CN105676182A - 风噪声源的定位方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及风噪声源的定位方法及系统。所述方法包括：通过多个传声器分别接收风噪声源引起的声波信号，得到与所述多个传声器对应的多组声波信号序列；计算各组声波信号序列之间的时延；根据各传声器的空间坐标、所述时延构建所述多个传声器与所述风噪声源之间相对位置关系的非线性方程组，求解所述非线性方程组得出所述风噪声源的空间位置。通过本发明，能够对输电线路上风噪声源的空间位置进行定位，便于消除风噪声对周围环境的影响。

Description

风噪声源的定位方法及系统

技术领域

本发明涉及电网技术领域，特别是涉及风噪声源的定位方法和风噪声源的定位系统。

背景技术

电网系统中的输电线路产生的可听噪声，是一种常见的线路对环境的影响，这种噪声可使人产生烦躁情绪。输电线路产生的可听噪声大体上可以分为两种：一种是由导线产生电晕放电时所引起的电晕噪声；另一种是由于空气的流体运动所引起，即当风吹在导线、绝缘子串或是杆塔上时产生的风噪声。

随着我国超高压、特高压输电线路的大规模建设，包括输电线路风噪声在内的可听噪声问题也日趋严重。目前，针对电晕噪声对环境的影响问题已经被广泛的研究，但针对风噪声对环境的影响问题却没能被足够的重视，特别是针对风噪声源的定位基本没有相关研究，不利于消除风噪声对周围环境的影响。

发明内容

基于此，本发明提供一种风噪声源的定位方法及系统，能够对输电线路上风噪声源的空间位置进行定位。

本发明一方面提供风噪声源的定位方法，包括：

通过多个传声器分别接收风噪声源引起的声波信号，得到与所述多个传声器对应的多组声波信号序列；

计算各组声波信号序列之间的时延；

根据各传声器的空间坐标、所述时延构建所述多个传声器与所述风噪声源之间相对位置关系的非线性方程组，求解所述非线性方程组得出所述风噪声源的空间位置。

本发明另一方面提供风噪声源的定位系统，包括：

声波采集模块，用于通过多个传声器分别接收风噪声源引起的声波信号，得到与所述多个传声器对应的多组声波信号序列；

时延计算模块，用于计算各组声波信号序列之间的时延；

位置计算模块，用于根据各传声器的空间坐标、所述时延构建所述多个传声器与所述风噪声源之间相对位置关系的非线性方程组，求解所述非线性方程组得出所述风噪声源的空间位置。

上述技术方案的风噪声源的定位方法及系统，通过多个传声器分别接收风噪声源引起的声波信号，得到与所述多个传声器对应的多组声波信号序列；计算各组声波信号序列之间的时延；根据各传声器的空间坐标、所述时延构建所述多个传声器与所述风噪声源之间相对位置关系的非线性方程组，求解所述非线性方程组得出所述风噪声源的空间位置。通过本发明能够对输电线路上风噪声源的空间位置进行定位，便于消除风噪声对周围环境的影响。

附图说明

图1为一实施例的风噪声源的定位方法的示意性流程图；

图2为一实施例的风噪声源的定位方法的原理示意图；

图3为一实施例的风噪声源的定位系统的示意性结构图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提供的实施例包括风噪声源的定位方法实施例，还包括相应的风噪声源的定位系统实施例。以下分别进行详细说明。

图1为一实施例的风噪声源的定位方法的示意性流程图；如图1所示，本实施例的风噪声源的定位方法包括如下步骤S1至S3，各步骤详述如下：

S1，通过多个传声器分别接收风噪声源引起的声波信号，得到与所述多个传声器对应的多组声波信号序列；

优选的，如图2所示，可通过四个传声器分别接收风噪声源引起的声波信号。本实施例中所述四个传声器排列成正方形，且四个传声器的空间高度坐标相等；按正方形边长方向对四个传声器进行顺序编号(传声器0、传声器1、传声器2和传声器3)；相邻编号的传声器之间的间隔为1m或2m。当存在风噪声源时，声波在空气中传播，通过四个传声器可以分别接收到对应的声波信号。

可以理解的是，所述四个传声器的排列方式不局限于正方形，例如还可为长方形、菱形等。同时，四个传声器也不局限于设置在同一平面(即空间高度坐标也可以不相等)。

本实施例中，所述四个传声器可分别与声级计连接，利用声级计及波形数据记录装置可获取各传声器接收到的声波信号，由此可得到与所述四个传声器对应的四组声波信号序列。

需要说明的是，本实施例中传声器，是指能够接收空间中传播的声音信号并将其转换为电信号的能量转换器件。

S2，计算各组声波信号序列之间的时延；

优选的，可利用互相关函数法计算各组声波信号序列之间的时延。若采用N个传声器同时接收风噪声源引起的声波信号，则至少可得到N-1个时延值。

作为一优选实施方式，可采用以下公式计算各组声波信号序列之间的时延：

$R_{12}\left(\mathrm{\τ}\right)=\frac{1}{N}\underset{t=0}{\overset{N}{\Σ}}x\left(t\right)x(t+\mathrm{\τ}).$

其中，R₁₂为互相关方程，x(t)为各组声波信号序列，τ为两组组声波信号序列之间时延。

例如：例如传声器0(编号为0的传声器)对应的声波信号序列为：0,0,0,0,2,3,2,1,4,5,6,…(单位为ns)，传声器1(编号为1的传声器)对应的声波信号序列为：0,0,0,0,0,0,2,3,2,1,4,5,6,…(单位为ns)，利用互相关函数法可得出这两组声波信号序列之间的时延为2ns。

S3，根据各传声器的空间坐标、所述时延构建所述多个传声器与所述风噪声源之间相对位置关系的非线性方程组，求解所述非线性方程组得出所述风噪声源的空间位置。

作为一优选实施方式，本实施例中根据所述四个传声器的空间坐标、所述四个传声器对应的三个时延可构建非线性方程组：

${\mathrm{cT}}_1=\sqrt{{(X-X_0)}^2+{(Y-Y_0)}^2+{(Z-Z_0)}^2}-\sqrt{{(X-X_1)}^2+{(Y-Y_1)}^2+{(Z-Z_1)}^2}$

${\mathrm{cT}}_2=\sqrt{{(X-X_0)}^2+{(Y-Y_0)}^2+{(Z-Z_0)}^2}-\sqrt{{(X-X_2)}^2+{(Y-Y_2)}^2+{(Z-Z_2)}^2}$

${\mathrm{cT}}_3=\sqrt{{(X-X_0)}^2+{(Y-Y_0)}^2+{(Z-Z_0)}^2}-\sqrt{{(X-X_3)}^2+{(Y-Y_3)}^2+{(Z-Z_3)}^2}$

其中，(x_n,Y_n,Z_n)(n＝0,1,2,3)为各传声器的空间坐标，T_n(n＝1,2,3)为编号为0的传声器与编号为n的传声器之间的时延，(X,Y,Z)为风噪声源的空间坐标，c为声波在空气中的传播速度。

求解所述非线性方程组可以得到风噪声源的空间位置(X,Y,Z)。对于求解所述非线性方程组，可采用迭代法，例如Newton法。在Newton法中，设定一个初始值，通过迭代可以得到非线性方程的解。

例如，若四个传声器的空间坐标分别为(0,0,1)、(0,1,1)、(1,1,1)和(1,0,1)，对应的三个时延分别为1.3339ns、2.7179ns、1.3339ns，则利用Newton法求解对应的非线性方程组，可以近似得到风噪声源的空间位置为(5,5,10)。

通过本实施例的风噪声源的定位方法，能够对输电线路上风噪声源的空间位置进行定位，便于消除风噪声对周围环境的影响；并且其实现原理简单，便于进行推广应用。

需要说明的是，对于前述方法实施例，为了简便描述，将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明，某些步骤可以采用其它顺序或者同时进行。

以下对可用于执行上述风噪声源的定位方法的风噪声源的定位系统实施例进行说明。为了便于说明，风噪声源的定位系统实施例的结构示意图中，仅仅示出了与本发明实施例相关的部分，本领域技术人员可以理解，图中示出的装置结构并不构成对装置的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。

图3为本发明一实施例的风噪声源的定位系统的示意性结构图；如图3所示，本实施例的风噪声源的定位系统包括：声波采集模块310、时延计算模块320以及位置计算模块330，各模块详述如下：

所述声波采集模块310，用于通过多个传声器分别接收风噪声源引起的声波信号，得到与所述多个传声器对应的多组声波信号序列；

优选的，所述声波采集模块310具体用于：通过四个传声器分别接收风噪声源引起的声波信号；通过声级计及波形数据记录装置获取各传声器的声波信号，得到与所述四个传声器对应的四组声波信号序列。其中，四个传声器的设置参考图2及上述实施例所述。

所述时延计算模块320，用于计算各组声波信号序列之间的时延；

优选的，时延计算模块320可具体用于：利用互相关函数法计算各组声波信号序列之间的时延，得到N-1个时延值，N为传声器的数量。例如，可采用以下公式计算各组声波信号序列之间的时延：

$R_{12}\left(\mathrm{\τ}\right)=\frac{1}{N}\underset{t=0}{\overset{N}{\Σ}}x\left(t\right)x(t+\mathrm{\τ}).$

R₁₂为互相关方程，x(t)为各组声波信号序列，τ为两组声波信号序列之间时延。

所述位置计算模块330，用于根据各传声器的空间坐标、所述时延构建所述多个传声器与所述风噪声源之间相对位置关系的非线性方程组，求解所述非线性方程组得出所述风噪声源的空间位置。

优选的，所述位置计算模块330可具体包括：

模型构建单元，用于根据四个传声器的空间坐标、所述四个传声器对应的三个时延构建非线性方程组：

${\mathrm{cT}}_1=\sqrt{{(X-X_0)}^2+{(Y-Y_0)}^2+{(Z-Z_0)}^2}-\sqrt{{(X-X_1)}^2+{(Y-Y_1)}^2+{(Z-Z_1)}^2}$

${\mathrm{cT}}_2=\sqrt{{(X-X_0)}^2+{(Y-Y_0)}^2+{(Z-Z_0)}^2}-\sqrt{{(X-X_2)}^2+{(Y-Y_2)}^2+{(Z-Z_2)}^2}$

${\mathrm{cT}}_3=\sqrt{{(X-X_0)}^2+{(Y-Y_0)}^2+{(Z-Z_0)}^2}-\sqrt{{(X-X_3)}^2+{(Y-Y_3)}^2+{(Z-Z_3)}^2}$

(x_n,Y_n,Z_n)(n＝0,1,2,3)为各传声器的空间坐标，T_n(n＝1,2,3)为编号为0的传声器与编号为n的传声器之间的时延，(X,Y,Z)为风噪声源的空间坐标，c为声波在空气中的传播速度。

以及，求解单元，应用采用迭代法求解上述非线性方程组，得到风噪声源的空间位置。

需要说明的是，上述示例的风噪声源的定位系统的实施方式中，各模块/单元之间的信息交互、执行过程等内容，由于与本发明前述方法实施例基于同一构思，其带来的技术效果与本发明前述方法实施例相同，具体内容可参见本发明方法实施例中的叙述，此处不再赘述。

此外，上述示例的风噪声源的定位系统的实施方式中，各功能模块的逻辑划分仅是举例说明，实际应用中可以根据需要，例如出于相应硬件的配置要求或者软件的实现的便利考虑，将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将所述风噪声源的定位系统的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。

另外，上述示例的风噪声源的定位系统的实施方式中，各功能模块可以集成在一个处理模块中，也可以是各个模块单独物理存在，也可以两个或两个以上模块集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。

所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。本领域普通技术人员可以理解本发明的任意实施例指定的方法的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件(个人计算机、服务器、或者网络设备等)来完成。该程序可以存储于一计算机可读存储介质中。该程序在执行时，可执行上述任意实施例指定的方法的全部或部分步骤。前述存储介质可以包括任何可以存储程序代码的介质，例如只读存储器(Read-OnlyMemory，ROM)、随机存取器(RandomAccessMemory，RAM)、磁盘或光盘等。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，不能理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.风噪声源的定位方法，其特征在于，包括：

通过多个传声器分别接收风噪声源引起的声波信号，得到与所述多个传声器对应的多组声波信号序列；

计算各组声波信号序列之间的时延；

根据各传声器的空间坐标、所述时延构建所述多个传声器与所述风噪声源之间相对位置关系的非线性方程组，求解所述非线性方程组得出所述风噪声源的空间位置。

2.根据权利要求1所述的风噪声源的定位方法，其特征在于，通过多个传声器分别接收风噪声源引起的声波信号，得到与所述多个传声器对应的多组声波信号序列，包括：

通过四个传声器分别接收风噪声源引起的声波信号；

通过声级计及波形数据记录装置获取各传声器的声波信号，得到与所述四个传声器对应的四组声波信号序列。

3.根据权利要求1所述的风噪声源的定位方法，其特征在于，计算各组声波信号序列之间的时延，包括：

利用互相关函数法计算各组声波信号序列之间的时延，得到N-1个时延值，N为传声器的数量。

4.根据权利要求3所述的风噪声源的定位方法，其特征在于，所述利用互相关函数法计算各组声波信号序列之间的时延，包括：采用以下公式计算各组声波信号序列之间的时延：

$R_{12}\left(\mathrm{\τ}\right)=\frac{1}{N}\underset{t=0}{\overset{N}{\Σ}}x\left(t\right)x(t+\mathrm{\τ})$

其中，R₁₂为互相关方程，x(t)为各组声波信号序列，τ为两组声波信号序列之间时延。

5.根据权利要求1所述的风噪声源的定位方法，其特征在于，根据各传声器的空间坐标、所述时延构建所述多个传声器与所述风噪声源之间相对位置关系的非线性方程组，包括：

根据四个传声器的空间坐标、所述四个传声器对应的三个时延构建非线性方程组：

${\mathrm{cT}}_1=\sqrt{{(X-X_0)}^2+{(Y-Y_0)}^2+{(Z-Z_0)}^2}-\sqrt{{(X-X_1)}^2+{(Y-Y_1)}^2+{(Z-Z_1)}^2}$

${\mathrm{cT}}_2=\sqrt{{(X-X_0)}^2+{(Y-Y_0)}^2+{(Z-Z_0)}^2}-\sqrt{{(X-X_2)}^2+{(Y-Y_2)}^2+{(Z-Z_2)}^2}$

${\mathrm{cT}}_3=\sqrt{{(X-X_0)}^2+{(Y-Y_0)}^2+{(Z-Z_0)}^2}-\sqrt{{(X-X_3)}^2+{(Y-Y_3)}^2+{(Z-Z_3)}^2}$

其中，(x_n,Y_n,Z_n)(n＝0,1,2,3)为各传声器的空间坐标，T_n(n＝1,2,3)为编号为0的传声器与编号为n的传声器之间的时延，(X,Y,Z)为风噪声源的空间坐标，c为声波在空气中的传播速度。

6.风噪声源的定位系统，其特征在于，包括：

声波采集模块，用于通过多个传声器分别接收风噪声源引起的声波信号，得到与所述多个传声器对应的多组声波信号序列；

时延计算模块，用于计算各组声波信号序列之间的时延；

位置计算模块，用于根据各传声器的空间坐标、所述时延构建所述多个传声器与所述风噪声源之间相对位置关系的非线性方程组，求解所述非线性方程组得出所述风噪声源的空间位置。

7.根据权利要求6所述的风噪声源的定位系统，其特征在于，所述声波采集模块，用于通过四个传声器分别接收风噪声源引起的声波信号；以及通过声级计及波形数据记录装置获取各传声器的声波信号，得到与所述四个传声器对应的四组声波信号序列。

8.根据权利要求6所述的风噪声源的定位系统，其特征在于，时延计算模块，用于利用互相关函数法计算各组声波信号序列之间的时延，得到N-1个时延值，N为传声器的数量。

9.根据权利要求8所述的风噪声源的定位系统，其特征在于，所述利用互相关函数法计算各组声波信号序列之间的时延，包括：采用以下公式计算各组声波信号序列之间的时延：

$R_{12}\left(\mathrm{\τ}\right)=\frac{1}{N}\underset{t=0}{\overset{N}{\Σ}}x\left(t\right)x(t+\mathrm{\τ})$

其中，R₁₂为互相关方程，x(t)为各组声波信号序列，τ为两组声波信号序列之间时延。

10.根据权利要求6所述的风噪声源的定位系统，其特征在于，所述位置计算模块包括：

模型构建单元，用于根据四个传声器的空间坐标、所述四个传声器对应的三个时延构建非线性方程组：

${\mathrm{cT}}_1=\sqrt{{(X-X_0)}^2+{(Y-Y_0)}^2+{(Z-Z_0)}^2}-\sqrt{{(X-X_1)}^2+{(Y-Y_1)}^2+{(Z-Z_1)}^2}$

${\mathrm{cT}}_2=\sqrt{{(X-X_0)}^2+{(Y-Y_0)}^2+{(Z-Z_0)}^2}-\sqrt{{(X-X_2)}^2+{(Y-Y_2)}^2+{(Z-Z_2)}^2}$

${\mathrm{cT}}_3=\sqrt{{(X-X_0)}^2+{(Y-Y_0)}^2+{(Z-Z_0)}^2}-\sqrt{{(X-X_3)}^2+{(Y-Y_3)}^2+{(Z-Z_3)}^2}$

其中，(x_n,Y_n,Z_n)(n＝0,1,2,3)为各传声器的空间坐标，T_n(n＝1,2,3)为编号为0的传声器与编号为n的传声器之间的时延，(X,Y,Z)为风噪声源的空间坐标，c为声波在空气中的传播速度。