Пристрій для візуалізації зашумленості міської забудови

Винахід стосується вимірювальної техніки і може знайти застосування при дослідженні зашумленості транспортним та іншим шумом вже існуючих і запроектованих нових житлових районів і мікрорайонів. Відмітною особливістю сучасних міст в нашій країні і за кордоном є інтенсивне їх зростання при обмежених просторових рамках. Це призводить до зближення, а часто - до тісного переплетення різних функціональних зон міста. В таких умовах неминучий негативний вплив одних зон на інші. Особливого значення при цьому набувають питання охорони навколишнього середовища і, зокрема, захист міських забудов від шумового забруднення. Важливим моментом у вирішенні цих задач є кількісна оцінка розповсюдження шуму в умовах міської забудови, вивчення закономірностей такого розповсюдження в складних умовах. Відомі різні експериментальні способи кількісної оцінки зашумленості міських забудов [1]. Найбільш доцільно і доступно одержувати дані про зниження шуму експериментальним шляхом в процесі натурних вимірювань. Проте проведення таких вимірювань дуже складне. Це пов'язано з тим, що на території житлових комплексів діють одночасно декілька джерел шуму, тому шумовий фон надзвичайно високий, неможливо ліквідовувати шумові перешкоди, вплив вітру і інших атмосферних умов, що спотворюють картину розповсюдження шуму. Найсприятливіші умови для вирішення задач містобудівної акустики створюють експерименти з використанням моделювання, як одного з найбільш ефективних і економічних методів дослідження, що дозволяє проводити їх в умовах, максимально наближених до реальних. Виконання експериментальних досліджень на моделях - це здійснення спостережень в ідеальних умовах, які неможливо забезпечити в натурі. Найближчим до пропонуємого є пристрій для візуалізації картини зашумленості міської забудови, [Патент №2058601 (Росія). Пристрій для візуалізації картини зашумленості міської забудови. Сафонов В. В., Захаров Ю. І., Абракитов В. Е. Опубл. 20.04.96 Бюл.№11], що містить модель джерела звукової енергії, модель міської забудови і засіб оцінки розподілюваної енергії., відмінний тим, що модель джерела звукової енергії виконана у вигляді ніхромової нитки,, сполученої з джерелом струму і реостатом, а засіб оцінки розподілюваної енергії, виконано у вигляді фотопластини, яка суміщена з підставкою моделі міської забудови, при цьому лінійні розміри підставки (території) і будівель вибирають із співвідношення: lм = l н / сL , де: с L = Lм / L н - коефіцієнт масштабування, Lм і Lн - відповідно, лінійні розміри об'єктів міської забудови в моделі і в натурі, м, l м і lн - відповідно, довжини хвиль випромінювання в моделі і в натурі, м, Недоліком цього пристрою є складність, велика тривалість і висока трудомісткість отримання фотографічних відбитків, неможливість отримання повністю аналогічних одна одній копій одного і тою ж експерименту, (одночасно фізично неможливо виготовити більше одного відбитку візуалізованої картини розподілу модельованої енергії за кожний один експеримент моделювання), практична неможливість безпосереднього введення даних моделювання в комп'ютер. У пристрої-прототипі необхідно здійснювати фотографічну обробку одержаного зображення: для чого вимагається витягнути фото пластину, проявити її, закріпити (з дотриманням відомих у фотографії способів недопущення засвічення фотовідбитка: тобто такі роботи проводяться в темноті або при світлі спеціальної червоної лампи). Фотографічна обробка кольорових зображень утруднена» тому в пристрої-прототипі практично можливо отримувати лише чорно-білі відбитки (таким чином, моделюється інтегрований показник так званий рівень звуку, дБА); в той час, як часто потрібне отримання саме кольорових відбитків (тобто змоделювати одночасний розподіл модельованої енергії різного спектрального складу: еквівалентно рівням звукового тиску в стандартизованих октавних смугах частот, дБ). Задачею пропонуємого винаходу є спрощення відомого пристрою, зниження трудомісткості отримання результатів моделювання; досягнення можливості отримання декількох повністю адекватних один одному роздрукованих результатів моделювання протягом одного експерименту; спрощення отримання і обробки кольорових зображень; забезпечення можливості введення інформації в персональний комп'ютер безпосередньо з пропонованого пристрою. Поставлена задача вирішується тим, що в пропонованому пристрої для візуалізації зашумленості міської забудови, що містить модель джерела звукової енергії у вигляді джерела світла, модель міської забудови і засіб оцінки розподілюваної енергії, причому масштаб виконання моделей вибраний із співвідношення: lм = l н / сL , де: с L = L м / L н коефіцієнт масштабування, Lм і Lн - відповідно, лінійні розміри об'єктів міської забудови в моделі і в натурі, м, l м і lн - відповідно, довжини хвиль випромінювання в моделі і в натурі, м, відповідно до винаходу, засіб оцінки розподілюваної енергії виконаний у вигляді тонкоплівкового покриття з одностороннім пропусканням світлового проміння, накладеного на скляне світлочутливе вікно планшетного сканера, підключеного до персонального комп'ютера. Розташування елементів моделі не на фотопластині, як на прототипі, а на скляному світлочутливому вікні планшетного сканера (Scan Window Glass), згідно термінології фірм-виробників сканерів), дозволяє оперативно вносити дані про розподіл модельованого випромінювання на моделі досліджуваного об'єкту міської забудови в пам'ять комп'ютера. При цьому потрібне вживання саме планшетного сканера, оскільки інші типи: ручний, барабанний та ін. абсолютно неприйнятні для цілей практичної реалізації пропонованого пристрою. Виконання засобу оцінки розподілюваної енергії у вигляді тонкоплівкового покриття з одностороннім пропусканням світлового проміння, накладеного на скляне світлочутливе вікно планшетного сканера, є найважливішою істотною відмітною ознакою пропонованого пристрою. Без виконання цієї умови подібні експерименти технічно неможливі і нездійснені в технічній реалізації. Річ у тому, що планшетний сканер фіксує відображене світло, випромінюване його власним внутрішнім джерелом, і, завдяки вказаному підсвічуванню, сприймає своїми світлочутливими елементами дані про розподіл кольорів і насиченостей в скануючому об'єкті, накладеному на його Scan Window Glass. Якщо розмістити модель міської забудови і моделі джерел звуку у вигляді джерел світла на самому Scan Window Glass, без використовування тонкоплівкового покриття з одностороннім пропусканням світлового проміння, відбудеться "засвічення" ділянки сканування прямим і відображеним промінням спільно. Таким чином, в результаті експерименту нічого не вийде: результат сканування являтиме у будь-якому випадку лише суцільну чорну ділянку, зафарбовану однаковим кольором! Особливість пропонованого винаходу полягає в тому, щоб забезпечити саме одностороннє пропускання світлового проміння; розподіляючись на поверхи, зверненій до самої моделі міської забудови і моделей джерел звуку у вигляді джерел світла, проміння модельованого освітлення створює зони різної освітленості і кольору, які потім скануються знизу розташованим під. Scan Window Glass світлочутливим елементом сканера. Верхня кришка сканера ("Document Cover", згідно термінології заводу-виготівника) при проведенні модельних експериментів повинна бути розкрита, оскільки елементи моделі (модель міської забудови і моделі джерел звуку у вигляді джерел світла) мають деяку висоту і певну просторову конфігурацію, (В штатному режимі експлуатації сканера під закриту Document Cover кладуть тонкий лист паперу, з якого і сканують зображення, що є там). Вказана верхня кришка (Document Cover) виконує, таким чином, роль відбивача власного світлового проміння, що витікає з-під рухомої каретки планшетного сканера, і перешкоджає засвіченню світлочутливого скляного вікна ("Scan Window Glass"). В наших експериментах ця кришка постійно відкрита, а вищезгадану роль відбивача власного світлового проміння, витікаючого від рухомої каретки планшетного сканера грає якраз вказане тонкоплівкове покриття з одностороннім пропусканням світлового проміння, накладене на скляне світлочутливе вікно планшетного сканера. У наших дослідженнях було застосовано дешеве і загальнодоступне тонкоплівкове покриття, що використовується автоаматорами для затемнення шибок легкових автомобілів. Воно порівняльно добре пропускає світло в одному напрямі і створює значне (достатнє для роботи сканера) затінювання при його підсвічуванні з другого боку. На відміну від пристрою-прототипу, час отримання одного відбитку вичерпується тільки сумісним часом сканування і друку (залежить від технічних характеристик використовуємих принтера, сканера і самого персонального комп'ютера). В наших експериментах час отримання одного відбитку ніколи не перевищував 1,5 хвилини, на відміну від декількох десятків хвилин і навіть годин при використовуванні прототипу. При цьому, на відміну від пристрою-прототипу, в діалоговому вікні "Друк", задаючи необхідну кількість копій, можна одержати будь-якунеобхідну кількість повністю адекватних відбитків. Згідно опису пристрою-прототипу, теоретично можливо міняти частоту модельованого випромінювання за рахунок підбору відповідних довжин хвиль світлового випромінювання l м . Наприклад, при дослідженні розподілу низькочастотних складових натурного звукового випромінювання і інфразвуку на модель джерела звуку у вигляді джерела світла одягають червоний світлофільтр; при дослідженні розподілу високочастотних складових натурного звукового випромінювання і ультразвука на модель джерела звуку у вигляді джерела світла одягають фіолетовий світлофільтр і т.п., підбираючи необхідні довжини з вищезгаданого базового співвідношення подібності lм = l н / сL . Проте практична реалізація вказаних (і украй важливих на практиці) можливостей моделювання в пристроїпрототипі утруднена, оскільки при цьому вимагається здійснювати процес не чорно-білого, а кольорового проявлення, закріплення, і обробки одержаних зображень! У той же час використання кольорового струменевого принтера в пропонованому пристрої дозволяє без будь-яких особливих на те утруднень одержання кольорових зображень візуалізованої картини зашумленості міської забудови із зазначенням розподілу цих самих кольорових складових змодельованого випромінювання. Таким чином, навіть пряма аналогія пропонованого пристрою з прототипом за кінцевим результатом характеризується значними спрощенням, зниженням трудомісткості, можливістю одержувати колірні ефекти, а додаткова передача сканованої візуалізованої картини зашумленості міської забудови в електронному вигляді в оперативну пам'ять комп'ютера відкриває щонайширші можливості обробки одержуваних в результаті моделювання даних. Суть винаходу пояснюється малюнком, де показано принцип дії пропонує мого пристрою. Модель території міської забудови розміщують на світлочутливому скляному вікні планшетного сканера і освітлюють модельованим випромінюванням від моделей джерел шуму (у вигляді джерел світла). При цьому, за рахунок використовування аналогії хвильових явищ і хвильових характеристик досягається подібність в розподілах оптичного випромінювання на моделі і натурного звукового (шумового забруднення), особливо це стосується складних дифракційних та інтерференційних процесів і т.п. Візуалізована картина зашумленості міської забудови на моделі являє собою розподіл світлових тіней і ділянок різної освітленості. Замість її подальшої фотографічної експозиції на пластинку (як це було в прототипі) в пропонуємому винаході здійснюють сканування. Тонкоплівкове покриття з одностороннім пропусканням світлового проміння, накладене на скляне світлочутливе вікно планшетного сканера, перешкоджає (тоновому "засвіченню" зображення прямим світлом. Зображення в електронному вигляді подається в оперативну пам'ять комп'ютера. Надалі обробка одержаного скануючої о зображення може бути проведена з використанням однієї з нижчеперерахованих можливостей: - пряме копіювання одержаної картинки із сканера на принтер, що не потребує ніяких хімічних процесів, аналогічних пристрою-прототипу; - сканування в одну з прикладних програм, що здійснюють обробку растрової графіки: (наприклад, "Adobe Photoshop", "Corel Photopoint", Microsoft PhotoF.ditor" та ін.); - сканування в одну з прикладних програм, що здійснюють обробку векторної графіки (наприклад, в "Corel Trace"). Трасування зображення з розпізнаванням образів і його перетворенням растрового зображення у векторне дозволяє здійснювати його подальші трансформації найзручнішим для користувача і є технічно оптимальним для комп'ютерних засобів способом. Джерела інформації 1. Самойлюк Е.П., Денисенко В.И., Пилипенко А.П. Борьба с шумом в населенных местах. К., 1981. – 98с. 2. Снижение шума в зданиях и жилых районах. Под ред. Г.Л.Осипова, Е.Я.Юдина. М., 1987. – 214с.