JP2014232084A - Abnormal sound detection device and program - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To easily and inexpensively detect an abnormality of a device and the like, on the basis of travel sound of a vehicle.SOLUTION: An abnormal sound detection device 10 can easily and inexpensively detect an abnormal sound generated by abnormality of various devices and the like mounted on a railway vehicle 20, on the basis of travel sound of the railway vehicle. Namely, it is determined whether or not an abnormal sound is contained in travel sound by carrying out 1/4 octave band analysis for the travel sound, generating a feature vector having as an element sound pressure which has been subjected to moving average processing at a prescribed average time Ts for each frequency band (octave band), and then comparing the generated feature vector to a feature vector of travel sound at normal time by using one class support vector machine.

Description

本発明は、鉄道車両の走行音データに基づいて異音を検知する異音検知装置等に関する。   The present invention relates to an abnormal sound detection device that detects abnormal noise based on running sound data of a railway vehicle.

鉄道車両は、安全性の維持のために定期検査等が行われる。また、運行中の異常を速やかに検知し事故を未然に防ぐことを目的として、搭載されている各種機器や部品の状態を監視する技術が開発・実用化されている。状態監視の手法としては、監視対象の機器や部品それぞれに、温度センサや加速度センサといったセンサを取り付ける方法が一般的である。しかし、鉄道車両には多数の機器や部品が搭載されているため、機器や部品それぞれにセンサを取り付けるとなると、高コストになるとともに、センサ自体の故障が問題になる場合もある。   Railway vehicles are regularly inspected to maintain safety. In addition, for the purpose of promptly detecting abnormalities during operation and preventing accidents in advance, technologies for monitoring the status of various devices and parts installed have been developed and put into practical use. As a state monitoring method, a method of attaching a sensor such as a temperature sensor or an acceleration sensor to each device or component to be monitored is generally used. However, since a large number of devices and parts are mounted on a railway vehicle, if a sensor is attached to each of the devices and parts, the cost becomes high and a failure of the sensor itself may be a problem.

ところで、機器や部品の異常は音として表れることが多い。このため、走行中の鉄道車両の音(音響)を利用した状態監視として、特許文献1のような技術が知られている。すなわち、検出した音(音響データ)に対してフーリエ変換による周波数解析を行って、鉄道車両が走行した軌道のレールの波状摩耗を検出する技術である。   By the way, abnormalities in devices and parts often appear as sound. For this reason, the technique like patent document 1 is known as a state monitoring using the sound (acoustics) of the rail vehicle in driving | running | working. That is, it is a technique for detecting the wavy wear of the rail of the track on which the railway vehicle traveled by performing frequency analysis by Fourier transform on the detected sound (acoustic data).

特許第4521524号公報Japanese Patent No. 4521524

上述の特許文献1の技術は、レールの波状摩耗といった特定の状態を、その状態に固有の音響が生じているかで検出するものである。従って、この技術を車両に搭載されている各種機器の状態監視に適用しようした場合、監視対象となる機器や部品の種類や数は多数に上るため、実用化の点で無理がある。本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、車両の走行音に基づいて、容易且つ安価に機器等の異常を検知可能とすることである。   The technique of the above-mentioned patent document 1 detects a specific state such as a wave-like wear of a rail based on whether a sound unique to the state is generated. Therefore, when this technology is applied to the status monitoring of various devices mounted on a vehicle, the number and types of devices and parts to be monitored are large, and it is impossible to put it into practical use. The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to make it possible to detect an abnormality of a device or the like easily and inexpensively based on a running sound of a vehicle.

上記課題を解決するための第1の発明は、
鉄道車両の所定位置に備えた集音装置によって集音された走行音データに基づいて、当該鉄道車両の各種機器の異音或いは走行した線路の異音を検知する異音検知装置(例えば、図6の異音検知装置10)であって、
前記走行音データを1/Mオクターブバンド(M≧4)で分析する分析手段(例えば、図6のオクターブ分析部210)と、
前記分析手段により分析された各周波数帯域の音圧データを2.5秒以上5秒以下の所定の平滑化時間で移動平均処理する移動平均処理手段(例えば、図6の特徴ベクトル算出部220)と、
前記移動平均処理された各周波数帯域のデータである特徴ベクトルが、正常時の走行音データを前記分析手段及び前記移動平均処理手段で処理した場合の特徴ベクトルに相当するか否かを評価する評価処理手段(例えば、図6の異音判定部230)と、
を備えた異音検知装置である。
The first invention for solving the above-described problems is
On the basis of running sound data collected by a sound collecting device provided at a predetermined position of the railway vehicle, an abnormal sound detecting device (for example, FIG. 6 abnormal noise detection device 10),
An analysis means for analyzing the running sound data in a 1 / M octave band (M ≧ 4) (for example, the octave analysis unit 210 in FIG. 6);
Moving average processing means (for example, feature vector calculation unit 220 in FIG. 6) that performs moving average processing on sound pressure data of each frequency band analyzed by the analysis means with a predetermined smoothing time of 2.5 seconds or more and 5 seconds or less. When,
Evaluation that evaluates whether or not the feature vector that is the data of each frequency band that has been subjected to the moving average processing corresponds to the feature vector when normal running sound data is processed by the analysis means and the moving average processing means Processing means (for example, the abnormal sound determination unit 230 in FIG. 6);
Is an abnormal sound detection device.

また、他の発明として、
鉄道車両の所定位置に備えた集音装置によって集音された走行音データに基づいて、当該鉄道車両の各種機器の異音或いは走行した線路の異音を検知する機能をコンピュータに実現させるためのプログラムであって、
前記走行音データを1/Mオクターブバンド(M≧4)で分析する分析手段、
前記分析手段により分析された各周波数帯域の音圧データを2.5秒以上5秒以下の所定の平滑化時間で移動平均処理する移動平均処理手段、
前記移動平均処理された各周波数帯域のデータである特徴ベクトルが、正常時の走行音データを前記分析手段及び前記移動平均処理手段で処理した場合の特徴ベクトルに相当するか否かを評価する評価処理手段、
として前記コンピュータを機能させるためのプログラムを構成しても良い。
As another invention,
Based on traveling sound data collected by a sound collecting device provided at a predetermined position of a railway vehicle, the computer can realize a function of detecting abnormal sounds of various devices of the railway vehicle or abnormal sounds of a track that has traveled. A program,
Analyzing means for analyzing the running sound data in a 1 / M octave band (M ≧ 4);
A moving average processing means for performing a moving average process on the sound pressure data of each frequency band analyzed by the analyzing means at a predetermined smoothing time of 2.5 seconds or more and 5 seconds or less;
Evaluation that evaluates whether or not the feature vector that is the data of each frequency band that has been subjected to the moving average processing corresponds to the feature vector when normal running sound data is processed by the analysis means and the moving average processing means Processing means,
A program for causing the computer to function may be configured.

この第1の発明等によれば、鉄道車両の走行音データに基づいて、当該鉄道車両の各種機器の異音或いは走行した線路の異音が検知される。すなわち、走行音データを1/Mオクターブバンドで分析し、分析した各周波数帯域のデータである特徴ベクトルが、正常時の走行音データの特徴ベクトルに相当するか否かを評価する。これにより、状態監視の対象としたい機器や部品それぞれにセンサを設置しなくとも、複数の機器や部品の状態監視が一元的に可能となり、容易且つ安価な異常検知が可能となる。   According to this 1st invention etc., the abnormal noise of the various equipment of the said railway vehicle or the abnormal noise of the track | truck which traveled is detected based on the traveling sound data of a railway vehicle. In other words, the running sound data is analyzed in the 1 / M octave band, and it is evaluated whether or not the feature vector that is the data of each analyzed frequency band corresponds to the feature vector of the running sound data at the normal time. As a result, it is possible to monitor the status of a plurality of devices and parts in an integrated manner without installing a sensor for each device or component to be monitored, and it is possible to easily and inexpensively detect an abnormality.

また、第2の発明として、第1の発明の異音検知装置であって、
前記分析手段は、1/4オクターブバンドで分析を行う、
異音検知装置を構成しても良い。
Moreover, as 2nd invention, it is the abnormal sound detection device of 1st invention,
The analysis means performs analysis in a quarter octave band.
You may comprise an abnormal sound detection apparatus.

この第2の発明によれば、走行音データは、1/4オクターブバンドで分析される。従って、演算対象のデータ量を削減して、演算量を低減することができる。   According to the second aspect of the invention, the running sound data is analyzed in the 1/4 octave band. Therefore, it is possible to reduce the amount of calculation by reducing the amount of data to be calculated.

また、第3の発明として、第1又は第2の発明の異音検知装置であって、
前記評価処理手段は、正常時の走行音データに係る特徴ベクトルに基づいてパラメータが定められた1クラスサポートベクターマシンによる評価演算を行って前記評価を行う、
異音検知装置を構成しても良い。
Moreover, as 3rd invention, it is the abnormal sound detection device of 1st or 2nd invention,
The evaluation processing means performs the evaluation by performing an evaluation operation by a one-class support vector machine in which parameters are determined based on a feature vector related to normal running sound data.
You may comprise an abnormal sound detection apparatus.

この第3の発明によれば、走行音の特徴ベクトルが正常時の走行音の特徴ベクトルに相当するか否かの評価は、正常時の走行音に係る特徴ベクトルに基づいてパラメータが定められた1クラスサポートベクターマシンによる評価演算によって行われる。従って、比較的少ない演算量で評価を行うことができる。   According to the third aspect of the present invention, whether or not the feature vector of the running sound corresponds to the feature vector of the running sound at the normal time is determined based on the feature vector related to the running sound at the normal time. This is performed by an evaluation operation using a one-class support vector machine. Therefore, evaluation can be performed with a relatively small amount of calculation.

また、第4の発明として、第3の発明の異音検知装置であって、
前記評価処理手段は、
前記1クラスサポートベクターマシンによる評価値を正規化する正規化手段(例えば、図6の異音判定部230)と、
当該正規化された値が、異音であると決定するための所定の閾値条件を満たすか否かを判定する手段と、
を有する、
異音検知装置を構成しても良い。
Moreover, as 4th invention, it is the abnormal noise detection device of 3rd invention,
The evaluation processing means includes
Normalization means for normalizing the evaluation value by the one-class support vector machine (for example, the abnormal sound determination unit 230 in FIG. 6);
Means for determining whether or not the normalized value satisfies a predetermined threshold condition for determining that the noise is abnormal;
Having
You may comprise an abnormal sound detection apparatus.

この第4の発明によれば、1クラスサポートベクターマシンによる評価値が正規化され、この正規化された値が閾値条件を満たすか否かによって、異音であるか否かが判定される。   According to the fourth aspect of the invention, the evaluation value by the one-class support vector machine is normalized, and it is determined whether or not the sound is abnormal depending on whether or not the normalized value satisfies the threshold condition.

また、第5の発明として、第1〜第4の何れかの発明の異音検知装置であって、
前記走行音データの集音時の前記鉄道車両の走行状態を取得する取得手段を更に備え、
前記評価処理手段は、正常時であり且つ前記取得された走行状態での走行音データに係る特徴ベクトルに基づいてパラメータを定めた評価演算を実行して前記評価を行う、
異音検知装置を構成しても良い。
Moreover, as 5th invention, it is the noise detection device of the invention of any one of 1st-4th,
Further comprising an acquisition means for acquiring a running state of the railway vehicle at the time of collecting the running sound data;
The evaluation processing means performs the evaluation by executing an evaluation calculation in which a parameter is set based on a feature vector related to running sound data in a normal state and in the obtained running state.
You may comprise an abnormal sound detection apparatus.

この第5の発明によれば、走行音の特徴ベクトルが正常時の走行音の特徴ベクトルに相当するか否かの評価は、正常時であり且つ、評価時と同じ走行状態の時の走行音の特徴ベクトルに基づいてパラメータを定めた評価演算によってなされる。例えばモータの動作音などは、正常時であっても、鉄道車両の走行状態(例えば、力行か回生ブレーキか)が異なれば異なる音になる。このため、走行状態毎に正常時の走行音の特徴ベクトルを用意しておき、異音検知を行う時の走行状態に対応する特徴ベクトルの評価演算を実行することで、異音検知の精度を向上させることができる。   According to the fifth aspect of the invention, the evaluation as to whether or not the feature vector of the running sound corresponds to the feature vector of the running sound at the normal time is the running sound at the normal time and in the same running state as the evaluation time. This is done by an evaluation operation in which parameters are determined based on the feature vector. For example, even when the motor is operating normally, the sound is different if the running state of the railway vehicle (for example, whether it is power running or regenerative braking) is different. For this reason, the feature vector of the normal running sound is prepared for each running state, and the evaluation of the feature vector corresponding to the running state when carrying out the abnormal noise detection is executed, thereby improving the accuracy of the abnormal noise detection. Can be improved.

また、第6の発明として、第5の発明の異音検知装置であって、
前記走行音データの集音時の走行状態が前記平滑化時間以上継続していない時の前記走行音データについては前記評価処理手段による評価を抑止し、前記平滑化時間以上継続した時の前記走行音データについて前記評価処理手段に評価を行わせる、
異音検知装置を構成しても良い。
Moreover, as 6th invention, it is the abnormal sound detection device of 5th invention,
The traveling sound data when the traveling state at the time of sound collection of the traveling sound data is not continued for the smoothing time or more is inhibited from being evaluated by the evaluation processing means, and the traveling when the traveling sound data is continued for the smoothing time or more. Causing the evaluation processing means to evaluate the sound data;
You may comprise an abnormal sound detection apparatus.

この第6の発明によれば、走行音の特徴ベクトルが正常時の走行音の特徴ベクトルに相当するか否かの評価を、走行音の集音時の走行状態が平滑化時間以上継続していない時の走行音については抑止し、平滑化時間以上継続した時の走行音についてのみ行う。これにより、走行状態が途中で変化した走行音については異音検知の対象としないので、異音検知の精度の低下を防止できる。   According to the sixth aspect of the invention, it is evaluated whether or not the feature vector of the running sound corresponds to the feature vector of the running sound at the normal time, and the running state at the time of collecting the running sound continues for the smoothing time or longer. The running sound when there is not is suppressed, and only the running sound when it lasts for more than the smoothing time is performed. Thereby, since the traveling sound in which the traveling state has changed in the middle is not a target for abnormal noise detection, it is possible to prevent a decrease in the accuracy of abnormal noise detection.

異音検知装置の概要図。The schematic diagram of an abnormal sound detection apparatus. 特徴ベクトルに対する異常度の算出例。An example of calculating the degree of abnormality for a feature vector. 特徴ベクトルに対する階層的クラスタリングの結果の一例。An example of the result of the hierarchical clustering with respect to the feature vector. 平均時間と異音判別性能との関係の一例。An example of the relationship between average time and abnormal sound discrimination performance. 1オクターブ中の音の数と異音判別性能との関係の一例。An example of the relationship between the number of sounds in one octave and the noise discrimination performance. 異音検知装置の構成図。The block diagram of an abnormal noise detection apparatus. 異音検知処理のフローチャート。The flowchart of an abnormal sound detection process.

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。但し、本発明の適用可能な実施形態がこれに限定されるものではない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the applicable embodiment of the present invention is not limited to this.

[概要]
図1は、本実施形態の異音検知装置10の概要図である。この異音検知装置10は、鉄道車両20に設置され、マイク12で集音した走行音に対する音声解析処理を行うことで、モータ等の各種機器や、走行した線路の異常によって生じる走行音に含まれる異音を検知する。異音検知装置10は、マイク12で集音した車内の走行音を、予め集音した正常時の走行音と比較することで、走行音に含まれる異音を検知する。このため、両者の走行音の集音条件が近くなるよう、異音検知装置10は、例えば乗客の話し声が集音されにくい運転台に設置されることが望ましい。なお、マイク12と本体装置とを有線或いは無線で接続した分離型とし、マイク12を運転台の床近傍に設置する等の構成としてもよい。
[Overview]
FIG. 1 is a schematic diagram of an abnormal sound detection device 10 of the present embodiment. The abnormal sound detection device 10 is installed in the railway vehicle 20 and performs voice analysis processing on the traveling sound collected by the microphone 12 so as to be included in traveling sounds generated by various devices such as motors and abnormalities in the traveling track. Detects abnormal noise. The abnormal sound detection device 10 detects the abnormal noise included in the traveling sound by comparing the traveling sound in the vehicle collected by the microphone 12 with the traveling sound in the normal time collected in advance. For this reason, it is desirable that the abnormal sound detection device 10 be installed in a cab where, for example, passengers' voices are difficult to be collected so that the conditions for collecting both traveling sounds are close. The microphone 12 and the main unit may be separated from each other by wire or wirelessly, and the microphone 12 may be installed near the floor of the cab.

本実施形態における異音検知について説明する。
(A)特徴ベクトルの算出
先ず、マイク12から入力された走行音データから特徴ベクトルを算出する。具体的には、走行音データに対して1/M(M≧4)オクターブ分析を行い、各オクターブバンド(周波数帯域)について、2.5秒以上5秒以下の所定の平均時間(平滑化時間)Tsで移動平均処理した音圧を算出する。そして、各オクターブバンドの音圧を要素とする特徴ベクトルxを算出する。
The abnormal noise detection in this embodiment will be described.
(A) Calculation of Feature Vector First, a feature vector is calculated from running sound data input from the microphone 12. Specifically, 1 / M (M ≧ 4) octave analysis is performed on the running sound data, and a predetermined average time (smoothing time) of 2.5 seconds to 5 seconds for each octave band (frequency band). ) Calculate the sound pressure after moving average processing at Ts. Then, a feature vector x having the sound pressure of each octave band as an element is calculated.

(B)異音判定
続いて、1クラスサポートベクターマシンを利用して、算出した特徴ベクトルと、正常時の走行音の特徴ベクトルとを比較することで、走行音に異音が含まれるかを判定する。
(B) Abnormal sound determination Next, by using a one-class support vector machine, the calculated feature vector is compared with the characteristic vector of the normal traveling sound to determine whether the traveling sound includes the abnormal sound. judge.

(B−1)1クラスサポートベクターマシン
1クラスサポートベクターマシンは、特徴ベクトルを2つのクラス(集団)に分類する学習モデルであるサポートベクターマシンを応用した手法である。サポートベクターマシンは、2クラスのデータ間の距離(マージン)が最大となるようにクラスが定められた学習データを分類する超平面を求め、この超平面を利用して、判定対象の特徴ベクトルをどちらかのクラスに分類する。
(B-1) One-class support vector machine The one-class support vector machine is a technique that applies a support vector machine that is a learning model for classifying feature vectors into two classes (groups). The support vector machine obtains a hyperplane for classifying the learning data in which the class is determined so that the distance (margin) between the two classes of data is maximized, and uses this hyperplane to determine the feature vector to be determined. Classify into either class.

そして、1クラスサポートベクターマシンは、学習データとして正常データの1クラスのみを用い、正常データとそれ以外のデータとを分類する超平面を求め、この超平面を利用して、判定対象の特徴ベクトルを正常か異常のどちらかに分類する。   The one-class support vector machine uses only one class of normal data as learning data, obtains a hyperplane for classifying normal data and other data, and uses this hyperplane to determine a feature vector to be determined Is classified as either normal or abnormal.

1クラスサポートベクターマシンにおいて、特徴ベクトルxの正常/異常の判別に用いる判別関数f(x)は、次式(1)で定められる。

Figure 2014232084
この判別関数f(x)が正値の場合には特徴ベクトルxは正常、負値の場合には特徴ベクトルxは異常と判別する。 In the one-class support vector machine, the discriminant function f (x) used for discriminating the normality / abnormality of the feature vector x is determined by the following equation (1).
Figure 2014232084
When the discriminant function f (x) is a positive value, the feature vector x is judged as normal, and when the discriminant function f (x) is negative, the feature vector x is judged as abnormal.

式(1)において、ベクトルxiは、サポートベクターである。サポートベクターとは、正常データの特徴ベクトルxのうち、対応する係数aが「0」でない特徴ベクトルのことである。サポートベクターxiの係数aiは、次式(2)の最小化問題の解として算出される。

Figure 2014232084
式(2)において、パラメータνは、例えば0.1に設定される。また、関数k(x,y)はカーネル関数であり、ガウシアンカーネルを用いると、次式(3)で定められる。
Figure 2014232084
In equation (1), vector xi is a support vector. The support vector is a feature vector in which the corresponding coefficient a is not “0” among the feature vectors x of normal data. The coefficient ai of the support vector xi is calculated as a solution to the minimization problem of the following equation (2).
Figure 2014232084
In equation (2), the parameter ν is set to 0.1, for example. Further, the function k (x, y) is a kernel function, and is defined by the following equation (3) when a Gaussian kernel is used.
Figure 2014232084

式(3)において、パラメータσは、例えば、特徴ベクトル間の距離の最大値として定められる。そして、パラメータρは、次式(4)で与えられる。

Figure 2014232084
In Expression (3), the parameter σ is determined as the maximum value of the distance between feature vectors, for example. The parameter ρ is given by the following equation (4).
Figure 2014232084

(B−2)異音検知
本実施形態では、1クラスサポートベクターマシンの判別関数f(x)を用いて、検知対象の走行音データの特徴ベクトルxについての異常度gを、次式(5)の異常度算出関数g(x)として定める。

Figure 2014232084
(B-2) Abnormal Sound Detection In this embodiment, using the discriminant function f (x) of the one-class support vector machine, the abnormality degree g for the feature vector x of the traveling sound data to be detected is expressed by the following equation (5) ) Is determined as an abnormal degree calculation function g (x).
Figure 2014232084

この異常度算出関数g(x)は、判別関数f(x)で求めた値をパラメータρで正規化した値となる。1クラスサポートベクターマシンによる評価値の正規化とも言える。従って、異常度gが正値である場合には、走行音に異音が含まれていると判定し、負値である場合には異音が含まれていないと判定する。また、異常度gは、「−1.0〜+1.0」の範囲の値となり、正値且つ絶対値が大きいほど、検知対象の走行音データに異音が含まれている可能性が高いといえる。   This abnormality degree calculation function g (x) is a value obtained by normalizing the value obtained by the discriminant function f (x) with the parameter ρ. It can be said that the evaluation value is normalized by a one-class support vector machine. Therefore, when the degree of abnormality g is a positive value, it is determined that the running sound includes an abnormal noise, and when the abnormality level g is a negative value, it is determined that no abnormal noise is included. In addition, the degree of abnormality g is a value in the range of “−1.0 to +1.0”, and the higher the positive value and the absolute value, the higher the possibility that abnormal noise is included in the traveling sound data to be detected. It can be said.

図2は、異常度gの算出結果の一例である。図2では、19種類の走行音データそれぞれの特徴ベクトルn1〜n10,a1〜a9についての異常度gを示している。これらのうち、特徴ベクトルn1〜n10は、正常時の走行音データの特徴ベクトルである、特に、異常度が0となっている特徴ベクトルn2,n4,n6,n10は、サポートベクターである。また、特徴ベクトルa1〜a9は、異音が含まれる走行音の特徴ベクトルである。特に、特徴ベクトルa9は、人間が聴いて明らかに異音が含まれていると判別できる走行音の特徴ベクトルであり、これ以外の特徴ベクトルa1〜a8は、人間が聴いて判別できない程度の異音を含む走行音の特徴ベクトルである。   FIG. 2 is an example of the calculation result of the degree of abnormality g. FIG. 2 shows the degree of abnormality g for the feature vectors n1 to n10 and a1 to a9 for each of the 19 types of traveling sound data. Among these, feature vectors n1 to n10 are feature vectors of normal running sound data, and in particular, feature vectors n2, n4, n6, and n10 having an abnormality degree of 0 are support vectors. Further, the feature vectors a1 to a9 are feature vectors of running sound including abnormal sounds. In particular, the feature vector a9 is a feature vector of a running sound that can be identified by human beings as clearly including an abnormal sound, and the other feature vectors a1 to a8 are different to the extent that they cannot be identified by human hearing. This is a feature vector of running sound including sound.

図2に示すように、正常データの特徴ベクトルn1〜n10の異常度は、何れも、0又は負値となっている。また、検知対象の走行音データの特徴ベクトルa1〜a9の異常度は、何れも正値となっており、異音が含まれることを表している。特に、特徴ベクトルa9の異常度が、これ以外の特徴ベクトルa1〜a8に比較して突出している。   As shown in FIG. 2, the abnormalities of the feature vectors n1 to n10 of normal data are all 0 or a negative value. In addition, the abnormalities of the feature vectors a1 to a9 of the traveling sound data to be detected are all positive values, indicating that abnormal sounds are included. In particular, the degree of abnormality of the feature vector a9 is prominent as compared to the other feature vectors a1 to a8.

(C)特徴ベクトルの算出の際のパラメータ
特徴ベクトルを算出する際のパラメータの違いによって、算出される特徴ベクトルが異なる。そのため、走行音に異音が含まれるか否かの判別性能が、特徴ベクトルを算出する際に用いたパラメータによって左右されることになる。ここでは、特徴ベクトルの算出の際のパラメータである、平均時間Ts、及び、オクターブ分析の1/Nの値それぞれが異なる場合の、異音判別性能の違いについて説明する。
(C) Parameter for calculating feature vector The calculated feature vector differs depending on the parameter when calculating the feature vector. For this reason, the ability to determine whether or not the running sound includes abnormal noise depends on the parameters used when calculating the feature vector. Here, the difference in the noise discrimination performance when the average time Ts and the 1 / N value of the octave analysis, which are parameters for calculating the feature vector, are different will be described.

異音判別性能は、階層的クラスタリングによって判定した。この階層的クラスタリングで生成されるデンドログラムでは、特徴ベクトルの枝の長さが、当該特徴ベクトルと、当該特徴ベクトルに最も近い他の特徴ベクトルとの類似度合いを表している。   Allophone discrimination performance was judged by hierarchical clustering. In the dendrogram generated by this hierarchical clustering, the length of a feature vector branch represents the degree of similarity between the feature vector and another feature vector closest to the feature vector.

図3は、階層的クラスタリングにより生成されたデンドログラムの一例である。図3(a),(b)は、何れも、図2で用いた19種類の走行音データと同一の走行音データを用い、オクターブ分析結果に対する平均時間Tsのみを変えて移動平均した特徴ベクトルに対して階層的クラスタリングを行った結果である。具体的には、図3(a)は、平均時間Tsが約0.2秒であり、図3(b)は、平均時間Tsが約3.0秒である。   FIG. 3 is an example of a dendrogram generated by hierarchical clustering. 3 (a) and 3 (b) both use the same running sound data as the 19 kinds of running sound data used in FIG. 2, and change and average only the average time Ts for the octave analysis result. This is a result of performing hierarchical clustering on. Specifically, FIG. 3A shows an average time Ts of about 0.2 seconds, and FIG. 3B shows an average time Ts of about 3.0 seconds.

上述した通り、特徴ベクトルn1〜n10,a1〜a9のうち、特徴ベクトルn1〜n10は、正常時の走行音データの特徴ベクトルである。また、特徴ベクトルa1〜a9は、異音を含む走行音データの特徴ベクトルであり、特に、特徴ベクトルa9は、人間が聴いて判別できる明らかな異音を含む走行音データの特徴ベクトルである。   As described above, among the feature vectors n1 to n10 and a1 to a9, the feature vectors n1 to n10 are feature vectors of normal running sound data. The feature vectors a1 to a9 are feature vectors of running sound data including abnormal sounds. In particular, the feature vector a9 is a feature vector of running sound data containing obvious abnormal sounds that can be identified by human hearing.

図3に示すように、同じ走行音データであっても、特徴ベクトルの算出に係るパラメータ(ここでは平均時間Ts)の違いによって、異音の検知性能が異なることがわかる。つまり、図3(a)では、特徴ベクトルa2の枝が最も長く、異音が正しく判別できていないといえる。一方、図3(b)では、異音である特徴ベクトルa9の枝の長さが一番長く、且つ、その長さが他の特徴ベクトルよりも突出しており、異音が判別できているといえる。   As shown in FIG. 3, it can be seen that even with the same traveling sound data, the detection performance of abnormal noise differs depending on the parameter (here, average time Ts) related to the calculation of the feature vector. That is, in FIG. 3A, it can be said that the branch of the feature vector a2 is the longest and the abnormal sound cannot be correctly identified. On the other hand, in FIG. 3B, the length of the branch of the feature vector a9, which is an abnormal sound, is the longest and the length protrudes from the other feature vectors, and the abnormal sound can be discriminated. I can say that.

そして、階層的クラスタリングによる異音判別性能の指標として、異音の特徴ベクトルに対応する枝の長さを、それ以外の特徴ベクトルのうち、最も長い枝の長さで割った値を用いる。つまり、この異音判別性能の指標は、異音の特徴ベクトルの枝の長さが最も長い場合に1以上の値となり、また、この値が大きいほど、明確に異音が判別されたことを示す。この指標は後述する図4,5で使用する。   A value obtained by dividing the length of the branch corresponding to the feature vector of the abnormal sound by the length of the longest branch among the other feature vectors is used as an index of the abnormal sound discrimination performance by hierarchical clustering. In other words, this abnormal sound discrimination performance index is a value of 1 or more when the length of the branch of the abnormal noise feature vector is the longest, and the larger this value is, the clearer the abnormal sound is identified. Show. This index is used in FIGS.

なお、この階層的クラスタリングでは、全ての特徴ベクトル間の距離を算出する必要があるため、特徴ベクトルの数が多いほど、計算量が増加するという短所がある。そのため、異音検知の手法として階層的クラスタリングを用いる手法も可能ではあるが、異音検知装置を走行中の鉄道車両に設置してリアルタイム且つ継続的に異音検知を行う場合、できる限り計算量を抑える必要がある。そのため、本実施形態では1クラスサポートベクターマシンを用いることとした。1クラスサポートベクターマシンには、特徴ベクトルの評価に要する計算量が少ないという長所がある。   In this hierarchical clustering, since it is necessary to calculate the distance between all feature vectors, there is a disadvantage that the amount of calculation increases as the number of feature vectors increases. Therefore, a method using hierarchical clustering is also possible as a method for detecting abnormal noise. However, when an abnormal noise detection device is installed in a running railway vehicle to detect abnormal noise in real time, the amount of calculation is as much as possible. It is necessary to suppress. Therefore, in this embodiment, a one-class support vector machine is used. One-class support vector machines have the advantage that the amount of calculation required to evaluate feature vectors is small.

(C−1)平均時間Ts
図4は、オクターブ分析における平均時間Tsと、異音判別性能との関係の一例を示す図である。人間が聴いて判別できる明らかな異音を含む走行音データを含んだ、複数の走行音データを用意し、階層的クラスタリングを用いた上述の方法で異音判別性能の指標を算出した。
(C-1) Average time Ts
FIG. 4 is a diagram illustrating an example of the relationship between the average time Ts in the octave analysis and the abnormal sound discrimination performance. A plurality of traveling sound data including traveling sound data including obvious abnormal sounds that can be discerned by human hearing was prepared, and an index of the abnormal sound discrimination performance was calculated by the above-described method using hierarchical clustering.

図4は、特徴ベクトルの算出に当たり、当該算出に係るパラメータである平均時間Tsを「2.0〜6.0秒」の範囲で変化させて、異音判別性能の指標を求めた結果を示している。なお、図4では、1/4オクターブ分析(つまり、1オクターブ中の音の数が「4」)とした場合を示しているが、1/6オクターブ分析(つまり、1オクターブ中の音の数が「6」)とした場合もほぼ同一の波形となった。   FIG. 4 shows the result of calculating an abnormal sound discrimination performance index by changing the average time Ts, which is a parameter relating to the calculation, in the range of “2.0 to 6.0 seconds” in calculating the feature vector. ing. FIG. 4 shows a case where 1/4 octave analysis (that is, the number of sounds in one octave is “4”), but 1/6 octave analysis (that is, the number of sounds in one octave). Is “6”), the waveforms are almost the same.

図4によれば、平均時間Tsが2.0〜2.7秒では、平均時間Tsの増加に伴って異音判別性能がほぼ直線的に増加(向上)したが、それ以降では大きな変化は見られなかった。また、平均時間Tsが4.0〜5.0秒の間においては、異音判別性能が増減したが、総じて高い値を示した。また、平均時間Tsが5.0秒超の場合は、ゆるやかに異音判別性能低下が見られた。平均時間Tsが長くなるに従って演算量の増加や処理遅れが生じる。このため、データ処理の容易さや状態変化への追従性から、平均時間Tsは2.5〜5.0秒程度が望ましく、2.5〜3.0秒程度がより好ましいと考えられる。   According to FIG. 4, when the average time Ts is 2.0 to 2.7 seconds, the noise discrimination performance increases (improves) almost linearly as the average time Ts increases. I couldn't see it. Further, when the average time Ts was 4.0 to 5.0 seconds, the noise discrimination performance increased or decreased, but generally showed a high value. Further, when the average time Ts was more than 5.0 seconds, the abnormal sound discrimination performance was gradually lowered. As the average time Ts increases, the amount of calculation increases and processing delay occurs. For this reason, it is considered that the average time Ts is preferably about 2.5 to 5.0 seconds, and more preferably about 2.5 to 3.0 seconds, from the viewpoint of ease of data processing and followability to state changes.

(C−2)1オクターブ中の音の数
図5は、1/Nオクターブ分析におけるNの数と、異音判別性能との関係の一例を示す図である。人間が聴いて判別できる明らかな異音を含む走行音データを含んだ、複数の走行音データを用意し、階層的クラスタリングを用いた上述の方法で異音判別性能の指標を算出した。
(C-2) Number of sounds in one octave FIG. 5 is a diagram illustrating an example of the relationship between the number of N in the 1 / N octave analysis and the noise discrimination performance. A plurality of traveling sound data including traveling sound data including obvious abnormal sounds that can be discerned by human hearing was prepared, and an index of the abnormal sound discrimination performance was calculated by the above-described method using hierarchical clustering.

図5は、特徴ベクトルの算出に当たり、当該算出に係るパラメータである1オクターブ中の音の数Nを、0,1,・・・,15に変化させて、異音判別性能の指標を求めた結果を示している。なお、平均時間Tsを3秒とした。図5によれば、異音判別性能は、Nが「1」より「2」の方が低くなった。また、「3」以上においては、「1」の場合よりも異音判別性能が高くなった。また、Nが「2」から「4」になるに従って異音判別性能が増加(向上)したが、「4」で最大となり、「5以上」では殆ど変化しなかった。これにより、Nは「4」以上であることが望ましいといえる。すなわち1/M(M≧4)オクターブであることが望まれる。また、Mの数値が大きいほど、演算量が増加し、異音判別性能は「4」で最大となる。このため、1オクターブ中の音の数は「4」、つまり1/4オクターブバンドのオクターブ分析がより好適であると考えられる。   In FIG. 5, in calculating the feature vector, the number N of sounds in one octave, which is a parameter related to the calculation, is changed to 0, 1,. Results are shown. The average time Ts was 3 seconds. According to FIG. 5, the abnormal sound discrimination performance is lower when N is “2” than “1”. In addition, in the case of “3” or higher, the noise discrimination performance is higher than in the case of “1”. In addition, the noise discrimination performance increased (improved) as N changed from “2” to “4”, but the maximum was “4”, and there was almost no change when “5 or more”. Accordingly, it can be said that N is desirably “4” or more. That is, it is desired that 1 / M (M ≧ 4) octave. Further, as the value of M increases, the amount of calculation increases, and the abnormal sound discrimination performance becomes maximum at “4”. For this reason, the number of sounds in one octave is “4”, that is, octave analysis of a quarter octave band is considered more suitable.

[機能構成]
図6は、異音検知装置10の構成図である。図6によれば、異音検知装置10は、音声入力部110と、操作入力部120と、表示部130と、音声出力部140と、処理部200と、記憶部300とを備えて構成される。
[Function configuration]
FIG. 6 is a configuration diagram of the abnormal sound detection device 10. According to FIG. 6, the abnormal sound detection device 10 includes an audio input unit 110, an operation input unit 120, a display unit 130, an audio output unit 140, a processing unit 200, and a storage unit 300. The

音声入力部110は、例えばマイク等で実現される集音装置であり、集音した音声データを処理部200に出力する。音声入力部110より入力された音声データは、集音時の時刻と対応付けて走行音データ330として蓄積記憶される。   The sound input unit 110 is a sound collection device realized by, for example, a microphone, and outputs collected sound data to the processing unit 200. The voice data input from the voice input unit 110 is stored and stored as the running sound data 330 in association with the time of sound collection.

操作入力部120は、例えばキーボードやマウス、タッチパネル、各種スイッチ等で実現される入力装置であり、操作入力に応じた入力信号を処理部200に出力する。表示部130は、例えばLCD(liquid crystal display)やELD(electroluminescent display)等で実現される表示装置であり、処理部200からの表示信号に基づく各種画面表示を行う。音声出力部140は、例えばスピーカ等で実現される音出力装置であり、処理部200からの音声信号に基づく各種音声出力を行う。   The operation input unit 120 is an input device realized by, for example, a keyboard, a mouse, a touch panel, various switches, and the like, and outputs an input signal corresponding to the operation input to the processing unit 200. The display unit 130 is a display device realized by, for example, a liquid crystal display (LCD) or an electroluminescent display (ELD), and performs various screen displays based on display signals from the processing unit 200. The audio output unit 140 is a sound output device realized by, for example, a speaker, and performs various audio outputs based on the audio signal from the processing unit 200.

処理部200は、例えばCPU等の演算装置で実現され、記憶部300に記憶されたプログラムやデータ等に基づいて、異音検知装置10の全体制御を行う。また、処理部200は、オクターブ分析部210と、特徴ベクトル算出部220と、異音判定部230とを有し、異音検知プログラム310に従った異音検知処理(図7参照)を行う。   The processing unit 200 is realized by an arithmetic device such as a CPU, for example, and performs overall control of the abnormal sound detection device 10 based on programs, data, and the like stored in the storage unit 300. The processing unit 200 includes an octave analysis unit 210, a feature vector calculation unit 220, and an abnormal sound determination unit 230, and performs an abnormal sound detection process (see FIG. 7) according to the abnormal sound detection program 310.

オクターブ分析部210は、音声入力部110から入力される走行音に対するオクターブ分析を行って、各周波数帯域(オクターブバンド)の音圧を算出する。本実施形態では、1/4オクターブバンドのオクターブ分析を行うこととする。   The octave analysis unit 210 performs an octave analysis on the running sound input from the voice input unit 110 and calculates the sound pressure of each frequency band (octave band). In the present embodiment, an octave analysis of a quarter octave band is performed.

特徴ベクトル算出部220は、オクターブ分析によって算出された各周波数帯域の音圧の実効値の大きさを所定の平均時間Tsで平均し、各周波数帯域の平均した音圧を要素とした特徴ベクトルxを算出する。算出された特徴ベクトルxは、対応する走行音データの集音時刻と対応付けて、特徴ベクトルデータ340として蓄積記憶される。   The feature vector calculation unit 220 averages the effective value of the sound pressure in each frequency band calculated by the octave analysis over a predetermined average time Ts, and the feature vector x having the average sound pressure in each frequency band as an element. Is calculated. The calculated feature vector x is stored and stored as feature vector data 340 in association with the sound collection time of the corresponding traveling sound data.

異音判定部230は、特徴ベクトル算出部によって算出された特徴ベクトルxを、正常時の走行音データの特徴ベクトルxi(i=1,2,・・・,l)と比較することで、走行音に異音が含まれるか否かを判定する。具体的には、1クラスサポートベクターマシンを利用した式(5)に従って、特徴ベクトルxの異常度gを算出する。そして、算出した異常度gが正値であるならば異音が含まれると判定し、そうでないならば異音が含まれていないと判定する。移動平均処理された特徴ベクトルが、正常時の走行音データに係る特徴ベクトルに相当するか否かを評価することに相当する。   The abnormal sound determination unit 230 compares the feature vector x calculated by the feature vector calculation unit with the feature vector xi (i = 1, 2,..., L) of the normal traveling sound data, thereby driving the vehicle. It is determined whether or not an abnormal sound is included in the sound. Specifically, the degree of abnormality g of the feature vector x is calculated according to equation (5) using a one-class support vector machine. If the calculated degree of abnormality g is a positive value, it is determined that abnormal noise is included, and if not, it is determined that abnormal noise is not included. This corresponds to evaluating whether or not the feature vector that has been subjected to the moving average processing corresponds to the feature vector related to the running sound data at the normal time.

ここで、正常時の走行音データの特徴ベクトルxiは、正常時特徴ベクトルデータ320として記憶されている。また、算出された異常度gは、対応する走行音データの集音時刻と対応付けて、異音検知結果データ350として蓄積記憶される。   Here, the feature vector xi of the running sound data at the normal time is stored as the feature vector data 320 at the normal time. The calculated degree of abnormality g is accumulated and stored as abnormal sound detection result data 350 in association with the sound collection time of the corresponding traveling sound data.

記憶部300は、処理部が異音検知装置を統合的に制御するための諸機能を実現するためのシステムプログラムや、本実施形態を実現するためのプログラムやデータ等を記憶するとともに、処理部の作業領域として用いられ、操作入力部からの操作データ、音声入力部からの音声データ等が一時的に格納される。本実施形態では、異音検知プログラム310と、正常時特徴ベクトルデータ320と、走行音データ330と、特徴ベクトルデータ340と、異音検知結果データ350とが記憶される。   The storage unit 300 stores a system program for realizing various functions for the processing unit to integrally control the abnormal sound detection device, a program and data for realizing the present embodiment, and the processing unit. The operation data from the operation input unit, the voice data from the voice input unit, and the like are temporarily stored. In the present embodiment, the abnormal sound detection program 310, the normal feature vector data 320, the running sound data 330, the feature vector data 340, and the abnormal sound detection result data 350 are stored.

[処理の流れ]
図7は、異音検知処理の流れを説明するフローチャートである。図7によれば、先ず、予め定められた検知タイミングとなったならば(ステップS1:YES)、オクターブ分析部210が、入力される走行音データに対するオクターブ分析を行って、各周波数帯域の音圧を算出する(ステップS3)。ステップS1の検知タイミングは、例えば、停車駅から出発進行した後の所定時間(例えば5秒)経過後であったり、ノッチ(力行ノッチ及び/又はブレーキノッチ)が所定ノッチとなった時であったり、だ行走行時であるといった、運転操作が所定の運転操作条件を満たしたタイミングとすることができる。また、走行位置の算出装置を車上に具備しておき、所定の位置条件(例えば、予め定められたキロ程位置)を満たす位置を通過したタイミングを検知タイミングとすることもできる。
[Process flow]
FIG. 7 is a flowchart for explaining the flow of abnormal noise detection processing. According to FIG. 7, first, when the predetermined detection timing is reached (step S1: YES), the octave analysis unit 210 performs an octave analysis on the input running sound data, and the sound of each frequency band. The pressure is calculated (step S3). The detection timing in step S1 is, for example, when a predetermined time (for example, 5 seconds) has elapsed after departure from the stop station, or when a notch (powering notch and / or brake notch) becomes a predetermined notch. The timing when the driving operation satisfies a predetermined driving operation condition, such as when the vehicle is traveling on the road, can be set. In addition, a traveling position calculation device may be provided on the vehicle, and the timing when the vehicle passes a position satisfying a predetermined position condition (for example, a predetermined kilometer position) may be set as the detection timing.

次いで、特徴ベクトル算出部220が、算出された各周波数帯域の音圧を所定の平均時間Tsで移動平均処理し(ステップS5)、平均した音圧を要素とした走行音の特徴ベクトルxを算出する(ステップS7)。   Next, the feature vector calculation unit 220 performs a moving average process on the calculated sound pressure in each frequency band for a predetermined average time Ts (step S5), and calculates a feature vector x of the running sound using the averaged sound pressure as an element. (Step S7).

続いて、異音判定部230が、算出された特徴ベクトルxの異常度gを算出し、算出した異常度gの正負に応じて、走行音に異音が含まれるか否かを判定する。すなわち、異常度gが正値ならば走行音に異音が含まれると判定し、正値でないならば異音が含まれない(正常)と判定する(ステップS9)。そして、例えば、表示部130への所定の表示出力や、音声出力部140への所定の音声出力等によって、異音判定結果を出力する(ステップS11)。   Subsequently, the abnormal sound determination unit 230 calculates the degree of abnormality g of the calculated feature vector x, and determines whether or not the traveling sound includes abnormal sound according to the sign of the calculated degree of abnormality g. That is, if the degree of abnormality g is a positive value, it is determined that the running sound includes abnormal noise, and if it is not a positive value, it is determined that no abnormal noise is included (normal) (step S9). Then, for example, the abnormal sound determination result is output by a predetermined display output to the display unit 130, a predetermined audio output to the audio output unit 140, or the like (step S11).

その後、終着駅の到着等といった終了条件を満たすことで異音検知処理を終了するか否かを判断し、終了しないならば(ステップS13:NO)、ステップS1に戻り、同様の処理を行う。終了するならば(ステップS13:YES)、本処理を終了する。   Thereafter, it is determined whether or not the abnormal sound detection process is ended by satisfying an end condition such as arrival at the terminal station. If not (NO at step S13), the process returns to step S1 to perform the same process. If completed (step S13: YES), this process is terminated.

[作用効果]
このように、本実施形態の異音検知装置10は、鉄道車両の走行音に基づいて、鉄道車両20に搭載されている各種機器等の異常によって発生する異音を、容易且つ安価に検知することができる。つまり、走行音に対する1/4オクターブ分析を行い、各周波数帯域(オクターブバンド)について所定の平均時間Tsで移動平均処理した音圧を要素とする特徴ベクトルを生成する、そして、1クラスサポートベクターマシンによって、生成した特徴ベクトルを正常時の走行音の特徴ベクトルと比較することで、走行音に異音が含まれるか否かを判定する。これにより、鉄道車両に搭載されている複数の機器や部品を対象とした異音検知が可能となる。
[Function and effect]
As described above, the abnormal sound detection device 10 according to the present embodiment easily and inexpensively detects abnormal noise generated due to an abnormality of various devices mounted on the railway vehicle 20 based on the running sound of the railway vehicle. be able to. In other words, a 1/4 octave analysis is performed on the running sound, and a feature vector having a sound pressure obtained by moving average processing for each frequency band (octave band) at a predetermined average time Ts as an element is generated. By comparing the generated feature vector with the feature vector of the normal traveling sound, it is determined whether or not the traveling sound includes abnormal noise. Thereby, abnormal noise detection for a plurality of devices and parts mounted on the railway vehicle becomes possible.

[変形例]
なお、本発明の適用可能な実施形態は、上述の実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能なのは勿論である。
[Modification]
It should be noted that embodiments to which the present invention can be applied are not limited to the above-described embodiments, and can be appropriately changed without departing from the spirit of the present invention.

(A)異常度g
上述の実施形態では、異常度gが正値である場合に、走行音に異音が含まれると判定したが、異音が含まれると判定するための異常度gの閾値を定め、算出した異常度gが正値であり、且つ、この閾値以上である場合に、走行音に異音が含まれると判定しても良い。
(A) Abnormality g
In the above-described embodiment, when the degree of abnormality g is a positive value, it is determined that the running sound includes abnormal noise. However, a threshold value of the abnormality degree g for determining that abnormal noise is included is determined and calculated. If the degree of abnormality g is a positive value and greater than or equal to this threshold value, it may be determined that the running sound includes abnormal noise.

(B)鉄道車両の走行状態
また、鉄道車両の走行状態に応じて、正常時の走行音の特徴ベクトルを選択して異常度gを求めることにしても良い。具体的には、力行、だ行及び制動(回生)といった複数種類の走行状態それぞれについて、正常時の走行音の特徴ベクトルを用意しておく。そして、異音検知処理を実行する際には、集音時の走行状態を取得し、取得した走行状態に対応する正常時の走行音の特徴ベクトルを用いて、式(5)の異常度算出関数g(x)から異常度gを算出する。走行状態が異なると、モータの動作音が異なるため、集音される走行音が異なる。このため、走行状態に応じて、異常度gの算出に用いる正常時の特別ベクトルを選択・切り替えることで、異音検知の精度を向上させることが可能となる。
(B) Traveling state of railway vehicle Further, according to the traveling state of the railway vehicle, a feature vector of traveling sound at normal time may be selected to obtain the degree of abnormality g. Specifically, a feature vector of normal running sound is prepared for each of a plurality of types of running states such as power running, running and braking (regeneration). Then, when executing the abnormal noise detection process, the travel state at the time of sound collection is acquired, and the abnormality level calculation of Expression (5) is performed using the feature vector of the normal travel sound corresponding to the acquired travel state. The degree of abnormality g is calculated from the function g (x). When the traveling state is different, the operation sound of the motor is different, and thus the collected traveling sound is different. For this reason, it is possible to improve the accuracy of abnormal noise detection by selecting and switching the normal special vector used for calculating the degree of abnormality g in accordance with the traveling state.

またこの場合、走行音の集音時の走行状態が、移動平均処理を行う平均時間Ts以上継続していない場合、すなわち、走行音の集音の途中で鉄道車両の走行状態が変化した場合には、集音した走行音に基づく異音検知を行わない(抑止する)ようにしても良い。   Further, in this case, when the running state at the time of collecting the running sound does not continue for the average time Ts for performing the moving average process, that is, when the running state of the railway vehicle changes during the collecting of the running sound. May not perform (suppress) abnormal noise detection based on the collected traveling sound.

10 異音検知装置、12 マイク
110 音声入力部、120 操作入力部
130 表示部、140 音声出力部
200 処理部
210 オクターブ分析部、220 特徴ベクトル算出部、230 異音判定部
300 記憶部
310 異音検知プログラム
320 正常時特徴ベクトルデータ、330 走行音データ
340 特徴ベクトルデータ、350 異音検知結果データ

DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Abnormal noise detection apparatus, 12 Microphone 110 Audio | voice input part, 120 Operation input part 130 Display part, 140 Audio | voice output part 200 Processing part 210 Octave analysis part, 220 Feature vector calculation part, 230 Abnormal sound determination part 300 Storage part 310 Abnormal sound Detection program 320 Normal feature vector data, 330 Running sound data 340 Feature vector data, 350 Abnormal sound detection result data

Claims (7)

鉄道車両の所定位置に備えた集音装置によって集音された走行音データに基づいて、当該鉄道車両の各種機器の異音或いは走行した線路の異音を検知する異音検知装置であって、
前記走行音データを1/Mオクターブバンド(M≧4)で分析する分析手段と、
前記分析手段により分析された各周波数帯域の音圧データを2.5秒以上5秒以下の所定の平滑化時間で移動平均処理する移動平均処理手段と、
前記移動平均処理された各周波数帯域のデータである特徴ベクトルが、正常時の走行音データを前記分析手段及び前記移動平均処理手段で処理した場合の特徴ベクトルに相当するか否かを評価する評価処理手段と、
を備えた異音検知装置。
An abnormal sound detection device that detects abnormal noise of various devices of the railway vehicle or abnormal noise of a traveled track based on traveling sound data collected by a sound collector provided at a predetermined position of the railway vehicle,
Analyzing means for analyzing the running sound data in a 1 / M octave band (M ≧ 4);
Moving average processing means for moving average processing the sound pressure data of each frequency band analyzed by the analysis means at a predetermined smoothing time of 2.5 seconds or more and 5 seconds or less;
Evaluation that evaluates whether or not the feature vector that is the data of each frequency band that has been subjected to the moving average processing corresponds to the feature vector when normal running sound data is processed by the analysis means and the moving average processing means Processing means;
An abnormal sound detection device.
前記分析手段は、1/4オクターブバンドで分析を行う、
請求項1に記載の異音検知装置。
The analysis means performs analysis in a quarter octave band.
The abnormal sound detection device according to claim 1.
前記評価処理手段は、正常時の走行音データに係る特徴ベクトルに基づいてパラメータが定められた1クラスサポートベクターマシンによる評価演算を行って前記評価を行う、
請求項1又は2に記載の異音検知装置。
The evaluation processing means performs the evaluation by performing an evaluation operation by a one-class support vector machine in which parameters are determined based on a feature vector related to normal running sound data.
The abnormal sound detection device according to claim 1 or 2.
前記評価処理手段は、
前記1クラスサポートベクターマシンによる評価値を正規化する正規化手段と、
当該正規化された値が、異音であると決定するための所定の閾値条件を満たすか否かを判定する手段と、
を有する、
請求項3に記載の異音検知装置。
The evaluation processing means includes
Normalization means for normalizing the evaluation value by the one-class support vector machine;
Means for determining whether or not the normalized value satisfies a predetermined threshold condition for determining that the noise is abnormal;
Having
The abnormal sound detection device according to claim 3.
前記走行音データの集音時の前記鉄道車両の走行状態を取得する取得手段を更に備え、
前記評価処理手段は、正常時であり且つ前記取得された走行状態での走行音データに係る特徴ベクトルに基づいてパラメータを定めた評価演算を実行して前記評価を行う、
請求項1〜4の何れか一項に記載の異音検知装置。
Further comprising an acquisition means for acquiring a running state of the railway vehicle at the time of collecting the running sound data;
The evaluation processing means performs the evaluation by executing an evaluation calculation in which a parameter is set based on a feature vector related to running sound data in a normal state and in the obtained running state.
The abnormal noise detection apparatus as described in any one of Claims 1-4.
前記走行音データの集音時の走行状態が前記平滑化時間以上継続していない時の前記走行音データについては前記評価処理手段による評価を抑止し、前記平滑化時間以上継続した時の前記走行音データについて前記評価処理手段に評価を行わせる、
請求項5に記載の異音検知装置。
The traveling sound data when the traveling state at the time of sound collection of the traveling sound data is not continued for the smoothing time or more is inhibited from being evaluated by the evaluation processing means, and the traveling when the traveling sound data is continued for the smoothing time or more. Causing the evaluation processing means to evaluate the sound data;
The abnormal sound detection device according to claim 5.
鉄道車両の所定位置に備えた集音装置によって集音された走行音データに基づいて、当該鉄道車両の各種機器の異音或いは走行した線路の異音を検知する機能をコンピュータに実現させるためのプログラムであって、
前記走行音データを1/Mオクターブバンド(M≧4)で分析する分析手段、
前記分析手段により分析された各周波数帯域の音圧データを2.5秒以上5秒以下の所定の平滑化時間で移動平均処理する移動平均処理手段、
前記移動平均処理された各周波数帯域のデータである特徴ベクトルが、正常時の走行音データを前記分析手段及び前記移動平均処理手段で処理した場合の特徴ベクトルに相当するか否かを評価する評価処理手段、
として前記コンピュータを機能させるためのプログラム。


Based on traveling sound data collected by a sound collecting device provided at a predetermined position of a railway vehicle, the computer can realize a function of detecting abnormal sounds of various devices of the railway vehicle or abnormal sounds of a track that has traveled. A program,
Analyzing means for analyzing the running sound data in a 1 / M octave band (M ≧ 4);
A moving average processing means for performing a moving average process on the sound pressure data of each frequency band analyzed by the analyzing means at a predetermined smoothing time of 2.5 seconds or more and 5 seconds or less;
Evaluation that evaluates whether or not the feature vector that is the data of each frequency band that has been subjected to the moving average processing corresponds to the feature vector when normal running sound data is processed by the analysis means and the moving average processing means Processing means,
A program for causing the computer to function as


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Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016173367A (en) * 2015-03-17 2016-09-29 東海旅客鉄道株式会社 Temperature abnormality detection system and temperature abnormality detection method
JP2017077055A (en) * 2015-10-13 2017-04-20 公益財団法人鉄道総合技術研究所 State diagnostic device and program
US9946253B1 (en) 2017-02-02 2018-04-17 Kabushiki Kaisha Toshiba Electronic apparatus and method
JP2018179986A (en) * 2017-04-11 2018-11-15 公益財団法人鉄道総合技術研究所 Abnormality diagnostic device and program
JP2020038166A (en) * 2018-09-05 2020-03-12 東芝情報システム株式会社 Inspection apparatus and program for inspection
WO2021106112A1 (en) * 2019-11-27 2021-06-03 株式会社日立製作所 Vehicle state monitoring device and state monitoring method
CN116257651A (en) * 2023-05-16 2023-06-13 丹纳威奥贯通道系统(青岛)有限公司 Intelligent monitoring system for abnormal sound of through channel cab apron
CN117104377A (en) * 2023-10-23 2023-11-24 西安小果出行科技有限公司 Intelligent management system and method for electric bicycle

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006258535A (en) * 2005-03-16 2006-09-28 Omron Corp Inspection device and inspection method
JP2007256153A (en) * 2006-03-24 2007-10-04 Hitachi Ltd System for detecting railway vehicle truck abnormality
JP2007263691A (en) * 2006-03-28 2007-10-11 Isuzu Motors Ltd Sound pressure estimation method
JP2008008708A (en) * 2006-06-28 2008-01-17 Omron Corp Judgment knowledge creation system, judgment knowledge creation method, program, and recording medium

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006258535A (en) * 2005-03-16 2006-09-28 Omron Corp Inspection device and inspection method
JP2007256153A (en) * 2006-03-24 2007-10-04 Hitachi Ltd System for detecting railway vehicle truck abnormality
JP2007263691A (en) * 2006-03-28 2007-10-11 Isuzu Motors Ltd Sound pressure estimation method
JP2008008708A (en) * 2006-06-28 2008-01-17 Omron Corp Judgment knowledge creation system, judgment knowledge creation method, program, and recording medium

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
小野一良、他: "鉄道線路の軌道及び路盤に生ずる振動の解析", 土木学会論文報告集, vol. 第339号, JPN6016025178, November 1983 (1983-11-01), pages 167 - 176, ISSN: 0003349999 *

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016173367A (en) * 2015-03-17 2016-09-29 東海旅客鉄道株式会社 Temperature abnormality detection system and temperature abnormality detection method
JP2017077055A (en) * 2015-10-13 2017-04-20 公益財団法人鉄道総合技術研究所 State diagnostic device and program
US9946253B1 (en) 2017-02-02 2018-04-17 Kabushiki Kaisha Toshiba Electronic apparatus and method
JP2018179986A (en) * 2017-04-11 2018-11-15 公益財団法人鉄道総合技術研究所 Abnormality diagnostic device and program
JP2020038166A (en) * 2018-09-05 2020-03-12 東芝情報システム株式会社 Inspection apparatus and program for inspection
WO2021106112A1 (en) * 2019-11-27 2021-06-03 株式会社日立製作所 Vehicle state monitoring device and state monitoring method
JPWO2021106112A1 (en) * 2019-11-27 2021-12-02 株式会社日立製作所 Vehicle condition monitoring device and condition monitoring method
JP6990327B2 (en) 2019-11-27 2022-01-12 株式会社日立製作所 Vehicle condition monitoring device and condition monitoring method
CN116257651A (en) * 2023-05-16 2023-06-13 丹纳威奥贯通道系统(青岛)有限公司 Intelligent monitoring system for abnormal sound of through channel cab apron
CN116257651B (en) * 2023-05-16 2023-07-21 丹纳威奥贯通道系统(青岛)有限公司 Intelligent monitoring system for abnormal sound of through channel cab apron
CN117104377A (en) * 2023-10-23 2023-11-24 西安小果出行科技有限公司 Intelligent management system and method for electric bicycle
CN117104377B (en) * 2023-10-23 2024-01-30 西安小果出行科技有限公司 Intelligent management system and method for electric bicycle

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