[發(fā)明專利]基于空-時-頻特征金字塔網(wǎng)絡(luò)的模式識別系統(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210546670.8
• 申請日: 2022-05-18
• 公開（公告）號: CN114881085A
• 公開（公告）日: 2022-08-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 孫琪真;賀韜;張世雄;肖凱;曾志超;楊子蘊(yùn);閆志君;劉德明
• 申請（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類號: G06K9/00
• 分類號: G06K9/00;G06K9/62;G06N3/04
• 代理公司: 華中科技大學(xué)專利中心 42201
• 代理人: 徐美琳

1.基于空-時-頻特征金字塔網(wǎng)絡(luò)的模式識別系統(tǒng)，其特征在于，包括依次相連的聲波振動數(shù)據(jù)探測模塊、相鄰多道空-時-頻三維特征圖融合模塊、多幀空-時-頻三維特征金字塔網(wǎng)絡(luò)模塊、Bi-LSTM網(wǎng)絡(luò)模塊以及模式識別模塊；

所述聲波振動數(shù)據(jù)探測模塊用于獲取每個傳感道探測的外界聲波振動信號波形數(shù)據(jù)，得到相鄰多道的時頻二維圖；

所述相鄰多道空-時-頻三維特征圖融合模塊將相鄰多道的時頻二維圖融合成空-時-頻三維特征圖，并且按時間順序?qū)⑾噜彾嗟赖目?時-頻三維特征圖切分為多幀空-時-頻三維特征圖；

所述多幀空-時-頻三維特征金字塔網(wǎng)絡(luò)模塊用于依次提取出每一幀的空-時-頻三維特征信息參量；

所述Bi-LSTM網(wǎng)絡(luò)模塊用于挖掘所述多幀空-時-頻三維特征信息參量的時序關(guān)聯(lián)性特征信息；

所述模式識別模塊用于根據(jù)挖掘后的時序特征信息對外界振動源進(jìn)行模式識別。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述聲波振動數(shù)據(jù)探測模塊用于利用光纖分布式聲波振動傳感技術(shù)獲取光纜中各個傳感道所對應(yīng)的外界聲波振動信號，計算出各個傳感道所對應(yīng)的外界聲波振動信號的時域能量值ST_i和頻率能量值SF_i，篩選出時域能量值和頻域能量值均超過設(shè)定閾值所對應(yīng)的傳感道，然后選取出與該傳感道相鄰近的m個傳感道，通過短時傅里葉變換依次獲得這m個傳感道所探測到的聲波信號的時頻二維特征圖。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述相鄰多道空-時-頻三維特征圖融合模塊用于對m個相鄰道的時頻二維圖進(jìn)行頻譜分析，獲取信號對應(yīng)的主頻帶特征信息，保留每個時頻二維圖中信號對應(yīng)的主頻帶特征信息，去除其他噪聲頻帶；

將m個處理后的時頻二維圖按實際傳感道的空間分布順序進(jìn)行拼接，組成具有三維特征信息的空-時-頻特征圖；

設(shè)置參數(shù)n，該參數(shù)為一段時間T內(nèi)的空-時-頻三維特征圖所切分的幀數(shù)，按時間順序?qū)⒖?時-頻三維特征圖切分為n幀特征圖，每一幀三維特征圖包括m個相鄰傳感道分布的空間信息以及T/n的時間段內(nèi)的信號主頻帶能量分布特征信息。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述多幀空-時-頻三維特征金字塔網(wǎng)絡(luò)模塊包括自底向上卷積子網(wǎng)絡(luò)模塊、橫向卷積相加子網(wǎng)絡(luò)模塊、自頂向下上采樣子網(wǎng)絡(luò)模塊以及橫向卷積連接子網(wǎng)絡(luò)模塊；所述自底向上卷積子網(wǎng)絡(luò)模塊用于利用Conv1卷積層和Maxpool1池化層將單通道的空-時-頻三維特征圖卷積成多通道的空-時-頻三維特征圖，然后依次經(jīng)過k個Bottleneck層得到k個不同尺度大小的特征信息C₁、C₂、…、C_k，其中所述k個Bottleneck層具有相同的框架結(jié)構(gòu)，但其卷積核的通道數(shù)均不同，每個Bottleneck層里有兩條并行的路線，其中左邊一條路線會對輸入先做1*1卷積，再經(jīng)過批量歸一化層將輸入的數(shù)據(jù)歸一化至均值為0、方差為1，利用ReLU激活函數(shù)進(jìn)行輸出，輸出后的數(shù)據(jù)再做3*3卷積，同樣再經(jīng)過BN層由ReLU激活函數(shù)輸出，輸出后的數(shù)據(jù)再做1*1卷積增加其通道數(shù)，通道數(shù)增加后的數(shù)據(jù)再通過BN層進(jìn)行歸一化處理，而另一條路徑直接對輸入數(shù)據(jù)做1*1卷積增加其通道數(shù)，然后再經(jīng)BN層進(jìn)行歸一化處理，最后將這兩條線路中具有相同通道數(shù)的輸出相加，并通過ReLU激活函數(shù)作為整個Bottleneck層的輸出。

5.根據(jù)權(quán)利要求4中所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述橫向卷積相加子網(wǎng)絡(luò)模塊用于利用1*1卷積依次對k個不同尺度大小的特征信息C₁、C₂、…、C_k進(jìn)行卷積操作并保留其空間尺寸下全部特征信息，經(jīng)1*1卷積后的數(shù)據(jù)再與自頂向下上采樣子網(wǎng)絡(luò)模塊中輸出的數(shù)據(jù)進(jìn)行相加操作。