CN113466606A - 一种基于声纹识别的电缆故障定位系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于声纹识别的电缆故障定位系统和方法，所述电缆故障定位系统包括信号采集模块、数据分析模块、数据存储单元、电缆故障典型声音信号数据单元和噪音数据单元，所述信号采集模块和数据分析模块均与数据存储单元连接，所述电缆故障典型声音信号数据单元和噪音数据单元均与数据分析模块连接，所述数据存储单元还与数据采集模块连接。所述电力故障定位方法具体为采集电缆接头井内声音信号，将声音信号与典型电缆故障声音信号以及噪音数据对比，根据对比结果进行电缆的故障判断、位置定位和类型判断。本发明判断流程简单准确，提高故障检修效率，从而减少了故障损失并提高了电网的安全性和可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及电缆故障监测技术领域，尤其是指一种基于声纹识别的电缆故障定位系统和方法。
背景技术
随着社会用地的不断扩展以及人们对于社会环境的要求不断提高，高压电缆在城市电网中的使用越来越广泛，但是由于电缆线路往往埋设于地下数米处，导致电缆故障的检测成了问题，对于电缆故障的位置定位也很困难。现在对于电缆线路故障的判断以及电缆故障位置确定往往通过大型的专业装备通过检测故障瞬间的信息，再通过多次重复来最终确定电缆故障位置，现在所使用的到的检测设备在进行检测时需要配合多种大型设备，对于操作的专业性要求很高，故障定位所需的时间很长，且在现场进行故障排查时，需要对全线路进行脉冲放点，容易对未故障设备也造成损伤。且传统的检测设备的在线测距技术效果也并不理想，传统的检测设备需要根据电缆线路参数来进行的行波测距，但是由于电缆线路参数复杂，所以最后的定位误差可以达数公里之多。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中的缺点，提供一种基于声纹识别的电缆故障定位系统和方法。
本发明的目的是通过下述技术方案予以实现：
一种基于声纹识别的电缆故障定位系统，包括信号采集模块、数据分析模块、数据存储单元、电缆故障典型声音信号数据单元和噪音数据单元，所述信号采集模块和数据分析模块均与数据存储单元连接，所述信号采集模块用于采集声音信号，所述数据分析模块用于根据声音信号进行电缆故障判断以及电缆故障位置定位；所述电缆故障典型声音信号数据单元和噪音数据单元均与数据分析模块连接，所述电缆故障典型声音信号数据单元用于提供数据分析模块进行电缆故障判断所需的典型电缆故障声音信号，所述噪音数据单元用于提供数据分析模块进行电缆故障位置定位所需的噪音数据，所述数据存储单元还与数据采集模块连接，所述数据存储单元用于储存数据采集模块采集到的声音信号。
电缆故障时往往会伴随着大量的能量释放，这些能量以声、光、电、磁等方式向外界传播，这些信号具有产生的突然性强、以故障接头为中心，随距离衰减快的特点。而非故障接头位置无对应的声、光、电、磁等信息，所以通过采集电缆接头处的声音信号，再将声音信号与噪音数据对比，噪音数据为无故障时电缆接头处的正常运行发出的声音，每条电缆线路在接头井内的电缆接头具有唯一性，正常的背景噪音数据在能量、频域、时域上都与接头故障时所采集到的声音信息有着较大区别，所以在将声音信号与噪音数据对比之后，若出现两者不同的情况时，则可以判断出电缆接头处存在故障，而通过将声音信号与典型电缆故障声音信号对比，可以获取故障的具体类型，以方便进行后续的检修方案制定。
进一步的，一种基于声纹识别的电缆故障定位系统还包括数据处理模块，所述数据处理模块与数据分析模块连接，所述数据处理模块用于对声音信号进行压缩和脱敏处理，所述数据处理模块还将处理完成后的声音信号传输至数据分析模块。
在对声音信号进行预处理后可以有效提高故障判断的准确度。
进一步的，一种基于声纹识别的电缆故障定位系统还包括监控报警模块、无线通讯模块和监控后台，所述监控报警模块的一端与数据分析模块连接，所述监控报警模块的另一端还通过无线通讯模块与监控后台连接，所述监控报警模块用于集合数据分析模块根据声音信号分析得到的电缆信息，所述无线通讯模块用于将监控报警模块集合的电缆信息发送至监控后台，所述监控后台用于展示监控报警模块集合的电缆信息。
通过无线通讯模块将电缆信息发送至监控后台，对电缆线路进行实时的监控，对于电缆故障能够做到及时反应，减少电缆故障带来的损失。
进一步的，所述信号采集模块包括若干个声音采集传感器，所述声音采集传感器均设置在电缆线路上的电缆接头井内，每一个电缆接头井内设置有至少一个声音采集传感器。
电缆故障有80％以上出现于电缆接头处，且每个电缆接头井中仅有一个电缆接头，所以通过采集电缆接头井中的声音信号来对电缆接头井内电缆接头进行故障判断，从而获取相应的电缆故障信息。
一种基于声纹识别的电缆故障定位方法，包括以下步骤：
步骤一，信号采集模块采集某一个电缆接头井内的声音信号，信号采集模块将采集到的声音信号储存至数据存储单元；
步骤二，数据分析模块从数据存储单元调取声音信号，数据分析模块将声音信号与典型电缆故障声音信号以及噪音数据进行对比，数据分析模块根据对比结果判断电缆接头是否存在故障，若存在故障，则执行步骤三；若不存在故障，则执行步骤四；
步骤三，数据分析模块通过对比结果进一步判断电缆接头的故障类型，数据分析模块对电缆接头井的位置进行定位，获取电缆故障位置信息；
步骤四，重新采集一个电缆接头井内的声音信号进行故障判断，并重复执行步骤一到步骤二的内容。
通过对电缆接头井内的声音信号进行采集，并先将声音信号与噪音数据进行对比，当声音信号与噪音数据的差值超过预设阈值时，则说明电缆接头处存在故障，在与噪音数据进行对比后得到电缆接头存在故障的结论后，再通过与典型电缆故障声音信号进行对比来对电缆接头处的故障类型进行判断。且由于电缆接头井内只有一个电缆接头，所以在判断出电缆接头存在故障时，通过定位电缆接头井的位置，即可获取电缆故障位置信息，结合电缆接头的故障类型，快速的对电缆故障进行解决。
进一步的，步骤二中所述数据分析模块在调取声音信号后，数据分析模块还将声音信号传输至数据处理模块，数据处理模块对声音信号进行压缩处理和脱敏处理，数据处理模块在完成声音信号的压缩处理和脱敏处理后，将处理后的声音信号传输回数据分析模块。
利用数据压缩提高数据分析模块的判断速度，并通过脱敏处理来提高声音信号处理传输过程中的安全性。
进一步的，所述数据处理模块对声音信号进行压缩处理具体采用哈尔曼算法对声音信号进行压缩处理。
哈尔曼算法能够在完成声音信号压缩的同时保证压缩后的声音信号无损耗，对声音信号的压缩过程即为对声音信号的过滤处理，通过数据压缩去除环境声音等对识别结果有影响的数据。
进一步的，所述数据处理模块对声音信号进行脱敏处理的具体过程为：数据处理模块确定压缩处理后的声音信号的目标脱敏字段，并确定目标脱敏字段对应的数据类型，数据处理模块根据数据类型选取脱敏函数，数据处理模块利用脱敏函数对目标脱敏字段进行脱敏处理。
对声音信号进行脱敏后，能够将声音信号中与电缆相关的数据进行隐藏，保证电缆信息不会泄漏，提高电缆信息的安全性。
进一步的，步骤三中数据分析模块判断出故障类型并对电缆故障位置进行定位后，数据分析模块将判断结果和定位结果传输至监控报警模块，监控报警模块根据判断结果和定位结果整合电缆故障信息，监控报警模块再通过无线通讯模块将电缆故障信息传输至监控后台进行报警。
本发明的有益效果是：
通过采集电缆接头处的声音信号来进行电缆接头的故障判断，判断流程简单且准确，在快速获取故障类型和故障位置后，能够大幅缩短故障抢修时间，减少故障损失，降低故障抢修成本，故障解决效率的提高使得电网在故障后能够及时恢复正常供电，提高了电网的安全性和可靠性。并且相较于传统的电缆故障检测装置，能够对电缆进行持续故障监测，也不需要进行现场故障排查，直接通过无线通讯模块即可将电缆的故障信息上传至监控后台，具有操作简单、成本低、安装部署方便的优点。
附图说明
图1是本发明的一种结构示意图；
图2是本发明的一种流程示意图；
其中：1、信号采集模块，2、数据分析模块，31、数据存储单元，32、电缆故障典型声音信号数据单元，33、噪音数据单元，4、数据处理模块，5、监控报警模块，6、无线通讯模块，7、监控后台。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步描述。
实施例：
一种基于声纹识别的电缆故障定位系统，如图1所示，包括信号采集模块1、数据分析模块2、数据存储单元31、电缆故障典型声音信号数据单元 32、噪音数据单元33、数据处理模块4、监控报警模块5、无线通讯模块6 和监控后台7，所述信号采集模块1和数据分析模块2均与数据存储单元31 连接，所述信号采集模块1用于采集声音信号，所述数据分析模块2用于根据声音信号进行电缆故障判断以及电缆故障位置定位；所述电缆故障典型声音信号数据单元32和噪音数据单元33均与数据分析模块2连接，所述电缆故障典型声音信号数据单元32用于提供数据分析模块2进行电缆故障判断所需的典型电缆故障声音信号，所述噪音数据单元32用于提供数据分析模块2 进行电缆故障位置定位所需的噪音数据，所述数据存储单元31还与数据采集模块连接，所述数据存储单元33用于储存数据采集模块采集到的声音信号。
所述数据处理模块与数据分析模块2连接，所述数据处理模块4用于对声音信号进行压缩和脱敏处理，所述数据处理模块还将处理完成后的声音信号传输至数据分析模块2。
所述监控报警模块5的一端与数据分析模块2连接，所述监控报警模块 5的另一端还通过无线通讯模块6与监控后台7连接，所述监控报警模块5 用于集合数据分析模块2根据声音信号分析得到的电缆信息，所述无线通讯模块6用于将监控报警模块5集合的电缆信息发送至监控后台7，所述监控后台7用于展示监控报警模块5集合的电缆信息。
本电缆故障定位系统通过内部稳压电源和光伏取点进行供电，无需外接市民电，进一步提高电网的运行安全性。所述内部稳压电源采用看凌厉尔特 ADI低功耗系列电源转换芯片，将外部8-20V直流电稳压成5v稳压电源，光伏取电则选用了开路电压为22.35V，峰值功率为15w，峰值电流为0.79A的单晶硅光伏板。
所述无线通讯模块6采用了USR-LTE-7S4嵌入式无线通讯模组，能够实现无线4G通信技术，支持移动、联通、电信5模12频的高速接入，同时也兼容移动、联通3G和2G接入，且该无线通讯模组支持网络透传模式、HTTPD 模式等多种工作模式，能够显著提升通信速度。由于电缆线路所处环境的多样化，为了保证在恶劣环境中的通讯质量，无线通讯模块6也预留了RJ45、 RS485有线通讯，当无线信号不稳定时可选用该通讯方式，具备干扰能力强、稳定可靠、传输距离远且成本较低等优势。
所述信号采集模块1包括128个声音采集传感器，所述声音采集传感器均设置在电缆线路上的电缆接头井内，每一个电缆接头井内设置有一个声音采集传感器。
声音采集传感器采用JHM-M485高灵敏电容声音采集传感器，在声音传播时，会引起声音采集传感器内电容振膜介质振动，并通过内置式电路信息转换将声波信号转换成电信号，声音采集传感器再按照MODBUS-RTU协议将电信号以局域通讯总线485方式传输至数据分析模块2，由数据分析模块2 进行数字信息分析计算，从而进行故障判断以及后续的故障类型判断。
一种基于声纹识别的电缆故障定位方法，如图2所示，包括以下步骤：
步骤一，信号采集模块1采集某一个电缆接头井内的声音信号，信号采集模块1将采集到的声音信号储存至数据存储单元31；
步骤二，数据分析模块2从数据存储单元31调取声音信号，数据分析模块2将声音信号与典型电缆故障声音信号以及噪音数据进行对比，数据分析模块2根据对比结果判断电缆接头是否存在故障，若存在故障，则执行步骤三；若不存在故障，则执行步骤四；
步骤三，数据分析模块2通过对比结果进一步判断电缆接头的故障类型，数据分析模块2对电缆接头井的位置进行定位，获取电缆故障位置信息；
步骤四，重新采集一个电缆接头井内的声音信号进行故障判断，并重复执行步骤一到步骤二的内容。
步骤二中所述数据分析模块2在调取声音信号后，数据分析模块2还将声音信号传输至数据处理模块4，数据处理模块4对声音信号进行压缩处理和脱敏处理，数据处理模块4在完成声音信号的压缩处理和脱敏处理后，将处理后的声音信号传输回数据分析模块2。
所述数据处理模块4对声音信号进行压缩处理具体采用哈尔曼算法对声音信号进行压缩处理。
所述数据处理模块4对声音信号进行脱敏处理的具体过程为：数据处理模块4确定压缩处理后的声音信号的目标脱敏字段，并确定目标脱敏字段对应的数据类型，数据处理模块4根据数据类型选取脱敏函数，数据处理模块 4利用脱敏函数对目标脱敏字段进行脱敏处理。
步骤三中数据分析模块2判断出故障类型并对电缆故障位置进行定位后，数据分析模块2将判断结果和定位结果传输至监控报警模块5，监控报警模块5根据判断结果和定位结果整合电缆故障信息，监控报警模块5再通过无线通讯模块6将电缆故障信息传输至监控后台7进行报警。
监控报警模块5在将电缆故障信息传输至监控后台7时，还通过短信、微信等方式及时通知检修维护人员，进一步提高故障的解决效率。
以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。
Claims (9)
1.一种基于声纹识别的电缆故障定位系统，其特征在于，包括信号采集模块(1)、数据分析模块(2)、数据存储单元(31)、电缆故障典型声音信号数据单元(32)和噪音数据单元(33)，所述信号采集模块(1)和数据分析模块(2)均与数据存储单元(31)连接，所述信号采集模块(1)用于采集声音信号，所述数据分析模块(2)用于根据声音信号进行电缆故障判断以及电缆故障位置定位；所述电缆故障典型声音信号数据单元(32)和噪音数据单元(33)均与数据分析模块(2)连接，所述电缆故障典型声音信号数据单元(32)用于提供数据分析模块(2)进行电缆故障判断所需的典型电缆故障声音信号，所述噪音数据单元(32)用于提供数据分析模块(2)进行电缆故障位置定位所需的噪音数据，所述数据存储单元(31)还与数据采集模块连接，所述数据存储单元(33)用于储存数据采集模块采集到的声音信号。
2.根据权利要求1所述的一种基于声纹识别的电缆故障定位系统，其特征在于，还包括数据处理模块(4)，所述数据处理模块(4)与数据分析模块(2)连接，所述数据处理模块(4)用于对声音信号进行压缩和脱敏处理，所述数据处理模块还将处理完成后的声音信号传输至数据分析模块(2)。
3.根据权利要求1所述的一种基于声纹识别的电缆故障定位系统，其特征在于，还包括监控报警模块(5)、无线通讯模块(6)和监控后台(7)，所述监控报警模块(5)的一端与数据分析模块(2)连接，所述监控报警模块(5)的另一端还通过无线通讯模块(6)与监控后台(7)连接，所述监控报警模块(5)用于集合数据分析模块(2)根据声音信号分析得到的电缆信息，所述无线通讯模块(6)用于将监控报警模块(5)集合的电缆信息发送至监控后台(7)，所述监控后台(7)用于展示监控报警模块(5)集合的电缆信息。
4.根据权利要求1所述的一种基于声纹识别的电缆故障定位系统，其特征在于，所述信号采集模块(1)包括若干个声音采集传感器，所述声音采集传感器均设置在电缆线路上的电缆接头井内，每一个电缆接头井内设置有至少一个声音采集传感器。
5.一种基于声纹识别的电缆故障定位方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，信号采集模块(1)采集某一个电缆接头井内的声音信号，信号采集模块(1)将采集到的声音信号储存至数据存储单元(31)；
步骤二，数据分析模块(2)从数据存储单元(31)调取声音信号，数据分析模块(2)将声音信号与典型电缆故障声音信号以及噪音数据进行对比，数据分析模块(2)根据对比结果判断电缆接头是否存在故障，若存在故障，则执行步骤三；若不存在故障，则执行步骤四；
步骤三，数据分析模块(2)通过对比结果进一步判断电缆接头的故障类型，数据分析模块(2)对电缆接头井的位置进行定位，获取电缆故障位置信息；
步骤四，重新采集一个电缆接头井内的声音信号进行故障判断，并重复执行步骤一到步骤二的内容。
6.根据权利要求5所述的一种基于声纹识别的电缆故障定位方法，其特征在于，步骤二中所述数据分析模块(2)在调取声音信号后，数据分析模块(2)还将声音信号传输至数据处理模块(4)，数据处理模块(4)对声音信号进行压缩处理和脱敏处理，数据处理模块(4)在完成声音信号的压缩处理和脱敏处理后，将处理后的声音信号传输回数据分析模块(2)。
7.根据权利要求6所述的一种基于声纹识别的电缆故障定位方法，其特征在于，所述数据处理模块(4)对声音信号进行压缩处理具体采用哈尔曼算法对声音信号进行压缩处理。
8.根据权利要求6所述的一种基于声纹识别的电缆故障定位方法，其特征在于，所述数据处理模块(4)对声音信号进行脱敏处理的具体过程为：数据处理模块(4)确定压缩处理后的声音信号的目标脱敏字段，并确定目标脱敏字段对应的数据类型，数据处理模块(4)根据数据类型选取脱敏函数，数据处理模块(4)利用脱敏函数对目标脱敏字段进行脱敏处理。
9.根据权利要求5所述的一种基于声纹识别的电缆故障定位方法，其特征在于，步骤三中数据分析模块(2)判断出故障类型并对电缆故障位置进行定位后，数据分析模块(2)将判断结果和定位结果传输至监控报警模块(5)，监控报警模块(5)根据判断结果和定位结果整合电缆故障信息，监控报警模块(5)再通过无线通讯模块(6)将电缆故障信息传输至监控后台(7)进行报警。
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