[發明專利]一種天然氣站場設備運行智能監測方法及系統

有效

• 申請號: 202110614999.9
• 申請日: 2021-06-02
• 公開（公告）號: CN113409814B
• 公開（公告）日: 2022-09-20
• 發明（設計）人: 曹永樂;李洪烈;李想;劉軍峰;李成;彭太翀;王磊;袁曉駿;李明耀;管文涌;葉國元;董安春
• 申請（專利權）人: 國家石油天然氣管網集團有限公司西氣東輸分公司
• 主分類號: G10L25/24
• 分類號: G10L25/24;G10L21/0232;G01H17/00
• 代理公司: 武漢知產時代知識產權代理有限公司 42238
• 代理人: 金慧君

1.一種天然氣站場設備運行智能監測方法，其特征在于：包括以下步驟：

S1、用聲陣列采集天然氣站場設備運行狀態的音頻信號，聲陣列包括傳聲器、攝像頭、數據采集卡；其中，陣列平面上的多個傳聲器呈多臂螺旋形狀，用于接收設備音頻；攝像頭的接收方向和陣列平面的接收方向相同，用于拍攝現場圖像；數據采集卡通過信號線與各傳聲器相連，用于對各通道音頻進行同步采樣；

S2、對陣列各通道音頻進行離群點檢測，以篩除異常音頻及其對應陣元；

S3、使用延時-求和波束形成算法進行音頻成像并獲取目標設備的音頻頻譜；

S4、從波束形成的頻譜中提取梅爾倒譜特征并進行標準化處理，輸入到預訓練好的天然氣站場設備狀態分類模型中診斷設備狀態；

步驟S3中，延時-求和波束形成算法對各通道信號進行延時，然后再同相相加，計算公式如下：

其中，E為陣元數量，x_i(t)為第i個陣元接收到的信號，τ_i為x_i(t)對應的時延補償，為陣列流形矩陣，H表示向量或矩陣的共軛轉置，x(t)為接收信號向量；

進一步地，由不同的空間角掃描空間，得到與空間角相關的信號功率譜，計算公式如下：

其中，R為接收信號的協方差矩陣；

進一步地，設目標設備到陣列中心的距離為D，將空間角轉化為陣列平面上的坐標(x_c,y_c)，計算公式如下：

根據不同坐標(x_c,y_c)處的功率譜強度來繪制顏色圖，與現場圖像疊加后得到音頻成像結果；

進一步地，由功率譜波峰處的空間角得到其對應的陣列流行矩陣對各通道信號X(ω)進行延時疊加，獲取目標設備的音頻頻譜，計算公式如下：

2.根據權利要求1所述的一種天然氣站場設備運行智能監測方法，其特征在于：步驟S2包括以下步驟：

S21、從各通道音頻中提取梅爾倒譜特征，過程如下：

對音頻進行分幀處理后計算每幀音頻的功率譜，將梅爾濾波器組應用于功率譜，計算濾波器的能量和并取對數，計算公式如下：

其中，S_i(k)為第i幀音頻的功率譜，B_m(k)為第m個三角濾波器的頻率響應，頻帶范圍為[f_m-1,f_m+1]，隨m值的增大而增寬；

進一步地，應用離散余弦變換對濾波器組系數做去相關處理，計算公式如下：

其中，M為濾波器個數，L為梅爾倒譜系數階數；

進一步地，為了獲取幀之間的動態變化信息，計算一階差分MFCC，計算公式如下：

其中，d_t為根據第t-N幀到第t+N幀音頻的MFCC計算得到的第t幀音頻的MFCC一階差分，N取2；

進一步地，取各幀音頻的MFCC和一階差分MFCC的平均值，組成特征向量；

S22、通過局部異常因子算法計算各特征向量的異常得分；

計算點p的局部可達密度，計算公式如下：

其中，N_k(p)為與點p的距離不大于點p的第k距離k-distance(p)的所有點，reach-dist(p,o)＝max{k-distance(o),d(p,o)}為點p相對于點o的可達距離；

進一步地，計算點p的LOF值，計算公式如下：

S23、篩除異常得分高于設定閾值的音頻及其對應陣元；

由LOF算法可計算得到各特征向量的異常得分，若得分大于異常閾值則被認為是離群點，篩除異常音頻及其對應陣元以排除少數離群點的干擾，增強波束形成算法的魯棒性，降低波束形成的音頻中的噪聲。