[發明專利]基于音頻的電纜隧道監測方法及系統

在審

• 申請號: 202010399900.3
• 申請日: 2020-05-12
• 公開（公告）號: CN111540347A
• 公開（公告）日: 2020-08-14
• 發明（設計）人: 李洪磊;耿一丁;劉孟偉;衣蘭曉;武繼軍;溫飛;趙凱;薛欣科;朱文;徐明磊
• 申請（專利權）人: 山東科華電力技術有限公司
• 主分類號: G10L15/14
• 分類號: G10L15/14;G10L25/18;G10L25/27;G10L25/48;G01H17/00
• 代理公司: 濟南誠智商標專利事務所有限公司 37105
• 代理人: 李修杰

1.一種基于音頻的電纜隧道監測方法，其特征是，包括以下步驟：

S1，采集電纜隧道內的音頻；

S2，對采集的音頻信號進行處理；

S3，對采集的音頻信號提取特征值；

S4，根據提取的特征進行故障識別；

S5，對故障進行定位。

2.根據權利要求1所述的基于音頻的電纜隧道監測方法，其特征是，在步驟S1中，采用電容測試麥克風采集電纜隧道內的音頻，電容測試麥克風有多個，多個電容測試麥克風設置在電纜隧道內各個檢測點，并構成麥克風矩陣。

3.根據權利要求1所述的基于音頻的電纜隧道監測方法，其特征是，所述步驟S2具體為：

對采集的聲音信號進行兩級同相比例放大處理；

對放大處理后的聲音信號進行濾波處理；

對濾波處理后的聲音信號進行采樣處理。

4.根據權利要求1所述的基于音頻的電纜隧道監測方法，其特征是，所述步驟S3具體為：

音頻信號S(n)進行預處理得到每個音頻幀的時域信號X(n)，并將時域信號經過FFT處理后得到線性頻譜X(k)。

對線性頻譜X(k)幅度進行平方運算，所得結果為能量譜；對能量譜進行帶通濾波。

帶通濾波器的傳遞函數為：

每個濾波器組所輸出的對數能量計算公式為：

經過DCT變換得到語音特征參數MFCC：

5.根據權利要求1所述的基于音頻的電纜隧道監測方法，其特征是，所述步驟S4具體為：

提取的特征為一組隨機向量序列O＝o₁o₂,…o_T；

通過矢量量化的方法將向量O＝o₁o₂,…o_T調整為隱馬爾可夫模型中需要輸入的觀察序列，對該序列通過隱馬爾可夫模型訓練算法得到各個不同聲音信號的隱馬爾可夫模型，形成故障模型庫；

輸入待識別的故障聲音信號，仍然通過前面的方法得到O＝o₁o₂,…o_T，然后計算每個隱馬爾可夫模型的輸出概率P(O|M)，P(O|M)最大的隱馬爾可夫模型對應的數字類型就是識別結果。

6.根據權利要求5所述的基于音頻的電纜隧道監測方法，其特征是，所述隱馬爾可夫模型訓練算法，具體為：

隱含馬爾可夫模型用M＝{S,O,A,B,π,F}來描述，其中S為HMM中所有狀態的集合，O為輸出的觀察值符號的集合，A＝{A_ij|i,j＝1,2,....,N}，B是輸出觀察值概率的集合，π是指系統初始狀態概率的集合，F為系統終止狀態的集合；

將同一類的音頻進行分段，截取的不同類型的音頻長度為20幀到500幀；

隨意設定π、A、B初值，根據Viterbi算法就可以得到音頻的隱狀態，根據估計出的隱狀態和觀察值計算每個狀態出現各個觀察值的概率，得到B的初值。

7.根據權利要求1所述的基于音頻的電纜隧道監測方法，其特征是，所述步驟S4具體為：根據音頻聲源到音頻采集設備的時間差計算聲源的具體位置。

8.根據權利要求7所述的基于音頻的電纜隧道監測方法，其特征是，所述根據音頻聲源到音頻采集設備的時間差計算聲源的具體位置，具體為：

設四元陣的音頻采集設備坐標為M1(d/2,0,0),M2(0,d/2,0),M3(-d/2,0,0),M4(0,-d/2,0)，M1,、M2,M3,M4分別為音頻采集設備陣元，聲源坐標為(x,y,z),聲源到坐標原點的距離為r,仰角為θ，方位角為φ，d為陣元間距；

相對于M1,聲源到達陣元M2,M3,M4的時延為τ₂₁，τ₃₁，τ₄₁,聲源到M2,M3,M4的聲差分別為d21、d31、d41，根據下列方程組求解聲源的位置：

求解得到聲源位置為：