本發(fā)明涉及終端安全智能監(jiān)測，具體涉及一種基于物聯(lián)網(wǎng)的終端安全智能監(jiān)測系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

1、基于物聯(lián)網(wǎng)的終端安全智能監(jiān)測是指通過傳感器和通信設(shè)備將終端設(shè)備（如列車的變頻軸流風(fēng)機(jī)）連接到物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，實(shí)時(shí)采集設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)（如溫度、振動(dòng)、轉(zhuǎn)速等），并利用智能算法進(jìn)行數(shù)據(jù)分析與處理，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控、故障預(yù)警和維護(hù)建議。對(duì)于列車的變頻軸流風(fēng)機(jī)來說，物聯(lián)網(wǎng)智能監(jiān)測可以實(shí)時(shí)監(jiān)控其工作狀況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在故障，優(yōu)化風(fēng)機(jī)運(yùn)行參數(shù)，減少人工巡檢，提高設(shè)備的可靠性與安全性，從而確保列車通風(fēng)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

2、列車變頻軸流風(fēng)機(jī)是一種專門用于列車通風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)備，它采用變頻技術(shù)來調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，以適應(yīng)不同的通風(fēng)需求。這種風(fēng)機(jī)通過改變電機(jī)頻率來控制風(fēng)量和風(fēng)壓，實(shí)現(xiàn)節(jié)能和高效運(yùn)行。軸流風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)使空氣沿軸向流動(dòng)，具有結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、噪音低等優(yōu)點(diǎn)。其主要應(yīng)用于列車的空調(diào)系統(tǒng)、車廂通風(fēng)以及電子設(shè)備的散熱等方面。變頻控制不僅能夠提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，還能延長設(shè)備的使用壽命，減少維護(hù)成本，提高乘客的舒適度和安全性。

3、絕緣柵雙極型晶體管（igbt）是變頻器中的關(guān)鍵功率開關(guān)器件，其作用是在整流和逆變過程中高效地切換電流。igbt結(jié)合了雙極型晶體管的高電流密度和絕緣柵場效應(yīng)晶體管（mosfet）的高輸入阻抗特性，能夠在高電壓和高電流下快速開關(guān)，控制變頻器輸出的交流電頻率和電壓，從而精確調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和扭矩，實(shí)現(xiàn)高效的頻率轉(zhuǎn)換和電能傳輸。

4、現(xiàn)有技術(shù)存在以下不足：

5、列車變頻軸流風(fēng)機(jī)采用變頻技術(shù)來調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的過程中，若絕緣柵雙極型晶體管將整流后的直流電轉(zhuǎn)換為所需頻率交流電時(shí)存在潛在的異常，導(dǎo)致變頻器無法進(jìn)行高效的頻率轉(zhuǎn)換時(shí)，現(xiàn)有技術(shù)通常無法智能化識(shí)別該潛在異常，變頻器無法高效地進(jìn)行頻率轉(zhuǎn)換可能導(dǎo)致風(fēng)機(jī)無法根據(jù)通風(fēng)需求調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，當(dāng)出現(xiàn)此情況時(shí)，將嚴(yán)重影響列車內(nèi)的通風(fēng)和空調(diào)系統(tǒng)，降低乘客的舒適度。

6、在所述背景技術(shù)部分公開的上述信息僅用于加強(qiáng)對(duì)本公開的背景的理解，因此它可以包括不構(gòu)成對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的現(xiàn)有技術(shù)的信息。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種基于物聯(lián)網(wǎng)的終端安全智能監(jiān)測系統(tǒng)及方法，利用深度學(xué)習(xí)模型對(duì)實(shí)時(shí)獲取的轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)進(jìn)行特征提取和異常分析，精確識(shí)別變頻器在頻率轉(zhuǎn)換過程中的潛在異常，解決了無法智能化識(shí)別異常的缺陷，確保及時(shí)處理異常，防止風(fēng)機(jī)影響列車通風(fēng)和空調(diào)系統(tǒng)，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性和乘客舒適度。通過比對(duì)實(shí)際頻率轉(zhuǎn)換曲線與預(yù)期頻率曲線，生成預(yù)期偏差指數(shù)，系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)分析并提供維護(hù)導(dǎo)向，確保及時(shí)準(zhǔn)確的異常維護(hù)，減少故障和停機(jī)時(shí)間，提升變頻器效率和壽命，保障列車系統(tǒng)正常運(yùn)行，提升運(yùn)營效率和乘客滿意度，以解決上述背景技術(shù)中的問題。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種基于物聯(lián)網(wǎng)的終端安全智能監(jiān)測方法，包括以下步驟：

3、在變頻器運(yùn)行過程中，實(shí)時(shí)獲取整流后的直流電進(jìn)入逆變器后通過絕緣柵雙極型晶體管轉(zhuǎn)換為所需頻率交流電的轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)；

4、對(duì)轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)進(jìn)行提取特征，并對(duì)提取的特征進(jìn)行異常分析，將經(jīng)過異常分析后的特征數(shù)據(jù)輸入到預(yù)先訓(xùn)練好的深度學(xué)習(xí)模型中，利用深度學(xué)習(xí)模型對(duì)直流電轉(zhuǎn)換為所需頻率交流電的過程進(jìn)行評(píng)估，識(shí)別出潛在的異常情況；

5、識(shí)別出潛在異常后，獲取一段時(shí)間內(nèi)變頻器進(jìn)行頻率轉(zhuǎn)換時(shí)的實(shí)際頻率轉(zhuǎn)換曲線，同時(shí)獲取相同時(shí)段內(nèi)變頻軸流風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)所需的預(yù)期頻率曲線；

6、將實(shí)際頻率轉(zhuǎn)換曲線與預(yù)期頻率曲線進(jìn)行比對(duì)分析，對(duì)變頻器在頻率轉(zhuǎn)換過程中存在的偏差和異常進(jìn)行實(shí)時(shí)分析；

7、根據(jù)比對(duì)分析的結(jié)果為直流電轉(zhuǎn)換為所需頻率交流電時(shí)的異常過程提供維護(hù)導(dǎo)向，及時(shí)進(jìn)行異常維護(hù)。

8、優(yōu)選的，對(duì)轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)進(jìn)行提取特征，提取的特征包括交流電中的電路諧波和絕緣柵雙極型晶體管的開關(guān)時(shí)長，對(duì)交流電中的電路諧波和絕緣柵雙極型晶體管的開關(guān)時(shí)長分別進(jìn)行異常分析后，生成諧波失真參考值和開關(guān)時(shí)間差異參考值，將經(jīng)過異常分析后的諧波失真參考值和開關(guān)時(shí)間差異參考值輸入到預(yù)先訓(xùn)練好的深度學(xué)習(xí)模型中，生成交流轉(zhuǎn)換系數(shù)，通過交流轉(zhuǎn)換系數(shù)對(duì)直流電轉(zhuǎn)換為所需頻率交流電的過程進(jìn)行評(píng)估，識(shí)別出潛在的轉(zhuǎn)換異常情況。

9、優(yōu)選的，對(duì)交流電中的電路諧波進(jìn)行異常分析后，生成諧波失真參考值的步驟如下：

10、在檢測窗口內(nèi)，對(duì)交流電波形進(jìn)行高頻采樣，獲取一組離散數(shù)據(jù)點(diǎn)，將采樣信號(hào)表示為，其中n=1、2、3、4、……、n-1，n為正整數(shù)；

11、計(jì)算原始交流電信號(hào)的均方根值，計(jì)算的表達(dá)式為：，式中，表示原始交流電信號(hào)的均方根值；

12、使用帶通濾波器組分離出不同頻率的諧波成分，將第k次諧波分量的采樣值用進(jìn)行表示；

13、計(jì)算每個(gè)諧波分量的均方根值，計(jì)算的表達(dá)式為：，式中，表示第k次諧波的均方根值，k表示諧波的次數(shù)或階數(shù)；

14、計(jì)算總諧波失真，計(jì)算的表達(dá)式為：，其中，為基波成分，k為考慮的諧波次數(shù)上限，為總諧波失真；

15、計(jì)算諧波失真參考值，計(jì)算的表達(dá)式為：，式中，表示諧波失真參考值，表示加權(quán)總諧波失真，計(jì)算的表達(dá)式為：，其中，表示權(quán)重函數(shù)，。

16、優(yōu)選的，對(duì)交流電中絕緣柵雙極型晶體管的開關(guān)時(shí)長進(jìn)行異常分析后，生成開關(guān)時(shí)間差異參考值的步驟如下：

17、在檢測窗口內(nèi)，實(shí)時(shí)采集絕緣柵雙極型晶體管的開關(guān)時(shí)長數(shù)據(jù)，包括上升時(shí)間、下降時(shí)間、導(dǎo)通延遲時(shí)間和關(guān)斷延遲時(shí)間；

18、利用中位數(shù)絕對(duì)偏差來去除異常值，具體公式為：，其中，為采集的開關(guān)時(shí)長數(shù)據(jù)，異常值的判斷標(biāo)準(zhǔn)為：，對(duì)于滿足此條件的，認(rèn)定是異常值，并從數(shù)據(jù)集中去除，其中，表示判斷異常值時(shí)設(shè)定的閾值；

19、采用短時(shí)傅里葉變換來分析開關(guān)時(shí)長的時(shí)變特性，提取瞬時(shí)頻率和幅度變化，設(shè)為開關(guān)時(shí)長信號(hào)，則短時(shí)傅里葉變換的表達(dá)式為，其中，表示在時(shí)間t和頻率f上的信號(hào)的傅里葉變換結(jié)果，具體解釋為是信號(hào)在特定時(shí)間窗口內(nèi)的頻譜表示，即在某個(gè)時(shí)間t上，不同頻率成分f的幅度和相位信息，是一個(gè)窗函數(shù)，用于在時(shí)間t處截取信號(hào)的一小段，是原始信號(hào)，是復(fù)指數(shù)函數(shù)，用于對(duì)信號(hào)進(jìn)行傅里葉變換，j是虛數(shù)單位；

20、從短時(shí)傅里葉變換結(jié)果中提取特征，包括瞬時(shí)頻率偏移和幅度變化，定義瞬時(shí)頻率偏移和幅度變化為：，，表示在時(shí)間t上，信號(hào)經(jīng)過短時(shí)傅里葉變換處理后，在頻率f處的幅度，表示在時(shí)間點(diǎn)t-1，信號(hào)經(jīng)過短時(shí)傅里葉變換處理后，在頻率f處的幅度；

21、利用特征熵來計(jì)算開關(guān)時(shí)間差異不確定指數(shù)，特征熵表示系統(tǒng)狀態(tài)的不確定性，設(shè)為瞬時(shí)頻率偏移和幅度變化的概率分布，則特征熵h的計(jì)算表達(dá)式為：；

22、綜合特征熵h、瞬時(shí)頻率偏移以及幅度變化，計(jì)算開關(guān)時(shí)間差異參考值，計(jì)算的表達(dá)式為：，式中，表示開關(guān)時(shí)間差異參考值，表示對(duì)瞬時(shí)頻率偏移在檢測窗口內(nèi)上求和的結(jié)果，表示對(duì)幅度變化在檢測窗口內(nèi)上求和的結(jié)果，、、分別為h、、的權(quán)重系數(shù)，且滿足。

23、優(yōu)選的，在檢測窗口內(nèi)，將整流后的直流電進(jìn)入逆變器后通過絕緣柵雙極型晶體管轉(zhuǎn)換為所需頻率交流電時(shí)生成的交流轉(zhuǎn)換系數(shù)與預(yù)先設(shè)定的交流轉(zhuǎn)換系數(shù)參考閾值進(jìn)行比對(duì)分析，比對(duì)分析的結(jié)果如下：

24、若交流轉(zhuǎn)換系數(shù)大于等于交流轉(zhuǎn)換系數(shù)參考閾值，則生成潛在異常信號(hào)；

25、若交流轉(zhuǎn)換系數(shù)小于交流轉(zhuǎn)換系數(shù)參考閾值，則生成正常轉(zhuǎn)換信號(hào)。

26、優(yōu)選的，將實(shí)際頻率轉(zhuǎn)換曲線與預(yù)期頻率曲線進(jìn)行比對(duì)分析，生成預(yù)期偏差指數(shù)，具體的步驟如下：

27、獲取實(shí)際頻率轉(zhuǎn)換曲線和預(yù)期頻率曲線，將實(shí)際頻率轉(zhuǎn)換曲線用表示，將預(yù)期頻率曲線用表示，，，其中，和分別表示在相同時(shí)間點(diǎn)上的實(shí)際和預(yù)期頻率值，m為采樣點(diǎn)數(shù)量，u表示時(shí)間點(diǎn)的索引；

28、對(duì)頻率數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理，歸一化處理的公式為：，，其中，和分別是歸一化后的實(shí)際頻率值和預(yù)期頻率值，表示實(shí)際頻率轉(zhuǎn)換曲線中的最小值，表示實(shí)際頻率轉(zhuǎn)換曲線中的最大值，同理，表示預(yù)期頻率曲線中的最小值，表示預(yù)期頻率曲線中的最大值；

29、計(jì)算實(shí)際頻率轉(zhuǎn)換曲線與預(yù)期頻率曲線的余弦相似度，計(jì)算的表達(dá)式為：，式中，為余弦相似度，值域?yàn)閇-1，1]；

30、計(jì)算預(yù)期偏差指數(shù)，計(jì)算的表達(dá)式為：，式中，表示預(yù)期偏差指數(shù)。

31、優(yōu)選的，將實(shí)際頻率轉(zhuǎn)換曲線與預(yù)期頻率曲線進(jìn)行比對(duì)分析生成的預(yù)期偏差指數(shù)與預(yù)先設(shè)定的預(yù)期偏差指數(shù)參考閾值進(jìn)行比對(duì)分析，比對(duì)分析的結(jié)果如下：

32、若預(yù)期偏差指數(shù)大于等于預(yù)期偏差指數(shù)參考閾值，則生成偏差信號(hào)，表明實(shí)際頻率轉(zhuǎn)換曲線與預(yù)期頻率曲線之間存在超過允許范圍內(nèi)的偏差，需要及時(shí)進(jìn)行處理；

33、若預(yù)期偏差指數(shù)小于預(yù)期偏差指數(shù)參考閾值，則生成預(yù)期符合信號(hào)，表明實(shí)際頻率轉(zhuǎn)換曲線與預(yù)期頻率曲線之間的偏差在允許的范圍內(nèi)，不需要進(jìn)行處理。

34、一種基于物聯(lián)網(wǎng)的終端安全智能監(jiān)測系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)采集模塊、特征提取與異常檢測模塊、頻率曲線獲取模塊、比對(duì)與偏差分析模塊以及維護(hù)指導(dǎo)模塊；

35、數(shù)據(jù)采集模塊，在變頻器運(yùn)行過程中，實(shí)時(shí)獲取整流后的直流電進(jìn)入逆變器后通過絕緣柵雙極型晶體管轉(zhuǎn)換為所需頻率交流電的轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)；

36、特征提取與異常檢測模塊，對(duì)轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)進(jìn)行提取特征，并對(duì)提取的特征進(jìn)行異常分析，將經(jīng)過異常分析后的特征數(shù)據(jù)輸入到預(yù)先訓(xùn)練好的深度學(xué)習(xí)模型中，利用深度學(xué)習(xí)模型對(duì)直流電轉(zhuǎn)換為所需頻率交流電的過程進(jìn)行評(píng)估，識(shí)別出潛在的異常情況；

37、頻率曲線獲取模塊，識(shí)別出潛在異常后，獲取一段時(shí)間內(nèi)變頻器進(jìn)行頻率轉(zhuǎn)換時(shí)的實(shí)際頻率轉(zhuǎn)換曲線，同時(shí)獲取相同時(shí)段內(nèi)變頻軸流風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)所需的預(yù)期頻率曲線；

38、比對(duì)與偏差分析模塊，將實(shí)際頻率轉(zhuǎn)換曲線與預(yù)期頻率曲線進(jìn)行比對(duì)分析，對(duì)變頻器在頻率轉(zhuǎn)換過程中存在的偏差和異常進(jìn)行實(shí)時(shí)分析；

39、維護(hù)指導(dǎo)模塊，根據(jù)比對(duì)分析的結(jié)果為直流電轉(zhuǎn)換為所需頻率交流電時(shí)的異常過程提供維護(hù)導(dǎo)向，及時(shí)進(jìn)行異常維護(hù)。

40、在上述技術(shù)方案中，本發(fā)明提供的技術(shù)效果和優(yōu)點(diǎn)：

41、本發(fā)明利用深度學(xué)習(xí)模型對(duì)實(shí)時(shí)獲取的轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)進(jìn)行特征提取和異常分析，精確識(shí)別變頻器在頻率轉(zhuǎn)換過程中的潛在異常情況，解決了現(xiàn)有技術(shù)中無法智能化識(shí)別潛在異常的缺陷，確保變頻器在運(yùn)行過程中能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理異常情況，防止風(fēng)機(jī)因無法調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速而影響列車內(nèi)的通風(fēng)和空調(diào)系統(tǒng)，從而提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和乘客的舒適度。

42、本發(fā)明在識(shí)別出潛在異常后，通過獲取和比對(duì)實(shí)際頻率轉(zhuǎn)換曲線與預(yù)期頻率曲線，生成預(yù)期偏差指數(shù)，并將其與預(yù)期偏差指數(shù)參考閾值進(jìn)行比對(duì)，系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)分析變頻器在頻率轉(zhuǎn)換過程中存在的偏差和異常，根據(jù)比對(duì)結(jié)果，為直流電轉(zhuǎn)換為所需頻率交流電的異常過程提供維護(hù)導(dǎo)向，確保及時(shí)、準(zhǔn)確地進(jìn)行異常維護(hù)，通過這種精準(zhǔn)維護(hù)，系統(tǒng)能夠有效預(yù)防故障的發(fā)生，減少停機(jī)時(shí)間和維修成本，提升變頻器的運(yùn)行效率和壽命，當(dāng)出現(xiàn)預(yù)期符合信號(hào)時(shí)，系統(tǒng)提示維護(hù)成功，確保維護(hù)過程的有效性和可靠性，進(jìn)一步保障列車通風(fēng)和空調(diào)系統(tǒng)的正常運(yùn)行，提升整體運(yùn)營效率和乘客滿意度。