專利名稱：用于電力設(shè)備的聲音異常檢測系統(tǒng)及檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種聲音異常檢測系統(tǒng)和方法，尤其是一種用于電力設(shè)備的聲音異常檢測系統(tǒng)及檢測方法。
背景技術(shù)：
當前，變電站的正常運行主要還是依靠人工的現(xiàn)場巡檢和維護。這種方式存在以下兩個問題一、巡檢人員的安全問題，變電站是一個充滿高壓和放電的危險環(huán)境，容易對巡檢工作人員的身體造成傷害；二、人工巡檢的效果問題，人員面對重復(fù)機械的工作時，容易產(chǎn)生疲倦、懈怠心理，降低巡檢的效果和質(zhì)量，并且，人工巡檢也無法滿足變電站設(shè)備故障的突發(fā)性和及時性。因此，人工巡檢的效果是不穩(wěn)定的，可靠性也無法提高。一些變電站開始嘗試自動化、智能化系統(tǒng)來輔助或者取代人工巡檢，無人值守變電站的需求也越來越多。在變電站設(shè)備聲音檢測方面，主要有變電站設(shè)備監(jiān)聽和超聲波檢測法的研究。變電站設(shè)備監(jiān)聽的方法，主要依賴安裝在設(shè)備本體上面的音頻傳感器和中央處理器。其不足有以下兩個方面一、固定點和緊貼本體的方式，使得音頻傳感器的布置位置是固定的，沒有靈活性；二、每個變電站設(shè)備都需要配備獨立的音頻傳感器，太多數(shù)量的傳感器設(shè)備，造成布置困難，成本偏高。超聲波檢測法，存在造價高、無法實時連續(xù)檢測的缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種檢測靈活、成本較低的用于電力設(shè)備的聲音異常檢測系統(tǒng)及檢測方法，主要利用聲音信號處理及模式識別的技術(shù)，對變電站的設(shè)備進行聲音檢測，判別該設(shè)備是否存有異?；蛘邇?nèi)部故障，從而維持變電站的正常運行，同時保證人員安全。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是 一、技術(shù)方案1
一種用于電力設(shè)備的聲音異常檢測系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括音頻檢測子系統(tǒng)和與所述音頻檢測子系統(tǒng)無線通訊的計算機子系統(tǒng)；
所述音頻檢測子系統(tǒng)包括音頻采集模塊、視頻服務(wù)模塊、音頻訓(xùn)練與識別模塊、存儲模塊和第一通訊模塊；所述音頻采集模塊的輸出端接視頻服務(wù)模塊的輸入端，所述視頻服務(wù)模塊的輸出端接音頻訓(xùn)練與識別模塊的相應(yīng)輸入端，所述音頻訓(xùn)練與識別模塊的相應(yīng)輸出端接第一通訊模塊的輸入端，所述存儲模塊與音頻訓(xùn)練與識別模塊雙向連接；
所述計算機子系統(tǒng)包括裝有基站后臺軟件系統(tǒng)的計算機主機、音頻數(shù)據(jù)顯示模塊、報警模塊和第二通訊模塊；所述第二通訊模塊的輸出端接計算機主機的相應(yīng)輸入端；所述計算機主機的相應(yīng)輸出端分別接音頻數(shù)據(jù)顯示模塊和報警模塊的輸入端。優(yōu)選的，所述系統(tǒng)還包括巡檢平臺，所述巡檢平臺包括行走機構(gòu)和控制所述行走機構(gòu)的控制模塊；所述音頻檢測子系統(tǒng)設(shè)置在所述巡檢平臺上。
所述音頻訓(xùn)練與識別模塊由ARM9微處理器和DSP微處理器組成。所述巡檢平臺采用型號為LER-3000的電力巡檢機器人。二、技術(shù)方案2
用于電力設(shè)備的聲音異常檢測系統(tǒng)的檢測方法，按照下述步驟進行
(1)啟動電力巡檢機器人；
(2)所述電力巡檢機器人按照指定路線移動至電力設(shè)備巡檢點，觸發(fā)所述音頻采集模塊的啟動端，音頻采集模塊采集電力設(shè)備的音頻數(shù)據(jù)；
(3)采用視頻服務(wù)模塊接收音頻采集模塊的音頻數(shù)據(jù)，進行數(shù)字信號壓縮和傳輸；
(4)采用音頻訓(xùn)練與識別模塊進行接收視頻服務(wù)模塊傳輸?shù)囊纛l數(shù)據(jù)并進行音頻數(shù)據(jù)的訓(xùn)練或識別；
首先判斷是否進行音頻數(shù)據(jù)的訓(xùn)練，當需要進行訓(xùn)練時，進入訓(xùn)練程序，將正常的變電站設(shè)備運行聲音進行訓(xùn)練，得音頻特征庫，存儲于所述存儲模塊中；
當不需要進行訓(xùn)練時，進入識別程序，DSP微處理器先提取當前采集的音頻數(shù)據(jù)的子帶特征，然后將所述子帶特征與存儲在所述存儲模塊中的音頻特征庫進行比對；
(5)所述音頻訓(xùn)練與識別模塊將比對結(jié)果通過所述第一通訊模塊和第二通訊模塊的實時通訊傳輸至計算機主機，當比對結(jié)果異常時，報警模塊發(fā)出警報聲、音頻數(shù)據(jù)顯示音頻的波形數(shù)據(jù)和子帶特征，否則，僅輸出音頻的波形數(shù)據(jù)和子帶特征；
(6)判斷巡檢路線是否全部巡檢完畢，當全部巡檢完畢時，結(jié)束，否則進入步驟(2)。本發(fā)明中所述音頻檢測子系統(tǒng)主要針對變電站設(shè)備可能發(fā)生的、可從聲音進行判別的異?，F(xiàn)象或內(nèi)部故障，給出檢測結(jié)果。由聲音可以體現(xiàn)故障的變電站設(shè)備故障，主要有幾種設(shè)備內(nèi)部放電，絕緣子放電，電磁振動聲異常，風扇、油泵電機轉(zhuǎn)動異常，電容器聲音異常等。音頻檢測子系統(tǒng)的工作流程基本如下巡檢機器人在變電站里按照既定路線或任務(wù)輪回巡檢，一天內(nèi)可多次巡檢，且覆蓋變電站的大部分地理范圍。音頻檢測子系統(tǒng)中的音頻采集模塊可以實時地采集巡檢機器人所到之處變電站設(shè)備運行的聲音。音頻訓(xùn)練與識別模塊負責對該聲音進行識別，從而判斷出該設(shè)備是否存在異常或者故障。若發(fā)現(xiàn)有故障，則音頻檢測子系統(tǒng)向基站后臺軟件系統(tǒng)發(fā)出報警信息，通知變電站的值班人員。從而值班人員可以快速的采取解決措施，消除故障或隱患，保證變電站的安全運行。采用上述技術(shù)方案產(chǎn)生的有益效果在于1)由巡檢平臺輔助或者取代人工巡檢的方式，可有效消除人員的工作危險，保護人身安全；2)音頻檢測子系統(tǒng)，可有效檢測變電站設(shè)備的異常聲音，提高巡檢的可靠性和穩(wěn)定性，維護變電站的正常運行；3)巡檢平臺輪回檢測站內(nèi)的所有設(shè)備，靈活方便，自由控制，并且只需要裝配一個拾音器，降低了其他方案中音頻傳感器的數(shù)量和配置難度，成本低廉、裝置簡易且可靠性高；4)音頻檢測子系統(tǒng)與計算機子系統(tǒng)實時通信，計算機子系統(tǒng)可以實時接收、分析、顯示各種音頻數(shù)據(jù)，及時對異常結(jié)果報警，協(xié)助人員快速消除設(shè)備的運行隱患或故障，可有效保證巡檢質(zhì)量。


圖1是本發(fā)明實施例的原理框圖； 圖2是本發(fā)明實施例檢測方法的流程圖3是本發(fā)明音頻訓(xùn)練與識別模塊的軟件流程圖。
具體實施例方式參見圖1，本實施例包括音頻檢測子系統(tǒng)和與所述音頻檢測子系統(tǒng)無線通訊的計算機子系統(tǒng)；
所述音頻檢測子系統(tǒng)包括音頻采集模塊、視頻服務(wù)模塊、音頻訓(xùn)練與識別模塊、存儲模塊和第一通訊模塊；所述音頻采集模塊的輸出端接視頻服務(wù)模塊的輸入端，所述視頻服務(wù)模塊的輸出端接音頻訓(xùn)練與識別模塊的相應(yīng)輸入端，所述音頻訓(xùn)練與識別模塊的相應(yīng)輸出端接第一通訊模塊的輸入端，所述存儲模塊與音頻訓(xùn)練與識別模塊雙向連接；
所述計算機子系統(tǒng)包括裝有基站后臺軟件系統(tǒng)的計算機主機、音頻數(shù)據(jù)顯示模塊、報警模塊和第二通訊模塊；所述計算機主機的相應(yīng)輸出端分別接音頻數(shù)據(jù)顯示模塊和報警模塊的輸入端；所述第二通訊模塊的輸出端接計算機主機的相應(yīng)輸入端。本實施例還包括巡檢平臺，所述巡檢平臺采用電力巡檢機器人(以下簡稱機器人)，其型號為LER-3000，是音頻檢測子系統(tǒng)的載體，負責裝載音頻檢測子系統(tǒng)和執(zhí)行巡檢任務(wù)。所述機器人的相應(yīng)輸出端接音頻檢測模塊的啟動端，當機器人按照規(guī)定路線移動至設(shè)定的設(shè)備點時，其相應(yīng)輸出端會觸發(fā)音頻檢測模塊的啟動端，所述音頻檢測模塊開始采集設(shè)備運行的聲音。音頻采集模塊，采用拾音器設(shè)備，所述拾音器可實現(xiàn)戶外、遠距離環(huán)境的高保真錄音操作。所述拾音器安裝在巡檢機器人的前部，將機器人所到之處的變電站設(shè)備聲音采集起來，其采用堅固、耐用美觀的金屬外殼，表面電鍍處理，具有防水防潮、高保真，低噪聲的特點，為后續(xù)的音頻信號處理提供了可靠的音頻數(shù)據(jù)。視頻服務(wù)模塊，與所述拾音器設(shè)備直接相連，用于接收拾音器的音頻數(shù)據(jù)，完成數(shù)字信號壓縮和傳輸?shù)墓δ?。壓縮格式采用a律PCM音頻格式，傳輸方式采用TCP/IP協(xié)議傳輸標準。音頻訓(xùn)練與識別模塊，裝配于機器人內(nèi)部，由ARM9微處理器和DSP微處理器組成； 所述ARM9微處理器采用S3CM40芯片，用于接收視頻服務(wù)模塊發(fā)來的音頻數(shù)據(jù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信功能；所述DSP微處理器采用TMS320X2812芯片，完成訓(xùn)練和識別音頻數(shù)據(jù)的功能。所述音頻訓(xùn)練與識別包括訓(xùn)練程序和識別程序。所述訓(xùn)練程序，即通過VQ (矢量量化)算法對正常的變電站設(shè)備運行聲音進行訓(xùn)練，得到正常聲音特征庫，并將該特征庫存于存儲模塊； 訓(xùn)練工作只需要開展一次，就可以使用該特征庫進行所有音頻識別的工作。所述識別程序， 即DSP微處理器先提取當前采集的音頻數(shù)據(jù)的子帶特征，然后將子帶特征進與事先存放在存儲模塊中的音頻特征庫進行比對，若比對結(jié)果顯示為FALSE，則表明當前變電站某設(shè)備運行的聲音異常，同時，比對結(jié)果交由ARM9發(fā)送到基站后臺軟件系統(tǒng)。VQ (矢量量化)算法是一種重要的模式分類方法。在音頻識別系統(tǒng)中，矢量量化可用來對每個待識別的音頻數(shù)據(jù)進行建模。即在訓(xùn)練階段，用LBG算法對音頻特征進行無導(dǎo)師的模式聚類，形成各個碼本；在識別階段，尋找測試語音與各個碼本間的平均最小量化失真距離，距離最小者即作為識別結(jié)果輸出。最終可以判別音頻數(shù)據(jù)是否異常。所述存儲模塊為連接在ARM9微處理器上的FLASH存儲設(shè)備。所述存儲模塊用于存儲訓(xùn)練形成的音頻特征庫和音頻識別后的結(jié)果，以及操作系統(tǒng)內(nèi)核和文件系統(tǒng)等。所述計算機子系統(tǒng)設(shè)置在變電站主控室，與設(shè)置在巡檢平臺上的音頻檢測子系統(tǒng)通過第一通訊模塊和第二通訊模塊之間可互相通信，所述第一通訊模塊和第二通訊模塊符合802. Iln協(xié)議；計算機子系統(tǒng)及時接收音頻檢測的異常結(jié)果并通過報警模塊進行報警； 同時，可對值班的工作人員或相關(guān)人員進行音頻數(shù)據(jù)的展示，如波形數(shù)據(jù)、子帶特征數(shù)據(jù)， 此任務(wù)由音頻數(shù)據(jù)顯示模塊承擔。采用上述技術(shù)方案進行電力設(shè)備聲音異常檢測的方法，按照下述步驟進行，參見圖2 圖3
(1)啟動電力巡檢機器人；
(2)所述電力巡檢機器人按照指定路線移動至電力設(shè)備巡檢點，觸發(fā)所述音頻采集模塊的啟動端，所述音頻采集模塊采集電力設(shè)備的音頻數(shù)據(jù)；
(3)采用視頻服務(wù)模塊接收音頻采集模塊的音頻數(shù)據(jù)，進行數(shù)字信號壓縮和傳輸；
(4)采用音頻訓(xùn)練與識別模塊進行接收視頻服務(wù)模塊傳輸?shù)囊纛l數(shù)據(jù)并進行音頻數(shù)據(jù)的訓(xùn)練或識別；
首先判斷音頻特征庫中是否存有該設(shè)備的音頻特征數(shù)據(jù)，當存有該設(shè)備的音頻特征時，則不需要進行訓(xùn)練程序，直接進入識別程序，否則進入訓(xùn)練程序。當需要進行訓(xùn)練時，進入訓(xùn)練程序，將正常的變電站設(shè)備運行聲音進行訓(xùn)練，得正常音頻特征庫，存儲于所述存儲模塊中；
當不需要進行訓(xùn)練時，進入識別程序，DSP微處理器先提取當前采集的音頻數(shù)據(jù)的子帶特征，然后將所述子帶特征與存儲在所述存儲模塊中的音頻特征庫進行比對；
(5)所述音頻訓(xùn)練與識別模塊將比對結(jié)果通過所述第一通訊模塊和第二通訊模塊的實時通訊傳輸至計算機主機，當比對結(jié)果異常時，報警模塊發(fā)出警報聲、音頻數(shù)據(jù)顯示音頻的波形數(shù)據(jù)和子帶特征，否則，僅輸出音頻的波形數(shù)據(jù)和子帶特征；
(6)判斷巡檢路線是否全部巡檢完畢，當全部巡檢完畢時，結(jié)束，否則進入步驟(2)。綜上，當機器人移動到變電站設(shè)備旁邊時，機器人會啟動音頻采集模塊，由拾音器以池的采樣率錄制變電站設(shè)備的運行聲音，聲音錄制后，傳入視頻服務(wù)模塊，視頻服務(wù)模塊對該聲音進行編碼和壓縮，形成A率PCM格式的音頻信號。該數(shù)字信號會進入音頻訓(xùn)練和識別模塊。音頻訓(xùn)練和識別模塊具有兩個分支，S卩訓(xùn)練功能和識別功能。當機器人第一次執(zhí)行巡檢任務(wù)之前，機器人啟用訓(xùn)練功能。訓(xùn)練的功能是接收視頻服務(wù)模塊傳送的聲音，提取該聲音的特征，產(chǎn)生音頻特征庫，并將該特征庫和傳送來的聲音一同存放于存儲模塊。訓(xùn)練的功能只需要執(zhí)行一次，就可以產(chǎn)生音頻特征庫，為識別功能做好準備。識別的功能是接收視頻服務(wù)模塊傳送的聲音后，提取待檢測聲音的特征，并從存儲模塊取出事先訓(xùn)練好的聲音特征庫，并將聲音特征庫與待識別聲音的特征進行比對，從而得出比對結(jié)果。若比對結(jié)果為FALSE，說明待檢測聲音是存在異常的，音頻訓(xùn)練和識別模塊與計算機子系統(tǒng)無線通訊， 則報警模塊會啟動報警，同時，音頻數(shù)據(jù)顯示模塊可以將該聲音的一些數(shù)據(jù)和特征進行顯示ο
權(quán)利要求
1.一種用于電力設(shè)備的聲音異常檢測系統(tǒng)，其特征在于所述系統(tǒng)包括音頻檢測子系統(tǒng)和與所述音頻檢測子系統(tǒng)無線通訊的計算機子系統(tǒng)；所述音頻檢測子系統(tǒng)包括音頻采集模塊、視頻服務(wù)模塊、音頻訓(xùn)練與識別模塊、存儲模塊和第一通訊模塊；所述音頻采集模塊的輸出端接視頻服務(wù)模塊的輸入端，所述視頻服務(wù)模塊的輸出端接音頻訓(xùn)練與識別模塊的相應(yīng)輸入端，所述音頻訓(xùn)練與識別模塊的相應(yīng)輸出端接第一通訊模塊的輸入端，所述存儲模塊與音頻訓(xùn)練與識別模塊雙向連接；所述計算機子系統(tǒng)包括裝有基站后臺軟件系統(tǒng)的計算機主機、音頻數(shù)據(jù)顯示模塊、報警模塊和第二通訊模塊；所述第二通訊模塊的輸出端接計算機主機的相應(yīng)輸入端；所述計算機主機的相應(yīng)輸出端分別接音頻數(shù)據(jù)顯示模塊和報警模塊的輸入端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于電力設(shè)備的聲音異常檢測系統(tǒng)，其特征在于還包括巡檢平臺，所述巡檢平臺包括行走機構(gòu)和控制所述行走機構(gòu)的控制模塊；所述音頻檢測子系統(tǒng)設(shè)置在所述巡檢平臺上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于電力設(shè)備的聲音異常檢測系統(tǒng)，其特征在于所述音頻訓(xùn)練與識別模塊由ARM9微處理器和DSP微處理器組成。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于電力設(shè)備的聲音異常檢測系統(tǒng)，其特征在于所述巡檢平臺采用型號為LER-3000的電力巡檢機器人。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于電力設(shè)備的聲音異常檢測系統(tǒng)的檢測方法，其特征在于按照下述步驟進行(1)啟動電力巡檢機器人；(2)所述電力巡檢機器人按照指定路線移動至電力設(shè)備巡檢點，觸發(fā)所述音頻采集模塊的啟動端，音頻采集模塊采集電力設(shè)備的音頻數(shù)據(jù)；(3)采用視頻服務(wù)模塊接收音頻采集模塊的音頻數(shù)據(jù)，進行數(shù)字信號壓縮和傳輸；(4)采用音頻訓(xùn)練與識別模塊進行接收視頻服務(wù)模塊傳輸?shù)囊纛l數(shù)據(jù)并進行音頻數(shù)據(jù)的訓(xùn)練或識別；首先判斷是否進行音頻數(shù)據(jù)的訓(xùn)練，當需要進行訓(xùn)練時，進入訓(xùn)練程序，將正常的變電站設(shè)備運行聲音進行訓(xùn)練，得音頻特征庫，存儲于所述存儲模塊中；當不需要進行訓(xùn)練時，進入識別程序，DSP微處理器先提取當前采集的音頻數(shù)據(jù)的子帶特征，然后將所述子帶特征與存儲在所述存儲模塊中的音頻特征庫進行比對；(5)所述音頻訓(xùn)練與識別模塊將比對結(jié)果通過所述第一通訊模塊和第二通訊模塊的實時通訊傳輸至計算機主機，當比對結(jié)果異常時，報警模塊發(fā)出警報聲、音頻數(shù)據(jù)顯示音頻的波形數(shù)據(jù)和子帶特征，否則，僅輸出音頻的波形數(shù)據(jù)和子帶特征；(6)判斷巡檢路線是否全部巡檢完畢，當巡檢完畢時，結(jié)束；否則進入步驟(2)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于電力設(shè)備的聲音異常檢測方法，其特征在于步驟(3)中所述訓(xùn)練程序通過VQ算法對正常的變電站設(shè)備運行聲音進行訓(xùn)練。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于電力設(shè)備的聲音異常檢測系統(tǒng)及檢測方法，所述系統(tǒng)包括巡檢平臺、設(shè)置在所述巡檢平臺上的音頻檢測子系統(tǒng)和與所述音頻檢測子系統(tǒng)無線通訊的計算機子系統(tǒng)；所述巡檢平臺包括行走機構(gòu)和控制所述行走機構(gòu)的控制模塊；所述音頻檢測子系統(tǒng)包括音頻采集模塊、視頻服務(wù)模塊、音頻訓(xùn)練與識別模塊和存儲模塊；所述音頻采集模塊的輸出端接所述視頻服務(wù)模塊的輸入端，所述視頻服務(wù)模塊的輸出端接音頻訓(xùn)練與識別模塊的相應(yīng)輸入端，所述音頻訓(xùn)練與識別模塊和存儲模塊雙向連接；所述計算機子系統(tǒng)包括裝有基站后臺軟件系統(tǒng)的主機、音頻數(shù)據(jù)顯示模塊和報警模塊。采用本發(fā)明檢測靈活、成本較低、可靠性高。
文檔編號G01H17/00GK102322943SQ20111015750
公開日2012年1月18日 申請日期2011年6月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月13日
發(fā)明者付煒平, 劉瑤林, 宋彥軍, 張寧, 張玉亮, 施鳳祥, 李麗, 李健, 武建華, 王萬國, 胡偉濤, 趙京武 申請人:山東魯能智能技術(shù)有限公司, 河北省電力公司超高壓輸變電分公司