Шум в трубке

Миллионы смартфонов помогут следить за шумовым загрязнением мегаполисов.

Выйдя на улицу, постарайтесь «отключиться» от зрения и сосредоточиться лишь на том, что вы слышите. Если вы живете в большом городе, то скоро убедитесь, в какой звуковой пустыне мы живем. Шумовое загрязнение, непрерывно льющееся в наши уши, считается одной из самых серьезных экологических проблем современности –  и одной из тех, которым, увы, уделяется совсем недостаточно внимания.

А между тем оно чревато целым рядом весьма неприятных последствий для нашего организма и окружающей среды, от нарушений суточных циркадных ритмов до расстройств слуха, от затрудненного размножения певчих птиц до гибели целых экосистем.

Лишь в последние годы некоторые развитые страны стали уделять шумовому загрязнению больше внимания. Так, в крупных городах Великобритании и Германии впервые начат систематический мониторинг уровня шума – однако и эта базовая задача оказалась не из легких. Даже на небольших расстояниях уровень звука может резко меняться, в том числе и в зависимости от времени суток. Чтобы охватить целый мегаполис сетью акустических датчиков, их понадобятся сотни тысяч, причем работать им придется круглосуточно.

Элегантное решение этой проблемы предложили разработчики австралийской исследовательской организации CSIRO. Идея состоит в использовании устройств, которых в любом современном мегаполисе и так предостаточно –  даже не сотни тысяч, а миллионы. Речь, конечно, о смартфонах: авторы предлагают устанавливать на устройства жителей города небольшое приложение, которое, используя встроенный микрофон, будет непрерывно отслеживать текущий уровень шума и передавать данные на центральный сервер для обработки.

Смартфоны кажутся идеальным решением задачи: они обеспечат полный охват всего города, позволят учитывать точное время и место получения данных. Однако прежде необходимо научиться отфильтровывать фоновый шум от остальных звуков –  речи, музыки, звуковых эффектов игр и приложений, и так далее.

Для этого разработчики создали целый набор алгоритмов. Первый из них на основании данных GPS-навигации отслеживает местоположение устройства и резюмирует, внутри ли здания или снаружи, на улице, оно находится в данный момент. Второй анализирует звуковой спектр, и если обнаруживает в нем профили, характерные для разговора и человеческого голоса, останавливает сбор данных, пока речь не закончится.

Отдельной проблемой оказалось точное положение телефона: пока он находится в кармане, микрофон, естественно, будет «рапортовать» о пониженном уровне шума. Ее авторы решают с использованием данных встроенных гироскопа и акселерометра. По словам разработчиков, они позволяют определить, в руках ли держит человек смартфон, или несет его в кармане или сумке, с точностью до 84%.

Итак, после необходимого отсева собранные данные маркируются соответствующим временными и пространственными координатами, а как только пользователь попадает в зону действия доступной сети WiFi, передаются на центральный сервер. Здесь начинается их дальнейшая обработка и формирование единой карты шумового загрязнения города.

Свою систему мониторинга авторы назвали Ear-Phone и уже начали ее тестирование на улицах Канберры, используя популярные смартфоны Nokia и устройства на базе Android. Сравнив полученные данные с результатами измерений с помощью обычных стационарных микрофонов, они убедились, что информация, полученная через Ear-Phone, отличается полнотой и точностью.

Пожалуй, не все горожане будут рады установить себе столь полезное для общества приложение. Непрерывное использование GPS-навигации быстро расходует заряд батареи –  в среднем, по данным авторов системы, устройство успевает проработать около 5 часов, пока аккумулятор не сядет полностью. Такая цифра вряд ли устроит рядовых граждан, так что разработчикам еще предстоит решить эту проблему.

Далее: Галактика «Дальше некуда»