JP7334457B2 - Anomaly detection system, anomaly detection device, anomaly detection method and program - Google Patents

Anomaly detection system, anomaly detection device, anomaly detection method and program Download PDF

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Description

本発明は、機械設備が発生する音および振動などの信号から異常を検知する異常検知システム、異常検知装置、異常検知方法、およびその方法をコンピュータに実行させるプログラムに関する。 The present invention relates to an anomaly detection system, an anomaly detection device, an anomaly detection method, and a program for causing a computer to execute the method for detecting an anomaly from signals such as sound and vibration generated by mechanical equipment.

機械設備に異常が生じると、異常が音に現れることがある。インフラストラクチャーなどの点検では、異常音の確認が点検項目となっている場合もあり、異常音を検知し、機械設備が正常であるか、異常であるかを判断することは重要である。 When an abnormality occurs in mechanical equipment, the abnormality may appear in the sound. In inspections of infrastructure and the like, confirmation of abnormal sounds may be an inspection item, and it is important to detect abnormal sounds and determine whether mechanical equipment is normal or abnormal.

従来技術として、鉄道車両のような機械設備の点検のために、鉄道車両の走行音データに基づいて異常音を検知する装置およびプログラムが開示されている(例えば、特許文献1参照)。特許文献1に開示された装置では、走行音データのオクターブバンド出力のような周波数帯域の音圧データに対して、所定の平滑化時間で移動平均処理を行って各周波数帯域のデータを特徴ベクトルとして扱う。特許文献1の装置では、正常時の走行音データの周波数帯域のデータの特徴ベクトルを用いて、正常であるか異常であるかの評価対象の走行音データの特徴ベクトルを1クラスサポートベクターマシンによる評価の値によって、正常であるか異常であるかを判断することが記載されている。 As a conventional technique, a device and a program for detecting an abnormal sound based on running sound data of a railway vehicle for inspection of mechanical equipment such as a railway vehicle have been disclosed (see, for example, Patent Document 1). In the device disclosed in Patent Document 1, sound pressure data in frequency bands such as octave band output of running sound data is subjected to moving average processing in a predetermined smoothing time, and data in each frequency band is converted into a feature vector. treated as In the device of Patent Document 1, the feature vector of the running sound data to be evaluated as to whether it is normal or abnormal is obtained by a one-class support vector machine using the feature vector of the data of the frequency band of the running sound data in the normal state. It is described that the value of the evaluation is used to determine whether the condition is normal or abnormal.

特開2014-232084号公報JP 2014-232084 A

特許文献1に開示された装置では、正常であるか異常であるかの判断対象となる音響データとして走行音データの周波数帯域の音圧データを特徴ベクトルとし、その特徴ベクトルが全体的に正常時と異なるかどうかを閾値処理によって判断している。特許文献1に開示された装置では、特徴ベクトルを抽出する際、平滑化時間を一定の時間に限っているため、判定対象が限られてしまい、異常があっても正常と誤判定されるおそれがある。 In the apparatus disclosed in Patent Document 1, sound pressure data in the frequency band of running sound data is used as a feature vector as sound data to be judged whether it is normal or abnormal. is determined by threshold processing. In the apparatus disclosed in Patent Document 1, when extracting feature vectors, the smoothing time is limited to a certain period of time, so the objects to be judged are limited, and even if there is an abnormality, there is a risk that it will be erroneously judged to be normal. There is

本発明に係る異常検知システムは、観測対象物が発する波形を受信するセンサからの時系列データを入力する手段と、時系列データを周波数分析する周波数分析手段と、周波数分析の結果に基づき時系列データのパワースペクトルを推定する推定手段と、パワースペクトルに基づきある時刻の正常らしさの指標である瞬時尤度を計算する瞬時尤度計算手段と、異なる時刻の複数の瞬時尤度に基づき結合尤度を計算する結合尤度計算手段と、結合尤度に基づき観測対象物に対し正常または異常の判定を行う判定手段と、過去に収録された異常時の異常原因に対応して時系列データのパワースペクトルを記憶する異常原因データベースと、観測対象物が異常であると判定手段によって判定された場合、異常原因データベースを基に異常原因を推定する異常推定手段と、を有し、瞬時尤度計算手段は、異常推定手段が異常原因を推定する際、異常原因データベースに保存された、各異常原因に対応する時系列データのパワースペクトルを用いて、各異常原因によるデータらしさの指標である異常時瞬時尤度を計算し、異常推定手段は、瞬時尤度計算手段によって計算された異常時瞬時尤度を用いて各異常原因に関する確度を計算し、計算した各異常原因の確度と予め決められた閾値との比較によって異常原因にあてはまるか否かを判定することで、異常原因を推定するものである。 An anomaly detection system according to the present invention includes means for inputting time-series data from a sensor that receives a waveform emitted by an observation target , frequency analysis means for frequency-analyzing the time-series data, and time -series data based on the results of the frequency analysis. An estimating means for estimating the power spectrum of data , an instantaneous likelihood calculating means for calculating an instantaneous likelihood as an index of normality at a certain time based on the power spectrum, and a combined likelihood based on a plurality of instantaneous likelihoods at different times a joint likelihood calculation means for calculating the joint likelihood, a judgment means for judging whether the observed object is normal or abnormal based on the joint likelihood, and power an anomaly cause database for storing spectra; an anomaly estimation means for estimating an anomaly cause based on the anomaly cause database when the determination means determines that an observed object is abnormal; and an instantaneous likelihood calculation means . When the anomaly estimating means estimates the anomaly cause, the power spectrum of the time-series data corresponding to each anomaly cause stored in the anomaly cause database is used to calculate the anomaly time instant The likelihood is calculated, and the abnormality estimating means calculates the probability of each abnormality cause using the instantaneous likelihood at the time of abnormality calculated by the instantaneous likelihood calculating means, and the calculated probability of each abnormality cause and a predetermined threshold value The cause of the abnormality is estimated by determining whether or not the cause of the abnormality is applicable by comparing with .

本発明に係る異常検知装置は、観測対象物が発する波形を受信するセンサから入力される時系列データを周波数分析する周波数分析手段と、周波数分析の結果に基づき時系列データのパワースペクトルを推定する推定手段と、パワースペクトルに基づきある時刻の正常らしさの指標である瞬時尤度を計算する瞬時尤度計算手段と、異なる時刻の複数の瞬時尤度に基づき結合尤度を計算する結合尤度計算手段と、結合尤度に基づき観測対象物に対し正常または異常の判定を行う判定手段と、過去に収録された異常時の異常原因に対応して時系列データのパワースペクトルを記憶する異常原因データベースと、観測対象物が異常であると判定手段によって判定された場合、異常原因データベースを基に異常原因を推定する異常推定手段と、を有し、瞬時尤度計算手段は、異常推定手段が異常原因を推定する際、異常原因データベースに保存された、各異常原因に対応する時系列データのパワースペクトルを用いて、各異常原因によるデータらしさの指標である異常時瞬時尤度を計算し、異常推定手段は、瞬時尤度計算手段によって計算された異常時瞬時尤度を用いて各異常原因に関する確度を計算し、計算した各異常原因の確度と予め決められた閾値との比較によって異常原因にあてはまるか否かを判定することで、異常原因を推定するものである。 An anomaly detection apparatus according to the present invention includes frequency analysis means for frequency-analyzing time-series data input from a sensor that receives a waveform emitted by an observation target , and estimates the power spectrum of the time-series data based on the results of the frequency analysis. An estimation means, an instantaneous likelihood calculation means for calculating an instantaneous likelihood that is an index of normality at a certain time based on the power spectrum, and a joint likelihood calculation for calculating a joint likelihood based on a plurality of instantaneous likelihoods at different times. means, determination means for determining whether an object to be observed is normal or abnormal based on the joint likelihood , and an abnormality cause database that stores power spectra of time-series data corresponding to abnormal causes recorded in the past. and abnormality estimation means for estimating the cause of abnormality based on the abnormality cause database when the determination means determines that the observation object is abnormal, and the instantaneous likelihood calculation means determines whether the abnormality estimation means is abnormal When estimating the cause, the power spectrum of the time-series data corresponding to each cause of anomaly stored in the anomaly cause database is used to calculate the instantaneous likelihood at the time of anomaly, which is an index of the data-likeness of each cause of anomaly. The estimating means calculates the probability of each cause of abnormality using the instantaneous likelihood at the time of abnormality calculated by the instantaneous likelihood calculating means, and compares the calculated probability of each cause of abnormality with a predetermined threshold to determine the cause of abnormality. The cause of the abnormality is estimated by determining whether or not it applies .

本発明に係る異常検知方法は、観測対象物が発する波形を受信するセンサからの時系列データを用いて正常か異常かを判定する異常検知方法であって、時系列データを周波数分析し、周波数分析の結果に基づき時系列データのパワースペクトルを推定し、パワースペクトルに基づきある時刻の正常らしさの指標である瞬時尤度を計算し、異なる時刻の複数の瞬時尤度に基づき結合尤度を計算し、結合尤度に基づき観測対象物に対し正常または異常判定し、過去に収録された異常時の異常原因に対応して時系列データのパワースペクトルを異常原因データベースに記憶させ、観測対象物が異常であると判定された場合、異常原因データベースを基に異常原因を推定し、異常原因を推定する際、異常原因データベースに保存された、各異常原因に対応する時系列データのパワースペクトルを用いて、各異常原因によるデータらしさの指標である異常時瞬時尤度を計算し、計算された異常時瞬時尤度を用いて各異常原因に関する確度を計算し、計算された各異常原因の確度と予め決められた閾値との比較によって異常原因にあてはまるか否かを判定することで、異常原因を推定するものである。 An anomaly detection method according to the present invention is an anomaly detection method for determining normality or anomaly using time-series data from a sensor that receives a waveform emitted by an observation object. Estimate the power spectrum of time-series data based on the analysis results, calculate the instantaneous likelihood , which is an index of normality at a given time, based on the power spectrum, and calculate the combined likelihood based on multiple instantaneous likelihoods at different times. Then, based on the joint likelihood, the observed object is judged to be normal or abnormal, and the power spectrum of the time-series data is stored in the anomaly cause database in correspondence with the anomaly causes of abnormalities recorded in the past. is determined to be abnormal, the cause of the abnormality is estimated based on the database of the causes of abnormality. is used to calculate the instantaneous likelihood at the time of anomaly, which is an index of the data-likeness of each cause of anomaly, and the calculated instantaneous likelihood at the time of anomaly is used to calculate the probability of each cause of anomaly. and a predetermined threshold value to determine whether or not the cause of the abnormality applies to the cause of the abnormality, thereby estimating the cause of the abnormality .

本発明に係るプログラムは、観測対象物が発する波形を受信するセンサからの時系列データを用いて正常か異常かを判定するコンピュータに、時系列データを周波数分析する手段と、周波数分析の結果に基づき時系列データのパワースペクトルを推定する手段と、パワースペクトルに基づきある時刻の正常らしさの指標である瞬時尤度を計算する手段と、異なる時刻の複数の瞬時尤度に基づき結合尤度を計算する手段と、結合尤度に基づき観測対象物に対し正常または異常の判定を行う手段と、過去に収録された異常時の異常原因に対応して時系列データのパワースペクトルを異常原因データベースに記憶させる手段と、観測対象物が異常であると判定された場合、異常原因データベースを基に異常原因を推定する手段と、異常原因を推定する際、異常原因データベースに保存された、各異常原因に対応する時系列データのパワースペクトルを用いて、各異常原因によるデータらしさの指標である異常時瞬時尤度を計算する手段と、計算された異常時瞬時尤度を用いて各異常原因に関する確度を計算する手段と、計算された各異常原因の確度と予め決められた閾値との比較によって異常原因にあてはまるか否かを判定することで、異常原因を推定する手段とを実行させるものである。 The program according to the present invention provides a computer that determines whether the time-series data from the sensor that receives the waveform emitted by the observation object is normal or abnormal, means for frequency analysis of the time-series data, and the result of the frequency analysis. means for estimating the power spectrum of time-series data based on the power spectrum, means for calculating the instantaneous likelihood , which is an index of normality at a certain time based on the power spectrum, and calculating the combined likelihood based on multiple instantaneous likelihoods at different times. means for determining whether an object to be observed is normal or abnormal based on the joint likelihood; and storing the power spectrum of time-series data corresponding to the cause of anomalies recorded in the past in an anomaly cause database. means for estimating the cause of anomalies based on an anomaly cause database when an observed object is determined to be anomalous; Using the power spectrum of the corresponding time-series data, a means to calculate the instantaneous likelihood at the time of anomaly, which is an index of the data-likeness of each anomaly cause, and the accuracy of each anomaly cause using the calculated instantaneous likelihood at the time of anomaly. A means for calculating and a means for estimating the cause of abnormality by determining whether or not the cause of abnormality is applicable by comparing the calculated accuracy of each cause of abnormality with a predetermined threshold value.

本発明によれば、時系列データを周波数分析した後、分析対象を限定せずに、周波数分析結果に基づきパワースペクトルを推定し、推定したパワースペクトルから瞬時尤度を計算し、複数の瞬時尤度から求めた結合尤度に基づいて、観測対象の信号が異常か否かを判定している。そのため、観測対象物に異常があっても正常と判定してしまう誤判定を抑制できる。 According to the present invention, after frequency analysis of time-series data, a power spectrum is estimated based on the frequency analysis result without limiting the analysis target, an instantaneous likelihood is calculated from the estimated power spectrum, and a plurality of instantaneous likelihoods are calculated. It is determined whether or not the signal to be observed is abnormal based on the joint likelihood obtained from the degree. Therefore, it is possible to suppress an erroneous determination that the observed object is normal even if there is an abnormality.

実施の形態1の異常検知システムの一構成例を示すブロック図である。1 is a block diagram showing a configuration example of an anomaly detection system according to Embodiment 1; FIG. 図1に示した信号処理部のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。2 is a block diagram showing an example of a hardware configuration of a signal processing unit shown in FIG. 1; FIG. 実施の形態1の異常検知システムが実行する異常検知方法の手順を示すフローチャートである。4 is a flowchart showing procedures of an anomaly detection method executed by the anomaly detection system of Embodiment 1; 図3に示したステップS104において算出される瞬時尤度の一例を示すグラフである。FIG. 4 is a graph showing an example of instantaneous likelihood calculated in step S104 shown in FIG. 3. FIG. 実施の形態2の異常検知システムの一構成例を示すブロック図である。FIG. 11 is a block diagram showing a configuration example of an anomaly detection system according to a second embodiment; FIG. 実施の形態2の異常検知システムが実行する異常検知方法の手順を示すフローチャートである。9 is a flowchart showing procedures of an anomaly detection method executed by an anomaly detection system according to Embodiment 2; 図6に示したステップS204において算出される瞬時尤度の一例を示すグラフである。FIG. 7 is a graph showing an example of instantaneous likelihood calculated in step S204 shown in FIG. 6. FIG. 実施の形態3の異常検知システムの一構成例を示すブロック図である。FIG. 11 is a block diagram showing a configuration example of an anomaly detection system according to a third embodiment; FIG. 図8に示す記憶部に格納された異常原因DBの一構成例を示すテーブルである。FIG. 9 is a table showing a configuration example of an abnormality cause DB stored in the storage unit shown in FIG. 8; FIG. 図8に示した記憶部に格納される異常原因DBを生成するDB生成装置の一構成例を示すブロック図である。FIG. 9 is a block diagram showing one configuration example of a DB generation device that generates an abnormality cause DB stored in the storage unit shown in FIG. 8; 実施の形態3の異常検知システムが実行する異常検知方法の手順を示すフローチャートである。10 is a flow chart showing the procedure of an anomaly detection method executed by an anomaly detection system according to Embodiment 3;

本実施の形態では、異常検知システム、異常検知装置、異常検知方法およびプログラムが、機械設備から放射される音によって、機械設備の正常または異常を定量的に判断する場合について説明する。 In this embodiment, an abnormality detection system, an abnormality detection device, an abnormality detection method, and a program quantitatively determine whether the mechanical equipment is normal or abnormal based on the sound emitted from the mechanical equipment.

実施の形態1.
本実施の形態1の異常検知システムの構成を説明する。
図1は、実施の形態1の異常検知システムの一構成例を示すブロック図である。異常検知システム1は、入力手段20と、信号処理部10とを有する。入力手段20は、マイク21と、収録装置22とを有する。信号処理部10は、周波数分析手段11と、推定手段12と、瞬時尤度計算手段13と、結合尤度計算手段14と、判定手段15とを有する。
Embodiment 1.
The configuration of the anomaly detection system according to the first embodiment will be described.
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration example of an anomaly detection system according to Embodiment 1. FIG. The anomaly detection system 1 has input means 20 and a signal processing section 10 . The input means 20 has a microphone 21 and a recording device 22 . The signal processing unit 10 has frequency analysis means 11 , estimation means 12 , instantaneous likelihood calculation means 13 , joint likelihood calculation means 14 and determination means 15 .

マイク21は、観測対象物の放射音を受信し、受信した放射音の音響信号を電気信号に変換して収録装置22に出力する。本実施の形態1では、マイク21が受信する信号が音の場合で説明するが、受信する信号は音に限らず、振動であってもよい。また、観測対象物が放射する音および振動等の信号の情報を取得するセンサは、マイク21に限らない。 The microphone 21 receives radiation sound from the object to be observed, converts an acoustic signal of the received radiation sound into an electrical signal, and outputs the electrical signal to the recording device 22 . Although the signal received by the microphone 21 is sound in the first embodiment, the received signal is not limited to sound and may be vibration. Further, the sensor that acquires signal information such as sound and vibration emitted by the observation object is not limited to the microphone 21 .

収録装置22は、アンプおよびフィルタなどの電子回路(不図示)と、A/D(Analog to Digital)変換器(不図示)とを有する。収録装置22は、マイク21から出力された電気信号を入力として、電気信号をディジタル信号化した音響データを生成し、音響データを時系列データとして信号処理部10に出力する。 The recording device 22 has an electronic circuit (not shown) such as an amplifier and a filter, and an A/D (Analog to Digital) converter (not shown). The recording device 22 receives the electrical signal output from the microphone 21, generates acoustic data by digitizing the electrical signal, and outputs the acoustic data to the signal processing unit 10 as time-series data.

周波数分析手段11は、時系列データをフーリエ変換して周波数分析を行う。フーリエ変換は、例えば、高速フーリエ変換(Fast Fourier Transform:FFT)である。周波数分析手段11は、入力された音響データ(時間波形)に対して周波数分析を行う。周波数分析手段11は、音響データの周波数領域データ(複素数)を出力する。 The frequency analysis means 11 Fourier-transforms the time-series data and performs frequency analysis. Fourier transform is, for example, Fast Fourier Transform (FFT). The frequency analysis means 11 performs frequency analysis on the input acoustic data (time waveform). The frequency analysis means 11 outputs frequency domain data (complex numbers) of acoustic data.

推定手段12は、時間積分処理と、正規化処理とを行う。推定手段12は、時間積分処理において、周波数領域データ(複素数)を入力として、周波数領域データ(複素数)の絶対値の2乗を行い、各周波数の絶対値の2乗の結果に対して時間方向に積分処理を行う。推定手段12は、時間積分処理により、時間積分した結果である時間積分データを出力する。推定手段12は、正規化処理において、時間積分データを入力として、ある平均値および標準偏差を用いて、時間積分データを正規化データへ変換する。推定手段12は、正規化処理の結果として正規化データを出力する。正規化データは、周波数分布を示すパワースペクトルに相当する。 The estimation means 12 performs time integration processing and normalization processing. In the time integration process, the estimation means 12 receives the frequency domain data (complex number), squares the absolute value of the frequency domain data (complex number), and converts the result of the square of the absolute value of each frequency into the time direction Integrate to . The estimating means 12 outputs time integration data, which is the result of time integration, by the time integration process. In the normalization process, the estimation means 12 receives the time integral data and converts the time integral data into normalized data using a certain average value and standard deviation. The estimation means 12 outputs normalized data as a result of the normalization process. Normalized data corresponds to a power spectrum indicating frequency distribution.

瞬時尤度計算手段13は、正規化データの大きさから、正常らしさの指標である瞬時尤度を計算し、その瞬時尤度を出力する。結合尤度計算手段14は、ある時刻の瞬時尤度を入力として、ある時刻よりも前の時刻で取得した瞬時尤度とを組み合わせ、複数の瞬時尤度から結合尤度を計算し、結合尤度を出力する。 The instantaneous likelihood calculation means 13 calculates an instantaneous likelihood, which is an index of normality, from the size of the normalized data, and outputs the instantaneous likelihood. The joint likelihood calculation means 14 receives an instantaneous likelihood at a certain time, combines it with an instantaneous likelihood acquired at a time before the certain time, calculates a joint likelihood from a plurality of instantaneous likelihoods, and calculates the joint likelihood Print degrees.

判定手段15は、しきい値処理を行う。判定手段15は、しきい値処理において、結合尤度を入力として、結合尤度がある一定値を超えたか否かを判定することで、観測対象物の放射音が正常であるか異常であるかを判断する。判定手段15は、しきい値処理の判断結果を出力する。 The determination means 15 performs threshold processing. The determination means 15 determines whether or not the radiation sound of the object to be observed is normal or abnormal by determining whether or not the combined likelihood exceeds a certain value with the combined likelihood as input in the threshold processing. to judge whether The judgment means 15 outputs the judgment result of the threshold processing.

図1に示した信号処理部10のハードウェア構成の一例を説明する。図2は、図1に示した信号処理部のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。信号処理部10は、プログラムを記憶するメモリ31と、メモリ31が記憶するプログラムにしたがって処理を実行するCPU(Central Processing Unit)32とを有する。メモリ31は、例えば、フラッシュメモリ等の不揮発性メモリである。 An example of the hardware configuration of the signal processing unit 10 shown in FIG. 1 will be described. 2 is a block diagram showing an example of a hardware configuration of a signal processing unit shown in FIG. 1. FIG. The signal processing unit 10 has a memory 31 that stores programs, and a CPU (Central Processing Unit) 32 that executes processes according to the programs stored in the memory 31 . The memory 31 is, for example, a non-volatile memory such as flash memory.

なお、本実施の形態1では、信号処理部10のハードウェアがCPU32およびメモリ31で構成される場合で説明するが、この場合に限らない。図1に示す信号処理部10が備える機能のうち、一部または全部の機能を実行する、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)等の専用回路が、信号処理部10に設けられていてもよい。 In the first embodiment, a case where the hardware of the signal processing unit 10 is composed of the CPU 32 and the memory 31 will be described, but the present invention is not limited to this case. The signal processing unit 10 may be provided with a dedicated circuit such as an ASIC (Application Specific Integrated Circuit) that executes some or all of the functions included in the signal processing unit 10 shown in FIG.

次に、図1に示した異常検知システム1の動作手順を説明する。図3は、実施の形態1の異常検知システムが実行する異常検知方法の手順を示すフローチャートである。 Next, the operating procedure of the abnormality detection system 1 shown in FIG. 1 will be described. FIG. 3 is a flow chart showing the procedure of an anomaly detection method executed by the anomaly detection system according to the first embodiment.

観測対象物の放射音を、時間の関数としてx(t)で表現する。tは時刻を表す文字である。マイク21によって放射音x(t)が受信され、その出力をy(t)とする。収録装置22は、マイク出力y(t)を入力して、ディジタル化された出力y[n]を出力する。nは離散化時刻である。 Let x(t) represent the radiated sound of the observed object as a function of time. t is a character representing time. A radiated sound x(t) is received by the microphone 21 and its output is y(t). The recording device 22 receives the microphone output y(t) and outputs a digitized output y[n]. n is the discretized time.

ステップS101のFFT処理において、周波数分析手段11は、ディジタル化されたy[n]に対して高速フーリエ変換を適用し、周波数領域データY[k]を計算する。kは周波数インデックスである。 In the FFT processing of step S101, the frequency analysis means 11 applies fast Fourier transform to the digitized y[n] to calculate frequency domain data Y[k]. k is the frequency index.

ステップS102の時間積分処理では、推定手段12は、周波数領域データY[k]に対して、振幅2乗処理および積分処理の2つの処理を行う。ここで、周波数領域データに対して、時間方向のインデックスも付与し、Ym[k]として、周波数領域データを表現することとする。mは周波数領域データに付与する時刻インデックスである。 In the time integration process of step S102, the estimation means 12 performs two processes, an amplitude square process and an integration process, on the frequency domain data Y[k]. Here, an index in the time direction is also added to the frequency domain data, and the frequency domain data is expressed as Ym[k]. m is a time index given to the frequency domain data.

推定手段12は、時間積分処理内の振幅2乗処理では、式(1)に基づいて、振幅2乗値Am[k]を計算する。 The estimating means 12 calculates the squared amplitude value Am[k] based on the equation (1) in the squared amplitude process in the time integration process.

Figure 0007334457000001
Figure 0007334457000001

推定手段12は、時間積分処理内の積分処理では、振幅2乗値Am[k]を入力として、式(2)に示す時間積分処理出力IAm[k]を計算する。式(2)において、Mは積分処理に使用する振幅2乗値の数である。 In the integration process within the time integration process, the estimating means 12 receives the amplitude square value Am[k] as an input and calculates the time integration process output IAm[k] shown in Equation (2). In equation (2), M is the number of amplitude squared values used in the integration process.

Figure 0007334457000002
Figure 0007334457000002

ステップS103の正規化処理では、推定手段12は、時間積分処理出力IAm[k]を入力として、他に、平均値mean[k]および標準偏差std[k]を用いて、式(3)に示す時間積分処理出力IAm[k]を変換し、正規化出力NAm[k]を計算する。 In the normalization process of step S103, the estimating means 12 inputs the time integration process output IAm[k], and also uses the mean value mean[k] and the standard deviation std[k] to obtain the formula (3). Transform the indicated time integration processing output IAm[k] to calculate the normalized output NAm[k].

Figure 0007334457000003
Figure 0007334457000003

式(3)において、平均値mean[k]および標準偏差std[k]は、過去に収録された同じ観測対象物からの正常時の放射音に対する時間積分処理出力から推定される値である。推定手段12は、式(4)および式(5)を用いて、平均値mean[k]および標準偏差std[k]を計算する。 In Equation (3), the mean value mean[k] and the standard deviation std[k] are values estimated from the output of time integration processing for normal radiation sound from the same observation object recorded in the past. The estimation means 12 calculates the mean value mean[k] and the standard deviation std[k] using equations (4) and (5).

Figure 0007334457000004
Figure 0007334457000004

Figure 0007334457000005
Figure 0007334457000005

式(5)において、Qは過去に収録された同じ観測対象物からの正常時の放射音に対する時間積分処理出力の数である。この正規化処理を適用することによって、観測対象物が正常であるときの放射音の時間積分処理出力の大きさは、周波数ごとに見ると平均が0、標準偏差が1となる。 In Equation (5), Q is the number of time-integrated outputs for normal radiation sound from the same observation object recorded in the past. By applying this normalization process, the magnitude of the time-integrated output of the radiation sound when the object to be observed is normal has an average of 0 and a standard deviation of 1 for each frequency.

ステップS104の瞬時尤度計算処理では、瞬時尤度計算手段13は、正規化出力NAm[k]を入力として、式(6)によって、正規化出力が正常時のデータに属する尤もらしさの指標である瞬時尤度Lm[k]を計算する。瞬時尤度計算手段13は、式(6)を用いて瞬時尤度を計算すると、瞬時尤度を出力する。 In the instantaneous likelihood calculation process of step S104, the instantaneous likelihood calculation means 13 receives the normalized output NAm[k] as an input, and according to Equation (6), an index of the likelihood that the normalized output belongs to normal data. Compute some instantaneous likelihood Lm[k]. The instantaneous likelihood calculation means 13 outputs the instantaneous likelihood after calculating the instantaneous likelihood using the equation (6).

Figure 0007334457000006
Figure 0007334457000006

ステップS105の結合尤度計算処理では、結合尤度計算手段14は、瞬時尤度Lm[k]に加え、過去の(J-1)個の瞬時尤度も入力として、式(7)を用いて結合尤度ILm[k]を計算する。結合尤度計算手段14は、式(7)を用いて結合尤度を計算すると、結合尤度を出力する。 In the joint likelihood calculation process of step S105, the joint likelihood calculation means 14 uses the past (J−1) instantaneous likelihoods as inputs in addition to the instantaneous likelihood Lm[k], and uses equation (7). to calculate the joint likelihood ILm[k]. The joint likelihood calculator 14 outputs the joint likelihood after calculating the joint likelihood using the equation (7).

Figure 0007334457000007
Figure 0007334457000007

ステップS106のしきい値処理では、判定手段15は、結合尤度ILm[k]を入力として、次の式(8)に示す判断基準にしたがって、観測対象物の放射音が正常であるか異常であるかを判断する。 In the threshold processing in step S106, the judging means 15 receives the joint likelihood ILm[k] as an input and determines whether the radiation sound of the observation object is normal or abnormal according to the judgment criteria shown in the following equation (8). to determine whether

Figure 0007334457000008
Figure 0007334457000008

式(8)に示す判断基準において、δ[k]は結合尤度が正常データによって得られたものか、異常データによって得られたものかを決めるしきい値である。判定手段15は、式(8)に示す判断基準を用いることで、観測された観測対象物の放射音について周波数ごとに正常であるか、異常であるかを判定できる。 In the judgment criteria shown in Equation (8), δ[k] is a threshold value that determines whether joint likelihood is obtained from normal data or from abnormal data. The determination means 15 can determine whether the observed radiated sound of the object to be observed is normal or abnormal for each frequency by using the determination criteria shown in Equation (8).

本実施の形態1の効果を説明する。本実施の形態1の異常検知システム1は、センサからの時系列データを入力する入力手段20と、周波数分析手段11と、推定手段12と、瞬時尤度計算手段13と、結合尤度計算手段14と、判定手段15とを有する。周波数分析手段11は、時系列データを周波数分析する。推定手段12は、周波数分析の結果に基づきパワースペクトルを推定する。瞬時尤度計算手段13は、パワースペクトルに基づき瞬時尤度を計算する。結合尤度計算手段14は、複数の瞬時尤度に基づき結合尤度を計算する。判定手段15は、結合尤度に基づき正常または異常の判定を行う。 Effects of the first embodiment will be described. Anomaly detection system 1 of Embodiment 1 includes input means 20 for inputting time-series data from sensors, frequency analysis means 11, estimation means 12, instantaneous likelihood calculation means 13, and combined likelihood calculation means 14 and determination means 15 . The frequency analysis means 11 frequency-analyzes time-series data. Estimating means 12 estimates the power spectrum based on the result of the frequency analysis. An instantaneous likelihood calculation means 13 calculates an instantaneous likelihood based on the power spectrum. A joint likelihood calculator 14 calculates a joint likelihood based on a plurality of instantaneous likelihoods. The determination means 15 determines normality or abnormality based on the joint likelihood.

本実施の形態1によれば、時系列データを周波数分析した後、分析対象を限定せずに、周波数分析結果に基づきパワースペクトルを推定し、推定したパワースペクトルから瞬時尤度を計算し、複数の瞬時尤度から求めた結合尤度に基づいて、観測対象の信号が異常か否かを判定している。そのため、観測対象物に異常があっても正常と判定してしまう誤判定を抑制できる。 According to the first embodiment, after frequency analysis of time-series data, the power spectrum is estimated based on the frequency analysis result without limiting the analysis target, the instantaneous likelihood is calculated from the estimated power spectrum, and a plurality of It is determined whether or not the signal to be observed is abnormal based on the combined likelihood obtained from the instantaneous likelihood of . Therefore, it is possible to suppress an erroneous determination that the observed object is normal even if there is an abnormality.

本実施の形態1では、例えば、過去に収録された正常時の音響データから獲得した周波数ごとの時間積分処理出力の平均値と標準偏差を用いて、正規化出力を獲得する。この正規化出力を用いた瞬時尤度を用いることで、観測対象物からの放射音について周波数ごとに正常時からの乖離度を数値化することができる。 In the first embodiment, for example, the normalized output is obtained by using the average value and standard deviation of the time-integrated output for each frequency obtained from the normal sound data recorded in the past. By using the instantaneous likelihood using this normalized output, it is possible to quantify the degree of divergence from the normal state for each frequency of the radiation sound from the observation object.

図4は、図3に示したステップS104において算出される瞬時尤度の一例を示すグラフである。図4の横軸は正規化出力であり、縦軸は瞬時尤度である。図4に示す瞬時尤度は、ある時刻m0およびある周波数k0に対する瞬時尤度Lm[k]の場合の例である。正規化出力NAm[k]を入力として、式(6)を用いて瞬時尤度が計算される。図4の例に示すように、正規化出力が平均値から離れるほど、つまり横軸の値が0から離れるほど、瞬時尤度は小さくなる。 FIG. 4 is a graph showing an example of instantaneous likelihood calculated in step S104 shown in FIG. The horizontal axis of FIG. 4 is the normalized output, and the vertical axis is the instantaneous likelihood. The instantaneous likelihood shown in FIG. 4 is an example of the instantaneous likelihood Lm 0 [k 0 ] for a certain time m0 and a certain frequency k0. With the normalized output NAm 0 [k 0 ] as input, the instantaneous likelihood is calculated using equation (6). As shown in the example of FIG. 4, the more the normalized output deviates from the average value, that is, the more the value on the horizontal axis deviates from 0, the smaller the instantaneous likelihood.

本実施の形態1では、結合尤度計算手段14が時間方向に1つまたは複数の瞬時尤度の値を乗算して結合尤度を獲得する。獲得された結合尤度に対して、判定手段15が、式(8)を用いた、しきい値処理を適用することで、正常か異常かの判定を行う。結合尤度を用いることによって、判定手段15がある時間の間に継続して異常と判定できたときのみ、最終的に異常であると判定することができる。この仕組みによって、偶発的に異常と判定されることによる誤警報の影響を軽減できる。 In Embodiment 1, the joint likelihood calculation means 14 multiplies one or more instantaneous likelihood values in the time direction to obtain joint likelihoods. The determining means 15 applies threshold processing using Equation (8) to the acquired combined likelihood to determine whether it is normal or abnormal. By using the joint likelihood, it is possible to finally determine that there is an abnormality only when the determining means 15 can continuously determine that there is an abnormality for a certain period of time. With this mechanism, it is possible to reduce the influence of false alarms due to accidental determination of abnormalities.

実施の形態2.
本実施の形態2の異常検知システムは、過去に観測された観測対象物の正常時のデータに基づいて、正常か異常かを判定するものである。本実施の形態2では、実施の形態1で説明した構成と同一の構成について同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
Embodiment 2.
The anomaly detection system according to the second embodiment determines normality or anomaly based on data of observation objects observed in the past when the object was normal. In the second embodiment, the same reference numerals are assigned to the same configurations as those described in the first embodiment, and detailed description thereof will be omitted.

本実施の形態2の異常検知システムの構成を説明する。
図5は、実施の形態2の異常検知システムの一構成例を示すブロック図である。異常検知システム1aは、入力手段20と、信号処理部10aとを有する。信号処理部10aは、周波数分析手段11と、推定手段12aと、瞬時尤度計算手段13aと、結合尤度計算手段14と、判定手段15とを有する。
The configuration of the anomaly detection system according to the second embodiment will be described.
FIG. 5 is a block diagram showing a configuration example of an anomaly detection system according to the second embodiment. The anomaly detection system 1a has an input means 20 and a signal processing section 10a. The signal processing unit 10 a has frequency analysis means 11 , estimation means 12 a , instantaneous likelihood calculation means 13 a , joint likelihood calculation means 14 and determination means 15 .

推定手段12aは、時間積分処理と、第2正規化処理とを行う。推定手段12は、時間積分処理において、周波数領域データ(複素数)を入力として、周波数領域データ(複素数)の絶対値の2乗を行い、各周波数の絶対値の2乗の結果に対して時間方向に積分処理を行って時間積分データを求める。推定手段12aは、第2正規化処理において、過去に収録された同じ観測対象物からの正常時の放射音に対する時間積分データを入力として、ある平均値および標準偏差を用いて、時間積分データを正規化データへ変換する。推定手段12aは、第2正規化処理の結果として正規化データを出力する。 The estimation means 12a performs time integration processing and second normalization processing. In the time integration process, the estimation means 12 receives the frequency domain data (complex number), squares the absolute value of the frequency domain data (complex number), and converts the result of the square of the absolute value of each frequency into the time direction , and obtain time integral data. In the second normalization process, the estimating means 12a receives the time-integrated data for the radiation sound from the same observation object recorded in the past under normal conditions, and uses a certain average value and standard deviation to obtain the time-integrated data. Convert to normalized data. The estimation means 12a outputs normalized data as a result of the second normalization process.

瞬時尤度計算手段13aは、過去に収録されたデータに基づいて、正常時の時間積分処理の出力の分布形状を周波数ごとに保持している。瞬時尤度計算手段13aは、正規化データの大きさから、正常らしさの指標である瞬時尤度を計算し、その瞬時尤度を出力する。過去に収録されたデータ、および正常時の時間積分処理の出力の周波数ごとの分布形状はは、メモリ31に記憶される。 The instantaneous likelihood calculation means 13a holds the distribution shape of the output of the time integration process in the normal state for each frequency based on the data recorded in the past. The instantaneous likelihood calculation means 13a calculates an instantaneous likelihood, which is an index of normality, from the size of the normalized data, and outputs the instantaneous likelihood. The data recorded in the past and the distribution shape for each frequency of the output of the time integration processing in the normal state are stored in the memory 31 .

なお、本実施の形態2の信号処理部10aのハードウェア構成は、実施の形態1で説明した信号処理部10の構成と同様であるため、その詳細な説明を省略する。信号処理部10aが備える機能が図2に示したCPU32によって実行されてもよく、信号処理部10aが備える機能のうち、一部または全部の機能を実行する回路がASIC等の専用回路で構成されてもよい。 The hardware configuration of the signal processing unit 10a of the second embodiment is the same as the configuration of the signal processing unit 10 described in the first embodiment, so detailed description thereof will be omitted. The functions provided by the signal processing unit 10a may be executed by the CPU 32 shown in FIG. 2, and a circuit that executes some or all of the functions provided by the signal processing unit 10a is configured by a dedicated circuit such as an ASIC. may

次に、図5に示した異常検知システム1aの動作手順を説明する。図6は、実施の形態2の異常検知システムが実行する異常検知方法の手順を示すフローチャートである。 Next, the operating procedure of the abnormality detection system 1a shown in FIG. 5 will be described. FIG. 6 is a flow chart showing procedures of an anomaly detection method executed by an anomaly detection system according to the second embodiment.

本実施の形態2においても、実施の形態1と同様に、観測対象物の放射音を、時間の関数としてx(t)で表現する。マイク21によって放射音x(t)が受信され、その出力をy(t)とする。収録装置22は、マイク出力y(t)を入力して、ディジタル化された出力y[n]を出力する。ここで、tは時刻を表す文字であり、nは離散化時刻である。 In the second embodiment, as in the first embodiment, the radiated sound of the object to be observed is represented by x(t) as a function of time. A radiated sound x(t) is received by the microphone 21 and its output is y(t). The recording device 22 receives the microphone output y(t) and outputs a digitized output y[n]. Here, t is a character representing time and n is the discretized time.

図6に示すステップS201、S202、S205およびS206のそれぞれは実施の形態1において図3を参照して説明したステップS101、S102、S105およびS106のそれぞれと同様な処理であるため、ここではその詳細な説明を省略する。 Since each of steps S201, S202, S205 and S206 shown in FIG. 6 is the same processing as each of steps S101, S102, S105 and S106 described with reference to FIG. detailed description is omitted.

図6に示すステップS203の第2正規化処理は、図3を参照して説明したステップS103の正規化処理と比べ、平均値および標準偏差の計算方法が異なる。そのため、第2正規化処理は、正規化された出力も図3に示したステップS103の正規化処理と異なる。 The second normalization process in step S203 shown in FIG. 6 differs from the normalization process in step S103 described with reference to FIG. 3 in the method of calculating the average value and standard deviation. Therefore, the normalized output of the second normalization process also differs from the normalization process of step S103 shown in FIG.

ステップS203の第2正規化処理では、推定手段12aは、過去に収録された同じ観測対象物からの正常時の放射音に対する時間積分処理出力を用いて、時間積分処理出力の確率密度関数p(IAm[k])を求める。p(IAm[k])は、IAm[k]の大きさがIAm[k]-(1/2)dx~IAm[k]+(1/2)dxの範囲内にある数を、データ総数Qによって除算した値である。ここで、dxは確率密度分布を計算する際に設定するパラメータである。 In the second normalization process of step S203, the estimating means 12a uses the time-integrated output of the radiation sound from the same observation object recorded in the past under normal conditions to obtain the probability density function p( IAm[k]) is obtained. p(IAm[k]) is the number of data whose magnitude is within the range of IAm[k]-(1/2)dx to IAm[k]+(1/2)dx. It is the value divided by Q. Here, dx is a parameter set when calculating the probability density distribution.

推定手段12aは、確率密度関数p(IAm[k])と、式(9)および式(10)とを用いて、平均値mean[k]と標準偏差std[k]を計算する。 The estimation means 12a calculates the mean value mean 2 [k] and the standard deviation std 2 [k] using the probability density function p(IAm[k]) and equations (9) and (10).

Figure 0007334457000009
Figure 0007334457000009

Figure 0007334457000010
Figure 0007334457000010

ステップS203の第2正規化処理では、推定手段12aは、時間積分処理出力IAm[k]を入力として、平均値mean[k]と標準偏差std[k]を用いて、式(11)に示すように、時間積分処理出力IAm[k]を変換し、正規化出力NA2m[k]を計算する。 In the second normalization process in step S203, the estimating means 12a receives the time integration process output IAm[k] as an input, uses the mean value mean 2 [k] and the standard deviation std 2 [k], and calculates the formula (11) , convert the time integration processing output IAm[k] to calculate the normalized output NA2m[k].

Figure 0007334457000011
Figure 0007334457000011

また、推定手段12aは、平均値mean[k]と標準偏差std[k]を用いて、確率密度関数p(IAm[k])も正規化し、その正規化した確率密度関数をp(NA2m[k])とする。 The estimation means 12a also normalizes the probability density function p(IAm[k]) using the mean value mean 2 [k] and the standard deviation std 2 [k], and converts the normalized probability density function p 2 (NA2m[k]).

ステップS204の第2瞬時尤度計算処理では、瞬時尤度計算手段13aは、正規化出力NA2m[k]と正規化した確率密度関数P(NA2m[k])とを用いて、瞬時尤度L2m[k]を求める。瞬時尤度計算手段13aは、例えば、ある時刻mに対する瞬時尤度L2m[k]を、式(12)を用いて算出する。瞬時尤度計算手段13aは、式(12)で求めた瞬時尤度L2m[k]を出力する。 In the second instantaneous likelihood calculation process of step S204, the instantaneous likelihood calculation means 13a uses the normalized output NA2m[k] and the normalized probability density function P 2 (NA2m[k]) to calculate the instantaneous likelihood Obtain L2m[k]. The instantaneous likelihood calculation means 13a calculates, for example, the instantaneous likelihood L2m 0 [k] for a given time m 0 using Equation (12). The instantaneous likelihood calculation means 13a outputs the instantaneous likelihood L2m 0 [k] calculated by Equation (12).

Figure 0007334457000012
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本実施の形態2の効果を説明する。実施の形態1の正規化処理および瞬時尤度計算処理では、正常時の時間積分処理出力が正規分布であるとして、正常時の積分処理出力の平均値および標準偏差を推定し、その値を用いて正規化出力を計算し、瞬時尤度も計算していた。しかし、正常時の時間積分処理の出力の分布は、必ずしも正規分布であるとは限らない。この場合、実施の形態1では、時間積分処理出力を用いて、正常か異常かの判定を適切に行うことができない場合がある。
そこで、本実施の形態2では、過去に観測された正常時のデータに基づいて時間積分処理の出力を用いて、その値の確率密度分布を推定し、その分布に基づいて平均値および標準偏差を計算することで、正規化出力および瞬時尤度の推定をより適切に行うことができる。
Effects of the second embodiment will be described. In the normalization process and the instantaneous likelihood calculation process of the first embodiment, the average value and the standard deviation of the normal time integration process output are estimated on the assumption that the normal time integration process output has a normal distribution, and these values are used. calculated the normalized output, and also calculated the instantaneous likelihood. However, the distribution of the output of time integration processing during normal operation is not necessarily a normal distribution. In this case, in the first embodiment, it may not be possible to appropriately determine normality or abnormality using the time integration processing output.
Therefore, in the second embodiment, the probability density distribution of the value is estimated using the output of the time integration process based on the normal data observed in the past, and the average value and the standard deviation are calculated based on the distribution. By computing , we can better estimate the normalized output and the instantaneous likelihood.

図7は、図6に示したステップS204において算出される瞬時尤度の一例を示すグラフである。図7の横軸は正規化出力であり、縦軸は瞬時尤度である。図7は、第2正規化処理の出力と正規化した確率密度関数とを用いて、第2瞬時尤度処理を行うイメージを示す。図7に示すように、過去に観測された正常時のデータに基づいて算出された瞬時尤度は、図4に示した平均値となる正規化出力とは異なる値の正規化出力にピークが見られる。 FIG. 7 is a graph showing an example of instantaneous likelihood calculated in step S204 shown in FIG. The horizontal axis of FIG. 7 is the normalized output, and the vertical axis is the instantaneous likelihood. FIG. 7 shows an image of performing the second instantaneous likelihood process using the output of the second normalization process and the normalized probability density function. As shown in FIG. 7, the instantaneous likelihood calculated based on the data observed in the past under normal conditions has a peak in the normalized output with a value different from the averaged normalized output shown in FIG. be seen.

実施の形態3.
本実施の形態3の異常検知システムは、観測対象物が異常と判定された場合、異常原因を推定するものである。本実施の形態3では、実施の形態1および2で説明した構成と同一の構成について同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
Embodiment 3.
The anomaly detection system of the third embodiment estimates the cause of an anomaly when an observed object is determined to be an anomaly. In the third embodiment, the same reference numerals are assigned to the same configurations as those described in the first and second embodiments, and detailed description thereof will be omitted.

本実施の形態3の異常検知システムの構成を説明する。図8は、実施の形態3の異常検知システムの一構成例を示すブロック図である。異常検知システム1bは、入力手段20と、信号処理部10bと、記憶部25とを有する。記憶部25は、例えば、HDD(Hard Disk Drive)装置である。記憶部25は、過去に観測された異常時の異常原因に対応して観測対象物の放射音に関連するデータを記憶する異常原因データベース(DB)を有する。信号処理部10bは、周波数分析手段11と、推定手段12aと、瞬時尤度計算手段13aと、結合尤度計算手段14と、判定手段15と、異常推定手段12bと、異常確度計算手段16と、確度比較手段17とを有する。 The configuration of the anomaly detection system according to the third embodiment will be described. FIG. 8 is a block diagram showing a configuration example of an anomaly detection system according to the third embodiment. The anomaly detection system 1 b has input means 20 , a signal processing section 10 b and a storage section 25 . The storage unit 25 is, for example, an HDD (Hard Disk Drive) device. The storage unit 25 has an abnormality cause database (DB) that stores data related to radiation sound of an observation object corresponding to an abnormality cause of an abnormality observed in the past. The signal processing unit 10b includes frequency analysis means 11, estimation means 12a, instantaneous likelihood calculation means 13a, joint likelihood calculation means 14, determination means 15, anomaly estimation means 12b, and anomaly accuracy calculation means 16. , and accuracy comparison means 17 .

図9は、図8に示す記憶部に格納された異常原因DBの一構成例を示すテーブルである。図9に示すように、異常原因DBには、各異常原因に対応して、データの平均値および標準偏差値が格納されている。 9 is a table showing a configuration example of an abnormality cause DB stored in the storage unit shown in FIG. 8. FIG. As shown in FIG. 9, the abnormality cause DB stores average values and standard deviation values of data corresponding to each abnormality cause.

異常推定手段12bは、判定手段15による、しきい値処理において異常と判定された場合、第3正規化処理を行う。異常推定手段12bは、第3正規化処理において、推定手段12aから取得する時間積分データと、異常音原因DBが記憶するデータとを参照する。異常推定手段12bは、各異常原因における平均値および標準偏差を入力とし、正規化データへ変換する。異常推定手段12bは、第3正規化処理による結果を正規化データとして出力する。 The abnormality estimating means 12b performs the third normalization process when the determination means 15 determines that the threshold value is abnormal. In the third normalization process, the abnormality estimating means 12b refers to the time integral data acquired from the estimating means 12a and the data stored in the abnormal sound cause DB. The anomaly estimating means 12b receives the average value and standard deviation for each anomaly cause and converts them into normalized data. The abnormality estimator 12b outputs the result of the third normalization process as normalized data.

瞬時尤度計算手段13aは、正規化データの大きさから、各異常原因によるデータらしさの指標である瞬時尤度を計算し、その瞬時尤度を出力する。異常確度計算手段16は、各異常原因に関する確度を計算し、異常原因毎に確度を出力する。確度比較手段17は、各異常原因の確度を比較し、異常原因の推定結果を出力する。 The instantaneous likelihood calculation means 13a calculates the instantaneous likelihood, which is an index of data-likeness due to each abnormality cause, from the size of the normalized data, and outputs the instantaneous likelihood. The abnormality accuracy calculation means 16 calculates the accuracy of each abnormality cause and outputs the accuracy for each abnormality cause. Accuracy comparison means 17 compares the accuracy of each abnormality cause and outputs an abnormality cause estimation result.

ここで、異常原因DBを生成するDB生成装置の一例を説明する。図10は、図8に示した記憶部に格納される異常原因DBを生成するDB生成装置の一構成例を示すブロック図である。DB生成装置2は、入力手段20と、記憶部25と、信号処理部10cとを有する。信号処理部10cは、周波数分析手段11と、時間積分処理手段18と、データ記録手段19とを有する。信号処理部10cのハードウェアは、例えば、マイクロコンピュータである。 Here, an example of a DB generation device that generates an abnormality cause DB will be described. FIG. 10 is a block diagram showing one configuration example of a DB generation device that generates an abnormality cause DB stored in the storage unit shown in FIG. The DB generation device 2 has an input means 20, a storage section 25, and a signal processing section 10c. The signal processing unit 10 c has frequency analysis means 11 , time integration processing means 18 and data recording means 19 . The hardware of the signal processing unit 10c is, for example, a microcomputer.

マイク21は、ある原因による異常状態における観測対象物の放射音を受信すると、受信した放射音の音響信号を電気信号に変換して収録装置22に出力する。収録装置22は、マイク21から出力された電気信号をディジタル信号化した音響データを生成し、異常状態の音響データを時系列データとして周波数分析手段11に出力する。 When the microphone 21 receives radiation sound from an observation object in an abnormal state due to a certain cause, the microphone 21 converts an acoustic signal of the received radiation sound into an electric signal and outputs the electric signal to the recording device 22 . The recording device 22 digitizes the electrical signal output from the microphone 21 to generate acoustic data, and outputs the abnormal state acoustic data to the frequency analysis means 11 as time-series data.

時間積分処理手段18は、周波数分析手段11から受け取る周波数領域データ(複素数)を入力として、周波数領域データ(複素数)の絶対値の2乗を行い、各周波数の絶対値の2乗結果に対して時間方向に積分処理を行う。時間積分処理からは、この時間積分した結果である、時間積分データを出力する。データ記録手段19は、時間積分データの平均値および標準偏差を計算する。データ記録手段19は、時間積分データの平均値および標準偏差を、各異常原因に対応させて記憶部25に保存し、異常原因データベースを生成する。 The time integration processing means 18 receives the frequency domain data (complex number) received from the frequency analysis means 11, squares the absolute value of the frequency domain data (complex number), and squares the absolute value of each frequency. Integrate in the time direction. From the time integration process, time integration data, which is the result of this time integration, is output. Data recording means 19 calculates the average value and standard deviation of the time integral data. The data recording means 19 saves the average value and standard deviation of the time integral data in the storage unit 25 in association with each cause of abnormality to generate an abnormality cause database.

ここでは、異常原因DBを生成する装置を説明するために図8に示す異常検知システム1bとは別に、図10に示すDB生成装置2を参照したが、図10に示すDB生成装置2の機能が図8に示した異常検知システム1bに含まれていてもよい。例えば、信号処理部10bの推定手段12aが時間積分処理手段18によって実行される時間積分処理の機能を備え、信号処理部10bがデータ記録手段19を有していればよい。 Here, in order to explain the device for generating the abnormality cause DB, the DB generation device 2 shown in FIG. 10 was referred to separately from the abnormality detection system 1b shown in FIG. may be included in the anomaly detection system 1b shown in FIG. For example, the estimating means 12a of the signal processing section 10b may have the function of time integration processing executed by the time integration processing means 18, and the signal processing section 10b may have the data recording means 19. FIG.

なお、本実施の形態3の信号処理部10bのハードウェア構成は、実施の形態1で説明した信号処理部10の構成と同様であるため、その詳細な説明を省略する。信号処理部10bが備える機能が図2に示したCPU32によって実行されてもよく、信号処理部10bが備える機能のうち、一部または全部の機能を実行する回路がASIC等の専用回路で構成されてもよい。 The hardware configuration of the signal processing unit 10b of the third embodiment is the same as the configuration of the signal processing unit 10 described in the first embodiment, so detailed description thereof will be omitted. The functions provided by the signal processing unit 10b may be executed by the CPU 32 shown in FIG. 2, and a circuit that executes some or all of the functions provided by the signal processing unit 10b is configured by a dedicated circuit such as an ASIC. may

また、本実施の形態3では、異常原因DBにおいて、異常原因に対応して異常時の時間積分データの平均値および標準偏差が格納される場合で説明したが、観測対象の異常を示すデータは平均値および標準偏差に限らない。例えば、異常原因に対応して、異常時の時系列データおよびパワースペクトルのうち、一方または両方が、異常原因DBに格納されていてもよい。また、推定手段12aと異常推定手段12bとを分けて説明したが、推定手段12aが異常推定手段12bの機能を備えていてもよい。さらに、異常推定手段12bが異常確度計算手段16および確度比較手段17の機能を備えていてもよい。 In the third embodiment, the abnormality cause DB stores the average value and standard deviation of the time integral data at the time of abnormality corresponding to the cause of abnormality. It is not limited to mean and standard deviation. For example, one or both of the time-series data and the power spectrum at the time of anomaly may be stored in the anomaly cause DB in correspondence with the cause of the anomaly. Further, although the estimation means 12a and the abnormality estimation means 12b have been described separately, the estimation means 12a may have the function of the abnormality estimation means 12b. Further, the abnormality estimating means 12b may have the functions of the abnormality probability calculating means 16 and the accuracy comparing means 17. FIG.

次に、図8に示した異常検知システム1bの動作手順を説明する。図11は、実施の形態3の異常検知システムが実行する異常検知方法の手順を示すフローチャートである。図11に示すステップS301~S306は実施の形態2における図6に示すステップS201~S206と同様な処理であるため、ここではその詳細な説明を省略する。 Next, the operating procedure of the abnormality detection system 1b shown in FIG. 8 will be described. FIG. 11 is a flow chart showing a procedure of an anomaly detection method executed by an anomaly detection system according to the third embodiment. Steps S301 to S306 shown in FIG. 11 are the same processing as steps S201 to S206 shown in FIG. 6 in the second embodiment, so detailed description thereof will be omitted here.

ステップS306のしきい値処理の判定の結果、異常と判定された場合、異常推定手段12bはステップS307の第3正規化処理を実行する。第3正規化処理は、第2正規化処理と比べ、正規化に使用する平均値および標準偏差が異なる。第3正規化処理において、異常推定手段12bは、異常原因DBに格納されている各異常原因に対応する平均値および標準偏差を使用して、式(13)に示すように、時間積分データを正規化する。 As a result of the determination of the threshold processing in step S306, when it is determined that there is an abnormality, the abnormality estimating means 12b executes the third normalization processing in step S307. The third normalization process differs from the second normalization process in the mean value and standard deviation used for normalization. In the third normalization process, the abnormality estimating means 12b uses the average value and standard deviation corresponding to each abnormality cause stored in the abnormality cause DB to obtain the time integral data as shown in Equation (13). Normalize.

Figure 0007334457000013
Figure 0007334457000013

式(13)において、上付きのcasedは、各異常原因に付与されるid番号を示す。平均値meancased[k]および標準偏差stdcased[k]は、同じ観測対象物が、ある異常原因dにより異常状態である場合に放射した音に対する時間積分処理出力から推定された値であり、異常原因DBに保存されている。 In the expression (13), the superscript cased indicates the id number given to each abnormality cause. The mean value mean cased [k] and the standard deviation std cased [k] are values estimated from the time integration processing output for the sound radiated when the same observation object is in an abnormal state due to a certain abnormality cause d, It is stored in the abnormality cause DB.

ステップS308の第3瞬時尤度計算処理では、瞬時尤度計算手段13aは、正規化出力NA3mcased[k]と正規化した確率密度関数p(NA3mcased[k])とを用いて、各異常原因dに関する瞬時尤度L3mcased[k]を、式(14)を用いて求める。式(14)によって算出される瞬時尤度を、以下では、異常時瞬時尤度と称する。 In the third instantaneous likelihood calculation process of step S308, the instantaneous likelihood calculation means 13a uses the normalized output NA3m cased [k] and the normalized probability density function p 2 (NA3m cased [k]) to calculate each An instantaneous likelihood L3m cased [k] for the cause of abnormality d is obtained using Equation (14). The instantaneous likelihood calculated by Equation (14) is hereinafter referred to as the instantaneous likelihood during anomaly.

Figure 0007334457000014
Figure 0007334457000014

ステップS309の異常確度計算処理では、異常確度計算手段16は、各異常原因dに関する異常時瞬時尤度L3mcased[k]を用いて、式(15)を用いて、異常確度CFmcasedを計算する。 In the abnormality probability calculation process of step S309, the abnormality probability calculation means 16 uses the instantaneous likelihood L3m cased [k] at the time of abnormality for each abnormality cause d, and uses Equation (15) to calculate the abnormality probability CFm cased . .

Figure 0007334457000015
Figure 0007334457000015

式(15)において、wcased[k]は、各周波数に関して瞬時尤度が確度へ与える寄与度を付与するための重みである。異常確度計算手段16は、式(16)を用いて、重みwcased[k]を計算する。式(16)において、lは任意の係数である。 In Equation (15), w cased [k] is a weight for giving the degree of contribution that the instantaneous likelihood gives to the probability for each frequency. The abnormality probability calculating means 16 calculates the weight w cased [k] using the equation (16). In equation (16), l is an arbitrary coefficient.

Figure 0007334457000016
Figure 0007334457000016

ステップS310の確度比較処理では、確度比較手段17は、式(17)に示すように、異常原因の中で最も確度が高いものを選択し、異常原因の推定結果resultmとして出力する。 In the accuracy comparison process in step S310, the accuracy comparison unit 17 selects the abnormality cause with the highest accuracy as shown in Equation (17), and outputs it as the abnormality cause estimation result resultm.

Figure 0007334457000017
Figure 0007334457000017

式(17)において、δCFは、異常原因DBに含まれる異常原因に当てはまるか当てはまらないかを判断するためのしきい値である。resultm=0は、異常原因DBに保存されている複数の異常原因のうち、どの異常原因にも当てはまらないことを示す。 In Equation (17), δCF is a threshold for determining whether or not the cause of abnormality contained in the cause of abnormality DB is applicable. resultm=0 indicates that none of the multiple causes of abnormality stored in the cause of abnormality DB apply.

本実施の形態3の効果を説明する。実施の形態1および2の異常成分検出処理では、異常周波数を特定することが可能であった。しかし、実施の形態1および2のいずれの実施の形態も、異常の原因を推定することは不十分であった。
そこで、本実施の形態3では、過去に観測された、各異常原因による異常時のデータに基づいた時間積分処理の出力を用いて、その値の確率密度分布を推定し、その分布に基づいて平均値および標準偏差を計算することで、異常原因を推定できる。
Effects of the third embodiment will be described. In the abnormal component detection processes of Embodiments 1 and 2, it was possible to identify abnormal frequencies. However, in both the first and second embodiments, presuming the cause of abnormality was insufficient.
Therefore, in the third embodiment, the output of the time integration process based on the data at the time of abnormality due to each abnormality cause observed in the past is used to estimate the probability density distribution of the value, and based on the distribution By calculating the mean and standard deviation, the cause of the anomaly can be estimated.

本実施の形態3では、異常である周波数成分および異常の原因を特定するために、各周波数成分における音の強さがどの程度であれば、正常または異常として尤もらしいか、定量的に計算している。そのため、異常音が検知された場合に、単に正常であるか異常であるかの判断結果だけでなく、具体的にどの周波数成分または周波数帯域が異常であるか、また、異常の原因が何であるかを特定することが可能となる。 In the third embodiment, in order to identify the abnormal frequency component and the cause of the abnormality, it is quantitatively calculated to what degree the sound intensity of each frequency component is likely to be normal or abnormal. ing. Therefore, when an abnormal sound is detected, it is possible to determine not only whether it is normal or abnormal, but also which frequency component or frequency band is abnormal and what is the cause of the abnormality. It is possible to specify whether

なお、上述した実施の形態1~3について、2つ以上の実施の形態を組み合わせてもよい。また、実施の形態1では、正規分布を前提としたが、例えば、χ2乗分布など、適用分野によっては前提として他の分布形状を考えることができる場合がある。そのような場合は、前提とする分布形状を変えてもよい。 It should be noted that two or more of the first to third embodiments described above may be combined. In addition, although the normal distribution is assumed in the first embodiment, other distribution shapes, such as chi-square distribution, may be assumed depending on the application field. In such a case, the assumed distribution shape may be changed.

実施の形態1~3の時間積分処理では、重み無しの移動平均処理を説明したが、重み付き移動平均処理または指数積分など、一般に用いられる時間積分処理を用いてもよい。実施の形態1~3では、周波数分析にFFTを用いたが、ウェーブレット変換またはオクターブ分析処理など、他の周波数分析処理を適用してもよい。 Although unweighted moving average processing has been described in the time integration processing of the first to third embodiments, generally used time integration processing such as weighted moving average processing or exponential integration may be used. Although FFT is used for frequency analysis in the first to third embodiments, other frequency analysis processing such as wavelet transform or octave analysis processing may be applied.

また、実施の形態3では、異常確度計算処理について、周波数に関する総積で示したが、調和平均など、他の計算方法により、周波数に関して統合してもよい。実施の形態3では、異常原因推定処理の出力として、確度比較処理にて最も確度が高いもののみを選択すると説明したが、複数の異常原因に関する確度を出力してもよい。 Further, in Embodiment 3, the abnormality probability calculation process is shown as a total product of frequencies, but the frequencies may be integrated by other calculation methods such as harmonic averaging. In the third embodiment, it was explained that only the one with the highest accuracy in the accuracy comparison process is selected as the output of the abnormality cause estimation process.

また、実施の形態1および2において、音響データに対して正常か異常かを判定する場合について説明したが、他の信号、例えば、振動センサの出力、および電波など、周波数分析を用いる分野にも、実施の形態1~3のいずれの実施の形態の技術を適用できる。 In addition, in Embodiments 1 and 2, the case of determining whether acoustic data is normal or abnormal has been described. , any of the techniques of the first to third embodiments can be applied.

実施の形態1~3では、異常検知システムの場合で説明したが、入力手段20と接続される異常検知装置が、センサから入力される時系列データを用いて、上述の異常検知方法を実行してもよい。この場合の異常検知装置は、コンピュータ等の情報処理装置であってもよい。 In Embodiments 1 to 3, the case of the anomaly detection system has been described, but the anomaly detection device connected to the input means 20 uses the time-series data input from the sensor to execute the above-described anomaly detection method. may The abnormality detection device in this case may be an information processing device such as a computer.

1、1a、1b 異常検知システム
2 DB生成装置
10、10a~10c 信号処理部
11 周波数分析手段
12、12a 推定手段
12b 異常推定手段
13、13a 瞬時尤度計算手段
14 結合尤度計算手段
15 判定手段
16 異常確度計算手段
17 確度比較手段
18 時間積分処理手段
19 データ記録手段
20 入力手段
21 マイク
22 収録装置
25 記憶部
31 メモリ
32 CPU
Reference Signs List 1, 1a, 1b anomaly detection system 2 DB generation device 10, 10a to 10c signal processing unit 11 frequency analysis means 12, 12a estimating means 12b anomaly estimating means 13, 13a instantaneous likelihood calculating means 14 combined likelihood calculating means 15 judging means 16 Abnormal accuracy calculation means 17 Accuracy comparison means 18 Time integration processing means 19 Data recording means 20 Input means 21 Microphone 22 Recording device 25 Storage unit 31 Memory 32 CPU

Claims (7)

観測対象物が発する波形を受信するセンサからの時系列データを入力する手段と、
前記時系列データを周波数分析する周波数分析手段と、
前記周波数分析の結果に基づき前記時系列データのパワースペクトルを推定する推定手段と、
前記パワースペクトルに基づきある時刻の正常らしさの指標である瞬時尤度を計算する瞬時尤度計算手段と、
異なる時刻の複数の前記瞬時尤度に基づき結合尤度を計算する結合尤度計算手段と、
前記結合尤度に基づき前記観測対象物に対し正常または異常の判定を行う判定手段と、
過去に収録された異常時の異常原因に対応して時系列データのパワースペクトルを記憶する異常原因データベースと、
前記観測対象物が異常であると前記判定手段によって判定された場合、前記異常原因データベースを基に異常原因を推定する異常推定手段と、
を有し、
前記瞬時尤度計算手段は、前記異常推定手段が前記異常原因を推定する際、前記異常原因データベースに保存された、各異常原因に対応する時系列データのパワースペクトルを用いて、各異常原因によるデータらしさの指標である異常時瞬時尤度を計算し、
前記異常推定手段は、前記瞬時尤度計算手段によって計算された前記異常時瞬時尤度を用いて各異常原因に関する確度を計算し、計算した各異常原因の確度と予め決められた閾値との比較によって異常原因にあてはまるか否かを判定することで、異常原因を推定する、
異常検知システム。
means for inputting time-series data from a sensor that receives waveforms emitted by an observed object ;
frequency analysis means for frequency-analyzing the time-series data;
Estimation means for estimating a power spectrum of the time-series data based on the frequency analysis result;
Instantaneous likelihood calculation means for calculating an instantaneous likelihood , which is an index of normality at a certain time based on the power spectrum;
joint likelihood calculation means for calculating a joint likelihood based on the plurality of instantaneous likelihoods at different times ;
determination means for determining whether the observation object is normal or abnormal based on the joint likelihood;
an anomaly cause database that stores power spectra of time-series data corresponding to anomaly causes recorded in the past;
abnormality estimation means for estimating the cause of abnormality based on the abnormality cause database when the determination means determines that the object to be observed is abnormal;
has
When the anomaly estimating means estimates the anomaly cause, the instantaneous likelihood calculation means uses the power spectrum of the time-series data corresponding to each anomaly cause stored in the anomaly cause database to calculate the Calculate the instantaneous likelihood at anomaly, which is an index of data-likeness,
The abnormality estimating means calculates the probability of each abnormality cause using the instantaneous likelihood at the time of abnormality calculated by the instantaneous likelihood calculating means, and compares the calculated probability of each abnormality cause with a predetermined threshold. Estimate the cause of the abnormality by determining whether it applies to the cause of the abnormality by
Anomaly detection system.
前記推定手段は、過去に収録された正常時の時系列データから正常時のパワースペクトルの大きさの確率密度関数を求め、
前記瞬時尤度計算手段は、前記推定手段によって求められた前記確率密度関数を用いて前記瞬時尤度を計算する、請求項1に記載の異常検知システム。
The estimating means obtains a probability density function of the magnitude of the power spectrum in a normal state from time-series data in a normal state recorded in the past,
2. The anomaly detection system according to claim 1, wherein said instantaneous likelihood calculating means calculates said instantaneous likelihood using said probability density function obtained by said estimating means.
前記異常時の時系列データを前記異常原因データベースに記録するデータ記録手段をさらに有し、
前記推定手段は、各異常原因に対応する時系列データのパワースペクトルを推定し、
前記データ記録手段は、前記異常原因毎に前記パワースペクトルの情報を保存して前記異常原因データベースを生成する、請求項1または2に記載の異常検知システム。
further comprising data recording means for recording the time-series data at the time of the abnormality in the abnormality cause database;
The estimation means estimates a power spectrum of time-series data corresponding to each cause of abnormality,
3. The anomaly detection system according to claim 1, wherein said data recording means saves said power spectrum information for each of said anomaly causes to generate said anomaly cause database.
前記異常推定手段は、過去に収録された異常原因に対応する前記時系列データから、各異常原因に対応する前記パワースペクトルの大きさの確率密度関数を求め、
前記瞬時尤度計算手段は、前記異常推定手段が求めた前記確率密度関数を用いて前記異常時瞬時尤度を計算する、請求項1~3のいずれか1項に記載の異常検知システム。
The abnormality estimating means obtains a probability density function of the magnitude of the power spectrum corresponding to each abnormality cause from the time-series data corresponding to the abnormality causes recorded in the past,
4. The anomaly detection system according to claim 1 , wherein said instantaneous likelihood calculating means calculates said instantaneous likelihood during an anomaly using said probability density function obtained by said anomaly estimating means.
観測対象物が発する波形を受信するセンサから入力される時系列データを周波数分析する周波数分析手段と、
前記周波数分析の結果に基づき前記時系列データのパワースペクトルを推定する推定手段と、
前記パワースペクトルに基づきある時刻の正常らしさの指標である瞬時尤度を計算する瞬時尤度計算手段と、
異なる時刻の複数の前記瞬時尤度に基づき結合尤度を計算する結合尤度計算手段と、
前記結合尤度に基づき前記観測対象物に対し正常または異常の判定を行う判定手段と、
過去に収録された異常時の異常原因に対応して時系列データのパワースペクトルを記憶する異常原因データベースと、
前記観測対象物が異常であると前記判定手段によって判定された場合、前記異常原因データベースを基に異常原因を推定する異常推定手段と、
を有し、
前記瞬時尤度計算手段は、前記異常推定手段が前記異常原因を推定する際、前記異常原因データベースに保存された、各異常原因に対応する時系列データのパワースペクトルを用いて、各異常原因によるデータらしさの指標である異常時瞬時尤度を計算し、
前記異常推定手段は、前記瞬時尤度計算手段によって計算された前記異常時瞬時尤度を用いて各異常原因に関する確度を計算し、計算した各異常原因の確度と予め決められた閾値との比較によって異常原因にあてはまるか否かを判定することで、異常原因を推定する、
異常検知装置。
frequency analysis means for frequency-analyzing time-series data input from a sensor that receives a waveform emitted by an observation object ;
Estimation means for estimating a power spectrum of the time-series data based on the frequency analysis result;
Instantaneous likelihood calculation means for calculating an instantaneous likelihood , which is an index of normality at a certain time based on the power spectrum;
joint likelihood calculation means for calculating a joint likelihood based on the plurality of instantaneous likelihoods at different times ;
determination means for determining whether the observation object is normal or abnormal based on the joint likelihood;
an anomaly cause database that stores power spectra of time-series data corresponding to anomaly causes recorded in the past;
abnormality estimation means for estimating the cause of abnormality based on the abnormality cause database when the determination means determines that the object to be observed is abnormal;
has
When the anomaly estimating means estimates the anomaly cause, the instantaneous likelihood calculation means uses the power spectrum of the time-series data corresponding to each anomaly cause stored in the anomaly cause database to calculate the Calculate the instantaneous likelihood at anomaly, which is an index of data-likeness,
The abnormality estimating means calculates the probability of each abnormality cause using the instantaneous likelihood at the time of abnormality calculated by the instantaneous likelihood calculating means, and compares the calculated probability of each abnormality cause with a predetermined threshold. Estimate the cause of the abnormality by determining whether it applies to the cause of the abnormality by
Anomaly detection device.
観測対象物が発する波形を受信するセンサからの時系列データを用いて正常か異常かを判定する異常検知方法であって、
前記時系列データを周波数分析し、
前記周波数分析の結果に基づき前記時系列データのパワースペクトルを推定し、
前記パワースペクトルに基づきある時刻の正常らしさの指標である瞬時尤度を計算し、
異なる時刻の複数の前記瞬時尤度に基づき結合尤度を計算し、
前記結合尤度に基づき前記観測対象物に対し正常または異常判定し、
過去に収録された異常時の異常原因に対応して時系列データのパワースペクトルを異常原因データベースに記憶させ、
前記観測対象物が異常であると判定された場合、前記異常原因データベースを基に異常原因を推定し、
前記異常原因を推定する際、前記異常原因データベースに保存された、各異常原因に対応する時系列データのパワースペクトルを用いて、各異常原因によるデータらしさの指標である異常時瞬時尤度を計算し、
計算された前記異常時瞬時尤度を用いて各異常原因に関する確度を計算し、
計算された各異常原因の確度と予め決められた閾値との比較によって異常原因にあてはまるか否かを判定することで、異常原因を推定する、
異常検知方法。
An abnormality detection method for determining normality or abnormality using time-series data from a sensor that receives a waveform emitted by an observation object ,
Frequency analysis of the time series data,
estimating the power spectrum of the time-series data based on the results of the frequency analysis;
Calculate an instantaneous likelihood , which is an index of normality at a certain time based on the power spectrum,
calculating a joint likelihood based on a plurality of said instantaneous likelihoods at different times ;
determining whether the observed object is normal or abnormal based on the combined likelihood ;
Store the power spectrum of the time-series data in the anomaly cause database corresponding to the anomaly cause of the anomaly recorded in the past,
when the observed object is determined to be abnormal, estimating the cause of the abnormality based on the abnormality cause database;
When estimating the cause of anomaly, the power spectrum of the time-series data corresponding to each cause of anomaly stored in the cause of anomaly database is used to calculate the instantaneous likelihood at the time of anomaly, which is an index of the likelihood of data due to each cause of anomaly. death,
calculating the probability of each abnormality cause using the calculated instantaneous likelihood at the time of abnormality;
Estimate the cause of abnormality by determining whether or not it applies to the cause of abnormality by comparing the calculated accuracy of each cause of abnormality with a predetermined threshold value.
Anomaly detection method.
観測対象物が発する波形を受信するセンサからの時系列データを用いて正常か異常かを判定するコンピュータに、
前記時系列データを周波数分析する手段と、
前記周波数分析の結果に基づき前記時系列データのパワースペクトルを推定する手段と、
前記パワースペクトルに基づきある時刻の正常らしさの指標である瞬時尤度を計算する手段と、
異なる時刻の複数の前記瞬時尤度に基づき結合尤度を計算する手段と、
前記結合尤度に基づき前記観測対象物に対し正常または異常の判定を行う手段と、
過去に収録された異常時の異常原因に対応して時系列データのパワースペクトルを異常原因データベースに記憶させる手段と、
前記観測対象物が異常であると判定された場合、前記異常原因データベースを基に異常原因を推定する手段と、
前記異常原因を推定する際、前記異常原因データベースに保存された、各異常原因に対応する時系列データのパワースペクトルを用いて、各異常原因によるデータらしさの指標である異常時瞬時尤度を計算する手段と、
計算された前記異常時瞬時尤度を用いて各異常原因に関する確度を計算する手段と、
計算された各異常原因の確度と予め決められた閾値との比較によって異常原因にあてはまるか否かを判定することで、異常原因を推定する手段とを実行させるためのプログラム。
A computer that determines whether it is normal or abnormal using time-series data from a sensor that receives the waveform emitted by the observation object ,
means for frequency analysis of the time-series data;
means for estimating a power spectrum of the time-series data based on the results of the frequency analysis;
means for calculating an instantaneous likelihood , which is an index of normality at a certain time based on the power spectrum;
means for calculating a joint likelihood based on a plurality of said instantaneous likelihoods at different times ;
means for determining whether the observation object is normal or abnormal based on the combined likelihood ;
Means for storing the power spectrum of the time-series data in the anomaly cause database corresponding to the anomaly cause of an anomaly recorded in the past;
means for estimating an abnormality cause based on the abnormality cause database when the observation object is determined to be abnormal;
When estimating the cause of anomaly, the power spectrum of the time-series data corresponding to each cause of anomaly stored in the cause of anomaly database is used to calculate the instantaneous likelihood at the time of anomaly, which is an index of the likelihood of data due to each cause of anomaly. means to
means for calculating the probability of each cause of abnormality using the calculated instantaneous likelihood at the time of abnormality;
A program for executing a means for estimating an abnormality cause by comparing the calculated probability of each abnormality cause with a predetermined threshold to determine whether or not the cause is applicable.
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