JP6790086B2 - Leakage determination device and leak determination method - Google Patents

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Description

本発明の実施形態は、漏水判定装置及び漏水判定方法に関する。 The embodiment of the present invention relates to a water leakage determination device and a water leakage determination method.

現行の漏水検知器を用いた漏水調査手順は、まず水道メータの検針員などの調査員が、検針時に漏水検出器を用いて水道管の漏水調査のためのデータを取得する。たとえば、漏水検出器による時間積分率(一定時間内に占める一定レベル以上の信号の割合)及び振動音(漏水音)を音波ファイルとして録音する。各音波ファイルには録音地点(水道管の位置)を対応づけておく。 In the current leak investigation procedure using a leak detector, an investigator such as a meter reader of a water meter first acquires data for a leak investigation of a water pipe using the leak detector at the time of meter reading. For example, the time integration rate (the ratio of signals above a certain level in a certain time) and the vibration sound (water leakage sound) by the water leakage detector are recorded as a sound wave file. The recording point (position of the water pipe) is associated with each sound wave file.

取得したデータから、まず一次判定として、時間積分率が一定レベル以上のものを、漏水の可能性がある音波ファイルとして抽出する。 From the acquired data, first, as a primary judgment, a sound wave file having a time integration rate of a certain level or higher is extracted as a sound wave file with a possibility of water leakage.

二次判定として、抽出した音波ファイルの中から更に漏水の可能性が濃厚なファイルを抽出して、件数を絞り込む。この二次判定作業は、熟練の技師が(音波ファイルを再生して)耳で聴いて判定する。最終的に絞り込んだ音波ファイルの録音地点の現場調査を実施する。専門の調査員が音聴棒により漏水の確認を行い、あたりを付けた上で地面を掘り返す。 As a secondary judgment, a file with a high possibility of water leakage is extracted from the extracted sound wave files, and the number of cases is narrowed down. This secondary judgment work is judged by a skilled engineer listening to it (by playing a sound wave file). Conduct a field survey of the recording points of the finally narrowed down sound wave files. A specialist investigator confirms the leak with a sound stick, and digs up the ground after making a hit.

二次判定は調査技師による聴感判定であり、技師の経験やスキルに依存する。また一次判定で得られた音波ファイルの件数が膨大な場合でも、全ての音源を聴く必要があり大きな労力を要する。 The secondary judgment is a hearing judgment by a research engineer, and depends on the experience and skill of the engineer. Moreover, even if the number of sound wave files obtained in the primary judgment is enormous, it is necessary to listen to all the sound sources, which requires a great deal of labor.

特開2015−43001号公報JP-A-2015-43001

本発明が解決しようとする課題は、漏水の検知をより効率的に且つ精度良く行うための漏水判定装置及び漏水判定方法を提供することである。 An object to be solved by the present invention is to provide a water leakage determination device and a water leakage determination method for more efficiently and accurately detecting water leakage.

実施形態の漏水判定装置は、音波データを受付ける受付部と、前記音波データから雑音の少ない定常区間のデータを抽出する抽出部と、閾値を指定する指定部と、前記定常区間のデータから漏水の特徴を示す信号が含まれる割合を求め、前記割合を前記閾値と比較して漏水の有無を判定する判定部と、を備える。 The water leakage determination device of the embodiment includes a reception unit that receives sound wave data, an extraction unit that extracts data in a steady section with less noise from the sound wave data, a designation unit that specifies a threshold value, and a water leakage determination unit from the data in the steady section. It is provided with a determination unit for determining the presence / absence of water leakage by obtaining the ratio including the characteristic signal and comparing the ratio with the threshold value.

また、実施形態の漏水判定方法は、音波データから漏水の有無を判定する漏水判定装置における漏水判定方法であって、前記音波データから雑音の少ない定常区間のデータを抽出し、漏水の有無を判定するための閾値を指定し、前記定常区間のデータから漏水の特徴を示す信号が含まれる割合を求め、前記割合を前記閾値と比較して漏水の有無を判定する。 Further, the water leakage determination method of the embodiment is a water leakage determination method in a water leakage determination device that determines the presence or absence of water leakage from sound wave data, and extracts data of a steady section with less noise from the sound wave data to determine the presence or absence of water leakage. The threshold value for this is specified, the ratio including the signal indicating the characteristic of water leakage is obtained from the data of the steady section, and the ratio is compared with the threshold value to determine the presence or absence of water leakage.

第1の実施形態に係る漏水判定装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the water leakage determination apparatus which concerns on 1st Embodiment. 漏水音をとらえた時系列波形を示す図である。It is a figure which shows the time-series waveform which captured the water leakage sound. 交通騒音をとらえた時系列波形を示す図である。It is a figure which shows the time-series waveform which captured the traffic noise. 時系列波形とそれをスペクトルエントロピー変換した波形の一例を示す。An example of a time-series waveform and a waveform obtained by converting it into spectral entropy is shown. 時系列波形からスペクトルエントロピー変換して定常区間を抽出する一例を示す図である。It is a figure which shows an example which extracts a steady section by spectrum entropy conversion from a time series waveform. 第1の実施形態に係る漏水判定装置の判定部の詳細を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the detail of the determination part of the water leakage determination apparatus which concerns on 1st Embodiment. FFTした波形から、漏水に起因する周波数成分を含む任意の周波数範囲を設定した場合の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the case where an arbitrary frequency range including a frequency component due to water leakage is set from the FFT waveform. 1/3、1/6、1/12オクターブバンドを適用した場合の周波数特性を重ね書きした図である。It is the figure which superposed the frequency characteristic at the time of applying 1/3, 1/6, 1/12 octave band. 移動平均して平滑化した場合と、1/12オクターブバンドで平滑化した場合との比較図である。It is a comparison diagram of the case of smoothing by moving average and the case of smoothing by 1/12 octave band. HPF適用後の音波信号データの時系列波形から時間積分率を求めた一例を示す図である。It is a figure which shows an example which obtained the time integration rate from the time series waveform of the sound wave signal data after applying HPF. 浄化槽音とモータ音の周波数特性を示す図である。It is a figure which shows the frequency characteristic of a septic tank sound and a motor sound. 第1の判定手段と第2の判定手段を用いて水道管の漏水判定を行った結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having performed the water leakage determination of the water pipe using the 1st determination means and the 2nd determination means. 第1の判定手段の判定閾値と第2の判定手段の判定閾値及び判定振幅値(電圧)の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the determination threshold value of the 1st determination means, the determination threshold value of the 2nd determination means, and the determination amplitude value (voltage). 第2の実施形態に係る漏水判定装置の判定部の詳細を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the detail of the determination part of the water leakage determination apparatus which concerns on 2nd Embodiment. 漏水音と使用水音(水道を使用している際の音)それぞれの時系列波形と周波数特性の比較図である。It is a comparison diagram of the time series waveform and the frequency characteristic of each of the sound of water leakage and the sound of water used (sound when using water supply). 第1乃至3の判定手段の組合せを示す図である。It is a figure which shows the combination of the 1st to 3rd determination means. 第3の実施形態に係る漏水判定装置の判定部の詳細を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the detail of the determination part of the water leakage determination apparatus which concerns on 3rd Embodiment. 第4の判定手段の詳細ブロック図である。It is a detailed block diagram of the 4th determination means. テスト信号を用いた場合の判定手順の具体例を示す図である。It is a figure which shows the specific example of the determination procedure when a test signal is used. 変動音を含む場合の判定手順の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the determination procedure at the time of including a fluctuating sound. 複数の周波数成分の信号を含む場合の時系列波形の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the time series waveform when the signal of a plurality of frequency components is included. 図21の時系列波形の自己相関関数とそれぞれの包絡線と近似直線を示す図である。It is a figure which shows the autocorrelation function of the time series waveform of FIG. 21, each envelope line and the approximate straight line. 実際に測定した音波信号データと、その自己相関関数を求めた結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having obtained the autocorrelation function of the sound wave signal data actually measured. 所定の線分と、閾値を定めて判定処理の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the determination process by defining a predetermined line segment and a threshold value. 包絡線と所定の線分それぞれが作る面積の大小を比較した結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having compared the size of the area made by each of an envelope line and a predetermined line segment. 自己相関関数から時間積分率、包絡線の作る面積または包絡線の傾きのいずれかに基づいて漏水判定した場合の結果を示す図である。It is a figure which shows the result when the water leakage is judged based on any of the time integration rate, the area formed by the envelope, or the slope of the envelope from the autocorrelation function. 第1、2または4の判定手段の組合せを示す図である。It is a figure which shows the combination of the 1st, 2nd or 4th determination means. 第2、3または4の判定手段の組合せを示す図である。It is a figure which shows the combination of the 2nd, 3rd or 4th determination means. 第1、3または4の判定手段の組合せを示す図である。It is a figure which shows the combination of the 1st, 3rd or 4th determination means. 第1〜4の判定手段の組合せを示す図である。It is a figure which shows the combination of the 1st to 4th determination means.

以下、図面を参照して実施形態に係る漏水判定装置及び漏水判定方法について説明する。同じ符号が付されているものは同様のものを示す。なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係や部分間の大きさの比係数などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比係数が異なって表される場合もある。 Hereinafter, the water leakage determination device and the water leakage determination method according to the embodiment will be described with reference to the drawings. Those with the same reference numerals indicate similar ones. The drawings are schematic or conceptual, and the relationship between the thickness and width of each part and the ratio coefficient of the size between the parts are not necessarily the same as those in reality. Further, even when the same part is represented, the dimensions and ratio coefficients may be represented differently depending on the drawings.

(第1の実施形態)
図1は第1の実施形態に係る漏水判定装置1の構成を示すブロック図である。
(First Embodiment)
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a water leakage determination device 1 according to the first embodiment.

漏水判定装置1は、音波信号データを受付ける受付部2と、入力された音波信号データの中から雑音(ノイズ)の少ない定常区間を抽出する抽出部3と、抽出部3で抽出された音波信号データに漏水の特徴が含まれているか否かを、2つの判定手段を用いて判定する判定部4と、判定結果を出力する出力部5を有する。さらに、周波数範囲の上限と下限の周波数や、使用者が漏水を判定するための閾値等を指定できる指定部6を備える。指定部6は、判定部4に閾値等を与える。 The water leakage determination device 1 includes a reception unit 2 that receives sonic signal data, an extraction unit 3 that extracts a steady section with less noise from the input sonic signal data, and a sonic signal extracted by the extraction unit 3. It has a determination unit 4 that determines whether or not the data includes the characteristic of water leakage by using two determination means, and an output unit 5 that outputs the determination result. Further, the designation unit 6 is provided so that the upper and lower frequency frequencies of the frequency range, the threshold value for determining water leakage, and the like can be specified by the user. The designation unit 6 gives a threshold value or the like to the determination unit 4.

受付部2は、例えば、水道メータの検針員や調査員が測定した水道管を流れる流水等の音波信号データを入力する箇所である。音波信号データは、一般的なパソコン・電子機器で取扱い可能なWAV形式に代表されるデータで良い。また、別フォーマットの音波信号データであってもWAV形式に変換が可能なら何でも良い。例えば、ADPCM、MP3、WMAなどの圧縮データでも良い。受付部2は、USB等により直接ファイルを受付しても良いし、SDカード等の外部媒体を介してデータを受付しても良い。また、Wi−Fi、Bluetoothなどの無線通信を介してデータを受付しても良い。 The reception unit 2 is, for example, a place where sound wave signal data such as running water flowing through a water pipe measured by a meter reader or an investigator of a water meter is input. The sound wave signal data may be data typified by the WAV format that can be handled by general personal computers and electronic devices. Further, any sound wave signal data in another format may be used as long as it can be converted into WAV format. For example, compressed data such as ADPCM, MP3, and WMA may be used. The reception unit 2 may receive the file directly by USB or the like, or may receive the data via an external medium such as an SD card. In addition, data may be accepted via wireless communication such as Wi-Fi or Bluetooth.

前記音波信号データには、検出対象の振動音以外に、周囲の測定環境の影響により、車や電車等の交通騒音やエアコンの室外機騒音等の機械音、人間の声音等多くの雑音が含まれる。音波信号データは、主に時系列波形として与えられる。 In addition to the vibration sound to be detected, the sound wave signal data includes a lot of noise such as traffic noise of cars and trains, mechanical noise such as outdoor unit noise of air conditioners, and human voice due to the influence of the surrounding measurement environment. Is done. The sound wave signal data is mainly given as a time series waveform.

一般的に水道管からの漏水音は、3kHzまでの周波数成分を含み、1kHz以上2kHz以下の周波数成分が支配的な定常音である。漏水音として誤判定されやすい音波として、水道を使用する際の蛇口から水が流れ出る音や、水道メータの回転音が挙げられる。それ以外にも、エアコン等のモータに起因する音波等が挙げられる。これらのノイズが混入した状態での周波数特性は、漏水音本来の周波数特性から大きく外れたものとなる。 Generally, the sound of water leakage from a water pipe is a steady sound that includes frequency components up to 3 kHz and is dominated by frequency components of 1 kHz or more and 2 kHz or less. Sound waves that are easily misjudged as water leakage sounds include the sound of water flowing out of a faucet when using water and the sound of rotation of a water meter. Other examples include sound waves caused by motors such as air conditioners. The frequency characteristics in the state where these noises are mixed deviate greatly from the original frequency characteristics of the leaking sound.

抽出部3は、受付部2から入力された音波信号データからノイズの少ない成分の波形を抽出する箇所である。つまり、音波信号データの時系列波形のうち、振幅の大きい突発的な振動成分や周期的に波形に重畳する振幅の大きい波形箇所ではない定常区間の波形を抽出する。 The extraction unit 3 is a location for extracting the waveform of a component having less noise from the sound wave signal data input from the reception unit 2. That is, from the time-series waveform of the sound wave signal data, the waveform of the sudden vibration component having a large amplitude or the waveform of the stationary section which is not the waveform portion having a large amplitude that is periodically superimposed on the waveform is extracted.

図2(a)は、漏水音をとらえた際の時系列波形を示す図である。横軸は、時間(秒)であり、縦軸は、振幅である信号レベルである。全時間である10秒間の時系列波形を高速フーリエ変換(FFT)した場合の周波数特性が、図2(b)である。漏水音の周波数成分である1kHz以上2kHz以下の範囲に明確な特徴が確認されていないのがわかる。一方、図2(a)の時系列波形のうち雑音の大きいおよそ1.6sec箇所の波形を避け、雑音の少ない例えば2秒間の定常区間の波形を用いてFFTした周波数特性が、図2(c)である。1kH以上2kHz以下の範囲に明確な特徴が確認される。定常区間の波形を抽出してFFTすることによって、明確に漏水の特徴を得ることができる。 FIG. 2A is a diagram showing a time-series waveform when the sound of water leakage is captured. The horizontal axis is time (seconds) and the vertical axis is the signal level, which is the amplitude. FIG. 2B shows a frequency characteristic when a time series waveform of 10 seconds, which is the total time, is subjected to a fast Fourier transform (FFT). It can be seen that no clear feature has been confirmed in the range of 1 kHz or more and 2 kHz or less, which is the frequency component of the leaking sound. On the other hand, among the time-series waveforms shown in FIG. ). Clear features are confirmed in the range of 1 kHz or more and 2 kHz or less. By extracting the waveform of the stationary section and performing FFT, the characteristics of water leakage can be clearly obtained.

図3(a)は、交通騒音をとらえた際の時系列波形を示す図である。ここでは、漏水音は重畳されていないとする。全時間である10秒間の時系列波形をFFTした場合の周波数特性が、図3(b)である。 FIG. 3A is a diagram showing a time-series waveform when traffic noise is captured. Here, it is assumed that the water leakage sound is not superimposed. FIG. 3 (b) shows the frequency characteristics when the time-series waveform for 10 seconds, which is the total time, is FFTed.

図3(b)の波形でも、1kHz以上2kHz以下の範囲に明確な特徴が確認される。これは漏水音と同一の帯域に特徴を有する外部ノイズの影響である。ノイズの原因として、自動車や電車のモータ音の高次成分等が考えられる。一般的に、外部環境で測定する自動車や電車等の走行音やモータ音は、定常波形ではなく、道路の状態やアクセルの状態により時系列波形は突発的に変化しているものである。 Even in the waveform of FIG. 3B, clear features are confirmed in the range of 1 kHz or more and 2 kHz or less. This is the effect of external noise, which is characterized by the same band as the leak sound. The cause of the noise is considered to be a higher-order component of the motor sound of an automobile or a train. In general, the running noise and motor noise of automobiles and trains measured in an external environment are not steady waveforms, but the time-series waveforms suddenly change depending on the road condition and the accelerator condition.

図3(a)の時系列波形のうち、定常区間である指定箇所の波形を用いてFFTした場合の周波数特性が、図3(c)である。図3(b)の波形と比較して1〜2kHzの間に明確な特徴が確認されていないのがわかる。 Of the time-series waveforms of FIG. 3 (a), the frequency characteristics when FFT is performed using the waveform of the designated portion which is a steady section is shown in FIG. 3 (c). It can be seen that no clear feature was confirmed between 1 and 2 kHz as compared with the waveform of FIG. 3 (b).

抽出部3で音波信号データの時系列波形から突発的な雑音の少ない定常区間を抽出することにより、その後FFTした時に、漏水音以外の雑音成分を取り除いた周波数特性を得ることができる。また、漏水音と近い周波数成分を有する突発的な雑音等が誤検出されることを防止できる。 By extracting a steady section with less sudden noise from the time-series waveform of the sound wave signal data by the extraction unit 3, it is possible to obtain a frequency characteristic from which noise components other than the water leakage sound are removed when FFT is performed thereafter. In addition, it is possible to prevent erroneous detection of sudden noise or the like having a frequency component close to that of water leakage sound.

次に、抽出部3での定常区間の抽出方法について説明する。 Next, a method of extracting a stationary section in the extraction unit 3 will be described.

定常区間の抽出方法として、例えば、スペクトルエントロピー法を利用できる。スペクトルエントロピー法とは、信号のスペクトルを確率分布と、みなし情報エントロピーを計算したものであり、信号の白色性を表した特徴量である。ホワイトノイズのようなスペクトルが均一である場合は高い値となり、音声信号や交通騒音のようなスペクトルが不均一な信号は低い値となる。 As a method for extracting a stationary section, for example, a spectral entropy method can be used. The spectral entropy method is a calculation of the deemed information entropy with the spectrum of the signal as a probability distribution, and is a feature quantity representing the whiteness of the signal. A high value is obtained when the spectrum is uniform, such as white noise, and a low value is obtained when the spectrum is non-uniform, such as an audio signal or traffic noise.

スペクトルエントロピー法は、一般的に以下の式(1)で表される。

Figure 0006790086
The spectral entropy method is generally expressed by the following equation (1).
Figure 0006790086

は入力信号をFFTして得られる周波数成分fの振幅スペクトルである。Pは周波数成分fの存在確率である。Hがスペクトルエントロピーを示す。Hは、スペクトルが均一な白色信号では高い値となり、音声信号や交通騒音のようなスペクトルが不均一な有色信号では低い値となる。S f is an amplitude spectrum of the frequency component f obtained by FFTing the input signal. P f is the existence probability of the frequency component f. H indicates spectral entropy. H has a high value for a white signal having a uniform spectrum, and a low value for a colored signal having a non-uniform spectrum such as an audio signal or traffic noise.

図4は、時系列波形とそれをスペクトルエントロピー法により変換した波形を示す。スペクトルエントロピー法で示したグラフの定常区間は、高い値で平坦となっており、外部の変動ノイズの箇所は、低い値となる。定常区間と外部の変動ノイズ箇所が明確に区別できる。 FIG. 4 shows a time series waveform and a waveform obtained by converting the time series waveform by the spectral entropy method. The stationary section of the graph shown by the spectral entropy method is flat at a high value, and the portion of external fluctuation noise is a low value. The stationary section and the external fluctuation noise part can be clearly distinguished.

これにより、局所的な変動ノイズ箇所を避けて、定常区間とみなされた成分のみを抽出する。定常区間の抽出は、閾値を用いて行う。つまり、設定した閾値を超えて定常区間とみなされた区間を抽出する。定常区間を線引きする閾値は、任意に設定できる。また、抽出する時間幅も任意に設定できる。 As a result, only the components regarded as the stationary section are extracted while avoiding the locally fluctuating noise points. Extraction of steady-state sections is performed using a threshold value. That is, a section that exceeds the set threshold value and is regarded as a steady section is extracted. The threshold value for delineating the steady section can be set arbitrarily. In addition, the time width for extraction can be set arbitrarily.

例えば、音波信号データによっては、連続した定常区間が取れない場合もある。その際は、定常区間の合計が任意に設定した時間幅となるように、分散した箇所を抽出しても良い。ただし、周波数特性を計算する場合は、連続した音波信号データであることが好ましい。音波信号データの時系列波形の連続性が失われると、FFTした際に異なるスペクトルを得るためである。 For example, depending on the sound wave signal data, a continuous steady section may not be obtained. In that case, the dispersed parts may be extracted so that the total of the steady-state sections has an arbitrarily set time width. However, when calculating the frequency characteristics, it is preferable that the sound wave signal data is continuous. This is because if the continuity of the time-series waveform of the sound wave signal data is lost, a different spectrum is obtained when FFT is performed.

例えば、抽出したい時間である定常区間の合計が1秒間の場合、連続した時間範囲で抽出ができない時は、断片的に抽出して合計1秒間としても良い。任意のウィンドウ長でFFTする場合は、断片データ毎に実施する。2つの断片データを跨いだFFTを行うと、時系列波形の連続性が失われるためである。 For example, when the total of the stationary sections, which is the time to be extracted, is 1 second, and if the extraction cannot be performed in a continuous time range, the fragments may be extracted for a total of 1 second. When FFT is performed with an arbitrary window length, it is performed for each fragment data. This is because the continuity of the time series waveform is lost when the FFT straddling the two fragment data is performed.

抽出する時系列波形の連続性を維持したい場合は、設定する閾値を下げても良い。これにより、閾値以上と判定される区間は長くなるため、定常区間とみなされる連続信号を抽出しやすくなる。 If you want to maintain the continuity of the time series waveform to be extracted, you may lower the threshold value to be set. As a result, the section determined to be equal to or higher than the threshold value becomes longer, so that it becomes easier to extract a continuous signal regarded as a steady section.

図5は、対象となる時系列波形からスペクトルエントロピー法を用いて定常区間を抽出する一例を示す図である。 FIG. 5 is a diagram showing an example of extracting a stationary section from a target time-series waveform using the spectral entropy method.

図の1段目は対象となる時系列波形である。ここから指定した時間幅の定常区間を抽出する。図の2段目は、スペクトルエントロピー法により変換された波形である。破線は任意に決定した閾値である。図の3段目は、閾値以上の区間を1とし、閾値未満の区間を0とした場合の判定結果である。閾値以上の区間である“1”の箇所が定常区間として抽出された箇所である。この中から、任意に設定した時間幅の区間を抽出する。任意の時間幅以上の区間が無く、連続した定常区間が必要な場合は、閾値を低く設定しても良い。 The first stage of the figure is a target time-series waveform. A stationary section with a specified time width is extracted from this. The second row in the figure is the waveform converted by the spectral entropy method. The broken line is an arbitrarily determined threshold value. The third row in the figure is a determination result when the section above the threshold value is set to 1 and the section below the threshold value is set to 0. The “1” section, which is a section above the threshold value, is a section extracted as a steady section. From this, a section with an arbitrarily set time width is extracted. If there is no interval longer than an arbitrary time width and a continuous steady interval is required, the threshold value may be set low.

定常区間を抽出するための閾値の設定は、抽出対象区間のスペクトルエントロピーの全平均値でも良いし、頻度分布を計算しその中央値を使用しても良いし、使用者が定めた任意の数値を直接与えても良い。 The threshold value for extracting the stationary section may be set by the total average value of the spectral entropy of the section to be extracted, the frequency distribution may be calculated and the median value thereof may be used, or an arbitrary numerical value determined by the user. May be given directly.

抽出部3での抽出は、主にコンピュータのCPU(中央演算処理装置)などで行われる。 The extraction in the extraction unit 3 is mainly performed by a computer CPU (central processing unit) or the like.

判定部4は、抽出部3により抽出された音波信号データの定常区間に、漏水に起因する特徴が含まれているか否かを判定する。 The determination unit 4 determines whether or not the steady section of the sound wave signal data extracted by the extraction unit 3 includes features due to water leakage.

図6は、本実施形態に係る漏水判定装置の判定部の詳細を示すブロック図である。 FIG. 6 is a block diagram showing details of a determination unit of the water leakage determination device according to the present embodiment.

本実施形態の判定部では、定常区間の時系列波形を用いて、第1の判定手段7及び第1の判定手段とは異なる第2の判定手段8により、漏水の有無をそれぞれ判定する。それらの判定結果を組み合わせることで 音波信号データの二次判定絞り込みを容易に行うことができる。 In the determination unit of the present embodiment, the presence or absence of water leakage is determined by the first determination means 7 and the second determination means 8 different from the first determination means, respectively, using the time-series waveform of the steady section. By combining these judgment results, it is possible to easily narrow down the secondary judgment of the sound wave signal data.

まず、第1の判定手段7について説明する。 First, the first determination means 7 will be described.

第1の判定手段は、抽出部3により抽出された定常区間の音波信号データにFFTを行い、任意に定めた周波数範囲で漏水に起因する周波数成分の含まれる割合を計算する。さらに、この割合に対して閾値を設定することにより漏水の有無を判定する。 The first determination means performs FFT on the sound wave signal data of the stationary section extracted by the extraction unit 3 and calculates the ratio of the frequency component due to water leakage in an arbitrarily determined frequency range. Further, the presence or absence of water leakage is determined by setting a threshold value for this ratio.

図7は、FFTした波形から、漏水に起因する周波数成分を含む任意の周波数範囲を設定した場合の一例を示す。漏水に起因する周波数成分は、およそ1kHz以上2kHz以下の範囲に特徴を有するので、例えば、700Hz以上3kHz以下程度までの範囲を周波数範囲として設定する。 FIG. 7 shows an example in which an arbitrary frequency range including a frequency component due to water leakage is set from the FFT waveform. Since the frequency component caused by water leakage is characterized in a range of about 1 kHz or more and 2 kHz or less, for example, a range of 700 Hz or more and 3 kHz or less is set as the frequency range.

第1の判定手段では、漏水に起因する周波数成分の割合の計算として、ユークリッド距離を計算する。 In the first determination means, the Euclidean distance is calculated as the calculation of the ratio of the frequency component caused by the water leakage.

無音時の音波信号データの周波数特性には、マイクロフォンやアンプ回路の特性が重畳するため、フラットな周波数特性であるとは限らず、何らかの信号が混入していることが多い。音波入力レベルが最小である時の周波数特性、即ちダイナミックレンジの下限データに対し、抽出部により抽出した定常区間の音波信号データの周波数特性のユークリッド距離Dを求める。ユークリッド距離Dは、以下の式(2)により求められる。

Figure 0006790086
Since the frequency characteristics of the microphone or amplifier circuit are superimposed on the frequency characteristics of the sound wave signal data when there is no sound, the frequency characteristics are not always flat, and some kind of signal is often mixed. The Euclidean distance D of the frequency characteristic of the sound wave signal data of the steady section extracted by the extraction unit is obtained with respect to the frequency characteristic when the sound wave input level is the minimum, that is, the lower limit data of the dynamic range. The Euclidean distance D is calculated by the following equation (2).
Figure 0006790086

は、抽出部により抽出された定常区間の周波数特性データである。Pは、ダイナミックレンジの下限の周波数特性データである。iは、1〜d番目の周波数の配列である。ダイナミックレンジの下限(最小値)の周波数特性データとは、いわゆる暗騒音の周波数特性データと解される。X i is the frequency characteristic data of the steady section extracted by the extraction unit. Pi is the frequency characteristic data of the lower limit of the dynamic range. i is an array of frequencies 1 to d. The frequency characteristic data of the lower limit (minimum value) of the dynamic range is understood as the so-called background noise frequency characteristic data.

全体に対し、漏水に起因する周波数成分を含む周波数範囲(例えば700Hz以上3kHz以下)のユークリッド距離の割合が、任意に設定した閾値を越えた場合は、漏水と判定する。抽出部で抽出された定常区間の音波信号データだけの振幅値だと、絶対値として大きな振幅が表れている周波数成分が、ダイナミックレンジの下限データでも大きく、実は大きな入力ではない場合もあるので、定常区間の周波数特性とダイナミックレンジの下限データとの差分を取ることが好ましい。 When the ratio of the Euclidean distance in the frequency range (for example, 700 Hz or more and 3 kHz or less) including the frequency component caused by the water leakage exceeds the threshold value set arbitrarily, it is determined as the water leakage. If the amplitude value is only the sound wave signal data of the steady section extracted by the extraction unit, the frequency component in which a large amplitude appears as an absolute value is large even in the lower limit data of the dynamic range, and in fact it may not be a large input. It is preferable to take the difference between the frequency characteristics of the stationary section and the lower limit data of the dynamic range.

ダイナミックレンジの下限データ(最小値)の決定方法は、あらかじめ暗騒音が低い場所で録音した音波信号を利用しても良いし、入力する複数の音波信号データの各周波数の最低値を抽出し、それを合成して下限データとしても良い。 As a method of determining the lower limit data (minimum value) of the dynamic range, a sound wave signal recorded in advance in a place where background noise is low may be used, or the lowest value of each frequency of a plurality of input sound signal data is extracted and the lowest value is extracted. It may be combined and used as the lower limit data.

入力する複数個の音波信号データからダイナミックレンジの最小値を決定する場合は、判定部のブロックに入る前に、一度全部のファイルを読み込む。ファイルを読み込む毎にFFTし、周波数毎にすでに保存されているダイナミックレンジ情報と、FFTした値を比較し、小さい場合はダイナミックレンジ情報に上書きしていく。これを全音波信号データファイルに対して行うことで、ダイナミックレンジの最小値を決定する。判定部は、求められたダイナミックレンジの下限の周波数特性をメモリ等の記憶部に記憶しておき、記憶した下限データを用いて式(2)によりユークリッド距離を計算する。 When determining the minimum value of the dynamic range from a plurality of input sound wave signal data, all the files are read once before entering the block of the determination unit. Every time the file is read, FFT is performed, the dynamic range information already saved for each frequency is compared with the FFT value, and if it is small, the dynamic range information is overwritten. By doing this for the whole sound wave signal data file, the minimum value of the dynamic range is determined. The determination unit stores the frequency characteristics of the lower limit of the obtained dynamic range in a storage unit such as a memory, and calculates the Euclidean distance by the equation (2) using the stored lower limit data.

また、ユークリッド距離を求める以外にも、音波信号データの定常区間をFFTした周波数特性について任意の周波数範囲での積分値と、ダイナミックレンジ最小値の周波数特性について任意の周波数範囲での積分値との差を求めても良い。これと両周波数特性の全周波数範囲での積分値の差との割合(積分率)を求めて、任意に定めた閾値と比較することにより判定しても良い。いわゆる、定常区間をFFTした周波数特性とダイナミックレンジ最小値の周波数特性との差分の面積について、全周波数範囲とした場合と、任意の周波数範囲とした場合との割合である。 In addition to obtaining the Euclidean distance, the integrated value in an arbitrary frequency range for the frequency characteristic obtained by FFTing the stationary section of the sound wave signal data and the integrated value in an arbitrary frequency range for the frequency characteristic of the minimum dynamic range value are used. You may find the difference. The ratio (integration rate) between this and the difference between the integrated values in the entire frequency range of both frequency characteristics may be obtained and compared with an arbitrarily determined threshold value. The area of the difference between the so-called FFT frequency characteristic of the stationary section and the frequency characteristic of the minimum dynamic range is the ratio between the case where the entire frequency range is set and the case where the frequency range is set to an arbitrary range.

閾値の決定は、使用者が過去の漏水判定データや経験則から任意に設定できる。 The determination of the threshold value can be arbitrarily set by the user from past leak determination data and empirical rules.

第1の判定手段では、ユークリッド距離による閾値判定を行う前に、データ処理量を低減するために、周波数特性の近似方法として平滑化処理を行う。単純にFFTする場合、データ処理量が膨大となるためである。 In the first determination means, smoothing processing is performed as an approximation method of frequency characteristics in order to reduce the amount of data processing before performing threshold determination based on the Euclidean distance. This is because the amount of data processing becomes enormous when FFT is simply performed.

平滑化点数に依存するが、急峻なピークノイズが混入している場合は、グラフ形状が大きく訛ってしまう。よって、1/Nオクターブバンド処理により単純化し、データ点数を減らし処理速度を高速化する。オクターブ変換において、騒音評価の場合、1/1オクターブ、1/3オクターブの使用が一般的であるが、1/6オクターブ、1/12オクターブバンドとNの母数を上げることでより詳細になる。図8は、1/3、1/6、1/12オクターブとした場合の周波数特性を重ね書きした図である。1/12オクターブバンドの時が最もデータ点数が多く詳細なグラフとなる。データ点数とのトレードオフでNの値を決定するのが良い。 Although it depends on the number of smoothing points, if steep peak noise is mixed in, the graph shape will be greatly distorted. Therefore, it is simplified by 1 / N octave band processing, the number of data points is reduced, and the processing speed is increased. In octave conversion, in the case of noise evaluation, it is common to use 1/1 octave and 1/3 octave, but it becomes more detailed by increasing the parameter of 1/6 octave, 1/12 octave band and N. .. FIG. 8 is a diagram in which the frequency characteristics in the case of 1/3, 1/6, and 1/12 octaves are overwritten. The 1/12 octave band has the largest number of data points and a detailed graph. It is good to determine the value of N by a trade-off with the data score.

図9は、移動平均して平滑化した場合と、1/12オクターブバンドで平滑化した場合との比較図である。移動平均により平滑化した場合は、複数点の平均処理によりピーク箇所が鈍ってしまうが、1/12オクターブバンドでの平滑化は、ピークの形が明確に再現できる。ユークリッド距離による判定の際に、単純な周波数変換のデータではなく、1/Nオクターブ処理したデータを用いる事で、適切な周波数情報を残したまま少ないデータ点数で高速な演算が可能となる。 FIG. 9 is a comparison diagram between the case of smoothing by moving average and the case of smoothing with a 1/12 octave band. When smoothed by a moving average, the peak portion becomes dull due to the averaging process of a plurality of points, but the smoothing in the 1/12 octave band can clearly reproduce the shape of the peak. By using 1 / N octave processed data instead of simple frequency conversion data when making a judgment based on the Euclidean distance, high-speed calculation can be performed with a small number of data points while leaving appropriate frequency information.

第1の判定手段での指定部6は、任意の周波数範囲の上限と下限の周波数を入力する。上述したように漏水音の判定をする場合、漏水に起因する周波数成分は、1kHz以上2kHz以下であるため、周波数範囲は、例えば700Hz以上3kHz以下の範囲で設定する。漏水音以外に対して判定を行う場合は、抽出したい音種の特徴に合わせて周波数を設定するのが良い。漏水音であることが確実な複数の音波信号データから、上限周波数と下限周波数の値を決定することもできる。例えば、周波数変換したものの平均値から、寄与の大きな周波数を抽出しても良いし、頻度分布を計算することで周波数を求めることもできる。また、指定部6では、ユークリッド距離D(%)に対して、漏水判定をするための閾値(%)を指定する。閾値は任意の値を指定することができるし、漏水音であることが明らかな複数の音波信号データから周波数範囲とユークリッド距離Dの関係から求めることができる。周波数範囲を変化させたときのDの値の平均値から、漏水と判定可能な閾値を類推することができる。 The designation unit 6 in the first determination means inputs the upper and lower frequency frequencies of an arbitrary frequency range. When determining the water leakage sound as described above, since the frequency component caused by the water leakage is 1 kHz or more and 2 kHz or less, the frequency range is set, for example, in the range of 700 Hz or more and 3 kHz or less. When making a judgment for sounds other than water leakage, it is better to set the frequency according to the characteristics of the sound type to be extracted. It is also possible to determine the values of the upper limit frequency and the lower limit frequency from a plurality of sound wave signal data that are certain to be leaking sounds. For example, the frequency with a large contribution may be extracted from the average value of the frequency-converted ones, or the frequency can be obtained by calculating the frequency distribution. Further, in the designation unit 6, a threshold value (%) for determining water leakage is designated with respect to the Euclidean distance D (%). Any value can be specified for the threshold value, and it can be obtained from the relationship between the frequency range and the Euclidean distance D from a plurality of sound wave signal data that are clearly known to be water leakage sounds. From the average value of the D values when the frequency range is changed, the threshold value that can be determined as water leakage can be inferred.

指定部6での、パラメータの指定は、PCや携帯等の外部端末を用いて行っても良いし、モニタやタッチパネル等を取り付けて直接入力しても良い。外部端末により指定する場合は、インターネット、Wi−FiやBluetooth等を用いてデータの転送を行う。また、後述する出力部5のディスプレイ等を用いて指定しても良い。 The parameter designation in the designation unit 6 may be performed using an external terminal such as a PC or a mobile phone, or may be directly input by attaching a monitor, a touch panel, or the like. When specified by an external terminal, data is transferred using the Internet, Wi-Fi, Bluetooth, or the like. Further, it may be specified by using a display or the like of the output unit 5 described later.

1/Nオクターブ処理とユークリッド距離判定により、少ないデータ点数での漏水判定が可能となる。 By 1 / N octave processing and Euclidean distance determination, it is possible to determine water leakage with a small number of data points.

次に、判定部4の第2の判定手段8について説明する。第2の判定手段は、主に時系列領域で漏水判定する手段である。 Next, the second determination means 8 of the determination unit 4 will be described. The second determination means is a means for determining water leakage mainly in the time series region.

具体的には、抽出部3により抽出した定常区間の音波信号データに対し、ハイパスフィルタ(HPF)を適用し、任意に設定した判定振幅E以上の信号の時間合計の割合(時間積分率)で漏水判定を行う。漏水判定を行う音波信号データの時間間隔は任意に選択することができる。 Specifically, a high-pass filter (HPF) is applied to the sound wave signal data of the stationary section extracted by the extraction unit 3, and the ratio of the total time of the signals having the determination amplitude E or more (time integration rate) set arbitrarily is used. Make a water leak judgment. The time interval of the sound wave signal data for determining water leakage can be arbitrarily selected.

時間積分率(%)は、以下の式(3)で表される。 The time integration rate (%) is expressed by the following equation (3).

F(時間積分率%)=振幅Eを越えた回数/総サンプリング回数×100 …(3)
図10は、HPF適用後の音波信号データの時系列波形である。任意に定めた振幅±Eを超えた合計時間を時間積分率(%)として計算した一例を示している。
F (time integration rate%) = number of times the amplitude E is exceeded / total number of sampling times x 100 ... (3)
FIG. 10 is a time series waveform of the sound wave signal data after applying the HPF. An example is shown in which the total time exceeding an arbitrarily determined amplitude ± E is calculated as the time integration rate (%).

時間積分率に対して、閾値を定めることにより閾値を超えた場合に漏水の可能性ありと判定される。一般的に、漏水音に誤検知されやすい浄化槽音やモータ音の周波数特性は、駆動電源周波数及びその倍数の周波数におけるピークが主体で、低周波数成分に大きく影響する。図11は、浄化槽音とモータ音の周波数特性を示した図である。両周波数特性ともに、低域の周波数でピークを有している。これに対して漏水音の周波数特性は1kHz以上2kHz以下の比較的高域の周波数に特徴を有するため異なる。 By setting a threshold value for the time integration rate, it is determined that there is a possibility of water leakage when the threshold value is exceeded. In general, the frequency characteristics of septic tank sound and motor sound, which are easily erroneously detected by water leakage sound, are mainly peaks at the drive power supply frequency and frequencies that are multiples thereof, and have a great influence on low frequency components. FIG. 11 is a diagram showing frequency characteristics of septic tank sound and motor sound. Both frequency characteristics have a peak at low frequencies. On the other hand, the frequency characteristics of the leaking sound are different because they are characterized by a relatively high frequency of 1 kHz or more and 2 kHz or less.

そこで、HPFを適用することによって、誤検知されやすい低域の電源駆動周波数及びその倍数の周波数成分を低減し、時間積分率で浄化槽音やモータ音が検出されにくくなる。その結果、漏水の疑いのある件数の絞り込みが可能となる。なお、電源駆動周波数のどの周波数までを低減するかは、任意に決定できる。 Therefore, by applying the HPF, the power supply drive frequency in the low frequency range and frequency components that are multiples thereof, which are easily erroneously detected, are reduced, and the septic tank sound and the motor sound are less likely to be detected by the time integration rate. As a result, it is possible to narrow down the number of suspected leaks. It should be noted that the frequency of the power supply drive frequency to be reduced can be arbitrarily determined.

第2の判定手段の指定部6では、上述した判定振幅Eの値を指定する。また、時間積分率(%)に対し、漏水有無の判定をするための閾値(%)を指定する。また、電源周波数の入力を行う。日本国内の電源周波数は50Hz地域と60Hz地域の2つがあるので、測定場所によって、電源周波数の選択を行う。HPFにより、電源周波数の何次成分までのピーク音を低減するかを任意に入力できる。 In the designation unit 6 of the second determination means, the value of the determination amplitude E described above is designated. In addition, a threshold value (%) for determining the presence or absence of water leakage is specified for the time integration rate (%). Also, input the power supply frequency. Since there are two power supply frequencies in Japan, the 50Hz region and the 60Hz region, the power supply frequency is selected according to the measurement location. With the HPF, it is possible to arbitrarily input the order component of the power supply frequency to reduce the peak sound.

本実施形態では、判定部4の漏水判定手段として第1の判定手段と第2の判定手段の2種類について説明したが、これらの判定手段は個別に適用しても良いし、直列または並列に適用しても良い。直列で判定する場合は、例えば第1の判定手段で漏水の有無を判定した後、漏水有と判定された音波信号データに対して、再度第2の判定手段で漏水の有無を判定する。どちらの判定手段を先に行うかは任意に設定できる。並列で適用する場合は、第1の判定手段及び第2の判定手段の判定結果を論理和または論理積のどちらで表しても良い。判定結果としては、論理積の方が厳しい判定結果となる。 In the present embodiment, two types of the first determination means and the second determination means have been described as the leak determination means of the determination unit 4, but these determination means may be applied individually or in series or in parallel. May be applied. When determining in series, for example, after determining the presence or absence of water leakage by the first determination means, the presence or absence of water leakage is determined again by the second determination means with respect to the sound wave signal data determined to have water leakage. Which determination means is performed first can be arbitrarily set. When applied in parallel, the determination results of the first determination means and the second determination means may be represented by either a logical sum or a logical product. As a judgment result, the logical product is a stricter judgment result.

上述したように、第1の判定手段と第2の判定手段は、それぞれ単体で判定しても良いし、直列または並列で複合判定しても良い。判定部での判定結果は出力部に出力される。 As described above, the first determination means and the second determination means may be determined individually, or may be combined in series or in parallel. The judgment result in the judgment unit is output to the output unit.

判定部での判定アルゴリズムの実行は、主にコンピュータのCPUなどで行われる。 Execution of the determination algorithm in the determination unit is mainly performed by the CPU of the computer or the like.

図12は、第1の判定手段と第2の判定手段を用いて、水道管の漏水判定を行った場合の結果を示す。 FIG. 12 shows the result when the water leakage of the water pipe is determined by using the first determination means and the second determination means.

調査員が検出器により一次判定を行った音波信号データ103件に対し、第1の判定手段と第2の判定手段のアルゴリズムによる判定を実施した。答え合わせの漏水データは、103件のうちから聴感にて漏水と判定した24件とした。 For 103 sound wave signal data in which the investigator made the primary determination by the detector, the determination was performed by the algorithms of the first determination means and the second determination means. The leak data of the answers was 24 out of 103 cases that were judged to be water leaks by hearing.

図13は、第1の判定手段の判定閾値と第2の判定手段の判定閾値及び判定振幅値(電圧)を示す。 FIG. 13 shows a determination threshold value of the first determination means, a determination threshold value of the second determination means, and a determination amplitude value (voltage).

第1の判定手段の判定閾値は20%とし、それ以上を漏水と判定するように設定した。第2の判定手段の判定閾値は40%とし、それ以上を漏水と判定するように設定した。閾値の設定は、過去の漏水判定データや経験則から最も判定精度が高いものを選択した。判定振幅値は、検出器データからの合わせこみで決定した。判定閾値と判定振幅値は、測定対象や測定環境に応じて任意に選択できる。 The determination threshold value of the first determination means was set to 20%, and the determination threshold value higher than that was set to determine water leakage. The determination threshold value of the second determination means was set to 40%, and a determination threshold value higher than that was set to determine water leakage. For the threshold setting, the one with the highest judgment accuracy was selected from the past leak judgment data and empirical rules. The judgment amplitude value was determined by combining the detector data. The judgment threshold value and the judgment amplitude value can be arbitrarily selected according to the measurement target and the measurement environment.

図12から、第1の判定手段の単体判定の場合は、103件中49件を漏水有と判定した。さらに24件中20件が聴感判定の結果と一致した。第2の判定手段の単体判定の場合は、103件中48件を漏水有と判定した。さらに24件中20件が聴感判定の結果と一致した。第1の判定手段と第2の判定手段の複合判定の場合(論理積)は、103件中40件を漏水有と判定した。さらに24件中20件が聴感判定の結果と一致した。第1の判定手段と第2の判定手段の複合判定の場合(論理和)は、103件中57件を漏水有と判定した。さらに24件中22件が聴感判定の結果と一致した。 From FIG. 12, in the case of the single determination of the first determination means, 49 out of 103 cases were determined to have water leakage. Furthermore, 20 out of 24 cases agreed with the result of hearing judgment. In the case of the single determination of the second determination means, 48 out of 103 cases were determined to have water leakage. Furthermore, 20 out of 24 cases agreed with the result of hearing judgment. In the case of the combined determination of the first determination means and the second determination means (logical product), 40 out of 103 cases were determined to have water leakage. Furthermore, 20 out of 24 cases agreed with the result of hearing judgment. In the case of the combined determination of the first determination means and the second determination means (logical sum), 57 out of 103 cases were determined to have water leakage. Furthermore, 22 out of 24 cases agreed with the result of hearing judgment.

上記判定アルゴリズムにより漏水の疑いのあるデータを半分以下まで絞り込めた。また、あらかじめ聴感で漏水判定されたデータについても80%以上という高い精度で判定できた。 The data suspected of leaking was narrowed down to less than half by the above judgment algorithm. In addition, it was possible to determine the data for which water leakage was determined in advance by hearing with a high accuracy of 80% or more.

第1の判定手段と第2の判定手段の複合判定の場合(論理積)が、最も効果的に漏水の可能性のあるデータを絞り込むことができた。 In the case of the combined determination of the first determination means and the second determination means (logical product), the data having the possibility of water leakage could be narrowed down most effectively.

出力部5は、判定部4の判定結果を出力する箇所である。出力部5は、図や表を表示するディスプレイ等で良い。それ以外にも、パソコン、ノートパソコン、携帯電話等の携帯端末のディスプレイやタブレット端末等でも良い。携帯端末やタブレット端末で表示する場合は、インターネット、Wi−FiやBluetooth等を用いて判定結果のデータを受信して表示しても良い。 The output unit 5 is a place where the determination result of the determination unit 4 is output. The output unit 5 may be a display or the like that displays figures and tables. In addition, the display of a mobile terminal such as a personal computer, a laptop computer, or a mobile phone, a tablet terminal, or the like may be used. When displaying on a mobile terminal or a tablet terminal, the determination result data may be received and displayed using the Internet, Wi-Fi, Bluetooth, or the like.

出力部5の表示は、図12で示すように表データとして表示する。例えば、各判定手段を列方向に表示して、行方向には漏水判定数や聴感判定との比較データ等を表示しても良い。また、表データの代わりに、円グラフや棒グラフ等で表示しても良い。また、出力部5のディスプレイ等で指定部6の閾値等を指定しても良い。 The display of the output unit 5 is displayed as table data as shown in FIG. For example, each determination means may be displayed in the column direction, and the number of water leakage determinations, comparison data with the hearing determination, and the like may be displayed in the row direction. Further, instead of the table data, a pie chart, a bar graph, or the like may be displayed. Further, the threshold value of the designated unit 6 may be specified on the display or the like of the output unit 5.

本実施形態の判定アルゴリズムを用いることにより、聴感判定では、極めて労力を要する漏水判定作業を、効率的且つ精度よく行うことができる。 By using the determination algorithm of the present embodiment, it is possible to efficiently and accurately perform the water leakage determination work, which requires extremely labor in the auditory sense determination.

(第2の実施形態)
図14は、第2の実施形態に係る漏水判定装置1の判定部の詳細の構成を示すブロック図である。
(Second Embodiment)
FIG. 14 is a block diagram showing a detailed configuration of a determination unit of the water leakage determination device 1 according to the second embodiment.

第2の実施形態に係る漏水判定装置は、判定部に第3の判定手段を含む。それ以外の構成は第1の実施形態の漏水判定装置と同様である。 The leak determination device according to the second embodiment includes a third determination unit in the determination unit. Other configurations are the same as those of the water leakage determination device of the first embodiment.

第3の判定手段は、抽出部により抽出された定常区間の音波信号データに対して、一定周期の繰り返し音の有無を検出する。これにより漏水音と誤判定されやすい音波を判別するのに有効である。 The third determination means detects the presence or absence of repeated sounds of a fixed period in the sound wave signal data of the steady section extracted by the extraction unit. This is effective in discriminating sound waves that are likely to be erroneously determined as water leakage sounds.

図15は、漏水音と使用水音(水道を使用している際の音)それぞれの時系列波形と周波数特性を比較したものである。 FIG. 15 compares the time-series waveforms and frequency characteristics of the sound of water leakage and the sound of water used (sound when using water supply).

図15(a)が、漏水音の時系列波形とその周波数特性である。図15(b)が、使用水音の時系列波形とその周波数特性である。 FIG. 15A shows a time-series waveform of the water leakage sound and its frequency characteristics. FIG. 15B shows a time-series waveform of the water sound used and its frequency characteristics.

漏水音と使用水音ともに周波数特性では、3kHzまでの周波数成分を含み、1kH以上2kHz以下の成分の寄与が大きい特徴を有するため、周波数特性からでは使用水音との判別が困難であった。 In terms of frequency characteristics, both the water leakage sound and the water sound used have a characteristic that the frequency component up to 3 kHz is included and the component of 1 kHz or more and 2 kHz or less contributes greatly, so that it is difficult to distinguish the water sound from the water sound used.

一方、時系列波形では、漏水音はホワイトノイズ(ランダムノイズ)のような時系列波形に対し、使用水音は一定周期の繰り返し音が表れるのが特徴である。使用水がこのような特徴を有するのは、水道利用の際に録音箇所である水道メータのメータが回転するため、このような音が重畳しやすいからである。 On the other hand, in the time-series waveform, the water leakage sound is a time-series waveform such as white noise (random noise), whereas the water sound used is characterized by a repetitive sound having a fixed cycle. The reason why the water used has such a characteristic is that such a sound is likely to be superimposed because the meter of the water meter, which is the recording point, rotates when the water supply is used.

この一定周期の繰り返し音の抽出として、あらかじめデータベース化されたメータ回転音の時系列波形を入力された音波信号データの時系列波形と比較して検出する方法や、入力された音波信号データに対し、任意のウィンドウ長ずつ区切って波形の類似度を調べることで抽出する方法などが挙げられる。この場合のウィンドウ長のオーバーラップ量は任意に設定できる。これにより、周波数特性では、区別がつかない音種が、時系列波形で判定可能となる。また、一定時間間隔の音波信号データから繰り返し音が現れる頻度から判定しても良い。例えば、5秒間の音波信号データから繰り返し音が5回以上現れた場合が使用水音としても良い。 To extract the repetitive sound of this fixed cycle, a method of detecting the time-series waveform of the meter rotation sound stored in advance by comparing it with the time-series waveform of the input sound signal data, or for the input sound signal data. , A method of extracting by examining the similarity of waveforms by dividing them into arbitrary window lengths. The amount of overlap of window lengths in this case can be set arbitrarily. As a result, sound types that cannot be distinguished from each other in terms of frequency characteristics can be determined by time-series waveforms. Further, it may be determined from the frequency at which repeated sounds appear from the sound wave signal data at regular time intervals. For example, when the repeated sound appears five times or more from the sound wave signal data for 5 seconds, it may be used as the water sound.

第3の判定手段は、抽出部で抽出された定常区間の音波信号データに対してではなく、抽出部で抽出される前の音波信号データに対して適用しても良い。抽出部を介すことにより、繰り返し信号が除去されることも考えられるからである。 The third determination means may be applied not to the sound wave signal data of the stationary section extracted by the extraction unit but to the sound wave signal data before being extracted by the extraction unit. This is because it is conceivable that the repeated signal is removed via the extraction unit.

判定部の第3の判定手段は、単体で用いられても良い。また、第1の実施形態に係る第1の判定手段または第2の判定手段と複合して用いられても良い。第3の判定手段は、第1及び第2の判定手段でも漏水と判定できなかった音波信号データについて適用することが好ましい。例えば、第1及び第2の判定手段との複合判定で用いる場合は、直列判定の最初あるいは最後のフローで用いるのが好ましい。 The third determination means of the determination unit may be used alone. Further, it may be used in combination with the first determination means or the second determination means according to the first embodiment. It is preferable that the third determination means is applied to the sound wave signal data that could not be determined as water leakage even by the first and second determination means. For example, when it is used in a combined determination with the first and second determination means, it is preferably used in the first or last flow of the series determination.

第1乃至3の判定手段の組合せとしては、図16のパターンが考えられる。 As a combination of the first to third determination means, the pattern of FIG. 16 can be considered.

図16に示すように直列判定の場合は、12通り(2つの判定手段の組合せ+3つの判定手段の組合せの場合)の組合せが存在する。 As shown in FIG. 16, in the case of series determination, there are 12 combinations (in the case of a combination of two determination means + a combination of three determination means).

並列判定の場合は、4通り(2つの判定手段の組合せ+3つの判定手段の組合せの場合)の組合せが存在する。さらに、論理和、論理積での判定を考慮すると11通りとなる。 In the case of parallel determination, there are four combinations (in the case of a combination of two determination means + a combination of three determination means). Further, considering the judgment by the logical sum and the logical product, there are 11 ways.

直列判定と並列判定を組合せたパターンでは、12通り存在する。 There are 12 patterns in which the series determination and the parallel determination are combined.

このように、第1乃至3の判定手段を用いた判定では、単体判定も含めると全部で38通りの組合せが考えられる。漏水判定を行う状況に応じて判定手段の組合せを選択するのが良い。例えば、判定対象となるデータ数が多く、なるべく少数まで絞り込みたい時は、第1乃至3の判定手段を並列に適用して判定結果の論理積を出力しても良い。また、あらかじめ水道水の使用頻度の多い地域の場合は、第3の判定手段を始めに適用して、その後第1、第2の判定手段を並列に適用してその結果の論理積を出力しても良い。 As described above, in the determination using the first to third determination means, a total of 38 combinations can be considered including the single determination. It is preferable to select a combination of determination means according to the situation in which the leakage determination is performed. For example, when the number of data to be determined is large and it is desired to narrow down to as few as possible, the first to third determination means may be applied in parallel to output the logical product of the determination results. In the case of an area where tap water is frequently used in advance, the third determination means is applied first, and then the first and second determination means are applied in parallel, and the logical product of the result is output. You may.

第1の判定手段と第2の判定手段で用いる閾値は、あらかじめ使用者により決定することを説明したが、装置内で自動に設定しても良い。その場合は、過去の漏水時の音波信号データを複数格納したデータベースを用いて設定するのが良い。例えば、過去の音波信号データのそれぞれに対して、本実施形態に係るアルゴリズム(第1及び第2の判定手段)を適用して各判定手段の閾値を逆算する。逆算された閾値、周波数特性及びHPF後の時系列波形を過去の音波信号データと紐付けした状態でデータベースに格納する。受付部から入力される音波信号データに対して、データベースに格納されたデータと類似する波形がある場合は、類似する波形に紐付けされた閾値を適用する。類似する波形が無い場合は、データベース中の閾値の平均値を適用する。これにより、音波信号データ毎に閾値を定めることができる。 Although it has been explained that the threshold values used in the first determination means and the second determination means are determined in advance by the user, they may be automatically set in the apparatus. In that case, it is better to set using a database that stores a plurality of sound wave signal data at the time of past water leakage. For example, the threshold value of each determination means is calculated back by applying the algorithm (first and second determination means) according to the present embodiment to each of the past sound wave signal data. The back-calculated threshold value, frequency characteristics, and time-series waveform after HPF are stored in the database in a state of being associated with past sound signal data. If there is a waveform similar to the data stored in the database for the sound signal data input from the reception unit, the threshold value associated with the similar waveform is applied. If there is no similar waveform, the average value of the thresholds in the database is applied. Thereby, the threshold value can be set for each sound wave signal data.

波形の類似性の判定については、相関係数を計算しても良いし、一般的な機械学習を用いても良い。機械学習には、分類問題を解くアルゴリズムを用いて構築したロジックである。これらアルゴリズムとして、決定木、ランダムフォレスト、SVM(Support Vector Machine)、ニューラルネット等が挙げられる。これらアルゴリズムを組み合わせたアルゴリズムでもよい。前記データベースは、ハードディスク、USBメモリ、ROM等に記憶されているものである。また、データベースが外部サーバ等にあり、そこにインターネット等でアクセスすることにより過去の漏水時の音波信号データを取得しても良い。 For the determination of waveform similarity, the correlation coefficient may be calculated, or general machine learning may be used. Machine learning is logic built using algorithms that solve classification problems. Examples of these algorithms include decision trees, random forests, SVMs (Support Vector Machines), neural networks, and the like. An algorithm that combines these algorithms may be used. The database is stored in a hard disk, a USB memory, a ROM, or the like. Further, the database may be stored in an external server or the like, and the sound wave signal data at the time of past water leakage may be acquired by accessing the database via the Internet or the like.

(第3の実施形態)
図17は、第3の実施形態に係る漏水判定装置1の判定部4の詳細の構成を示すブロック図である。
(Third Embodiment)
FIG. 17 is a block diagram showing a detailed configuration of the determination unit 4 of the water leakage determination device 1 according to the third embodiment.

第3の実施形態に係る漏水判定装置は、判定部4に第4の判定手段10を含む。それ以外の構成は第1の実施形態の漏水判定装置と同様である。 The leak determination device according to the third embodiment includes a fourth determination means 10 in the determination unit 4. Other configurations are the same as those of the water leakage determination device of the first embodiment.

第4の判定手段10は、抽出部3により抽出された定常区間の音波信号データ(時系列波形とも称される)について自己相関関数を計算し、指定部6により指定された閾値と比較することにより漏水の有無を判定する。具体的には、自己相関関数の包絡線を求め、予め定めた所定の線分と包絡線を比較する。所定の線分より包絡線が大きくなる割合を求め、指定部6により指定された閾値と比較する。例えば、その割合が閾値より大きくなる場合を漏水有の音波信号データと判定する。所定の線分や閾値は、経験則や過去の漏水データ等に基づき任意に定められる。所定の線分は、必ずしも直線であることに限定されず曲線等も含む。また、閾値との比較は、割合に限定されず、包絡線の作る面積や包絡線の傾きであっても良い。図17の判定部には、第3の判定手段が含まれても良い。 The fourth determination means 10 calculates an autocorrelation function for the sound signal data (also referred to as a time series waveform) of the stationary section extracted by the extraction unit 3 and compares it with the threshold value specified by the designation unit 6. To determine the presence or absence of water leakage. Specifically, the envelope of the autocorrelation function is obtained, and a predetermined line segment and the envelope are compared. The rate at which the envelope is larger than the predetermined line segment is obtained and compared with the threshold value designated by the designated unit 6. For example, when the ratio is larger than the threshold value, it is determined as sound wave signal data with water leakage. Predetermined line segments and threshold values are arbitrarily determined based on empirical rules, past leak data, and the like. The predetermined line segment is not necessarily limited to a straight line and includes a curved line and the like. Further, the comparison with the threshold value is not limited to the ratio, and may be the area formed by the envelope or the slope of the envelope. The determination unit of FIG. 17 may include a third determination means.

自己相関関数とは、同一の音波信号データの中から切り出した2つの区間の信号データの一致度を評価するものである。定常区間の音波信号データに含まれる周期成分の一致度を評価することで漏水の有無を判定する。 The autocorrelation function evaluates the degree of coincidence of the signal data of two sections cut out from the same sound wave signal data. The presence or absence of water leakage is determined by evaluating the degree of coincidence of the periodic components included in the sound wave signal data in the steady section.

包絡線とは、複数の曲線と接線を共有する線分であり、接する曲線の種類により直線あるいは曲線の形状をとる。例えば、頂点を有する複数の曲線の包絡線は、それぞれの頂点を繋ぐ線分が含まれる。 An envelope is a line segment that shares a tangent with a plurality of curves, and takes the shape of a straight line or a curve depending on the type of tangent curve. For example, the envelope of a plurality of curves having vertices includes a line segment connecting the respective vertices.

以下の式(4)は、自己相関関数を示す式である。x(n)は入力信号、r(m)は自己相関関数、Nは自己相関のデータ長を示す。

Figure 0006790086
The following equation (4) is an equation showing an autocorrelation function. x (n) is the input signal, r (m) is the autocorrelation function, and N is the autocorrelation data length.
Figure 0006790086

第4の判定手段10の判定手順について図18を用いて詳しく説明する。 The determination procedure of the fourth determination means 10 will be described in detail with reference to FIG.

図18は、第4の判定手段10についての詳細のブロック図の一例を示す。 FIG. 18 shows an example of a detailed block diagram of the fourth determination means 10.

図18に示すように、まず定常区間の音波信号データの自己相関関数を求める。次に、得られた自己相関関数について絶対値をとり、計算範囲を正の時間方向に限定する。次に、自己相関関数についての包絡線を導出する。包絡線の計算は、ヒルベルト変換を用いるのが一般的である。次に、包絡線について直線近似を行う。この近似直線を一次関数とみなす場合は、最小二乗法により求めるのが好ましい。得られた近似直線に基づいて漏水判定を行う。 As shown in FIG. 18, first, the autocorrelation function of the sound wave signal data in the steady section is obtained. Next, the absolute value of the obtained autocorrelation function is taken, and the calculation range is limited to the positive time direction. Next, we derive the envelope for the autocorrelation function. The Hilbert transform is generally used to calculate the envelope. Next, a straight line approximation is performed on the envelope. When this approximate straight line is regarded as a linear function, it is preferably obtained by the least squares method. Leakage is determined based on the obtained approximate straight line.

図19は、テスト信号を用いた場合の判定手順の一例を示す。 FIG. 19 shows an example of the determination procedure when the test signal is used.

ここでは、定常区間の音波信号データの信号として、50HzのSin波を用いた。図19(a)は、50HzのSin波の時系列波形を示す。図19(b)は、式(4)に基づいて導出された自己相関関数のグラフである。図19(c)は、自己相関関数の絶対値を示すグラフである。さらに、正方向の時間のグラフに限定する。図19(d)が示すように、正方向の時間のグラフは、傾きが右肩下がりとなり、時間の増加とともに0に収束する傾向となる。また、このグラフについて包絡線を導出する。さらに、この包絡線の近似直線をとる。図19(e)は、自己相関関数の波形と包絡線の近似直線を示すグラフである。正と負の時間方向でグラフ形状は対象となるため、負の時間方向のグラフを計算範囲としても良い。その場合、始点は時間軸の0から負の方向に推移するため、グラフの傾きは左肩下がりとなる。図19(a)のような単一周波数の時系列波形の場合は、得られる包絡線と近似直線の形状が殆ど同様となるが、実際の時系列波形は、振幅が所々で異なる変動音や、複数の周波数成分の信号を有するため、包絡線と近似直線の形状が異なるのが一般的である。 Here, a 50 Hz sine wave was used as the signal of the sound wave signal data in the steady section. FIG. 19A shows a time-series waveform of a 50 Hz sine wave. FIG. 19B is a graph of the autocorrelation function derived based on the equation (4). FIG. 19C is a graph showing the absolute value of the autocorrelation function. Furthermore, it is limited to the graph of time in the positive direction. As shown in FIG. 19 (d), the graph of the time in the positive direction tends to have a downward slope and converge to 0 as the time increases. In addition, an envelope is derived for this graph. Further, an approximate straight line of this envelope is taken. FIG. 19 (e) is a graph showing the waveform of the autocorrelation function and the approximate straight line of the envelope. Since the graph shape is targeted in the positive and negative time directions, the graph in the negative time direction may be used as the calculation range. In that case, since the start point changes from 0 on the time axis in the negative direction, the slope of the graph is downward to the left. In the case of a single-frequency time-series waveform as shown in FIG. 19 (a), the shape of the obtained envelope and the approximate straight line are almost the same, but the actual time-series waveform has a fluctuating sound with different amplitudes. , Since it has signals of a plurality of frequency components, the shape of the envelope and the approximate straight line are generally different.

図20は、変動音を含む時系列波形の場合の判定手順の一例を示す。図20(a)に示すように、変動音を含む時系列波形は、所定の時間で局所的に振幅が大きくなる時系列波形となる。図20(b)、(c)は、この時系列波形の自己相関関数を求め、絶対値をとった信号である。図20(d)は、図20(c)の波形の包絡線を導出した結果である。図20(d)に示すように、この場合の包絡線は、曲線形状となるため図20(e)で示す包絡線の近似直線とは異なる形状となる。 FIG. 20 shows an example of the determination procedure in the case of a time-series waveform including fluctuating sounds. As shown in FIG. 20A, the time-series waveform including the fluctuating sound is a time-series waveform in which the amplitude locally increases in a predetermined time. 20 (b) and 20 (c) are signals obtained by obtaining the autocorrelation function of this time series waveform and taking an absolute value. FIG. 20D is the result of deriving the envelope of the waveform of FIG. 20C. As shown in FIG. 20 (d), the envelope in this case has a curved shape, and therefore has a shape different from the approximate straight line of the envelope shown in FIG. 20 (e).

図21は、複数の周波数成分の信号を含む場合の時系列波形の一例を示す。 FIG. 21 shows an example of a time series waveform when signals of a plurality of frequency components are included.

図21(a)は、50HzのSin波を示し、図21(b)は、1kHzのSin波の時系列波形を示す。図21(c)は、50HzのSin波(振幅比50%)と1kHzのSin波(振幅比20%)を重畳した時系列波形である。 FIG. 21 (a) shows a 50 Hz sine wave, and FIG. 21 (b) shows a time series waveform of a 1 kHz sine wave. FIG. 21 (c) is a time-series waveform in which a 50 Hz sine wave (amplitude ratio 50%) and a 1 kHz sine wave (amplitude ratio 20%) are superimposed.

また、図21(d)は、ホワイトノイズであるランダム音の時系列波形である。図21(e)は、ホワイトノイズと50HzのSin波(振幅比50%)を重畳した波形であり、図21(f)は、ホワイトノイズと50HzのSin波(振幅比20%)を重畳した波形である。 Further, FIG. 21D is a time-series waveform of a random sound which is white noise. FIG. 21 (e) is a waveform in which white noise and a 50 Hz sine wave (amplitude ratio 50%) are superimposed, and FIG. 21 (f) is a waveform in which white noise and a 50 Hz sine wave (amplitude ratio 20%) are superimposed. It is a waveform.

図22(a)〜(f)は、図21(a)〜(f)の時系列波形の自己相関関数とそれぞれの包絡線と近似直線を導出したものである。図22(a)、(b)に示すように図21(a)、(b)の時系列波形は、自己相関関数が綺麗な右肩下がりになるのに対し、図22(d)のホワイトノイズの時系列波形は、自己相関関数の値は著しく小さくなり包絡線の傾きは殆ど0となる。図22(c)に示すように周波数の異なる2つのSin波が重畳している場合は、右肩下がりの傾向となる。図21(e)、(f)のSin波とホワイトノイズが重畳している場合は、振幅の混合比率によってグラフの傾きの大きさが変化する。 22 (a) to 22 (f) are obtained by deriving the autocorrelation function of the time series waveforms of FIGS. 21 (a) to 21 (f), their respective envelopes, and approximate straight lines. As shown in FIGS. 22 (a) and 22 (b), the time-series waveforms in FIGS. 21 (a) and 21 (b) have a beautiful autocorrelation function, whereas the white in FIG. 22 (d). In the time series waveform of noise, the value of the autocorrelation function becomes remarkably small, and the slope of the envelope becomes almost zero. When two sine waves having different frequencies are superimposed as shown in FIG. 22 (c), the tendency is downward to the right. When the sine waves and white noise of FIGS. 21 (e) and 21 (f) are superimposed, the magnitude of the slope of the graph changes depending on the mixing ratio of the amplitudes.

上述したように漏水音は、ホワイトノイズ(ランダム音)の特徴を有する。また、浄化槽音や自販機、室外機等のモータ音は、Sin波などの周期成分が支配的である。 As described above, the water leakage sound has a characteristic of white noise (random sound). Further, the sound of septic tanks and the sound of motors of vending machines, outdoor units, etc. are dominated by periodic components such as sine waves.

これにより、実際に抽出部3によって抽出された定常区間の音波信号データにおいても、自己相関関数を求めることで、漏水音とは無関係のピーク音が含まれるか否かの判定が容易にできる。また、グラフにより視覚的にもピーク音との判別が可能となる。 As a result, it is possible to easily determine whether or not a peak sound unrelated to the water leakage sound is included by obtaining the autocorrelation function even in the sound wave signal data of the steady section actually extracted by the extraction unit 3. In addition, the graph makes it possible to visually distinguish the peak sound.

次に、実際に測定した音波信号データに対し、第4の判定手段10により自己相関関数を計算した結果について説明する。 Next, the result of calculating the autocorrelation function by the fourth determination means 10 with respect to the actually measured sound wave signal data will be described.

図23(a)〜(d)は、実際に測定した音波信号データと、その自己相関関数を求めた結果を示す。 FIGS. 23 (a) to 23 (d) show the actually measured sound wave signal data and the result of obtaining the autocorrelation function thereof.

図23(a)が示すように、単一ピーク音を示す音波信号データの自己相関関数は、その包絡線あるいは近似直線が右肩下がりの傾きを有する。また、図23(b)の複数のピーク音が重畳する音波信号データの自己相関関数は、包絡線が変動しながらゼロに収束していく結果となる。また、図23(c)の漏水音を示す音波信号データの自己相関関数は、包絡線の傾きがほぼ0に近い結果となる。また、図23(d)のモータ音及び水道使用時を示す音波信号データの自己相関関数は、包絡線の傾きが小さくなる。これらの結果は、テスト信号の結果と略同様の結果となる。 As shown in FIG. 23A, the autocorrelation function of the sound signal data showing a single peak sound has an envelope or an approximate straight line having a downward slope. Further, the autocorrelation function of the sound wave signal data on which the plurality of peak sounds of FIG. 23B are superimposed results in the envelope converging to zero while fluctuating. Further, the autocorrelation function of the sound wave signal data showing the water leakage sound in FIG. 23 (c) results in the slope of the envelope being close to zero. Further, in the autocorrelation function of the motor sound and the sound wave signal data indicating the use of water supply in FIG. 23 (d), the slope of the envelope becomes small. These results are substantially similar to the results of the test signal.

上記結果を整理すると、単一ピーク音の音波信号データの場合、自己相関関数の包絡線(または包絡線の近似直線でも良い)の傾きは比較的大きくなり、漏水音を示すホワイトノイズの音波信号データの場合、自己相関関数の包絡線の傾きは小さい。ピーク音とランダム音が重畳した音波信号データの場合、2つの信号の振幅比率により包絡線の傾きの大きさが変動する。漏水音とピーク音が重畳している音波信号データの場合は、任意の閾値を設定して漏水判定処理をすれば良い。 Summarizing the above results, in the case of single-peak sound sound signal data, the slope of the autocorrelation function envelope (or an approximate straight line of the envelope) is relatively large, and the white noise sound signal indicating water leakage sound. In the case of data, the slope of the envelope of the autocorrelation function is small. In the case of sound wave signal data in which peak sounds and random sounds are superimposed, the magnitude of the slope of the envelope varies depending on the amplitude ratio of the two signals. In the case of sound wave signal data in which the water leakage sound and the peak sound are superimposed, an arbitrary threshold value may be set and the water leakage determination process may be performed.

次に、自己相関関数の包絡線(または包絡線の近似直線)と比較する所定の線分及び閾値を定めて判定処理する方法について詳しく説明する。 Next, a method of determining a predetermined line segment and a threshold value to be compared with the envelope of the autocorrelation function (or an approximate straight line of the envelope) and performing the determination process will be described in detail.

図24は、所定の線分及び閾値を定めた判定処理の一例を示す図である。図24中で所定の線分は、黒色(実線)で表され、包絡線は灰色(実線)で表される。所定の線分よりも包絡線が大きくなる割合で判定を行う。 FIG. 24 is a diagram showing an example of a determination process in which a predetermined line segment and a threshold value are determined. In FIG. 24, the predetermined line segment is represented by black (solid line), and the envelope is represented by gray (solid line). Judgment is made at a rate at which the envelope is larger than the predetermined line segment.

図24のグラフの横軸は、全体で1秒間の時間を示すため、所定の線分の傾きをX(X<0)とすると、1秒後に0とする場合、切片は−Xとなる。図24では、閾値を20%として、包絡線がこの所定の線分よりも大きい割合(時間積分率)が20%以下ならばピーク音ではなく漏水の可能性有となるよう判定条件を設定した。包絡線がこの所定の線分よりも大きい割合とは、時間積分率のことであり、例えば以下の式(5)で表される。 Since the horizontal axis of the graph in FIG. 24 indicates the time for 1 second as a whole, if the slope of the predetermined line segment is X (X <0) and 0 after 1 second, the intercept is −X. In FIG. 24, the threshold value is set to 20%, and the judgment condition is set so that if the proportion of the envelope larger than this predetermined line segment (time integration rate) is 20% or less, there is a possibility of water leakage instead of a peak sound. .. The ratio at which the envelope is larger than this predetermined line segment is the time integration rate, and is represented by, for example, the following equation (5).

時間積分率%=包絡線が所定の線分を越えた時間/総時間(0に収束するまでの時間)×100 …(5)
図24(a)、(b)の場合は、時間積分率が94.5%と69.6%であり指定部6で指定された閾値20%を超える結果となるため、ピーク音の音波信号データと判定される。図24(c)、(d)の場合は、時間積分率が1.285%と0.6%であり閾値20%を下回ることから、漏水音であることが疑われる判定結果となる。
Time integration rate% = time when the envelope crosses a predetermined line segment / total time (time until it converges to 0) x 100 ... (5)
In the cases of FIGS. 24 (a) and 24 (b), the time integration rates are 94.5% and 69.6%, which exceeds the threshold value of 20% specified by the designated unit 6, and therefore the sound wave signal of the peak sound. It is judged as data. In the cases of FIGS. 24 (c) and 24 (d), since the time integration rate is 1.285% and 0.6%, which is lower than the threshold value of 20%, the determination result is suspected to be a water leakage sound.

閾値と比較して漏水判定するのは、時間積分率に限定されず、自己相関関数の包絡線と所定の線分をそれぞれ時間積分してその大小を比較することにより判定しても良い。これは、包絡線と所定の線分それぞれが作る面積を比較することを意味する。 The determination of water leakage in comparison with the threshold value is not limited to the time integration rate, and may be determined by time-integrating the envelope of the autocorrelation function and a predetermined line segment and comparing their magnitudes. This means comparing the area created by each of the envelope and a given line segment.

図25は、包絡線と所定の線分それぞれが作る面積の大小を比較した結果を示す。 FIG. 25 shows the result of comparing the size of the area formed by each of the envelope and the predetermined line segment.

包絡線が作る面積が所定の線分が作る面積より大きい場合は、漏水音でなくピーク音の音波信号データとして判定される。包絡線が作る面積が所定の線分が作る面積より小さい場合は、漏水音の疑いがあるとして判定される。この場合、所定の線分が作る面積が閾値として指定される。 When the area formed by the envelope is larger than the area formed by the predetermined line segment, it is determined as the sound wave signal data of the peak sound instead of the water leakage sound. If the area created by the envelope is smaller than the area created by the predetermined line segment, it is determined that there is a suspicion of water leakage. In this case, the area formed by the predetermined line segment is specified as the threshold value.

その他にも閾値と比較して漏水判定するのは、包絡線(または包絡線の近似直線)の傾きと所定の線分の傾きの大小を比較することにより判定しても良い。この場合、所定の線分の傾きが閾値として指定される。 In addition, the water leakage may be determined by comparing with the threshold value by comparing the slope of the envelope (or an approximate straight line of the envelope) with the slope of a predetermined line segment. In this case, the slope of a predetermined line segment is specified as the threshold value.

自己相関関数の包絡線に基づいて導出される上述した時間積分率、包絡線が作る面積及び包絡線の傾きは判定値とも称される。 The above-mentioned time integration rate derived based on the envelope of the autocorrelation function, the area created by the envelope, and the slope of the envelope are also referred to as judgment values.

図26は、自己相関関数から時間積分率、包絡線の作る面積または包絡線の傾きのいずれかに基づいて漏水判定した場合の結果を示す。調査員が検出器により一次判定を行った音波信号データ103件に対し、時間積分率、包絡線の作る面積または包絡線の傾きのいずれかに基づいて判定を実施した。答え合わせの漏水データは、103件のうちから聴感にて漏水と判定した24件とした。結果は、時間積分率を用いた判定の絞り込み数が45件であり、包絡線の作る面積を用いた絞り込み数が43件であり、包絡線の傾きを用いた絞り込み数が44件であった。絞り込まれた音波信号データのうち正解が含まれた数は、いずれも21件(24件中)であり、いずれの場合も高い正解率を示した。第4の判定手段のアルゴリズムを用いて漏水判定する場合、時間積分率、包絡線の作る面積または包絡線の傾きのいずれに基づいて漏水判定を行っても殆ど差の無い結果であった。漏水判定する状況や過去取得したデータ等に応じて適宜選択すればよい。 FIG. 26 shows the result when the water leakage is determined from the autocorrelation function based on any of the time integration rate, the area formed by the envelope, or the slope of the envelope. For 103 sound wave signal data that the investigator made the primary judgment by the detector, the judgment was made based on either the time integration rate, the area formed by the envelope, or the inclination of the envelope. The leak data of the answers was 24 out of 103 cases that were judged to be water leaks by hearing. As a result, the number of narrowing down judgments using the time integration rate was 45, the number of narrowing down using the area created by the envelope was 43, and the number of narrowing down using the slope of the envelope was 44. .. The number of correct answers included in the narrowed-down sound wave signal data was 21 (out of 24), and in each case, a high correct answer rate was shown. When the water leakage was determined using the algorithm of the fourth determination means, there was almost no difference even if the water leakage was determined based on any of the time integration rate, the area formed by the envelope, and the inclination of the envelope. It may be appropriately selected according to the situation of determining water leakage and the data acquired in the past.

第4の判定手段を用いることにより多数の音波信号データから漏水音の可能性のあるデータを高い確率で絞り込むことができる。 By using the fourth determination means, it is possible to narrow down the data having a possibility of water leakage sound from a large number of sound wave signal data with a high probability.

また、第1または第2の実施形態に係る第1乃至3の判定手段と組合せることにより多数の音波信号データから漏水音の可能性のあるデータをより高い確率で絞り込むことができる。 Further, by combining with the first to third determination means according to the first or second embodiment, data having a possibility of water leakage can be narrowed down from a large number of sound wave signal data with a higher probability.

第1、2または4の判定手段の組合せは、図27のパターンが考えられる。 As the combination of the first, second or fourth determination means, the pattern of FIG. 27 can be considered.

図27に示すように直列判定の場合は、12通り(2つの判定手段の組合せ+3つの判定手段の組合せの場合)の組合せが存在する。 As shown in FIG. 27, in the case of series determination, there are 12 combinations (in the case of a combination of two determination means + a combination of three determination means).

並列判定の場合は、4通り(2つの判定手段の組合せ+3つの判定手段の組合せの場合)の組合せが存在する。さらに、論理和、論理積での判定を考慮すると11通りとなる。 In the case of parallel determination, there are four combinations (in the case of a combination of two determination means + a combination of three determination means). Further, considering the judgment by the logical sum and the logical product, there are 11 ways.

直列判定と並列判定を組合せたパターンでは、12通り存在する。 There are 12 patterns in which the series determination and the parallel determination are combined.

このように、第1、2または4の判定手段を用いた判定では、単体判定も含めると全部で38通りの組合せが考えられる。 As described above, in the determination using the first, second, or fourth determination means, a total of 38 combinations can be considered including the single determination.

第2、3または4の判定手段の組合せは、図28のパターンが考えられる。 As the combination of the second, third, or fourth determination means, the pattern of FIG. 28 can be considered.

第2、3または4の判定手段の組合せも上記第1、2または4の判定手段の組合せと同様なパターンの組合せとなる。 The combination of the second, third, or fourth determination means is also a combination of patterns similar to the combination of the first, second, or fourth determination means.

第1、3または4の判定手段の組合せは、図29のパターンが考えられる。 As the combination of the first, third, or fourth determination means, the pattern of FIG. 29 can be considered.

また、第1〜4の判定手段を組合せても良い。4つの判定手段を組合せる場合は、図30のパターンが考えられる。 Further, the first to fourth determination means may be combined. When combining the four determination means, the pattern of FIG. 30 can be considered.

図30に示すように、直列判定の組合せは、24通りの組合せが存在する。並列判定の場合は、13通りの組合せが存在する(論理積の更に論理積を取る組合せを除いた)。直列判定と並列判定の組合せは、112通りの組合せが存在する。 As shown in FIG. 30, there are 24 combinations of series determination. In the case of parallel judgment, there are 13 combinations (excluding combinations that take a further logical product of logical products). There are 112 combinations of series determination and parallel determination.

これらの組合せのパターンは、漏水判定を行う状況に応じて適宜選択できる。例えば、膨大な音波信号データから漏水の可能性のあるデータを最大限まで絞り込みたい場合は、第1〜4の判定手段を直列接続して音波信号データを絞り込んでも良い。また、第1〜4の判定手段のそれぞれの判定結果の論理積を取っても良い。また、上述した組合せからは除いた、2つの論理積の判定結果のさらに論理積を取っても良い。 The pattern of these combinations can be appropriately selected depending on the situation in which the water leakage is determined. For example, when it is desired to narrow down the data having a possibility of water leakage from a huge amount of sound wave signal data to the maximum, the sound wave signal data may be narrowed down by connecting the first to fourth determination means in series. Further, the logical product of the determination results of the first to fourth determination means may be obtained. Further, the logical product of the determination results of the two logical products excluded from the combination described above may be further taken.

また、第4の判定手段で用いる閾値は、あらかじめ使用者により決定することを説明したが、装置内で自動に設定しても良い。その場合は、第1及び2の判定手段で説明した方法と同様の方法を取り得る。 Further, although it has been explained that the threshold value used in the fourth determination means is determined in advance by the user, it may be automatically set in the apparatus. In that case, the same method as that described in the first and second determination means can be adopted.

上述した実施形態は、漏水判定装置にとらわれず、システムとしても利用できる。例えば、水道管等の漏水検査の調査員が、音波(振動音)を検知する検知器で測定した複数の音波信号データを、本実施形態の漏水判定アルゴリズム(抽出部、判定部)を含むサーバにインターネット等を通じて転送する。サーバでは、転送された音波信号データを用いて漏水判定を行う。サーバは、漏水判定結果を調査員の検知器に転送する。これにより、調査員が高性能且つ規模の大きな装置を持ち歩くことなくインターネット等の通信手段を備えた検知器のみで漏水判定が可能となる。 The above-described embodiment is not limited to the leak determination device and can be used as a system. For example, a server that includes a water leakage determination algorithm (extractor, determination unit) of the present embodiment for a plurality of sound wave signal data measured by a water leak inspection investigator of a water pipe or the like with a detector that detects sound waves (vibration sound). Transfer to via the Internet etc. The server uses the transferred sound wave signal data to determine water leakage. The server transfers the leak determination result to the investigator's detector. As a result, the investigator can determine water leakage only with a detector equipped with a communication means such as the Internet without carrying a high-performance and large-scale device.

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 Although some embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other embodiments, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the gist of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are also included in the scope of the invention described in the claims and the equivalent scope thereof.

1 漏水判定装置
2 受付部
3 抽出部
4 判定部
5 出力部
6 指定部
7 第1の判定手段
8 第2の判定手段
9 第3の判定手段
10 第4の判定手段
1 Leakage determination device 2 Reception unit 3 Extraction unit 4 Judgment unit 5 Output unit 6 Designation unit 7 First judgment means 8 Second judgment means 9 Third judgment means 10 Fourth judgment means

Claims (10)

音波データを受付ける受付部と、
前記音波データから雑音の少ない定常区間のデータを抽出する抽出部と、
第1の閾値を指定する指定部と、
漏水の有無を判定する判定部であって、前記定常区間のデータについて、予め定められた周波数範囲において漏水に起因する周波数成分が含まれる割合を求め、前記割合を前記第1の閾値と比較することにより、漏水の有無を判定する第1の判定手段を備える判定部と、
を備える漏水判定装置。
The reception desk that accepts sound wave data and
An extraction unit that extracts data in a steady section with less noise from the sound wave data,
A designated part that specifies the first threshold value and
It is a determination unit that determines the presence or absence of water leakage, obtains the ratio of frequency components caused by water leakage in a predetermined frequency range from the data of the steady section, and compares the ratio with the first threshold value. As a result, a determination unit provided with a first determination means for determining the presence or absence of water leakage,
Leakage determination device including.
前記第1の判定手段は、前記割合として、前記定常区間のデータの周波数特性と暗騒音の周波数特性との差分に対し、前記予め定められた周波数範囲である全周波数範囲と任意の周波数範囲との積分率を求める、
請求項1に記載の漏水判定装置。
The first determination means, as the ratio, sets the entire frequency range, which is the predetermined frequency range, and an arbitrary frequency range, with respect to the difference between the frequency characteristic of the data of the stationary section and the frequency characteristic of background noise. Find the integration rate of
The water leakage determination device according to claim 1.
前記指定部は、第2の閾値を指定し、
前記判定部は、前記定常区間のデータの低周波成分を低減するフィルタを有し、前記フィルタを適用した前記定常区間のデータに対して所定の振幅以上の時間積分率を求め、前記時間積分率を前記第2の閾値と比較することにより、漏水の有無を判定する第2の判定手段をさらに備える、
請求項1または2に記載の漏水判定装置。
The designation unit specifies a second threshold value and
The determination unit has a filter for reducing the low frequency component of the data in the steady section, obtains a time integration rate of a predetermined amplitude or more with respect to the data in the steady section to which the filter is applied, and obtains the time integration rate. Is further provided with a second determination means for determining the presence or absence of water leakage by comparing the above with the second threshold value.
The water leakage determination device according to claim 1 or 2.
前記判定部は、前記第1の判定手段で漏水有と判定した音波データに対して、さらに前記第2の判定手段で漏水の有無を判定する、
請求項3に記載の漏水判定装置。
The determination unit further determines the presence or absence of water leakage by the second determination means with respect to the sound wave data determined by the first determination means that there is water leakage.
The water leakage determination device according to claim 3.
前記判定部は、前記第2の判定手段で漏水有と判定した音波データに対して、さらに前記第1の判定手段で漏水の有無を判定する、
請求項3に記載の漏水判定装置。
The determination unit further determines the presence or absence of water leakage by the first determination means with respect to the sound wave data determined by the second determination means that there is water leakage.
The water leakage determination device according to claim 3.
前記指定部は、第3の閾値を指定し、
前記判定部は、前記定常区間のデータに対し一定周期の繰り返し信号の頻度を検出し、前記頻度を前記第3の閾値と比較することにより、前記音波データに使用水音を示す信号が含まれるか否かを判定する第3の判定手段をさらに備える、
請求項1乃至5のいずれか1項に記載の漏水判定装置。
The designation unit specifies a third threshold value and
The determination unit detects the frequency of the repetition signal of a fixed cycle with respect to the data of the steady section, and compares the frequency with the third threshold value, so that the sound wave data includes a signal indicating the water sound used. Further provided with a third determination means for determining whether or not.
The water leakage determination device according to any one of claims 1 to 5.
前記指定部は、第4の閾値を指定し、
前記判定部は、前記定常区間のデータの自己相関関数を求め、前記自己相関関数の曲線を結ぶ包絡線と所定の線分との比較、前記包絡線が作る面積、または前記包絡線の傾きに基づいて判定値を導出し、前記判定値と前記第4の閾値を比較することにより、漏水の有無を判定する第4の判定手段をさらに備える、
請求項1乃至6のいずれか1項に記載の漏水判定装置。
The designation unit specifies a fourth threshold value and
The determination unit obtains an autocorrelation function of the data of the stationary interval, compares the envelope connecting the curves of the autocorrelation function with a predetermined line segment, determines the area formed by the envelope, or the slope of the envelope. A fourth determination means for determining the presence or absence of water leakage is further provided by deriving a determination value based on the determination value and comparing the determination value with the fourth threshold value.
The water leakage determination device according to any one of claims 1 to 6.
前記判定部の判定結果を出力する出力部をさらに備える請求項1乃至7のいずれか1項に記載の漏水判定装置。 The water leakage determination device according to any one of claims 1 to 7, further comprising an output unit that outputs the determination result of the determination unit. 前記出力部は、前記第1の判定手段と前記第2の判定手段の判定結果の論理和あるいは論理積を出力する、
請求項3を引用する請求項8に記載の漏水判定装置。
The output unit outputs a logical sum or a logical product of the determination results of the first determination means and the second determination means.
The water leakage determination device according to claim 8, which cites claim 3.
漏水判定装置により実行される漏水判定方法であって、
音波データから雑音の少ない定常区間のデータを抽出し、
漏水の有無を判定するための閾値を指定し、
前記定常区間のデータについて、予め定められた周波数範囲において漏水に起因する周波数成分が含まれる割合を求め、
前記割合を前記閾値と比較することにより、漏水の有無を判定する漏水判定方法。
It is a leak judgment method executed by a leak judgment device.
Extract the data of the steady section with less noise from the sound wave data,
Specify a threshold for determining the presence or absence of water leakage,
For the data of the steady section, the ratio of the frequency component due to water leakage in the predetermined frequency range was calculated.
A water leakage determination method for determining the presence or absence of water leakage by comparing the ratio with the threshold value.
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