JPWO2017199455A1 - Water leakage determination device and water leakage determination method - Google Patents

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Abstract

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。
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 problem 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.
The water leakage determination device of the embodiment includes a reception unit that receives sound wave data, an extraction unit that extracts data of a steady section with less noise from the sound wave data, a designation unit that specifies a threshold value, and water leakage from the data of the steady section. A determination unit that obtains a ratio including a signal indicating characteristics and compares the ratio with the threshold value to determine the presence or absence of water leakage.

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。   Embodiments described herein relate generally 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 water leakage investigation procedure using the current water leakage detector, first, a water meter meter inspector or the like obtains data for water pipe leakage investigation using the water leakage detector at the time of meter reading. For example, a time integration rate (a ratio of a signal exceeding a certain level in a certain time) and a vibration sound (leakage sound) are recorded as a sound wave file. Each sound file is associated with a recording point (position of a water pipe).

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 determination, those having a time integration rate of a certain level or more are 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 determination, a file with a higher possibility of water leakage is extracted from the extracted sound wave file, and the number of cases is narrowed down. This secondary determination operation is determined by an experienced engineer (by reproducing a sound wave file) and listening with an ear. Conduct a field survey of the recording locations of the finally selected sound wave file. A specialized investigator will check for leaks with a sounding stick, dig up the ground after hitting it.

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 the research engineer and depends on the experience and skills of the engineer. Even when the number of sound wave files obtained by the primary determination is enormous, it is necessary to listen to all sound sources, which requires a lot of labor.

特開2015−43001号公報JP2015-43001A

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。   The problem 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 of a steady section with less noise from the sound wave data, a designation unit that specifies a threshold value, and water leakage from the data of the steady section. A determination unit that obtains a ratio including a signal indicating characteristics and compares the ratio with the threshold value to determine the presence or absence of water leakage.

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。   In addition, 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, and determines the presence or absence of water leakage A threshold value is designated, and a ratio including a signal indicating the characteristic of water leakage is obtained from the data of the steady section, and the presence or absence of water leakage is determined by comparing the ratio with the threshold value.

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 leak 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-sequential waveform which caught the water leak 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-sequential waveform which caught 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 spectrally entropy-converting it 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 performs spectrum entropy conversion from a time series waveform, and extracts a stationary area. 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 leak 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 at the time of setting the arbitrary frequency ranges containing the frequency component resulting from a water leak from the waveform which carried out FFT. 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 overwrote the frequency characteristic at the time of applying 1/3, 1/6, and 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 figure with the case where it smooths by moving average, and the case where it smooths by a 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 calculated | required the time integration rate from the time series waveform of the sound wave signal data after HPF application. 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 water leak determination of a 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 a 1st determination means, the determination threshold value of a 2nd determination means, and a 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 leak 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 figure of the time series waveform and frequency characteristic of each of a water leak sound and the water water sound (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 thru | or 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 leak 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 a 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 at the time of using a test signal. 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 in case a fluctuating sound is included. 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-sequential waveform in case the signal of a some frequency component 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 each time series waveform of FIG. 21, each envelope, and an approximate 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 calculated | required the actually measured sound wave signal data and its autocorrelation function. 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 a determination process by setting 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 magnitude of the area which an envelope and each predetermined line segment make. 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 at the time of water leak determination based on either the time integration rate from the autocorrelation function, the area which an envelope forms, or the inclination of an envelope. 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-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, a water leakage determination device and a water leakage determination method according to an embodiment will be described with reference to the drawings. The same reference numerals denote the same items. Note that the drawings are schematic or conceptual, and the relationship between the thickness and width of each part, the ratio coefficient of the size between the parts, and the like are not necessarily the same as actual ones. Further, even when the same part is represented, the dimensions and ratio coefficient may be represented differently depending on the drawing.

(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 illustrating 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 apparatus 1 includes a reception unit 2 that receives sound wave signal data, an extraction unit 3 that extracts a steady section with less noise from the input sound wave signal data, and a sound wave signal extracted by the extraction unit 3 It has the determination part 4 which determines whether the characteristic of water leakage is contained in data using two determination means, and the output part 5 which outputs a determination result. Furthermore, the designation | designated part 6 which can designate the upper limit and lower limit frequency of a frequency range, the threshold value for a user determining water leak, etc. is provided. The designation unit 6 gives a threshold value 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。   For example, the reception unit 2 is a place where sound wave signal data such as flowing water flowing through a water pipe measured by a meter reader or a surveyor of a water meter is input. The sound wave signal data may be data represented by the WAV format that can be handled by a general personal computer / electronic device. Also, any sound wave signal data in another format may be used as long as it can be converted into the WAV format. For example, compressed data such as ADPCM, MP3, and WMA may be used. The accepting unit 2 may accept a file directly by USB or the like, or may accept data via an external medium such as an SD card. In addition, data may be received 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 many noises such as traffic noise from cars and trains, outdoor noise from air conditioners, and human voices due to the influence of the surrounding measurement environment. It is. 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。   In general, a water leaking sound from a water pipe is a steady sound including a frequency component of up to 3 kHz and a frequency component of 1 kHz to 2 kHz being dominant. Sound waves that are likely to be misjudged as leaked sounds include the sound of water flowing out of a faucet when using water supplies, and the rotating sound of water meters. In addition, sound waves caused by a motor such as an air conditioner can be used. The frequency characteristics in the state where these noises are mixed are greatly deviated from the original frequency characteristics of the leaked 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 part that extracts a waveform of a component with less noise from the sound wave signal data input from the reception unit 2. That is, out of the time-series waveform of the sound wave signal data, a sudden vibration component having a large amplitude or a waveform in a steady section that is not a 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.2 (a) is a figure which shows the time-sequential waveform at the time of catching a water leak sound. The horizontal axis is time (seconds), and the vertical axis is the signal level that is amplitude. FIG. 2B shows frequency characteristics when a time series waveform of 10 seconds, which is the entire time, is subjected to fast Fourier transform (FFT). It can be seen that no clear feature has been confirmed in the range of 1 kHz to 2 kHz, which is the frequency component of the water leakage sound. On the other hand, the frequency characteristics obtained by performing the FFT using a waveform having a low noise, for example, a steady section of 2 seconds, avoiding a waveform having a large noise of about 1.6 sec in the time series waveform of FIG. ). A clear feature is confirmed in the range of 1 kHz to 2 kHz. By extracting the waveform of the steady section and performing FFT, the characteristic 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. 3B shows the frequency characteristics when the time series waveform of 10 seconds, which is the entire 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。   Also in the waveform of FIG. 3B, clear features are confirmed in the range of 1 kHz to 2 kHz. This is an influence of external noise characterized by the same band as the water leakage sound. As a cause of noise, a high-order component of motor sound of a car or a train can be considered. In general, the traveling sound and motor sound of automobiles and trains measured in the 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。   FIG. 3C shows the frequency characteristics when FFT is performed using a waveform at a designated portion that is a stationary section of the time series waveform of FIG. It can be seen that no clear feature has been confirmed between 1 and 2 kHz compared to the waveform of FIG.

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 stationary section with little sudden noise from the time-series waveform of the sound wave signal data in the extraction unit 3, it is possible to obtain frequency characteristics from which noise components other than the water leakage sound are removed when FFT is performed thereafter. Moreover, it is possible to prevent accidental noise having a frequency component close to the water leakage sound from being erroneously detected.

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 for 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。   For example, a spectral entropy method can be used as a method for extracting a stationary section. The spectrum entropy method is a feature quantity representing the whiteness of a signal, which is obtained by calculating a signal spectrum as a probability distribution and assuming information entropy. When the spectrum such as white noise is uniform, the value is high, and when the spectrum is non-uniform such as a voice signal or traffic noise, the value is low.

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 2017199455
The spectral entropy method is generally represented by the following formula (1).
Figure 2017199455

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 the amplitude spectrum of the frequency component f obtained by FFT of the input signal. P f is the existence probability of the frequency component f. H indicates spectral entropy. H is a high value for a white signal with a uniform spectrum, and a low value for a colored signal with 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 steady section of the graph shown by the spectral entropy method is flat at a high value, and the part of the external fluctuation noise has a low value. It is possible to clearly distinguish the stationary section and the external fluctuation noise part.

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 steady section are extracted while avoiding local fluctuation noise points. The extraction of the steady section is performed using a threshold value. That is, a section that exceeds the set threshold and is regarded as a steady section is extracted. The threshold for drawing the steady section can be arbitrarily set. Moreover, the time width to extract can also 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, there may be a case where a continuous steady section cannot be obtained. In that case, you may extract the dispersed part so that the sum total of a stationary area may become the time width set arbitrarily. However, when calculating the frequency characteristic, 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, in the case where the total of the regular intervals, which are the times to be extracted, is 1 second, when extraction is not possible in a continuous time range, it may be extracted in pieces to make a total of 1 second. When performing FFT with an arbitrary window length, it is performed for each piece of fragment data. This is because the continuity of the time-series waveform is lost when performing FFT across two pieces of fragment data.

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 it is desired to maintain the continuity of the time series waveform to be extracted, the threshold value to be set may be lowered. As a result, the section determined to be equal to or greater than the threshold becomes long, and it is easy to extract a continuous signal that is 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 illustrating an example of extracting a stationary section from a target time-series waveform using a spectrum 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 row in the figure is the target time series waveform. From this, a stationary section with a specified time width is extracted. The second row in the figure is a waveform converted by the spectral entropy method. A broken line is an arbitrarily determined threshold value. The third row in the figure shows the determination result when the section above the threshold is 1 and the section below the threshold is 0. A portion of “1” that is a section equal to or greater than the threshold is a place extracted as a steady section. From this, a section having an arbitrarily set time width is extracted. If there is no section longer than an arbitrary time width and a continuous steady section is required, the threshold 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 interval may be the total average value of the spectral entropy of the extraction target interval, the frequency distribution may be calculated and the median value may be used, or any 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 CPU (Central Processing Unit) of a computer.

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 a feature due to water leakage is included in the steady section of the sound wave signal data extracted by the extraction unit 3.

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 illustrating details of the 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 unit 7 and the second determination unit 8 different from the first determination unit, using the time series waveform of the steady section. By combining these determination results, it is possible to easily narrow down the secondary determination 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 in the stationary section extracted by the extraction unit 3, and calculates the ratio of the frequency component due to water leakage in an arbitrarily defined frequency range. Furthermore, 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 when an arbitrary frequency range including a frequency component caused by water leakage is set from the FFTed waveform. Since the frequency component resulting from water leakage is characterized by a range of approximately 1 kHz to 2 kHz, for example, a range of approximately 700 Hz to 3 kHz 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 frequency components due to 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 2017199455
Since the characteristics of the microphone and the 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 signal is often mixed. The Euclidean distance D of the frequency characteristic of the sound wave signal data in the steady section extracted by the extraction unit is obtained with respect to the frequency characteristic when the sound wave input level is minimum, that is, the lower limit data of the dynamic range. The Euclidean distance D is obtained by the following equation (2).
Figure 2017199455

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 frequency characteristic data at the lower limit of the dynamic range. i is an array of the 1st to d-th frequencies. The frequency characteristic data of the lower limit (minimum value) of the dynamic range is interpreted as 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 due to water leakage exceeds the arbitrarily set threshold value, the water leakage is determined. If the amplitude value is only the sound wave signal data of the stationary section extracted by the extraction unit, the frequency component that shows a large amplitude as an absolute value is large even in the lower limit data of the dynamic range, and may not actually be a large input. It is preferable to take a difference between the frequency characteristic 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。   The method of determining the lower limit data (minimum value) of the dynamic range may use a sound wave signal recorded in a place where background noise is low, or extract the lowest value of each frequency of a plurality of sound wave signal data to be input, The lower limit data may be combined by combining them.

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 the minimum value of the dynamic range is determined from a plurality of input sound wave signal data, all the files are read once before entering the block of the determination unit. FFT is performed each time a file is read, and the dynamic range information already stored for each frequency is compared with the FFT value. If the value is small, the dynamic range information is overwritten. This is performed on the entire sound wave signal data file to determine the minimum value of the dynamic range. The determination unit stores the obtained frequency characteristic of the lower limit of the dynamic range in a storage unit such as a memory, and calculates the Euclidean distance according to 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, an integral value in an arbitrary frequency range with respect to a frequency characteristic obtained by FFTing a stationary section of sound wave signal data, and an integrated value in an arbitrary frequency range with respect to a frequency characteristic having a minimum dynamic range. You may ask for the difference. Determination may be made by obtaining a ratio (integration rate) between this and the difference between the integral values in the entire frequency range of both frequency characteristics and comparing it with an arbitrarily determined threshold value. The area of the difference between the frequency characteristic obtained by performing FFT on the steady section and the frequency characteristic having the minimum dynamic range is the ratio between the case where the entire frequency range is used and the case where the frequency range is an arbitrary frequency 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 based on past water leakage 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。   The first determination means performs a smoothing process as an approximation method of the frequency characteristics in order to reduce the data processing amount before performing the threshold determination based on the Euclidean distance. This is because the amount of data processing becomes enormous when performing FFT simply.

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 depending on the number of smoothing points, when steep peak noise is mixed, the graph shape is greatly increased. Therefore, it is simplified by 1 / N octave band processing, the number of data points is reduced, and the processing speed is increased. In the octave conversion, 1/1 octave and 1/3 octave are generally used for noise evaluation, but it becomes more detailed by increasing the N parameter with 1/6 octave and 1/12 octave bands. . FIG. 8 is a diagram in which the frequency characteristics in the case of 1/3, 1/6, and 1/12 octave are overwritten. The 1/12 octave band is the most detailed graph with the most data points. The value of N is preferably determined by a trade-off with the number of data points.

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 by 1/12 octave band. In the case of smoothing by moving average, the peak portion becomes dull due to the averaging process of a plurality of points, but smoothing in the 1/12 octave band can clearly reproduce the peak shape. By using 1 / N octave-processed data instead of simple frequency conversion data at the time of determination based on the Euclidean distance, high-speed computation 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 unit inputs an upper limit frequency and a lower limit frequency of an arbitrary frequency range. When the leakage sound is determined as described above, the frequency component due to water leakage is 1 kHz or more and 2 kHz or less, and therefore the frequency range is set in the range of 700 Hz or more and 3 kHz or less, for example. When making a determination for a sound other than a leaking sound, it is preferable to set the frequency according to the characteristics of the sound type to be extracted. The values of the upper limit frequency and the lower limit frequency can also be determined from a plurality of sound wave signal data that is surely a water leakage sound. For example, a frequency with a large contribution may be extracted from an average value of frequency-converted ones, or a frequency can be obtained by calculating a frequency distribution. Further, the designation unit 6 designates a threshold value (%) for water leakage determination with respect to the Euclidean distance D (%). An arbitrary value can be designated as the threshold value, and the threshold value can be obtained from the relationship between the frequency range and the Euclidean distance D from a plurality of sound wave signal data that is clearly a water leakage sound. From the average value of the values of D when the frequency range is changed, a threshold 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 designation of parameters by 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 specifying with an external terminal, data is transferred using the Internet, Wi-Fi, Bluetooth or the like. Moreover, you may specify using the display etc. of the output part 5 mentioned 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。   With 1 / N octave processing and Euclidean distance determination, water leakage determination with a small number of data points becomes possible.

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 2nd determination means 8 of the determination part 4 is demonstrated. The second determination means is means for determining water leakage mainly in a 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。   More specifically, a high-pass filter (HPF) is applied to the sound wave signal data in the stationary section extracted by the extraction unit 3, and the ratio (time integration rate) of the total time of signals having a determination amplitude E or higher that is arbitrarily set. Make a leak check. The time interval of the sound wave signal data for performing water leakage determination 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 exceeding amplitude E / total number of sampling times × 100 (3)
FIG. 10 is a time-series waveform of the sound wave signal data after the HPF is applied. An example is shown in which the total time exceeding arbitrarily determined amplitude ± E is calculated as a 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 determining 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 the septic tank sound and motor sound that are likely to be erroneously detected by water leakage sound mainly consist of peaks in the drive power supply frequency and its multiple frequencies, and greatly affect 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 a low frequency. On the other hand, the frequency characteristics of the water leakage sound are different because they have characteristics in a relatively high frequency range of 1 kHz to 2 kHz.

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 low frequency power source driving frequency that is likely to be erroneously detected and frequency components that are multiples thereof are reduced, and the septic tank sound and the motor sound are not easily detected with the time integration rate. As a result, it is possible to narrow down the number of suspected water leaks. Note that it is possible to arbitrarily determine which frequency of the power supply driving frequency is reduced.

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。   The specifying unit 6 of the second determination means specifies the value of the determination amplitude E described above. In addition, a threshold value (%) for determining whether there is water leakage is specified for the time integration rate (%). Also, the power supply frequency is input. Since there are two power supply frequencies in Japan, the 50 Hz region and the 60 Hz region, the power frequency is selected depending on the measurement location. By HPF, it is possible to arbitrarily input up to what order component of the power supply frequency the peak sound is reduced.

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 unit and the second determination unit are described as the water leakage determination unit of the determination unit 4, but these determination units may be applied individually or in series or in parallel. It may be applied. In the case of determining in series, for example, after the presence or absence of water leakage is determined by the first determination means, the presence or absence of water leakage is determined again by the second determination means for 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 unit and the second determination unit may be expressed by either logical sum or logical product. As the determination result, the logical product is a stricter determination 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, each of the first determination unit and the second determination unit may be determined as a single unit, or may be combined and determined in series or in parallel. The determination result in the determination 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。   The execution of the determination algorithm in the determination unit is mainly performed by a CPU of a 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 pipe leakage determination is performed 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。   A determination by the algorithm of the first determination means and the second determination means was performed on 103 sound wave signal data for which the investigator made the primary determination with the detector. The leaked water data for answering was 24 cases that were judged as leaking by hearing from 103 cases.

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 the determination threshold value of the first determination unit, the determination threshold value of the second determination unit, and the 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 unit was set to 20%, and more than that was determined to be water leakage. The determination threshold value of the second determination means was set to 40%, and more than that was determined to be water leakage. For the threshold setting, the one with the highest determination accuracy was selected from past water leakage determination data and empirical rules. The determination amplitude value was determined by fitting from the detector data. The determination threshold value and the determination amplitude value can be arbitrarily selected according to the measurement object 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 audibility determination. 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 audibility determination. In the case of the combined determination of the first determination unit and the second determination unit (logical product), 40 cases out of 103 cases were determined to have water leakage. Furthermore, 20 out of 24 cases agreed with the result of audibility determination. In the case of the combined determination of the first determination means and the second determination means (logical sum), 57 cases out of 103 cases were determined to have water leakage. Furthermore, 22 out of 24 cases agreed with the result of the auditory sense determination.

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. Moreover, it was possible to determine with high accuracy of 80% or more for data that was previously determined to be leaked by hearing.

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 with the possibility of water leakage could be most effectively narrowed down.

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 part that outputs the determination result of the determination unit 4. The output unit 5 may be a display for displaying a figure or a table. In addition, a display of a portable terminal such as a personal computer, a notebook computer, or a mobile phone, a tablet terminal, or the like may be used. When displaying on a portable terminal or a tablet terminal, 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 tabular data as shown in FIG. For example, each determination means may be displayed in the column direction, and the number of water leakage determinations or comparison data with the audibility determination may be displayed in the row direction. Moreover, you may display with a pie chart, a bar graph, etc. instead of table | surface data. Further, the threshold value of the specifying unit 6 may be specified on the display of the output unit 5 or the like.

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 this embodiment, in the auditory sensation determination, it is possible to efficiently and accurately perform a water leakage determination work that requires extremely labor.

(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 illustrating a detailed configuration of the 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 water leakage determination apparatus according to the second embodiment includes a third determination unit in the determination unit. The other configuration is the same as that 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 a repetitive sound having a constant period with respect to the sound wave signal data in the stationary section extracted by the extraction unit. This is effective for discriminating sound waves that are likely to be erroneously determined as leaking 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 water leakage sound and the water sound 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 water leakage sound and its frequency characteristic. FIG. 15B shows a time-series waveform of the used water sound 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。   The frequency characteristics of both the water leak sound and the used water sound include the frequency component up to 3 kHz, and the contribution of the component of 1 kHz to 2 kHz is large, so that it is difficult to distinguish the water sound from the frequency characteristics.

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, the time-series waveform is characterized in that the water leakage sound is a time-series waveform such as white noise (random noise), while the water noise used is a repetitive sound with a fixed period. The water used has such characteristics because the water meter, which is the recording location, rotates when the water supply is used, so that such a sound is easily superimposed.

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。   As the extraction of repeated sounds of a certain period, a method of detecting the time series waveform of meter rotation sound stored in advance in a database by comparing it with the time series waveform of the input sound wave signal data, or for the input sound wave signal data For example, a method of extracting by examining the similarity of waveforms by dividing each window length. In this case, the overlap amount of the window length can be arbitrarily set. As a result, sound types that cannot be distinguished from each other in the frequency characteristics can be determined from the time-series waveform. Alternatively, it may be determined from the frequency at which repeated sounds appear from the sound wave signal data at regular time intervals. For example, the use water sound may be a case where a repeated sound appears five times or more from the sound wave signal data for 5 seconds.

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 repeated signals are removed through 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 unit or the second determination unit according to the first embodiment. The third determining means is preferably applied to the sound wave signal data that could not be determined as water leakage by the first and second determining means. For example, when used in a combined determination with the first and second determination means, it is preferably used in the first or last flow of the serial 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 serial 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). In addition, there are 11 ways when the judgment by logical sum and logical product is taken into consideration.

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 the combination of serial determination and parallel determination.

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。   Thus, in the determination using the first to third determination means, a total of 38 combinations can be considered including the single determination. It is good to select the combination of the determination means according to the situation which performs water leak determination. 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 addition, in the case of an area where tap water is frequently used in advance, the third determining means is applied first, and then the first and second determining means are applied in parallel to output the logical product of the results. May be.

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 described that the threshold value used by the first determination unit and the second determination unit is determined by the user in advance, it may be automatically set in the apparatus. In that case, it is good to set using the database which stored multiple sound wave signal data at the time of past water leakage. For example, the algorithm (first and second determination means) according to the present embodiment is applied to each of the past sound wave signal data to reversely calculate the threshold value of each determination means. The back-calculated threshold value, frequency characteristics, and time series waveform after HPF are stored in a database in a state linked to past sound wave signal data. When there is a waveform similar to the data stored in the database for the sound wave signal data input from the reception unit, a threshold value associated with the similar waveform is applied. If there is no similar waveform, the average value of the threshold values in the database is applied. Thereby, a threshold value can be determined 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 determining the similarity of waveforms, a correlation coefficient may be calculated, or general machine learning may be used. Machine learning is a logic constructed using an algorithm that solves a classification problem. Examples of these algorithms include decision trees, random forests, SVM (Support Vector Machine), and neural networks. An algorithm combining these algorithms may be used. The database is stored in a hard disk, USB memory, ROM or the like. Further, the sound wave signal data at the time of past water leakage may be acquired by having a database in an external server or the like and accessing it 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 illustrating 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 water leakage determination device according to the third embodiment includes a fourth determination unit 10 in the determination unit 4. The other configuration is the same as that 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 wave signal data (also referred to as a time-series waveform) in the stationary section extracted by the extraction unit 3 and compares it with the threshold value specified by the specification unit 6. Determine the presence or absence of water leakage. Specifically, an envelope of the autocorrelation function is obtained, and a predetermined predetermined line segment is compared with the envelope. A ratio at which the envelope becomes larger than a predetermined line segment is obtained and compared with a threshold value designated by the designation unit 6. For example, the case where the ratio becomes larger than a threshold value is determined as sound wave signal data with water leakage. The predetermined line segment and the threshold value are arbitrarily determined based on empirical rules, past water leakage data, and the like. The predetermined line segment is not necessarily limited to a straight line, and includes a curve and the like. Further, the comparison with the threshold value is not limited to a ratio, and may be an area formed by an envelope or an inclination of the envelope. The determination unit in FIG. 17 may include 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 is for evaluating the degree of coincidence between 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 a straight line or a curved shape depending on the type of the curve in contact. For example, an envelope of a plurality of curves having vertices includes a line segment that connects the 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 2017199455
The following formula (4) is a formula showing an autocorrelation function. x (n) is an input signal, r (m) is an autocorrelation function, and N is an autocorrelation data length.
Figure 2017199455

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, an absolute value is obtained for the obtained autocorrelation function, and the calculation range is limited to the positive time direction. Next, an envelope for the autocorrelation function is derived. In general, the Hilbert transform is used to calculate the envelope. Next, linear approximation is performed on the envelope. When this approximate line is regarded as a linear function, it is preferable to obtain it by the least square method. Water 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 a determination procedure when a 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 stationary section. FIG. 19A shows a time-series waveform of a 50 Hz Sin wave. FIG. 19B is a graph of the autocorrelation function derived based on Expression (4). FIG. 19C is a graph showing the absolute value of the autocorrelation function. Furthermore, it is limited to a graph of time in the positive direction. As shown in FIG. 19D, the time graph in the positive direction has a downward slope and tends to converge to 0 as the time increases. An envelope is derived for this graph. Further, an approximate straight line of this envelope is taken. FIG. 19E is a graph showing an approximate straight line between the waveform of the autocorrelation function and the envelope. Since the graph shape is a target in the positive and negative time directions, a 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. In the case of a single frequency time-series waveform as shown in FIG. 19A, the shape of the obtained envelope and the approximate straight line are almost the same. Since there are signals of a plurality of frequency components, the envelope and the approximate straight line are generally different in shape.

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 a determination procedure in the case of a time-series waveform including a fluctuating sound. As shown in FIG. 20A, the time-series waveform including the fluctuating sound is a time-series waveform whose amplitude is locally increased at a predetermined time. FIGS. 20B and 20C are signals obtained by obtaining an autocorrelation function of the time series waveform and taking an absolute value. FIG. 20 (d) shows the result of deriving the envelope of the waveform of FIG. 20 (c). As shown in FIG. 20 (d), the envelope in this case has a curved shape, and thus 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 a signal having a plurality of frequency components is 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. 21A shows a 50 Hz Sin wave, and FIG. 21B shows a time-series waveform of a 1 kHz Sin wave. FIG. 21C shows 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。   FIG. 21 (d) shows a time-series waveform of a random sound that is white noise. FIG. 21E shows a waveform in which white noise and a 50 Hz Sin wave (amplitude ratio of 50%) are superimposed. FIG. 21F shows a waveform in which white noise and a 50 Hz Sin wave (amplitude ratio of 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。   22A to 22F are derived from the autocorrelation functions of the time-series waveforms of FIGS. 21A to 21F, the respective envelopes, and the approximate straight line. As shown in FIGS. 22 (a) and 22 (b), the time series waveforms in FIGS. 21 (a) and 21 (b) show a sharp drop in the autocorrelation function, while the white waveform in FIG. In the time series waveform of noise, the value of the autocorrelation function is remarkably small, and the slope of the envelope is almost zero. When two Sin waves having different frequencies are superimposed as shown in FIG. In the case where the Sin wave and white noise in FIGS. 21E and 21F are superimposed, the magnitude of the slope of the graph changes depending on the mixing ratio of the amplitude.

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 the characteristics of white noise (random sound). In addition, periodic components such as sine waves are dominant in the septic tank sound and motor sounds of vending machines and outdoor units.

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。   Thereby, it is possible to easily determine whether or not a peak sound unrelated to the water leakage sound is included in the sound wave signal data in the steady section actually extracted by the extraction unit 3 by obtaining the autocorrelation function. Further, it is possible to visually distinguish the peak sound from the graph.

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 for 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. 23A to 23D 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 wave signal data indicating a single peak sound has an envelope curve or an approximate straight line with a downward slope. In addition, the autocorrelation function of the sound wave signal data in which a plurality of peak sounds in FIG. 23B is superimposed results in convergence to zero while the envelope changes. In addition, the autocorrelation function of the sound wave signal data indicating the water leakage sound in FIG. 23C has a result that the slope of the envelope is nearly zero. In addition, in the autocorrelation function of the sound wave signal data indicating the use of the motor sound and water supply in FIG. These results are substantially the same as the test signal results.

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。   To summarize the above results, in the case of single-peak sound wave signal data, the slope of the envelope of the autocorrelation function (or an approximate straight line of the envelope) is relatively large, and the sound signal of white noise that indicates water leakage sound In the case of data, the slope of the autocorrelation function envelope is small. In the case of sound wave signal data in which a peak sound and a random sound are superimposed, the magnitude of the envelope slope varies depending on the amplitude ratio of the two signals. In the case of sound wave signal data in which a leak sound and a peak sound are superimposed, an arbitrary threshold value may be set to perform the leak determination process.

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 for determining and processing a predetermined line segment and threshold value to be compared with the envelope of the autocorrelation function (or an approximate straight line of the envelope) 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 illustrating an example of a determination process in which a predetermined line segment and a threshold value are set. In FIG. 24, a predetermined line segment is represented by black (solid line), and an envelope is represented by gray (solid line). Determination is performed at a rate that the envelope becomes larger than a 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 of FIG. 24 indicates a time of 1 second as a whole, if the slope of a predetermined line segment is X (X <0), the intercept becomes −X when 0 is set after 1 second. In FIG. 24, the threshold is set to 20%, and the determination condition is set so that there is a possibility of water leakage instead of the peak sound if the ratio of the envelope larger than the predetermined line segment (time integration rate) is 20% or less. . The ratio in which the envelope is larger than the predetermined line segment is a time integration rate, and is expressed by, for example, the following formula (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 exceeds a predetermined line segment / total time (time until convergence to 0) × 100 (5)
In the case of FIGS. 24A and 24B, the time integration rate is 94.5% and 69.6%, and the result exceeds the threshold value 20% specified by the specifying unit 6. Determined as data. In the case of FIGS. 24C and 24D, the time integration rate is 1.285%, which is 0.6%, which is lower than the threshold value 20%.

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 is not limited to the time integration rate, but may be performed by time integration of the envelope of the autocorrelation function and a predetermined line segment and comparing the magnitudes thereof. This means that the area created by each of the envelope and the predetermined line segment is compared.

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 created 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 sound wave signal data of peak sound instead of leaking sound. When the area formed by the envelope is smaller than the area formed by the predetermined line segment, it is determined that there is a suspicion of leaking sound. In this case, the area created by the predetermined line segment is designated 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 determination of water leakage in comparison with a threshold value may be made by comparing the slope of the envelope (or the approximate straight line of the envelope) with the slope of the predetermined line segment. In this case, the slope of the predetermined line segment is designated 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 formed by the envelope, and the slope of the envelope are also referred to as determination 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 water leakage is determined from the autocorrelation function based on any of the time integration rate, the area created by the envelope, or the slope of the envelope. For the 103 sound wave signal data for which the investigator made the primary determination with the detector, the determination was performed based on either the time integration rate, the area created by the envelope, or the slope of the envelope. The leaked water data for answering was 24 cases that were judged as leaking by hearing from 103 cases. As a result, the number of refinements using the time integration rate was 45, the number of refinements using the area created by the envelope was 43, and the number of refinements using the slope of the envelope was 44. . Of the narrowed-down sound wave signal data, the number of correct answers included was 21 (out of 24), and in all cases, a high correct answer rate was shown. In the case of determining water leakage using the algorithm of the fourth determining means, there was almost no difference even if water leakage determination was made based on any of the time integration rate, the area created by the envelope, or the slope of the envelope. What is necessary is just to select suitably according to the situation which leaks, the data acquired in the past, etc.

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 data having a possibility of water leakage sound from a large number of sound wave signal data with 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 determining means according to the first or second embodiment, data having a possibility of water leakage sound can be narrowed down with a higher probability from a large number of sound wave signal data.

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。   The combination of the first, second, or fourth determination means may be the pattern shown in FIG.

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 serial 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). In addition, there are 11 ways when the judgment by logical sum and logical product is taken into consideration.

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 the combination of serial determination and parallel determination.

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 are conceivable 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。   The combination of the second, third, or fourth determination means may be the pattern shown in FIG.

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, and fourth determination means is the same pattern combination as the combination of the first, second, and 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 a combination of the first, third, and 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。   Moreover, you may combine the 1st-4th determination means. When combining 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 for series determination. In the case of parallel determination, there are 13 combinations (excluding combinations that take a logical product of logical products). There are 112 combinations of serial 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 selected as appropriate according to the situation where the water leakage determination is performed. For example, when it is desired to narrow down data having a possibility of water leakage from a large amount of sound wave signal data, the sound wave signal data may be narrowed down by connecting the first to fourth determination units in series. Further, the logical product of the determination results of the first to fourth determination means may be taken. Further, the logical product of the determination results of the two logical products excluding the above-described combinations may be 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。   In addition, it has been described that the threshold value used by the fourth determination unit is determined by the user in advance, but may be automatically set in the apparatus. In that case, a method similar to the method described in the first and second determination means can be used.

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 embodiment described above can be used as a system without being limited by the water leakage determination device. For example, a server that includes a plurality of sound wave signal data measured by a detector for detecting sound waves (vibration sound) by a water leak inspection investigator such as a water pipe, including the water leak determination algorithm (extraction unit, determination unit) of the present embodiment To the Internet. The server performs water leakage determination using the transferred sound wave signal data. The server forwards the water leak judgment result to the investigator's detector. Thereby, it becomes possible for the investigator to determine water leakage only with a detector equipped with 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 several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents 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
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Leakage determination apparatus 2 Reception part 3 Extraction part 4 Determination part 5 Output part 6 Specification part 7 1st determination means 8 2nd determination means 9 3rd determination means 10 4th determination means

Claims (11)

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、を備える漏水判定装置。
A reception unit for receiving sound wave data;
An extraction unit for extracting data of a stationary section with less noise from the sound wave data;
A specification unit for specifying a threshold;
A water leakage determination apparatus comprising: a determination unit that obtains a ratio including a signal indicating characteristics of water leakage from the data of the steady section and compares the ratio with the threshold value to determine the presence or absence of water leakage.
前記判定部は、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、全周波数範囲と任意の周波数範囲との積分率を求め、前記積分率を前記閾値と比較して漏水の有無を判定する第1の判定手段を備える請求項1に記載の漏水判定装置。   The determination unit obtains an integration rate between the entire frequency range and an arbitrary frequency range with respect to a difference between the frequency characteristic of the data in the stationary section and the frequency characteristic of background noise, and compares the integration rate with the threshold value. The water leakage determination apparatus according to claim 1, further comprising first determination means for determining the presence or absence of water leakage. 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閾値と比較して漏水の有無を判定する第2の判定手段を備える請求項1または2に記載の漏水判定装置。   The determination unit includes a filter that reduces a low frequency component of the data in the steady section, obtains a time integration rate of a predetermined amplitude or more for the data in the steady section to which the filter is applied, and the time integration ratio The water leak determination apparatus according to claim 1 or 2, further comprising: a second determination unit that determines whether or not water leaks by comparing the threshold with the threshold. 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、前記頻度を前記閾値と比較して漏水の有無を判定する第3の判定手段を備える請求項1乃至3のいずれか1項に記載の漏水判定装置。   The said determination part is equipped with the 3rd determination means which detects the frequency of the repetition signal of a fixed period with respect to the data of the said regular area, and compares the said frequency with the said threshold value, and determines the presence or absence of water leakage. The water leak determination apparatus according to any one of the above. 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に基づいて導出される判定値と前記閾値を比較して漏水の有無を判定する第4の判定手段を備える請求項1乃至4のいずれか1項に記載の漏水判定装置。   The determination unit obtains an autocorrelation function of the data in the stationary section and compares the determination value derived based on an envelope connecting the curves of the autocorrelation function with the threshold value to determine the presence or absence of water leakage. The water leak determination apparatus according to any one of claims 1 to 4, further comprising: a determination means. 前記判定部の判定結果を出力する出力部を備える請求項1乃至5のいずれか1項に記載の漏水判定装置。   The water leakage determination apparatus according to claim 1, further comprising an output unit that outputs a 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6に記載の漏水判定装置。   The water leakage determination device according to claim 6, wherein the output unit outputs a logical sum or a logical product of determination results of the first determination unit and the second determination unit. 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 water leakage determination device according to claim 3, wherein the determination unit further determines the presence or absence of water leakage by the second determination unit with respect to the sound wave data determined by the first determination unit as having water leakage. 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 water leakage determination device according to claim 3, wherein the determination unit further determines the presence or absence of water leakage by the first determination unit with respect to the sound wave data determined by the second determination unit as having water leakage. 前記判定部は、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基づいて判定する第1の判定手段と、前記定常区間のデータの所定の振幅以上の時間積分率に基づいて判定する第2の判定手段と、を備える請求項1に記載の漏水判定装置。   The determination unit is based on a first determination unit that determines based on a difference between a frequency characteristic of data in the stationary section and a frequency characteristic of background noise, and a time integration rate that is equal to or greater than a predetermined amplitude of the data in the stationary section. The water leakage determination apparatus according to claim 1, further comprising: a second determination unit that determines the above. 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漏水判定方法。
A water leakage determination method in a water leakage determination device for determining the presence or absence of water leakage from sound wave data,
Extract data from the sound wave data in a steady section with less noise,
Specify the threshold value for judging the presence or absence of water leakage,
Obtain the ratio of the signal indicating the characteristics of water leakage from the data of the steady section,
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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