JP4845695B2 - Anomaly detection apparatus and method - Google Patents
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Description
本発明は、監視対象において発生する音響を検出することにより監視対象の異常を検知する異常検知装置及び方法に関する。 The present invention relates to an abnormality detection apparatus and method for detecting an abnormality of a monitoring target by detecting sound generated in the monitoring target.
可燃性ガスが取り扱われ又は利用される設備においては、可燃性ガスの漏洩を異常として高精度で検知する必要がある。このような設備としては、水素ステーションや水素供給プラント等の水素取り扱い設備、天然ガス取り扱い設備、石油系ガス取り扱い設備、液体燃料取り扱い設備、或いはこれらのガスを利用する設備がある。 In facilities where combustible gas is handled or used, it is necessary to detect leakage of combustible gas as an abnormality and detect it with high accuracy. Such facilities include hydrogen handling facilities such as hydrogen stations and hydrogen supply plants, natural gas handling facilities, petroleum gas handling facilities, liquid fuel handling facilities, and facilities that use these gases.
従来、監視対象の異常を検出する際には、監視対象に検出手段を設け、予め監視対象が正常状態にあるときの検出手段からの出力に基づき所定の閾値を設定し、監視時における検出手段による測定値と、設定した閾値とを比較することにより異常が検知されていた。 Conventionally, when detecting an abnormality in a monitoring target, a detection unit is provided for the monitoring target, and a predetermined threshold is set based on an output from the detection unit when the monitoring target is in a normal state in advance. Abnormality was detected by comparing the measured value by and the set threshold value.
また、特許文献1には、計測値が徐々に変化する場合や急激に変化する場合においても異常を正確に判定するために、1種類の計測値を種々の角度からチェックし、その結果を主成分分析を用いて総合的に判定する異常値検出装置が提案されている。
しかしながら、監視対象設備における音響を検出することにより、ガス漏洩を異常として検知する場合においては、ガス漏洩がなく正常であるのに異常であると誤判定されることがある。すなわち、監視対象設備においては、異常として検知すべきガス漏洩音のほかに、そのガス漏洩音に類似するエア洗浄等の作業音が存在する。このような作業音は、誤って異常と判定した誤報の原因となる。したがって、高精度の異常検知を実現するためには、異常として検知すべきガス漏洩音と、その他の作業音とを仕訳する必要がある。 However, in the case where gas leakage is detected as abnormal by detecting sound in the monitoring target facility, it may be erroneously determined to be abnormal although there is no gas leakage and is normal. That is, in the equipment to be monitored, in addition to the gas leak sound that should be detected as an abnormality, there are work sounds such as air cleaning similar to the gas leak sound. Such a working sound causes a false alarm that is erroneously determined to be abnormal. Therefore, in order to realize high-accuracy abnormality detection, it is necessary to journal gas leakage sound that should be detected as abnormality and other work sounds.
本発明の目的は、異常として検知すべきガスの漏洩音を、そのガスの漏洩音に類似する作業音と高精度で仕訳して検出し、高精度で異常を検知することができる異常検出装置及び方法を提供することにある。 An object of the present invention is to detect a gas leakage sound that should be detected as an abnormality by using a work sound similar to the gas leakage sound and detecting it with high accuracy, and detecting an abnormality with high accuracy. And providing a method.
上記目的は、水素ガスが取り扱われる水素ステーションである監視対象において音響を検出して音響信号を出力する集音部と、前記音響信号の周波数スペクトルを計算し、あらかじめ前記集音部に正常音と異常音を検出させ、正常音データの出力を0、異常音データの出力を1として学習させたニューラルネットワークのモデルを用い、前記周波数スペクトルに基づき、前記監視対象における状態を、正常音が検出された場合の判定値を0、水素ガス漏洩音が検出された場合の判定値を1として、正常から異常までに応じた0〜1の数値に数値化した判定値を出力する周波数パターン分析部と、5〜30秒間に出力された前記判定値の時系列データについて、前記判定値の平均値及び標準偏差を算出し、算出された前記平均値と第1の閾値とを比較し、算出された前記標準偏差と第2の閾値とを比較し、前記平均値が前記第1の閾値以上であり、且つ前記標準偏差が前記第2の閾値以下の場合に、前記監視対象の状態が異常であると判定し、前記水素ガスの漏洩を前記異常として検出する異常検出部とを有することを特徴とする異常検知装置により達成される。 The above object is achieved by a sound collector to output a sound signal by detecting an acoustic in the monitored hydrogen gas is hydrogen station to be handled, the calculated frequency spectrum of the acoustic signal, and advance the current normal sound clef Using a neural network model in which abnormal sound is detected and the normal sound data output is 0 and the abnormal sound data output is 1 , the normal sound is detected based on the frequency spectrum. A frequency pattern analysis unit that outputs a judgment value quantified to a numerical value of 0 to 1 according to normal to abnormal , with a judgment value of 0 when the hydrogen gas leak sound is detected and a judgment value of 1 when the hydrogen gas leakage sound is detected For the time-series data of the determination value output for 5 to 30 seconds , an average value and a standard deviation of the determination value are calculated, and the calculated average value and the first threshold value are calculated. And the calculated standard deviation is compared with a second threshold value, and the monitoring is performed when the average value is equal to or greater than the first threshold value and the standard deviation is equal to or smaller than the second threshold value. It is achieved by an abnormality detection device comprising: an abnormality detection unit that determines that the state of an object is abnormal and detects leakage of the hydrogen gas as the abnormality.
また、上記目的は、水素ガスが取り扱われる水素ステーションである監視対象において音響を検出して音響信号を生成し、前記音響信号の周波数スペクトルを計算し、あらかじめ正常音と異常音を検出させ、正常音データの出力を0、異常音データの出力を1として学習させたニューラルネットワークのモデルを用い、前記周波数スペクトルに基づき、前記監視対象における状態を、正常音が検出された場合の判定値を0、水素ガス漏洩音が検出された場合の判定値を1として、正常から異常までに応じた0〜1の数値に数値化した判定値を生成し、5〜30秒間に生成された前記判定値の時系列データについて、前記判定値の平均値及び標準偏差を算出し、算出された前記平均値と第1の閾値とを比較し、算出された前記標準偏差と第2の閾値とを比較し、前記平均値が前記第1の閾値以上であり、且つ前記標準偏差が前記第2の閾値以下の場合に、前記監視対象の状態が異常であると判定し、前記水素ガスの漏洩を前記異常として検出することを特徴とする異常検知方法により達成される。 In addition, the above-mentioned purpose is to detect sound in a monitoring target that is a hydrogen station where hydrogen gas is handled, generate an acoustic signal, calculate a frequency spectrum of the acoustic signal , detect normal sound and abnormal sound in advance, Using a neural network model that has been trained with an output of sound data of 0 and an output of abnormal sound data of 1 , based on the frequency spectrum, the state of the monitoring target is determined as a determination value when a normal sound is detected. The determination value when the hydrogen gas leakage sound is detected is set to 1 , and a determination value that is quantified to a numerical value of 0 to 1 according to normal to abnormal is generated, and the determination value generated for 5 to 30 seconds For the time-series data, an average value and a standard deviation of the determination values are calculated, the calculated average value is compared with a first threshold value, and the calculated standard deviation and the second standard deviation are compared. A comparison with a threshold value, and when the average value is not less than the first threshold value and the standard deviation is not more than the second threshold value, it is determined that the state of the monitoring target is abnormal, and the hydrogen gas This is achieved by an abnormality detection method characterized by detecting a leakage of the above as the abnormality.
本発明によれば、監視対象において音響を検出して音響信号を生成し、前記音響信号の周波数スペクトルを計算し、ニューラルネットワークのモデルを用い、前記周波数スペクトルに基づき、前記監視対象における状態を、正常から異常までに応じた数値に数値化した判定値を生成し、所定の期間に生成された前記判定値の時系列データに基づき前記監視対象の異常を検出するので、異常として検知すべきガスの漏洩音を、そのガスの漏洩音に類似する作業音と高精度で仕訳して検出し、高精度で異常を検知することができる。 According to the present invention, sound is detected in a monitoring target to generate a sound signal, a frequency spectrum of the sound signal is calculated, a model of a neural network is used, and the state in the monitoring target is determined based on the frequency spectrum. Gas to be detected as an abnormality because a determination value converted into a numerical value corresponding to normal to abnormality is generated and the abnormality of the monitoring target is detected based on time-series data of the determination value generated during a predetermined period It is possible to detect and detect an abnormal leak with high accuracy by using a work noise similar to that of the gas and detecting it with high accuracy.
[一実施形態]
本発明の一実施形態による異常検知装置及び方法について図1乃至図7を用いて説明する。図1は本実施形態による異常検知装置の構成を示す概略図、図2は本実施形態による異常検知装置における異常検知装置におけるニューラルネットワーク判定部により出力される判定値の時系列データの典型例を示す表、図3は本実施形態による異常検知装置におけるトレンド処理部により判定値の時系列データについてトレンド処理を行った結果を示すグラフ、図4は本実施形態による異常検知装置における異常検出部の処理を示すフローチャート、図5は本実施形態による異常検知方法において水素ガス漏洩音について得られた判定値の時系列データを示すグラフ、図6は本実施形態による異常検知方法においてエア洗浄作業音について得られた判定値の時系列データを示すグラフ、図7は本実施形態による異常検知方法におけるトレンド処理の結果を示すグラフである。
[One Embodiment]
An abnormality detection apparatus and method according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a configuration of an abnormality detection device according to the present embodiment. FIG. 2 is a typical example of time-series data of determination values output by a neural network determination unit in the abnormality detection device of the abnormality detection device according to the present embodiment. FIG. 3 is a graph showing a result of trend processing performed on the time-series data of determination values by the trend processing unit in the abnormality detection device according to the present embodiment. FIG. 4 is a graph of the abnormality detection unit in the abnormality detection device according to the present embodiment. FIG. 5 is a graph showing time series data of determination values obtained for the hydrogen gas leakage sound in the abnormality detection method according to the present embodiment. FIG. 6 is a diagram showing the air cleaning work sound in the abnormality detection method according to the present embodiment. FIG. 7 is a graph showing the time-series data of the obtained determination values. FIG. 7 shows the train in the abnormality detection method according to this embodiment. Is a graph showing the results of the processing.
本実施形態による異常検知装置は、水素製造プラントや水素ステーション等の水素を取り扱う監視対象設備において、水素ガスの漏洩を異常として検知するものである。 The abnormality detection device according to the present embodiment detects leakage of hydrogen gas as an abnormality in a monitoring target facility that handles hydrogen, such as a hydrogen production plant or a hydrogen station.
本実施形態による異常検知装置は、図1に示すように、集音部10と、周波数パターン分析部12と、異常検出部14とを有している。
As shown in FIG. 1, the abnormality detection apparatus according to the present embodiment includes a
集音部10は、監視対象設備において発生する音響を検出して音響信号を出力するマイクロフォン部16と、マイクロフォン部16から出力される音響信号を増幅するアナログアンプ部18と、アナログアンプ部18により増幅された音響信号をアナログ信号からデジタル信号に変換するA/D変換部20とを有している。
The
周波数パターン分析部12は、A/D変換部20によりデジタル信号に変換された音響信号の周波数スペクトルを計算するフーリエ変換部22と、フーリエ変換部22により計算された周波数スペクトルに基づいて、ニューラルネットワークによる判定モデルにより音響に応じた判定値を出力するニューラルネットワーク判定部24とを有している。
The frequency
異常検出部14は、ニューラルネットワーク判定部24から出力される判定値のトレンドを求めるトレンド処理部26と、トレンド処理部26の結果に基づき水素ガス漏洩音と作業音とを識別する識別部28とを有している。
The
まず、集音部10の各構成要素について説明する。
First, each component of the
マイクロフォン部16は、監視対象設備内に設置され、監視対象設備において発生する音響を検出して音響信号を出力する。マイクロフォン部16は、例えば20Hz〜20kHzに感度を有する無指向性のものである。マイクロフォン部16は、本質安全防爆構造となっている。
The
アナログアンプ部18は、マイクロフォン部16から出力される音響信号を所定のゲインで増幅する。アナログアンプ部18は、マイクロフォン部16が感度を有する例えば20Hz〜20kHzの音響信号を増幅する。
The
A/D変換部20は、アナログアンプ部18により増幅された音響信号を、アナログ信号からデジタル信号へと所定のサンプリング周波数で変換する。A/D変換部20によるA/D変換の分解能は、例えば8〜16bitであり、サンプリング周波数は、例えば、44.1kHz、48.0kHz、及び51.2kHzのなかから選択する。
The A /
次に、周波数パターン分析部12の各構成要素について説明する。
Next, each component of the frequency
フーリエ変換部22は、A/D変換部20によりデジタル信号に変換された音響信号に対して高速フーリエ変換を行い、音響信号の周波数スペクトルを計算する。フーリエ変換部22による高速フーリエ変換のデータポイント数は、例えば、512、1024、2048、4096、8192、16384、32768、及び65536のなかから選択する。また、窓関数としては、例えば、ハミング、ハニング、及び窓関数なしの場合から選択する。
The Fourier
ニューラルネットワーク判定部24は、ニューラルネットワークモデルを使用して、フーリエ変換部22により計算された周波数スペクトルに基づき、監視対象設備において検出された音響に応じた判定値を出力する。
The neural
ニューラルネットワークの学習では、正常音データの出力を0、異常音データの出力を1として学習させる。ニューラルネットワークとしては、階層型のニューラルネットワークを使用し、バックプロパゲーションにより学習を実施する。ニューラルネットワークにおける応答関数としては、例えば、シグモイド関数、ラジアルベース関数から選択する。 In the learning of the neural network, the normal sound data is output as 0 and the abnormal sound data is output as 1. As the neural network, a hierarchical neural network is used, and learning is performed by back propagation. The response function in the neural network is selected from, for example, a sigmoid function and a radial base function.
こうして学習が行われたニューラルネットワークモデルを使用して、ニューラルネットワーク判定部24は、監視対象設備において検出された音響に応じて0〜1の判定値を出力する。具体的には、水素ガス漏洩音が検出された場合には、判定値1を出力する。また、正常音が検出された場合には、判定値0を出力する。また、検出された音響が、水素ガス漏洩音に類似するほど1により近い判定値を出力し、正常音に類似するほど0により近い判定値を出力する。監視対象設備の監視を行っている間、ニューラルネットワーク判定部24は、このような判定値を所定の周期で出力する。
Using the learned neural network model, the neural
水素ガス漏洩音が検出される場合、判定値1がほぼ連続的に出力され、風などにより水素ガス漏洩音が変化した場合に1に近い判定値が出力されると考えられる。なお、水素ガス漏洩音には、風などの外的要因がないかぎり大きな変動がないため、このように判定値が1よりも小さくなる頻度は低いと考えられる。
It is considered that when a hydrogen gas leak sound is detected, the
一方、エアで車体等を洗浄する作業時に発生するエア洗浄作業音は、水素ガス漏洩音に類似している。このため、エア洗浄作業音が検出される場合には、1又は1に近い判定値が出力されると考えられる。しかし、エア洗浄作業音は、水素ガス漏洩音とは異なり、作業員による作業に伴って発生するものであり、時間的に不規則に発生するものである。したがって、エア洗浄作業音の検出による判定値1又は1に近い値は、連続的には出力されず、正常音が検出された場合の0又は0に近い判定値が高い頻度で出力されると考えられる。
On the other hand, the air cleaning operation sound generated during the operation of cleaning the vehicle body with air is similar to the hydrogen gas leakage sound. For this reason, when an air cleaning work sound is detected, it is considered that a determination value close to 1 or 1 is output. However, unlike the hydrogen gas leak sound, the air cleaning work sound is generated along with the work by the worker, and is generated irregularly in time. Accordingly, the
図2は、ニューラルネットワーク判定部24により出力される判定値の時系列データの典型例を示す表である。図中、No.1〜No.3は水素ガス漏洩音を検出した場合の判定値の時系列データを示し、No.3〜No.6はエア洗浄作業音を検出した場合の判定値の時系列データを示している。No.3〜No.6におけるエア洗浄作業音は、エアガンにより車体にエアを吹き付けて洗浄する作業の際に発生する作業音である。
FIG. 2 is a table showing a typical example of time-series data of determination values output by the neural
水素ガス漏洩音を検出した場合、No.1〜No.3のいずれについても、ニューラルネットワーク判定部24からほぼ連続的に判定値1が出力され、時折1に近い判定値0.7又は0.8が1回又は2回出力されている。このため、この期間の判定値の平均値は、0.95〜0.98と大きく、標準偏差は0.06〜0.11と非常に小さくなっている。
If a hydrogen gas leak sound is detected, no. 1-No. In any of the
一方、エア洗浄作業音を検出した場合、No.3〜No.6のいずれについても、エアガンが車体から遠くエア吹き付け音が大きくなることがない場合には、判定値0.3が出力され、エアガンが車体に近づき吹き付け音が大きくなった場合に判定値1が出力されている。作業員による作業は時間的に不規則であるために、判定値1が出力される場合は、2〜5回となっており、判定値1は連続的には出力されていない。
On the other hand, when an air cleaning work sound is detected, No. 3-No. In any of the
このように、周波数パターン分析部12において、監視対象設備における状態を正常から異常までに応じた数値に数値化した判定値の時系列データが生成される。
In this way, the frequency
次に、異常検出部14の各構成要素について説明する。
Next, each component of the
トレンド処理部26は、周波数パターン分析部12において生成された判定値の時系列データに対してトレンド処理を行う。具体的には、トレンド処理部26は、判定値の時系列データについて、判定値の平均値及び標準偏差を算出する。
The
図3は、図2の表に示す判定値の時系列データNo.1〜No.6のそれぞれについて判定値の平均値及び標準偏差を算出し、これらを横軸に平均値、縦軸に標準偏差をとりプロットしたグラフである。なお、図2の表には、時系列データNo.1〜No.6のそれぞれについて、算出された平均値及び標準偏差を示している。 FIG. 3 shows time-series data Nos. Of determination values shown in the table of FIG. 1-No. 6 is a graph in which an average value and a standard deviation of judgment values are calculated for each of 6 and plotted with an average value on the horizontal axis and a standard deviation on the vertical axis. In the table of FIG. 1-No. 6 shows the calculated average value and standard deviation.
図3に示すグラフから明らかなように、水素ガス漏洩音とエア洗浄作業音とは、平均値の閾値aと標準偏差の閾値bとによって仕切られた互いに異なる領域にプロットされている。このように、水素ガス漏洩音とエア洗浄作業音とは、平均値の閾値a及び標準偏差の閾値bにより互いに区別することが可能になる。 As is apparent from the graph shown in FIG. 3, the hydrogen gas leakage sound and the air cleaning work sound are plotted in different regions partitioned by an average threshold value a and a standard deviation threshold value b. In this way, the hydrogen gas leakage sound and the air cleaning work sound can be distinguished from each other by the average threshold value a and the standard deviation threshold value b.
識別部28は、トレンド処理部26によるトレンド処理の結果に基づき、監視対象設備の状態を、正常状態である「正常」、水素ガスが漏洩している「ガス漏洩」、水素ガスの漏洩の可能性がある「注意」、エア洗浄作業が行われている「エア洗浄作業」のいずれかであると判定する。以下、異常検出部14におけるトレンド処理部26及び識別部28の処理について図4を用いて説明する。
Based on the result of the trend processing by the
まず、所定の期間において周波数パターン分析部12において生成された判定値xの時系列データ(ステップS10)について、トレンド処理部28は、判定値xの平均値Ave(x)、及び判定値xの標準偏差σを算出する(ステップS12、S14)。平均値Ave(x)及び標準偏差σを算出すべき判定値xの時系列データの期間は例えば5〜30秒間、データ数は1秒おきの場合5〜30個とする。
First, for the time-series data (step S10) of the determination value x generated by the frequency
次いで、識別部28は、平均値Ave(x)が、閾値a以上か否かを判定する(ステップS16)。
Next, the
ステップS16において平均値Ave(x)が閾値a以上であると判定した場合、識別部28は、続いて、標準偏差σが閾値b以下であるか否かを判定する(ステップS18)。
If it is determined in step S16 that the average value Ave (x) is equal to or greater than the threshold value a, the
ステップS18において標準偏差σが閾値b以下であると判定した場合、識別部28は、監視対象設備の状態を「ガス漏洩」と判定する(ステップS20)。
When it determines with standard deviation (sigma) being below threshold value b in step S18, the
ステップS18において標準偏差σが閾値b以下でない、すなわち標準偏差σが閾値bよりも大きいと判定した場合には、識別部28は、監視対象設備の状態を「注意」と判定する(ステップS22)。
If it is determined in step S18 that the standard deviation σ is not less than or equal to the threshold value b, that is, the standard deviation σ is greater than the threshold value b, the
一方、ステップS16において平均値Ave(x)が閾値a以上でない、平均値Ave(x)が閾値aよりも小さいと判定した場合、識別部26は、続いて、標準偏差σが閾値bよりも小さいか否かを判定する(ステップS24)。
On the other hand, when it is determined in step S16 that the average value Ave (x) is not equal to or greater than the threshold value a and the average value Ave (x) is smaller than the threshold value a, the
ステップS24において標準偏差σが閾値bよりも小さいと判定した場合、識別部28は、監視対象設備の状態を「正常」と判定する(ステップ26)。
When it is determined in step S24 that the standard deviation σ is smaller than the threshold value b, the
ステップS24において標準偏差σが閾値bよりも小さくない、すなわち標準偏差σが閾値b以上であると判定した場合には、識別部28は、監視対象設備の状態を「エア洗浄作業」と判定する(ステップS28)。
When it is determined in step S24 that the standard deviation σ is not smaller than the threshold value b, that is, the standard deviation σ is greater than or equal to the threshold value b, the
こうして、異常検出部14によって、監視対象設備の状態が、「ガス漏洩」、「注意」、「正常」、「エア洗浄作業」のいずれかであると判定される。なお、監視対象設備においてエア洗浄作業が行われていることを検知することが特に必要ない場合には、「エア洗浄作業」との判定に代えて、「注意」と判定するようにしてもよい(ステップS28)。こうして、異常検知部14により、監視対象設備における水素ガスの漏洩が異常として検知される。
In this way, the
異常検知部14による判定結果は、表示装置や警報装置(図示せず)等により報知される。
The determination result by the
次に、本実施形態による異常検知装置を用いた異常検知方法の実例について説明する。 Next, an example of an abnormality detection method using the abnormality detection apparatus according to the present embodiment will be described.
マイクロフォン部16としては、本質安全防爆構造の1/2インチエレクトロレットコンデンサマイクロホンを安全保持器とともに用いた。測定音の周波数範囲は、可聴域である20Hz〜20kHzとした。
As the
測定された音響信号のデータは、アナログアンプ部18により所定のゲインで増幅した後、A/D変換部20において、分解能16ビット、サンプリング周波数51.2kHzのA/D変換によりアナログデータからデジタルデータに変換した。
The measured acoustic signal data is amplified with a predetermined gain by the
デジタルデータに変換された音響信号は、フーリエ変換部22により、周波数20Hz〜20kHzについて、窓関数としてハニングを用い、データポイント数8192で高速フーリエ変換を行った。こうして、測定音について周波数スペクトルを計算した。
The acoustic signal converted into digital data was subjected to fast Fourier transform by the
ニューラルネットワーク判定部24で使用したニューラルネットワークモデルの学習には、正常音及び異常音のデータとしてそれぞれ以下に述べるデータを用いた。
For learning of the neural network model used in the neural
まず、正常音のデータとしては、車両通過音を40データ使用した。 First, as normal sound data, 40 vehicle passing sounds were used.
異常音のデータとしては、ガスの漏洩音を使用した。ガスの漏洩音は、水素ステーションで使用される配管を想定し、3/8インチの配管にΦ1の穴を穿孔し、この穴からガスを漏洩させることにより生じさせた。異常音のデータは、0.9MPaの水素ガス漏洩音の周波数スペクトル、0.9MPaのヘリウムガス漏洩音の周波数スペクトル、2.5MPaのヘリウムガス漏洩音の周波数スペクトルから、正常音として収集した周波数スペクトルを人工的に音の合成を行うことにより作成した。異常音のデータは、120データ作成した。 As the abnormal sound data, gas leakage sound was used. Assuming piping used in the hydrogen station, gas leakage sound was generated by drilling a hole of Φ1 in a 3/8 inch piping and leaking gas from this hole. Abnormal sound data is a frequency spectrum collected as a normal sound from a frequency spectrum of a hydrogen gas leak sound of 0.9 MPa, a frequency spectrum of a helium gas leak sound of 0.9 MPa, and a frequency spectrum of a helium gas leak sound of 2.5 MPa. Was created by artificially synthesizing sound. 120 data of abnormal sound was created.
ニューラルネットワークモデルの応答関数には、ラジアルベース関数を使用した。ニューラルネットワークモデルの学習は、正常を0、異常を1として行った。 A radial base function was used as the response function of the neural network model. The neural network model was learned with 0 as normal and 1 as abnormal.
上記の異常検知装置を用いて、水素ガス漏洩音及びエア洗浄作業音について判定を行った。なお、エア洗浄作業音については、ガソリンスタンドにおけるものについて判定を行った。 Using the above-described abnormality detection device, the hydrogen gas leakage sound and the air cleaning work sound were determined. In addition, about the air washing work sound, it determined about the thing in a gas station.
図5は、水素ガス漏洩音について得られた判定値の時系列データを示すグラフである。グラフから明らかなように、水素ガス漏洩音について得られた判定値の時系列データにおいては、ほぼ連続的に1に近い判定値が出力されている。 FIG. 5 is a graph showing time-series data of determination values obtained for hydrogen gas leakage sound. As apparent from the graph, in the time-series data of the determination values obtained for the hydrogen gas leakage sound, the determination value close to 1 is output almost continuously.
一方、図6は、エア洗浄作業音について得られた判定値の時系列データを示すグラフである。エア洗浄作業音は、作業員が作業することにより発生する音である。このため、エア洗浄作業音は、ガス漏洩音に類似するものの、作業に伴って時間的に大きく変化する。このようなエア洗浄作業音を、非線形で応答する関数であるニューラルネットワークモデルにより判定すると、その変化は更に強調されたものとなった。すなわち、図6に示すグラフから明らかなように、エア洗浄作業音について得られた判定値の時系列データにおいては、時間によって判定値が大きく変化している。 On the other hand, FIG. 6 is a graph showing time-series data of determination values obtained for the air cleaning work sound. The air cleaning work sound is a sound generated when a worker works. For this reason, although the air cleaning work sound is similar to the gas leakage sound, it greatly changes with time with the work. When such an air cleaning work sound is judged by a neural network model which is a non-linear response function, the change is further emphasized. That is, as is apparent from the graph shown in FIG. 6, in the time-series data of the determination values obtained for the air cleaning work sound, the determination values greatly change with time.
図7は、水素ガス漏洩音について得られた判定値の時系列データ、及びエア洗浄作業音について得られた判定値の時系列データについてトレンド処理を行った結果を示すグラフである。トレンド処理では、水素ガス漏洩音についての判定値の時系列データ、及びエア洗浄作業音についての判定値の時系列データについて、それぞれ所定の期間における判定値の平均値及び標準偏差を求め、横軸に平均値、縦軸に標準偏差をとりプロットした。平均値及び標準偏差は、それぞれ過去10秒間における10点の判定値データから求めた。平均値及び標準偏差を求めた期間は、トレンドとともに変化させ、それぞれの期間について平均値及び標準偏差を求めた。 FIG. 7 is a graph showing the result of trend processing performed on the time-series data of the determination values obtained for the hydrogen gas leakage sound and the time-series data of the determination values obtained for the air cleaning work sound. In the trend processing, for the time series data of the judgment value for the hydrogen gas leakage sound and the time series data of the judgment value for the air cleaning work sound, the average value and standard deviation of the judgment value in a predetermined period are obtained, respectively. The average value was plotted on the vertical axis, and the standard deviation was plotted on the vertical axis. The average value and the standard deviation were each determined from 10 judgment value data in the past 10 seconds. The period for which the average value and the standard deviation were obtained was changed along with the trend, and the average value and the standard deviation were obtained for each period.
図7に示すグラフから分かるように、水素ガス漏洩音とエア洗浄作業音とは、平均値の閾値a及び標準偏差の閾値bにより仕切られた互いに大きく異なる領域にプロットされた。すなわち、グラフの横軸である平均値をx、縦軸である標準偏差をyとして、水素ガス漏洩音は、x≧a且つy≦bを満たす領域にプロットされた。また、エア洗浄作業音は、x<a且つy>bを満たす領域にプロットされた。なお、グラフ中には示していないが、正常音は、x<a且つy<bを満たす領域にプロットされる。 As can be seen from the graph shown in FIG. 7, the hydrogen gas leakage sound and the air cleaning work sound are plotted in areas that are largely different from each other, which are partitioned by the threshold value a of the average value and the threshold value b of the standard deviation. That is, the average value on the horizontal axis of the graph is x and the standard deviation on the vertical axis is y, and the hydrogen gas leakage sound is plotted in a region satisfying x ≧ a and y ≦ b. Moreover, the air cleaning work sound was plotted in a region satisfying x <a and y> b. Although not shown in the graph, normal sounds are plotted in a region satisfying x <a and y <b.
このように、ニューラルネットワークモデルによる判定値の時系列データについて、平均値及び標準偏差を用いたトレンド処理を行うことにより、水素ガス漏洩音は、これに類似するエア洗浄作業音と明確に仕訳されて検知されることが確認された。 As described above, by performing the trend processing using the average value and the standard deviation for the time series data of the judgment values based on the neural network model, the hydrogen gas leakage sound is clearly journaled as the air cleaning work sound similar to this. It was confirmed that it was detected.
以上の通り、本実施形態によれば、監視対象において音響を検出して音響信号を生成し、音響信号の周波数スペクトルを計算し、ニューラルネットワークのモデルを用い、周波数スペクトルに基づき、監視対象における状態を正常から異常まで数値化した判定値を生成し、所定の期間に生成された判定値の時系列データについて平均値及び標準偏差を算出し、算出された平均値と平均値の閾値とを比較し、算出された標準偏差と標準偏差の閾値とを比較することにより、監視対象の異常を検知するので、異常として検知すべきガスの漏洩音を、そのガスの漏洩音に類似する作業音と高精度で仕訳して検出することができる。 As described above, according to the present embodiment, sound is detected in a monitoring target to generate an acoustic signal, a frequency spectrum of the acoustic signal is calculated, and a state of the monitoring target is calculated based on the frequency spectrum using a neural network model. Generates a judgment value that is digitized from normal to abnormal, calculates the average value and standard deviation for the time series data of the judgment value generated during a predetermined period, and compares the calculated average value with the threshold value of the average value Since the abnormality of the monitoring target is detected by comparing the calculated standard deviation with the standard deviation threshold, the gas leakage sound that should be detected as an abnormality is compared with the work sound similar to the gas leakage sound. Journals can be detected with high accuracy.
[変形実施形態]
本発明は上記実施形態に限らず種々の変形が可能である。
[Modified Embodiment]
The present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made.
例えば、上記実施形態では、水素製造プラントや水素ステーション等の水素を取り扱う監視対象設備における水素ガスの漏洩音を異常として検知する場合に本発明を適用したが、本発明の適用範囲はこれに限定されるものではない。本発明は、例えば、天然ガス、石油系ガス等を取り扱う設備におけるガスの漏洩音を異常として検知する場合に広く適用することができる。 For example, in the above-described embodiment, the present invention is applied when the leakage sound of hydrogen gas in a monitoring target facility that handles hydrogen such as a hydrogen production plant or a hydrogen station is detected as abnormal, but the scope of the present invention is limited to this. Is not to be done. The present invention can be widely applied to, for example, detecting a gas leakage sound in an facility that handles natural gas, petroleum gas, or the like as an abnormality.
また、上記実施形態では、監視対象設備におけるガスの漏洩音を異常として検知する場合について説明したが、本発明は、種々の監視対象の異常を音響に基づき検知する場合に広く適用することができる。 Moreover, although the said embodiment demonstrated the case where the leakage sound of the gas in a monitoring object facility was detected as abnormality, this invention can be applied widely when detecting abnormality of various monitoring objects based on an acoustic. .
10…集音部
12…周波数パターン分析部
14…異常検出部
16…マイクロフォン部
18…アナログアンプ部
20…A/D変換部
22…フーリエ変換部
24…ニューラルネットワーク判定部
26…トレンド処理部
28…識別部
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記音響信号の周波数スペクトルを計算し、あらかじめ前記集音部に正常音と異常音を検出させ、正常音データの出力を0、異常音データの出力を1として学習させたニューラルネットワークのモデルを用い、前記周波数スペクトルに基づき、前記監視対象における状態を、正常音が検出された場合の判定値を0、水素ガス漏洩音が検出された場合の判定値を1として、正常から異常までに応じた0〜1の数値に数値化した判定値を出力する周波数パターン分析部と、
5〜30秒間に出力された前記判定値の時系列データについて、前記判定値の平均値及び標準偏差を算出し、算出された前記平均値と第1の閾値とを比較し、算出された前記標準偏差と第2の閾値とを比較し、前記平均値が前記第1の閾値以上であり、且つ前記標準偏差が前記第2の閾値以下の場合に、前記監視対象の状態が異常であると判定し、前記水素ガスの漏洩を前記異常として検出する異常検出部と
を有することを特徴とする異常検知装置。 A sound collection unit that detects sound in a monitoring target that is a hydrogen station where hydrogen gas is handled and outputs an acoustic signal;
Using a neural network model in which the frequency spectrum of the acoustic signal is calculated , the normal sound and abnormal sounds are detected in advance by the sound collection unit, and the normal sound data output is 0 and the abnormal sound data output is 1. Based on the frequency spectrum, the state in the monitoring target is determined from normal to abnormal with a determination value of 0 when a normal sound is detected and a determination value of 1 when a hydrogen gas leakage sound is detected . A frequency pattern analysis unit that outputs a judgment value quantified to a numerical value of 0 to 1,
For the time-series data of the determination value output for 5 to 30 seconds , the average value and the standard deviation of the determination value are calculated, the calculated average value is compared with the first threshold value, and the calculated When the standard deviation is compared with the second threshold, and the average value is equal to or greater than the first threshold and the standard deviation is equal to or smaller than the second threshold, the state of the monitoring target is abnormal An abnormality detection unit comprising: an abnormality detection unit that determines and detects leakage of the hydrogen gas as the abnormality.
前記音響信号の周波数スペクトルを計算し、あらかじめ正常音と異常音を検出させ、正常音データの出力を0、異常音データの出力を1として学習させたニューラルネットワークのモデルを用い、前記周波数スペクトルに基づき、前記監視対象における状態を、正常音が検出された場合の判定値を0、水素ガス漏洩音が検出された場合の判定値を1として、正常から異常までに応じた0〜1の数値に数値化した判定値を生成し、
5〜30秒間に生成された前記判定値の時系列データについて、前記判定値の平均値及び標準偏差を算出し、算出された前記平均値と第1の閾値とを比較し、算出された前記標準偏差と第2の閾値とを比較し、前記平均値が前記第1の閾値以上であり、且つ前記標準偏差が前記第2の閾値以下の場合に、前記監視対象の状態が異常であると判定し、前記水素ガスの漏洩を前記異常として検出する
ことを特徴とする異常検知方法。 Detects sound and generates an acoustic signal in the monitoring target, which is a hydrogen station where hydrogen gas is handled,
A frequency spectrum of the acoustic signal is calculated, a normal sound and an abnormal sound are detected in advance, and a model of a neural network in which normal sound data output is 0 and abnormal sound data output is 1 is used. based, wherein the condition in the monitored as a determination value when a normal sound is detected 0, the determination value when the hydrogen gas leak sound is detected 1, 0-1 numerical values corresponding to up to abnormal from normal To generate a numerical judgment value
For the time-series data of the determination value generated for 5 to 30 seconds , the average value and standard deviation of the determination value are calculated, the calculated average value is compared with the first threshold value, and the calculated When the standard deviation is compared with the second threshold, and the average value is equal to or greater than the first threshold and the standard deviation is equal to or smaller than the second threshold, the state of the monitoring target is abnormal An abnormality detection method comprising: determining and detecting leakage of the hydrogen gas as the abnormality.
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