一种设备运行异常检测方法及装置与流程

本发明涉及设备噪声检测，尤其涉及一种设备运行异常检测方法及设备运行异常检测装置。

背景技术：

1、由于工业设备例如皮带托辊等所处环境较为复杂恶劣，周遭环境的噪声极大，在对工业设备进行异常检测时需要先进行除噪处理，现有技术中通常采用传统谱减法进行除噪，但传统谱减法除噪无法准确清晰地处理指定频率的外部噪音，也就无法精准提取工业设备的异常运行声音，在普通的能量谱或功率谱中会存在噪声残留或者将原有声音过度裁剪的问题，造成被检测声音的失真与波形的失真，进而无法很好地还原原声效果，导致工业设备异常检测的结果准确度较低。

2、且由于工业设备变化速度较为快速，现有技术中通过传统傅里叶变换对波形进行变换分析进行异常检测的方式也存在较大问题，具体体现在：

3、(1)在面对平稳的信号而言，传统傅里叶变换能够清晰地显示信号的频率，但当信号是非平稳信号时，传统傅里叶变换就无法清晰显示信号的频率，而工业设备运行异常检测正是通过对非平稳信号进行分析获得异常判断结果；

4、(2)传统傅里叶变换无法结合时间和频率对工业设备除噪后的声音数据进行异常检测，传统傅里叶变换是一种全局的变换，要么完全在时域进行信号的处理，要么完全在频域进行信号的处理，无法表述信号的时频局部性质，而时频局部性质是非平稳信号最基本、最关键的性质，从而使得工业设备异常检测的准确率不高。

5、因此，提供一种准确率较高的工业设备运行异常检测方法成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、本发明提供了一种设备运行异常检测方法及设备运行异常检测装置，解决相关技术中存在的设备运行异常检测的结果准确度较低等问题。

2、作为本发明的第一个方面，提供一种设备运行异常检测方法，包括：

3、获取目标设备的经过降噪增益处理后得到的正常运行声音数据以及经过降噪增益处理后得到的日常运行声音数据；

4、分别对正常运行声音数据以及日常运行声音数据进行信号变换，获得正常运行声音数据对应的时频图和频谱图以及日常运行声音数据对应的时频图和频谱图；

5、根据日常运行声音数据对应的时频图与正常运行声音数据对应的时频图进行对比计算获得时频图密度对比结果，以及根据日常运行声音数据对应的频谱图与正常运行声音数据对应的频谱图进行对比计算获得频谱图能量对比结果；

6、根据时频图密度对比结果和频谱图能量对比结果判断目标设备日常运行是否存在异常数据；

7、若存在异常数据，根据异常数据获得目标设备的运行检测结果。

8、进一步地，分别对正常运行声音数据以及日常运行声音数据进行信号变换获得正常运行声音数据对应的时频图和频谱图以及日常运行声音数据对应的时频图和频谱图，包括：

9、通过希尔伯特-黄变换对正常运行声音数据进行信号变换获得正常运行声音数据对应的时频图和频谱图；

10、通过希尔伯特-黄变换对日常运行声音数据进行信号变换获得日常运行声音数据对应的时频图和频谱图。

11、进一步地，根据日常运行声音数据对应的时频图与正常运行声音数据对应的时频图进行对比计算获得时频图密度对比结果，以及根据日常运行声音数据对应的频谱图与正常运行声音数据对应的频谱图进行对比计算获得频谱图能量对比结果，包括：

12、根据同一时间的单帧日常运行声音数据的频率密度和单帧正常运行声音数据的频率密度进行对比计算获得时频图密度对比结果；

13、根据时频图密度对比结果判断目标设备日常运行是否存在嫌疑异常数据；

14、若存在嫌疑异常数据，则根据日常运行声音数据对应的频谱图与正常运行声音数据对应的频谱图进行对比计算获得嫌疑异常数据的频谱图能量对比结果。

15、进一步地，根据时频图密度对比结果判断目标设备日常运行是否存在嫌疑异常数据，包括：

16、判断时频图密度对比结果是否在预设密度对比结果范围内；

17、若时频图密度对比结果在预设密度对比结果范围内，则标记单帧日常运行声音数据为嫌疑异常数据。

18、进一步地，若存在嫌疑异常数据，则根据日常运行声音数据对应的频谱图与正常运行声音数据对应的频谱图进行对比计算获得嫌疑异常数据的频谱图能量对比结果，包括：

19、根据嫌疑异常数据后的预设时间段内的各帧正常运行声音数据的声音能量和对应的日常运行声音数据的声音能量进行第一对比计算获得第一频谱图能量对比结果；

20、判断第一频谱图能量对比结果是否在预设能量对比结果范围内；

21、统计在预设能量对比结果范围内的第一频谱图能量对比结果所对应的日常运行声音数据的帧数；

22、若在预设能量对比结果范围内的第一频谱图能量对比结果所对应的日常运行声音数据的帧数大于预设帧数，则根据预设时间段内正常运行声音数据的声音能量和日常运行声音数据的声音能量进行第二对比计算获得第二频谱图能量对比结果。

23、进一步地，根据时频图密度对比结果和频谱图能量对比结果判断目标设备日常运行是否存在异常数据，包括：

24、比较第二频谱图能量对比结果和预设阈值；

25、若第二频谱图能量对比结果大于预设阈值，则确定对应的日常运行声音数据为异常数据。

26、进一步地，获取目标设备的经过降噪增益处理后得到的正常运行声音数据以及经过降噪增益处理后得到的日常运行声音数据，包括：

27、获取目标设备正常运行时的正常运行声音原始数据和目标设备正常运行时的环境噪声数据；

28、根据短时傅里叶变换分别对正常运行声音原始数据和环境噪声数据进行预处理得到正常运行声音预处理数据和第一环境噪声中间数据；

29、根据第一环境噪声中间数据对正常运行声音预处理数据进行降噪增益处理获得正常运行声音数据和第二环境噪声中间数据；

30、获取目标设备日常运行时的日常运行声音原始数据；

31、根据短时傅里叶变换对日常运行声音原始数据进行预处理得到日常运行声音预处理数据；

32、根据第二环境噪声中间数据对日常运行声音预处理数据进行降噪增益处理获得日常运行声音数据；

33、其中，第一环境噪声中间数据在对正常运行声音预处理数据进行降噪增益处理的过程中进行迭代更新直至获得第二环境噪声中间数据，第二环境噪声中间数据所表示的噪声程度大于第一环境噪声中间数据所表示的噪声程度。

34、进一步地，根据第一环境噪声中间数据对正常运行声音预处理数据进行降噪增益处理获得正常运行声音数据和第二环境噪声中间数据，包括：

35、根据第一环境噪声中间数据计算正常运行声音预处理数据的后验信噪比；

36、根据正常运行声音预处理数据的后验信噪比计算正常运行声音预处理数据的先验信噪比；

37、根据正常运行声音预处理数据的后验信噪比和正常运行声音预处理数据的先验信噪比计算正常运行声音预处理数据的增益比；

38、根据正常运行声音预处理数据的增益比对正常运行声音预处理数据进行增益处理，获得正常运行声音数据和第二环境噪声中间数据。

39、进一步地，根据第二环境噪声中间数据对日常运行声音预处理数据进行降噪增益处理获得日常运行声音数据，包括：

40、根据第二环境噪声中间数据计算日常运行声音预处理数据的后验信噪比；

41、根据日常运行声音预处理数据的后验信噪比计算日常运行声音预处理数据的先验信噪比；

42、根据日常运行声音预处理数据的后验信噪比和日常运行声音预处理数据的先验信噪比计算日常运行声音预处理数据的增益比；

43、根据日常运行声音预处理数据的增益比对日常运行声音预处理数据进行增益处理，获得日常运行声音数据。

44、作为本发明的另一个方面，提供一种设备运行异常检测装置，包括：数据获取模块，用于获取目标设备的经过降噪增益处理后得到的正常运行声音数据以及经过降噪增益处理后得到的日常运行声音数据；

45、信号变换模块，用于分别对正常运行声音数据以及日常运行声音数据进行信号变换，获得正常运行声音数据对应的时频图和频谱图以及日常运行声音数据对应的时频图和频谱图；

46、数据对比模块，用于根据日常运行声音数据对应的时频图与正常运行声音数据对应的时频图进行对比计算获得时频图密度对比结果，以及根据日常运行声音数据对应的频谱图与正常运行声音数据对应的频谱图进行对比计算获得频谱图能量对比结果；

47、异常判断模块，用于根据时频图密度对比结果和频谱图能量对比结果判断目标设备日常运行是否存在异常数据；

48、设备运行检测模块，用于在存在异常数据时，根据异常数据获得目标设备的运行检测结果。

49、本发明对获取到的工业设备降噪增益处理后的正常运行声音数据与日常运行声音数据进行信号转换获得正常运行声音数据的时频图和频谱图，以及日常运行声音数据的时频图和频谱图，在通过时频图密度对比结果对正常运行声音数据与日常运行声音数据的时频局部性质进行分析，全面描述了正常运行声音数据和日常运行声音数据的时变特性与频变特性基础上，进一步通过频谱图能量对比结果单独进行频域性质的分析，有效的提高了工业设备运行异常检测的准确性。