的、不干扰周边环境的、独立的音频空间。 

定向声技术是音频声学技术的重大创新,在声音泛滥和噪音污染日趋加重的今天,它促使人们重新审视声音和人、声音和环境的交互关系,并提供切实可行的解决方案。 

定向发声技术的核心是基于超声换能器的定向传播技术,其基本原理是以超声波为载波信号,搭载可听声,通过超声换能器发射到空气中,利用空气的非线性作用,借助特定方法的信号算法处理,让可听声像超声波一样,以波束的形式向一个方向集中传播,实现传说中的“定向传音”。 

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定向发声技术在交通的应用 

定向发声技术,最大的特点是改变了声音的传播方式,让原本向四面八方传播、360°扩算的声音,沿着指定方向传播。

集中定向传播声音的好处是:让声音只传播到有需要的地方,实现信息定制化、个性化、隐私化,并且有效减少对整体环境造成额外的噪声负担,有效降低城市噪声污染。

定向声技术在交通场景,有广泛应用。 

· 定向语音播报

利用定向发声技术打造定向语音预警系统,支持感知和突发状况下的及时预警,将语音信息、广播等内容定向、精准的传递给目前区域和目标人群,保障道路通行效率和行车安全。 

结合广播系统,还可以实现不同事件类型下智能播报。

如用于高速场景的主动语音定向警示系统,能形成从获取信息,处理信息到发布信息,语音预警等一套自动化 、一体化的管理模式 ,节约人员配置 , 提高工作效率 ,实现智能、精准、及时的主动措施,助力交通智能化和科技化。 

· 声音诱导系统

在突发紧急事件或面对恶劣天气时,诱导屏、爆闪灯等视觉警示设备的功能会有所弱化,在此情况下,利用定向发声技术将安全信息、路况指引等朝指定路段、指定车辆精准播报,打造智能听觉诱导系统,及时进行交通疏导和指引,保证道路通行顺畅和人员安全。在事故发生前解决问题,做到提前警示和预警,减少安全事故的发生,完善高速公路安全监控和应急处理水平,提高交通管理的预防性、及时性、高效性。 

日常运营中,也可利用此系统灵活地发布道路动态、车站服务、养护施工情况、交通路况、天气预报等信息。 

· 智能语音分流系统

在高速公路分流路段,朝指定方向播放分流提示语音,提前告知司机前方道路目的地,帮助司机预先做好路线规划,避免走错或错过分流路口、避免因犹豫不决而造成道路拥堵等问题,保持道路通行顺畅。节假日交通高峰时节,还可作为交警交通管制的宣传窗口。 

2:创新音频技术---声源定位和声音成像技术 

声源定位技术是基于波束成形的麦克风陈列处理,将一组麦克风传感器按特定方式放置在不同的空间位置上,在空间上接收声音信号。 

当声源发声时,每一个麦克风阵列都将接收到一个声音信号,经过处理,我们可以提取接收到的每个声音信号的特征信息,如幅度、频率、方向等,然后通过特定计算,我们就能够得知声源所在的方向和位置,以及声音的大小幅度,这就是声源定位技术。 

声成像技术是声源定位技术融合了声学、信号检测、数字信号处理、电子学、软件算法等,通过处理在多个位置测量的声信号来确定环境中的一个或多个声源的位置,确定声源的几何位置,还能够估计声源类型和强度,通过图像显示的颜色和亮度直观反映声音的强弱以及分布,实时生成空间声场分布云图,这就是声音成像技术。 

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声源定位和声音成像技术在交通的应用

交通噪音与交通安全,是当今社会刻不容缓需要解决的两大交通问题。

交通噪声污染是城市噪声的重要来源,违法鸣笛、改装车炸街轰鸣、噪音超标的大卡车等不仅带来噪声污染问题,更存在严重的安全隐患。

(外表炫酷、轰鸣声震耳,私自改装的车辆往往伴随飙车、超速、噪声扰民等行为,俗称“炸街车”。)

依托声源定位和声音成像技术,在复杂的道路环境中精准定位噪音超标车辆,给治理乱鸣笛、改装车等提供科学依据,助力城市噪声管控和交通整治。 

通过监测、识别、抓拍、警示,声源定位和成像技术推动交通噪声整治全链条管控。 

· 违法鸣笛抓拍系统

基于声源定位与声音成像技术,能在复杂的道路环境中精准定位鸣笛车辆,通过多维算法处理,将声音的空间声场分布以彩色等高线图像的方式呈现,形成声像图,实现声音可视化、具象化。车辆一旦鸣笛,系统立刻捕捉定位并抓拍取证,给治理违法鸣笛提供科学权威的依据。 

违法鸣笛抓拍系统通过实时定位噪声、噪声源可视化、抓拍追踪一体化的全流程管控,一改过去依赖人工、执法形式单一的困境,解决了禁鸣执法“取证难、执法难”的问题,将大量人力物力资源解放出来,降低执法成本,节约公共资源,助力交通执法管理迈入新纪元。 

· 炸街车抓拍系统

炸街车存在严重的安全隐患和噪音超标现象,威胁广大群众的生命健康和交通安全,各地交管部门多次进行各项“炸街车”专项整治,对炸街车上路行为进行管控和治理。 

与鸣笛抓拍系统类似,炸街车抓拍通过声源定位技术与声音成像技术,实现对炸街车轰鸣声音的有效快速拾取,精准识别炸街车辆,并实时生成含有车辆车牌与轰鸣声像图的视频、音频及图片等信息,建立炸街行为证据链,为炸街管控提供科学权威的依据,配合交管部门全面部署炸街行为及道路交通噪音专项整治,为交通执法提供即时有效的科学证据,使炸街车无处遁形。 

炸街车抓拍系统建立炸街车音频数据库,集成神经网络深度学习技术持续学习分析不同炸街车的声音特点,持续进行声学算法升级,提高系统抓拍准确率。 

声学+交通,前瞻技术,智能应用

科技改变生活,如何让城市交通更安全、畅通、高效、智能,是科技行业从业者矢志不渝的追求。 

面对日益复杂的交通环境,科学治理将大大降低交通管理的工作成本,并大幅提高工作效率。“声学+”、“互联网+”、“人工智能+”等高新技术的不断演进转化,云平台、物联网等技术的加持,将为交通智慧化管理与治理提供更加多元的解决方案,并构建智慧交通生态圈,让交通管理更加科学化、数据化,体系化,实现以更低的劳动成本带动更高的工作动能与效益。未来,我们将在路上领略到更多的高科技成果给我们的出行带来监督与服务。 

作者简介 | 栗振,苏州清听声学科技有限公司 总经理

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