JP7786950B2 - Abnormal sound detection system and method - Google Patents
Abnormal sound detection system and methodInfo
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Description
本発明は、異常音検知システムおよび方法に関する。 The present invention relates to an abnormal sound detection system and method.
異常音検知技術とは、音が正常か異常かを判定する技術である。異常音とは、普段の音(正常音)とは異なる音のことである。異常音検知技術は、工場の機械等の故障に起因した異常音を検知可能であり、機械の保全や保守を自動化することに有用である。機械によっては、連続的に動作し続けるものと、動作と非動作とを繰り返すものとがある。 Abnormal sound detection technology is a technology that determines whether a sound is normal or abnormal. An abnormal sound is a sound that differs from ordinary (normal) sounds. Abnormal sound detection technology can detect abnormal sounds caused by malfunctions in factory machinery, etc., and is useful for automating machine maintenance and upkeep. Some machines operate continuously, while others alternate between operating and not operating.
非特許文献1では、正常音の特徴量を自己符号化器に学習させる。非特許文献1では、次に、自己符号化器の再構成誤差に基づいて異常音を検知することで、学習させた音の特徴量と異なる音を異常音として検知する。 In Non-Patent Document 1, an autoencoder is trained on the features of normal sounds. Next, Non-Patent Document 1 detects abnormal sounds based on the reconstruction error of the autoencoder, and detects sounds that differ from the trained sound features as abnormal sounds.
工場で多様な機械が同時に稼働するケースにおいて、異常音検知システムへの入力音には、異常音検知対象の機械(以降、対象機械という)からの音以外の音も背景雑音として含まれることがある。それにより、例えば、対象機械の動作音が背景雑音より小さい場合、対象機械の正常な動作音(以降、正常動作音という)に背景雑音を含んだ混合音と、対象機械の異常な動作音(以降、異常動作音という)に背景雑音を含んだ混合音との違いが、小さくなる。よって、異常音検知システムにおいては、正常動作音と背景雑音の混合音を入力して得られる異常度と、異常動作音と背景雑音の混合音を入力して得られる異常度との差が小さくなり、正しく正常と異常の判定ができないという第一の問題がある。さらに、正常動作音の主な周波数帯域と異なる周波数帯域に背景雑音が混合された場合、異常音検知システムは、入力音を異常と誤判定してしまう第二の問題もある。 In cases where a variety of machines are operating simultaneously in a factory, the sounds input to an abnormal sound detection system may include background noise other than the sound from the machine being detected for abnormal sound (hereinafter referred to as the target machine). As a result, for example, if the operating sound of the target machine is quieter than the background noise, the difference between the mixed sound of the target machine's normal operating sound (hereinafter referred to as normal operating sound) plus background noise and the mixed sound of the target machine's abnormal operating sound (hereinafter referred to as abnormal operating sound) plus background noise will be small. Therefore, with an abnormal sound detection system, the difference between the abnormality level obtained by inputting a mixed sound of normal operating sound and background noise and the abnormality level obtained by inputting a mixed sound of abnormal operating sound and background noise will be small, resulting in a first problem: the system cannot accurately determine whether a sound is normal or abnormal. Furthermore, there is a second problem: if background noise is mixed in a frequency band different from the main frequency band of normal operating sound, the abnormal sound detection system may erroneously determine the input sound as abnormal.
従来技術としてではなく、本開示の異常音検知システムと比較するための比較例としての異常音検知システム(以降、異常音検知システムの一例という)は、例えば特徴量抽出部、尤度計算部、異常判定部を備えることができるであろう。 An abnormal sound detection system (hereinafter referred to as an example of an abnormal sound detection system) that serves as a comparative example for comparison with the abnormal sound detection system of the present disclosure, rather than as prior art, may include, for example, a feature extraction unit, a likelihood calculation unit, and an abnormality determination unit.
特徴量抽出部は、入力音の時間波形から時間周波数領域の特徴量を抽出する。尤度計算部は、前記時間周波数領域の特徴量の負対数尤度を推定する。尤度計算部は、正常音サンプルの時間周波数領域特徴量に対して低い負対数尤度を出力するように事前学習させておく。そして、尤度計算部は、推定した負対数尤度を音の異常度として出力する。最後に、前記異常度が事前に定めた閾値以上であった場合、異常判定部は、前記入力音を異常音と判定し、判定結果を出力する。一方、前記異常度が前記閾値未満の場合、異常判定部は、入力音を正常音と判定判定し、判定結果を出力する。 The feature extraction unit extracts time-frequency domain features from the time waveform of the input sound. The likelihood calculation unit estimates the negative log-likelihood of the time-frequency domain features. The likelihood calculation unit is pre-trained to output a low negative log-likelihood for the time-frequency domain features of normal sound samples. The likelihood calculation unit then outputs the estimated negative log-likelihood as the degree of abnormality of the sound. Finally, if the degree of abnormality is equal to or greater than a predetermined threshold, the abnormality determination unit determines the input sound to be an abnormal sound and outputs the determination result. On the other hand, if the degree of abnormality is less than the threshold, the abnormality determination unit determines the input sound to be a normal sound and outputs the determination result.
前記第二の問題の一例としては、対象機械が正常動作している際、対象機械の近くで稀にハンマーを用いて金属を叩くような修理作業が行われる例が考えられる。この例では、異常音検知システムの入力音には、対象機械の動作音だけでなく、金属が叩かれる高周波数帯域の音が混合される。修理作業による音が稀にしか発生しない場合、尤度計算部は、入力音の負対数尤度を高いと推定する。よって、対象機械は正常動作しているにも関わらず、前述の異常音検知システムの一例は、異常と誤判定する問題がある。 An example of the second problem is when, while the target machine is operating normally, repair work such as hammering metal is occasionally carried out near the target machine. In this example, the input sound to the abnormal sound detection system is a mixture of not only the operating sound of the target machine, but also the high-frequency sound of metal being hammered. If sounds caused by repair work occur only occasionally, the likelihood calculation unit will estimate the negative log likelihood of the input sound to be high. Therefore, even if the target machine is operating normally, the example of the abnormal sound detection system mentioned above has the problem of incorrectly determining that there is an abnormality.
そこで、本発明は、背景雑音より対象機械の動作音が小さい場合であっても正常音に対して低い異常度を出力し、異常音に対して高い異常度を出力する、異常音検知システム及び方法を提供するものである。また、本発明は、背景雑音が正常動作音と無関係な周波数に発生する場合であっても、正常音に対して低い異常度を出力し、異常音に対して高い異常度を出力する、異常音検知システム及び方法を提供するものである。 The present invention therefore provides an abnormal sound detection system and method that outputs a low level of abnormality for normal sounds and a high level of abnormality for abnormal sounds, even when the operating sound of the target machine is quieter than background noise. The present invention also provides an abnormal sound detection system and method that outputs a low level of abnormality for normal sounds and a high level of abnormality for abnormal sounds, even when background noise occurs at a frequency unrelated to normal operating sounds.
上記課題の少なくとも一つを解決するために、本願において開示される発明の代表的な一例は、対象機械の正常音信号と当該対象機械の実際の動作、非動作区間を示す動作区間情報との組の集合を学習した学習結果を用いて、前記対象機械の正常音信号の入力に対して前記対象機械の動作、非動作区間の推定を行う動作区間検出サブシステムと、前記対象機械の異常音検知対象の入力信号に対して正常か異常かを判定する異常判定部とを備える異常音検知システムであって、前記対象機械の異常音検知対象の入力信号と、当該入力信号と対応する前記対象機械の実際の動作、非動作区間を示す前記動作区間情報を受けた場合、前記動作区間検出サブシステムは、前記異常音検知対象の入力信号から前記学習結果を用いて前記対象機械の動作、非動作区間を推定し、前記異常判定部は、前記推定された動作、非動作区間と、前記動作区間情報に示される実際の動作、非動作区間との乖離度に基づいて、前記対象機械の異常音検知対象の入力信号の正常、異常を判定する。 In order to solve at least one of the above problems, a representative example of the invention disclosed in this application is an abnormal sound detection system that includes an operating section detection subsystem that uses learning results from a set of pairs of normal sound signals of a target machine and operating section information indicating the actual operating and non-operating sections of the target machine to estimate the operating and non-operating sections of the target machine in response to input of a normal sound signal of the target machine, and an abnormality judgment unit that judges whether the input signal of an abnormal sound detection target of the target machine is normal or abnormal. When receiving the input signal of the abnormal sound detection target of the target machine and the operating section information indicating the actual operating and non-operating sections of the target machine corresponding to the input signal, the operating section detection subsystem estimates the operating and non-operating sections of the target machine from the input signal of the abnormal sound detection target using the learning results, and the abnormality judgment unit judges whether the input signal of the abnormal sound detection target of the target machine is normal or abnormal based on the degree of deviation between the estimated operating and non-operating sections and the actual operating and non-operating sections indicated in the operating section information.
本発明によれば、背景雑音が入力音に混合される場合においても、高精度に異常音検知可能である。 According to the present invention, abnormal sounds can be detected with high accuracy even when background noise is mixed with the input sound.
以下、本発明の実施形態を詳述する。本実施の形態の異常音検知システムは、対象機械の動作状態と対象機械について得られた入力信号(入力音)とに基づいて、対象機械の異常を判定する。本実施形態の異常音検知システムは、背景雑音が入力音に混合される場合でも、異常音を検知する。本実施形態では、対象機械の正常音信号と当該対象機械の実際の動作区間を示す動作区間情報との組の集合を学習した学習結果を用いて、対象機械の異常音検知対象の入力信号に対して異常判定する。 Embodiments of the present invention are described in detail below. The abnormal sound detection system of this embodiment determines an abnormality in a target machine based on the operating state of the target machine and an input signal (input sound) obtained for the target machine. The abnormal sound detection system of this embodiment detects abnormal sounds even when background noise is mixed with the input sound. In this embodiment, the system uses the learning results of a set of pairs of normal sound signals of the target machine and operating section information indicating the actual operating section of the target machine to determine whether an abnormality exists in the input signal that is the target for abnormal sound detection of the target machine.
本実施形態では、対象機械の異常音検知対象の入力信号を受けた場合、異常音検知対象の入力信号から学習結果を用いて対象機械の動作区間を推定し、推定された動作区間と、動作区間情報に示される実際の動作区間との乖離度に基づいて、対象機械の異常音検知対象の入力信号の異常を判定する。 In this embodiment, when an input signal for abnormal sound detection of a target machine is received, the learning results are used to estimate the operating section of the target machine from the input signal for abnormal sound detection, and an abnormality is determined in the input signal for abnormal sound detection of the target machine based on the degree of deviation between the estimated operating section and the actual operating section indicated in the operating section information.
本実施形態の異常音検知システムは、例えば、発電プラント、鉄鋼プラント、化学プラント、食品プラント、機械組立プラントなどの様々な場所で使用される対象機械Mの異常検知に用いることができる。対象機械Mは、例えば、モータ、バルブ、ポンプ、ソレノイド、コンプレッサ、ボイラ、コンベア、攪拌機、加熱炉などの、動作に際して音を発生する種々の機械である。 The abnormal sound detection system of this embodiment can be used to detect abnormalities in target machines M used in various locations, such as power plants, steel plants, chemical plants, food plants, and machine assembly plants. Target machines M include various types of machines that generate noise during operation, such as motors, valves, pumps, solenoids, compressors, boilers, conveyors, agitators, and heating furnaces.
図1~図6、図16および図17を用いて実施例1を説明する。図1は、実施例1における異常音検知システムのブロック構成図である。異常音検知システムは、訓練用データセットデータベース(DB)1から、正常音信号の時間波形100と動作区間情報200とを読み出し、学習サブシステム1000へ入力する。 Example 1 will be described using Figures 1 to 6, 16, and 17. Figure 1 is a block diagram of the abnormal sound detection system in Example 1. The abnormal sound detection system reads a time waveform 100 of a normal sound signal and operation section information 200 from a training dataset database (DB) 1, and inputs them to a learning subsystem 1000.
正常音信号は、対象機械Mの正常動作音と背景雑音を含む。動作区間情報200とは、対応する正常音信号の時間波形100のうちどの時間に対象機械Mが動作していたかを表す情報である。図16に示すように、例えば、動作区間情報200は、動作開始時刻と動作終了時刻の組の集合である。対象機械Mの動作中ではない時間が、対象機械Mの非動作区間となる。以下、対象機械の符号Mを適宜省略して説明する。 The normal sound signal includes normal operating sounds of the target machine M and background noise. The operating interval information 200 is information that indicates at what time points in the time waveform 100 of the corresponding normal sound signal the target machine M was operating. As shown in FIG. 16, for example, the operating interval information 200 is a collection of pairs of operation start times and operation end times. The time when the target machine M is not operating is the non-operating interval of the target machine M. In the following explanation, the symbol M for the target machine will be omitted as appropriate.
図1に戻る。学習サブシステム1000は、正常音の時間波形100と動作区間情報200に基づいて学習処理を実施し、特徴量埋め込み部10のパラメタと動作・非動作推定部11のパラメタとを出力する。動作・非動作推定部11は、対象機械が動作しているか否かを推定する機能を持つ。特徴量埋め込み部10のパラメタは、特徴量埋め込みパラメタDB2に格納される。動作・非動作推定部11のパラメタは、動作・非動作推定パラメタDB3に格納される。 Returning to Figure 1, the learning subsystem 1000 performs a learning process based on the normal sound time waveform 100 and the movement section information 200, and outputs parameters for the feature embedding unit 10 and the movement/non-movement estimation unit 11. The movement/non-movement estimation unit 11 has the function of estimating whether the target machine is moving or not. The parameters for the feature embedding unit 10 are stored in the feature embedding parameter DB2. The parameters for the movement/non-movement estimation unit 11 are stored in the movement/non-movement estimation parameter DB3.
特徴量埋め込み部10と動作・非動作推定部11とは、縦続接続されることで、入力信号から動作区間情報を推定する、動作区間検出サブシステム1100を構成する。したがって、DB2に格納された特徴量埋め込み部10のパラメタとDB3に格納された動作・非動作推定部11のパラメタとを用いることで、正常音信号に対して正しい動作区間を推定する動作区間検出サブシステム1100が得られる。 The feature embedding unit 10 and the movement/non-movement estimation unit 11 are cascaded to form the movement segment detection subsystem 1100, which estimates movement segment information from the input signal. Therefore, by using the parameters of the feature embedding unit 10 stored in DB2 and the parameters of the movement/non-movement estimation unit 11 stored in DB3, the movement segment detection subsystem 1100 can be obtained, which estimates the correct movement segment for a normal sound signal.
異常音検知サブシステム2000は、特徴量埋め込み部20のパラメタと動作・非動作推定部21のパラメタとをDB2,3から読み出す。異常音検知サブシステム2000には、動作区間情報400と信号の時間波形300とが入力される。異常音検知サブシステム2000は、入力された信号が正常か異常かを判定する。 The abnormal sound detection subsystem 2000 reads the parameters of the feature embedding unit 20 and the parameters of the movement/non-movement estimation unit 21 from DBs 2 and 3. The abnormal sound detection subsystem 2000 receives as input movement interval information 400 and the signal time waveform 300. The abnormal sound detection subsystem 2000 determines whether the input signal is normal or abnormal.
詳細は図4にて説明するが、入力された波形信号300が正常か異常かの判定は、次のように行われる。まず、特徴量埋め込み部20と動作・非動作推定部21とで構成される動作区間検出サブシステム2100を用いて、信号の時間波形300から対象機械の動作区間を推定する。次に、推定した動作区間と入力された動作区間情報400との間の乖離度に応じて、波形信号300の異常度を算出する。最後に、異常度の大きさに応じて、判定信号500を出力する。判定信号500は、図示せぬ他システムへ送られる。実施例1では、対象機械の動作区間の推定に失敗した信号を異常と判定する。 Details will be explained in Figure 4, but the determination of whether the input waveform signal 300 is normal or abnormal is performed as follows. First, the operating section of the target machine is estimated from the signal time waveform 300 using the operating section detection subsystem 2100, which is composed of the feature embedding unit 20 and the operating/non-operating estimation unit 21. Next, the degree of abnormality of the waveform signal 300 is calculated according to the degree of deviation between the estimated operating section and the input operating section information 400. Finally, a determination signal 500 is output according to the magnitude of the abnormality. The determination signal 500 is sent to another system (not shown). In Example 1, a signal for which the operating section of the target machine has not been estimated is determined to be abnormal.
実施例1が前記課題をどのように解決するかを記述する。まず、対象機械の動作している区間を推定することは、非動作区間の音と動作区間の音を識別することと等価である。非動作区間の音は、背景雑音のみである。一方、動作区間の音は、対象機械の動作音と背景雑音の混合音である。したがって、動作区間検出サブシステム2100は、背景雑音と混合音を識別するモデルである。 The following describes how Example 1 solves the above problem. First, estimating the operating interval of the target machine is equivalent to distinguishing between sounds in non-operating intervals and sounds in operating intervals. Sound in non-operating intervals is background noise only. On the other hand, sounds in operating intervals are a mixture of the operating sounds of the target machine and background noise. Therefore, the operating interval detection subsystem 2100 is a model that distinguishes between background noise and mixed sounds.
背景雑音が正常動作音より大きい場合、背景雑音と混合音の違いは、わずかな正常動作音の有無のみである。そのため、動作区間検出サブシステム2100は、正常動作音のわずかな特徴を捉えるモデルとなる。そのわずかな特徴から外れた異常動作音は、動作区間として検出できず、異常音検知が可能となる。一方、比較例として前述した異常音検知システムの一例では、混合音の特徴のみを学習させ、それをもとに異常音検知する。実施例1は、正常動作音の特徴を直接捉えるモデルを用いて異常音検知するため、比較例の異常音検知システムに比べて、正常動作音の特徴から外れた音を正しく検知できる。 When the background noise is louder than the normal operation sound, the only difference between the background noise and the mixed sound is the presence or absence of a slight normal operation sound. Therefore, the operation section detection subsystem 2100 becomes a model that captures the slight characteristics of normal operation sound. Abnormal operation sounds that deviate from these slight characteristics cannot be detected as operation sections, making it possible to detect abnormal sounds. On the other hand, the example of an abnormal sound detection system described above as a comparative example learns only the characteristics of mixed sounds and detects abnormal sounds based on this. Example 1 detects abnormal sounds using a model that directly captures the characteristics of normal operation sounds, and therefore can more accurately detect sounds that deviate from the characteristics of normal operation sounds than the abnormal sound detection system of the comparative example.
図2に示すように、実施例1における学習サブシステム1000は、時間周波数特徴量生成部12、特徴量埋め込み部10、動作・非動作推定部11、動作ラベル生成部13、学習部14を含む。 As shown in FIG. 2, the learning subsystem 1000 in Example 1 includes a time-frequency feature generation unit 12, a feature embedding unit 10, an action/non-action estimation unit 11, an action label generation unit 13, and a learning unit 14.
図3は、実施例1における学習サブシステム1000の処理フローである。学習サブシステム1000は、訓練用データセットDB1から、正常音信号の時間波形100と動作区間情報200との集合を読み出す。以降の処理は、ステップS301において、学習終了条件として、反復回数C1が閾値ThC以上となるまで、後述のステップS302~S306を繰り返す。 Figure 3 shows the processing flow of the learning subsystem 1000 in Example 1. The learning subsystem 1000 reads a set of normal sound signal time waveforms 100 and movement interval information 200 from the training dataset DB1. In the subsequent processing, in step S301, steps S302 to S306 (described below) are repeated until the number of iterations C1 becomes equal to or greater than the threshold value ThC, which is the learning termination condition.
ステップS302において、時間周波数特徴量生成部12は、正常音信号の時間波形100を時間周波数領域特徴量110に変換する。例えば、時間周波数領域特徴量110は、時間波形を短時間フーリエ変換して得られる、パワースペクトログラムや、対数メルパワースペクトログラムであってもよい。 In step S302, the time-frequency feature generator 12 converts the time waveform 100 of the normal sound signal into time-frequency domain features 110. For example, the time-frequency domain features 110 may be a power spectrogram or a logarithmic Mel power spectrogram obtained by performing a short-time Fourier transform on the time waveform.
ステップS303において、動作ラベル生成部13は、動作区間情報200から、動作ラベル210を生成する。動作ラベル210は、例えば、時間周波数領域特徴量110の時間フレーム数と同じ長さの二値ベクトルである。二値ベクトルの値は、時間フレーム毎に対象機械が動作中であれば1、非動作中であれば0となる。この例を図17に示す。あるいは、ベクトルの代わりにスカラー値を使用し、時間周波数領域特徴量110の中央の時間フレームに、対象機械が動作中であれば1を、非動作中であれば0を設定してもよい。例えば、時間周波数領域特徴量110の時間フレーム数が5の場合、3番目の時間フレームに、対象機械が動作中であるか非動作中であるかに応じて動作ラベルを決定する。また、前記二つの動作ラベルどちらにおいても、一つの時間フレーム中に動作と非動作が切り替わる場合、対応する動作ラベルの値を、時間フレーム長のうちの動作中だった時間の割合にしてもよい。すなわち、時間フレーム長の半分の時間だけ動作中だった場合、対応する動作ラベルの値を0.5とする。 In step S303, the action label generation unit 13 generates an action label 210 from the action interval information 200. The action label 210 is, for example, a binary vector with the same length as the number of time frames in the time-frequency domain features 110. The value of the binary vector is 1 if the target machine is operating in each time frame, and 0 if it is not operating. An example of this is shown in FIG. 17. Alternatively, a scalar value may be used instead of a vector, and 1 may be set in the central time frame of the time-frequency domain features 110 if the target machine is operating, and 0 if it is not operating. For example, if the number of time frames in the time-frequency domain features 110 is five, the action label for the third time frame is determined depending on whether the target machine is operating or not operating. Furthermore, for both of the above two action labels, if the target machine switches between operating and not operating during a single time frame, the value of the corresponding action label may be the proportion of the time frame length during which it was operating. In other words, if the target machine was operating for half the time frame length, the value of the corresponding action label is set to 0.5.
ステップS304において、特徴量埋め込み部10は、時間周波数領域特徴量110を、動作ラベルを推定するための中間特徴量120に変換する。特徴量埋め込み部10は、全結合層と活性化関数を積層したもの、あるいは、複数の畳み込み層と活性化関数を積層したもの、または再帰型ニューラルネットワークであってよい。 In step S304, the feature embedding unit 10 converts the time-frequency domain features 110 into intermediate features 120 for estimating action labels. The feature embedding unit 10 may be a stack of fully connected layers and activation functions, a stack of multiple convolutional layers and activation functions, or a recurrent neural network.
ステップS305において、動作・非動作推定部11は、中間特徴量120を用いて、動作ラベル推定値130を出力する。動作・非動作推定部11は例えば、全結合層とソフトマックス関数を積層したものであってよい。 In step S305, the motion/non-motion estimation unit 11 uses the intermediate features 120 to output motion label estimates 130. The motion/non-motion estimation unit 11 may be, for example, a stack of fully connected layers and softmax functions.
ステップS306において、学習部14は、動作ラベル推定値130と動作ラベル210の誤差とで定義される損失関数の値を最小化することにより、特徴量埋め込み部10のパラメタと動作・非動作推定部11のパラメタとを更新する。動作ラベル推定値130と動作ラベル210との誤差は、例えば両者の間の交差エントロピーでよい。損失関数の値の最小化には、例えば、SGD、Momentum SGD、RMSProp、AdaGrad、AdaDelta、Adamなどの最適化アルゴリズムを用いることができる。 In step S306, the learning unit 14 updates the parameters of the feature embedding unit 10 and the parameters of the action/non-action estimation unit 11 by minimizing the value of a loss function defined by the error between the action label estimate 130 and the action label 210. The error between the action label estimate 130 and the action label 210 may be, for example, the cross entropy between them. Optimization algorithms such as SGD, Momentum SGD, RMSProp, AdaGrad, AdaDelta, and Adam can be used to minimize the value of the loss function.
ステップS301において反復回数C1がThC以上となった場合(S301:YES)、ステップS307において、特徴量埋め込み部10のパラメタをDB2へ保存させると共に、動作・非動作推定部11のパラメタDB3に保存させ、学習サブシステム1000の処理フローを終了する。 If the number of iterations C1 is equal to or greater than ThC in step S301 (S301: YES), in step S307, the parameters of the feature embedding unit 10 are stored in DB2 and also in the parameter DB3 of the movement/non-movement estimation unit 11, and the processing flow of the learning subsystem 1000 is terminated.
図4に示すように、実施例1における異常音検知サブシステム2000は、時間周波数特徴量生成部22、特徴量埋め込み部20、動作・非動作推定部21、動作ラベル生成部23、異常度計算部24、異常判定部25を含んでいる。 As shown in FIG. 4, the abnormal sound detection subsystem 2000 in Example 1 includes a time-frequency feature generation unit 22, a feature embedding unit 20, a movement/non-movement estimation unit 21, an movement label generation unit 23, an abnormality degree calculation unit 24, and an abnormality determination unit 25.
図5は、実施例1における異常音検知サブシステム2000の処理フローである。ステップS501において、時間周波数特徴量生成部22は、信号の時間波形300から、時間周波数領域特徴量310を生成する。時間周波数特徴量生成部22は、図2に示した学習サブシステム1000の時間周波数特徴量生成部12と同じものを用いる。 Figure 5 shows the processing flow of the abnormal sound detection subsystem 2000 in Example 1. In step S501, the time-frequency feature generator 22 generates time-frequency domain features 310 from the signal time waveform 300. The time-frequency feature generator 22 is the same as the time-frequency feature generator 12 of the learning subsystem 1000 shown in Figure 2.
ステップS502において、動作ラベル生成部23は、動作区間情報400から、動作ラベル410を生成する。動作ラベル生成部23は、図2に示した学習サブシステム1000の動作ラベル生成部13と同じものを用いる。 In step S502, the action label generation unit 23 generates action labels 410 from the action section information 400. The action label generation unit 23 is the same as the action label generation unit 13 of the learning subsystem 1000 shown in Figure 2.
ステップS503において、特徴量埋め込み部20は、特徴量埋め込みパラメタDB2から読み込んだパラメタを用いることにより、時間周波数領域特徴量310を、動作ラベルを推定するための中間特徴量320に変換する。 In step S503, the feature embedding unit 20 converts the time-frequency domain features 310 into intermediate features 320 for estimating action labels by using parameters read from the feature embedding parameter DB2.
ステップS504において、動作・非動作推定部21は、動作・非動作推定パラメタDB3から読み込んだパラメタを用いることにより、中間特徴量320から、動作ラベル推定値330を出力する。 In step S504, the movement/non-movement estimation unit 21 outputs the movement label estimation value 330 from the intermediate feature 320 by using the parameters read from the movement/non-movement estimation parameter DB 3.
ステップS505において、異常度計算部24は、動作ラベル410と動作ラベル推定値330とから、事前に定義した両者の乖離度を計算し、算出した乖離度を異常度340として出力する。 In step S505, the anomaly degree calculation unit 24 calculates a predefined degree of deviation between the action label 410 and the action label estimate 330, and outputs the calculated degree of deviation as the anomaly degree 340.
乖離度は、例えば、動作ラベルと動作ラベル推定値との間の交差エントロピー誤差であってよい。または、動作ラベルと動作ラベル推定値とから、対象機械が動作している区間のラベルのみを取り出し、それらの間の交差エントロピーを乖離度として用いてもよい。すなわち、対象機械が非動作中の区間の、動作ラベルと動作ラベル推定値との乖離度は無視してもよい。さらに、対象機械の動作と非動作とが切り替わる前後数フレームの動作ラベルと動作ラベル推定値との乖離度も無視し、残りの区間の動作ラベルと非動作ラベルの交差エントロピー誤差を用いてもよい。 The discrepancy may be, for example, the cross-entropy error between the action label and the action label estimate. Alternatively, only the labels for the interval in which the target machine is operating may be extracted from the action labels and action label estimates, and the cross-entropy between them may be used as the discrepancy. In other words, the discrepancy between the action label and the action label estimate for the interval in which the target machine is not operating may be ignored. Furthermore, the discrepancy between the action label and the action label estimate for several frames before and after the target machine switches between operating and not operating may also be ignored, and the cross-entropy error between the action label and the non-operation label for the remaining interval may be used.
ステップS506において、異常判定部25は、異常度340から、信号の時間波形300が正常か異常かを判定し、判定結果500を出力する。あらかじめ定めた閾値を異常度が超えていれば異常と判定し、超えていなければ正常と判定する。 In step S506, the abnormality determination unit 25 determines whether the signal time waveform 300 is normal or abnormal based on the abnormality degree 340, and outputs the determination result 500. If the abnormality degree exceeds a predetermined threshold, it is determined to be abnormal; if it does not exceed the threshold, it is determined to be normal.
図6は、実施例1の異常音検知システムH1の構成の一例を示す図である。異常音検知システムH1は、計算機H2及びマイクロフォン(以下マイク)H7を有する。計算機H2及びマイクH7の数は二つ以上でもよい。 Figure 6 is a diagram showing an example of the configuration of an abnormal sound detection system H1 according to Example 1. The abnormal sound detection system H1 includes a computer H2 and a microphone (hereinafter referred to as "mic") H7. There may be two or more computers H2 and microphones H7.
マイクH7は、異常検知の対象機械から発生した動作音を収集する装置である。マイクH7は、収集した音から音声データを計算機に送信する。マイクH7は、対象機械の周辺に配置される。マイクH7は、対象機械に取り付けられてもよいし、対象機械から離れた場所に取り付けられてもよい。 Microphone H7 is a device that collects operating sounds generated by the target machine for anomaly detection. Microphone H7 transmits audio data from the collected sounds to a computer. Microphone H7 is placed near the target machine. Microphone H7 may be attached to the target machine or may be attached in a location away from the target machine.
計算機H2は、対象機械から収集した音が異常か正常かを判定する。計算機H2は、例えば、プロセッサH5、主記憶装置H3、副記憶装置H4、及び接続インタフェースH6を備える。各ハードウェアは内部パスを介して互いに接続される。 Computer H2 determines whether the sounds collected from the target machine are abnormal or normal. Computer H2 includes, for example, processor H5, main memory H3, secondary memory H4, and connection interface H6. Each piece of hardware is connected to each other via an internal path.
接続インタフェースH6は、外部装置と接続するためのインタフェースである。接続インタフェースH6は、例えば、ネットワークインタフェース及びI/Oインタフェースである。マイクH7で取得された音は、接続インターフェースH6を介して、計算機H2へ入力される。 The connection interface H6 is an interface for connecting to an external device. The connection interface H6 is, for example, a network interface and an I/O interface. Sound captured by the microphone H7 is input to the computer H2 via the connection interface H6.
プロセッサH5は、主記憶装置H3に格納されたコンピュータプログラムを実行する。プロセッサH5がコンピュータプログラムにしたがって処理を実行することにより、特定の機能を実現する機能部(モジュール)として動作する。以下の説明では、機能部を主語に処理を説明する場合、プロセッサH5が当該機能部を実現するプログラムを実行していることを示す。 Processor H5 executes computer programs stored in main memory device H3. By executing processing in accordance with the computer programs, processor H5 operates as a functional unit (module) that realizes a specific function. In the following explanation, when processing is described using a functional unit as the subject, this indicates that processor H5 is executing a program that realizes that functional unit.
主記憶装置H3は、プロセッサH5が実行するコンピュータプログラム及びコンピュータプログラムが使用するデータを格納する。また、主記憶装置H3は、コンピュータプログラムが一時的に使用するワークエリアを含む。主記憶装置H3は、例えば、DRAM(Dynamic Random Access Memory)等である。主記憶装置H3に格納されるコンピュータプログラムについては後述する。 Main memory device H3 stores computer programs executed by processor H5 and data used by the computer programs. Main memory device H3 also includes a work area temporarily used by the computer programs. Main memory device H3 is, for example, DRAM (Dynamic Random Access Memory). The computer programs stored in main memory device H3 will be described later.
主記憶装置H3に格納されるコンピュータプログラム及びデータは、副記憶装置H4に格納されてもよい。この場合、プロセッサH5が、副記憶装置H4からコンピュータプログラム及びデータを読み出し、主記憶装置H3に格納する。 The computer programs and data stored in the main memory device H3 may be stored in the secondary memory device H4. In this case, the processor H5 reads the computer programs and data from the secondary memory device H4 and stores them in the main memory device H3.
副記憶装置H4はデータを永続的に格納する。副記憶装置H4は、例えば、HDD(Hard Disk Drive)及びSSD(Solid State Drive)等である。副記憶装置H4に格納されるデータについては後述する。 The secondary storage device H4 permanently stores data. The secondary storage device H4 is, for example, an HDD (Hard Disk Drive) or an SSD (Solid State Drive). The data stored in the secondary storage device H4 will be described later.
計算機H2が保持するコンピュータプログラム及びデータについて説明する。図2にブロック構成を示した学習サブシステム1000の構成要素と、図4にブロック構成を示した異常音検知サブシステム2000の構成要素とは、全てコンピュータプログラムであり、主記憶装置H3に格納される。 The computer programs and data held by computer H2 will now be described. The components of the learning subsystem 1000, the block diagram of which is shown in Figure 2, and the components of the abnormal sound detection subsystem 2000, the block diagram of which is shown in Figure 4, are all computer programs stored in main memory device H3.
学習サブシステム1000が読み出すデータを格納する訓練用データセットDB1は、副記憶装置H4に格納される。学習サブシステム1000により格納され、異常音検知サブシステム2000により読み出される、特徴量埋め込み部のパラメタを保持する特徴量埋め込みパラメタDB2は、副記憶装置H4に格納される。同様に、学習サブシステム1000により格納され、異常音検知サブシステム2000により読み出される、動作・非動作推定部のパラメタを保持する動作・非動作推定パラメタDB3は、副記憶装置H4に格納される。 The training dataset DB1, which stores the data read by the learning subsystem 1000, is stored in the secondary storage device H4. The feature embedding parameter DB2, which holds the parameters of the feature embedding section and is stored by the learning subsystem 1000 and read by the abnormal sound detection subsystem 2000, is also stored in the secondary storage device H4. Similarly, the action/non-action estimation parameter DB3, which holds the parameters of the action/non-action estimation section and is stored by the learning subsystem 1000 and read by the abnormal sound detection subsystem 2000, is also stored in the secondary storage device H4.
実施例1にによれば、背景雑音が対象機械の動作音に重なって入力される場合でも、正確に対象機械が正常か異常か判定することができる。 According to Example 1, even when background noise is input overlapping with the operating sound of the target machine, it is possible to accurately determine whether the target machine is normal or abnormal.
図7~図12を用いて実施例2を説明する。本実施例を含む以下の記述では、実施例1との相違点を中心に説明する。実施例1において、学習サブシステム1000に入力される同作間情報200と異常音検知サブシステム2000に入力される動作区間情報400とは、例えば対象機械の制御信号から自動で生成できる。したがって、対象機械の制御信号が取得可能な場合、動作区間情報200,400も取得可能であるため、実施例1に示した手法は実施可能である。一方、対象機械の制御信号を取得不可能な場合、動作区間情報200,400は人手で生成する必要がある。しかし、動作区間情報200,400の生成には時間と手間を要する。また、異常音検知サブシステム2000を用いた異常度の計算のたびに、動作区間情報400を生成するのは作業負荷が大きい。 Example 2 will be described using Figures 7 to 12. The following description, including this example, will focus on the differences from Example 1. In Example 1, the simultaneous operation information 200 input to the learning subsystem 1000 and the operation interval information 400 input to the abnormal sound detection subsystem 2000 can be automatically generated from, for example, the control signal of the target machine. Therefore, if the control signal of the target machine can be obtained, the operation interval information 200, 400 can also be obtained, and the method described in Example 1 can be implemented. On the other hand, if the control signal of the target machine cannot be obtained, the operation interval information 200, 400 must be generated manually. However, generating the operation interval information 200, 400 takes time and effort. Furthermore, generating the operation interval information 400 each time the abnormality level is calculated using the abnormal sound detection subsystem 2000 is a heavy workload.
そこで、この問題に対処する実施例2を図7に示す。図7に示すように、異常音検知サブシステム2000Aは、動作区間情報を利用せずに、外れ値検知パラメタDB4からのパラメタと特徴量埋め込みパラメタDB2からのパラメタとに基づいて、異常音検知対象信号の時間波形300が正常か異常かを判定する。 Figure 7 shows a second embodiment that addresses this issue. As shown in Figure 7, the abnormal sound detection subsystem 2000A determines whether the time waveform 300 of the abnormal sound detection target signal is normal or abnormal, based on parameters from the outlier detection parameter DB 4 and parameters from the feature embedding parameter DB 2, without using operation section information.
図8に示すように、実施例2における学習サブシステム1000Aは、時間周波数特徴量生成部12、特徴量埋め込み部10、動作・非動作推定部11、動作ラベル生成部13、動作区間学習部15、外れ値検知部16、外れ値学習部17を含む。 As shown in FIG. 8, the learning subsystem 1000A in Example 2 includes a time-frequency feature generation unit 12, a feature embedding unit 10, a motion/non-motion estimation unit 11, an action label generation unit 13, a motion interval learning unit 15, an outlier detection unit 16, and an outlier learning unit 17.
図9は、実施例2における学習サブシステム1000Aの処理フローである。学習サブシステム1000Aは、訓練用データセットDB1から、正常音信号の時間波形100と動作区間情報200の集合を読み出す。動作区間情報200は、正常音信号の時間波形100のどの時間に対象機械が動作していたかを表す情報である。例えば、動作区間情報200は、動作開始時刻と動作終了時刻の組の集合である。 Figure 9 shows the processing flow of the learning subsystem 1000A in Example 2. The learning subsystem 1000A reads out a set of time waveforms 100 of normal sound signals and operation interval information 200 from the training dataset DB1. The operation interval information 200 is information that indicates at what times in the time waveform 100 of the normal sound signal the target machine was operating. For example, the operation interval information 200 is a set of pairs of operation start times and operation end times.
ステップS901において、反復回数C1が閾値ThC1よりも大きくなるまで、時間周波数特徴量生成(S902)、動作ラベル生成(S903)、特徴量埋め込み(S904)、動作・非動作推定(S905)、特徴量埋め込み部のパラメタ更新と動作・非動作のパラメタ更新(S906)、の処理を順次繰り返す。これらステップは、実施例1と同様に実施する。 In step S901, the following processes are sequentially repeated until the number of iterations C1 becomes greater than the threshold value ThC1: time-frequency feature generation (S902), action label generation (S903), feature embedding (S904), action/non-action estimation (S905), and parameter update of the feature embedding unit and action/non-action parameter update (S906). These steps are performed in the same manner as in Example 1.
ステップS901での学習終了条件が満たされると(S901:YES)、ステップS907に移る。ステップS907で反復回数C2が閾値ThC2よりも大きくなったと判定されるまで、以下の各ステップS908~S910が繰り返される。 If the learning termination condition is met in step S901 (S901: YES), proceed to step S907. The following steps S908 to S910 are repeated until it is determined in step S907 that the number of iterations C2 is greater than the threshold value ThC2.
ステップS908において、時間周波数特徴量生成部12は、正常音信号の時間波形100から、正常音信号の時間周波数領域特徴量110を生成する。ステップS909において、特徴量埋め込み部10は、時間周波数領域特徴量110から、中間特徴量120を生成する。ステップS910において、外れ値学習部17は、中間特徴量120を正常データとして外れ値検知を行うように、外れ値検知部16のパラメタを更新する。 In step S908, the time-frequency feature generation unit 12 generates time-frequency domain features 110 of a normal sound signal from the time waveform 100 of the normal sound signal. In step S909, the feature embedding unit 10 generates intermediate features 120 from the time-frequency domain features 110. In step S910, the outlier learning unit 17 updates the parameters of the outlier detection unit 16 so that outlier detection is performed using the intermediate features 120 as normal data.
外れ値検知部16としては、外れ値検知に用いられる公知の、混合ガウス分布、自己符号化器、変分自己符号化器などのモデルを用いることができる。パラメタの更新アルゴリズムは、各モデルのパラメタの更新に用いられる、公知のアルゴリズムでよい。なお、後述するように、外れ値検知部16を異常音検知サブシステム2000Aで利用することで、動作ラベルを用いずに異常音検知対象信号が正常か異常かを判定できる。 The outlier detection unit 16 can use well-known models used for outlier detection, such as a Gaussian mixture distribution, an autoencoder, or a variational autoencoder. The parameter update algorithm can be any well-known algorithm used to update the parameters of each model. As will be described later, by using the outlier detection unit 16 in the abnormal sound detection subsystem 2000A, it is possible to determine whether a signal subject to abnormal sound detection is normal or abnormal without using an action label.
ステップS907において学習終了条件を満たすと判定されると(S907:YES)、ステップS911において、特徴量埋め込み部10のパラメタをDB2へ保存させる共に、外れ値検知部16のパラメタをDB4に保存させ、学習サブシステム1000Aの処理フローを終える。 If it is determined in step S907 that the learning termination condition is met (S907: YES), in step S911, the parameters of the feature embedding unit 10 are saved in DB2, and the parameters of the outlier detection unit 16 are saved in DB4, and the processing flow of the learning subsystem 1000A is terminated.
図10に示すように、実施例2における異常音検知サブシステム2000Aは、時間周波数特徴量生成部22、特徴量埋め込み部20、外れ値検知部26、異常判定部25を含んでいる。 As shown in FIG. 10, the abnormal sound detection subsystem 2000A in Example 2 includes a time-frequency feature generation unit 22, a feature embedding unit 20, an outlier detection unit 26, and an abnormality determination unit 25.
図11は、実施例2における異常音検知サブシステム2000Aの処理フローである。ステップS1101において、時間周波数特徴量生成部22は、信号の時間波形300から、信号の時間周波数領域特徴量310を生成する。この時間周波数特徴量生成部22は、図2に示した学習サブシステム1000の時間周波数特徴量生成部22と同じものを用いる。 Figure 11 shows the processing flow of the abnormal sound detection subsystem 2000A in Example 2. In step S1101, the time-frequency feature generator 22 generates time-frequency domain features 310 of the signal from the signal's time waveform 300. This time-frequency feature generator 22 is the same as the time-frequency feature generator 22 of the learning subsystem 1000 shown in Figure 2.
ステップS1102において、特徴量埋め込み部20は、特徴量埋め込みパラメタDB2から特徴量埋め込み部のパラメタを読み込み、時間周波数領域特徴量310を中間特徴量320に変換する。 In step S1102, the feature embedding unit 20 reads the parameters of the feature embedding unit from the feature embedding parameter DB2 and converts the time-frequency domain features 310 into intermediate features 320.
ステップS1103において、外れ値検知部26は、外れ値検知パラメタDB4からパラメタを読み込み、中間特徴量320を用いて、異常度340を出力する。 In step S1103, the outlier detection unit 26 reads parameters from the outlier detection parameter DB4 and outputs the anomaly degree 340 using the intermediate feature 320.
ステップS1104において、異常判定部25は、異常度340に基づいて、信号の時間波形300が正常か異常かを判定し、判定結果500を出力する。あらかじめ定めた閾値を異常度が超えていれば異常と判定し、超えていなければ正常と判定する。 In step S1104, the abnormality determination unit 25 determines whether the signal time waveform 300 is normal or abnormal based on the abnormality degree 340, and outputs the determination result 500. If the abnormality degree exceeds a predetermined threshold, it is determined to be abnormal, and if it does not exceed the threshold, it is determined to be normal.
以上、実施例2では、特徴量埋め込み部20が出力する中間特徴量320に対して外れ値検知を行うことにより、動作ラベルを用いずに異常音検知対象信号が正常か異常か判定することができる。 As described above, in Example 2, by performing outlier detection on the intermediate features 320 output by the feature embedding unit 20, it is possible to determine whether a signal subject to abnormal sound detection is normal or abnormal without using action labels.
特徴量埋め込み部20のパラメタは、学習サブシステム1000Aにおいて、動作ラベル210を正しく推定できるように学習されたパラメタである。したがって、動作区間と非動作区間との識別を正しく行うために、動作区間中の時間周波数特徴量を特徴量埋め込み部20に入力して得られる中間特徴量と、非動作区間中の時間周波数特徴量を特徴量埋め込み部20に入力して得られる中間特徴量とは大きく異なる。これは、特徴量埋め込み部20が正常動作音のわずかな特徴に反応して出力を変えることを意味する。したがって、実施例2は、実施例1と同様に、正常動作音の特徴を直接捉えるモデルを用いて異常音検知するため、比較例として述べた異常音検知システムの一例に比べて、正常動作音の特徴から外れた音を正しく検知できる。 The parameters of the feature embedding unit 20 are parameters that have been trained in the learning subsystem 1000A so that the action label 210 can be correctly estimated. Therefore, in order to correctly distinguish between action and non-action intervals, the intermediate features obtained by inputting the time-frequency features in the action interval into the feature embedding unit 20 differ significantly from the intermediate features obtained by inputting the time-frequency features in the non-action interval into the feature embedding unit 20. This means that the feature embedding unit 20 changes its output in response to subtle features of normal operation sounds. Therefore, like the first example, the second example detects abnormal sounds using a model that directly captures the features of normal operation sounds, and therefore can correctly detect sounds that deviate from the features of normal operation sounds compared to the example of an abnormal sound detection system described as a comparative example.
図12は、実施例2の異常音検知システムH1Aの構成の一例を示す図である。図6に示した実施例1の異常音検知システムH1の構成と同じく、異常検知システムH1Aは、計算機H2およびマイクH7を備える。計算機H2は、接続インターフェースH6、プロセッサH5、主記憶装置H3、副記憶装置H4を含む。マイクH7、接続インターフェースH6、プロセッサH5、主記憶装置H3、副記憶装置H4、の役割は、図6で説明した通りである。 Figure 12 is a diagram showing an example of the configuration of an abnormal sound detection system H1A of Example 2. Similar to the configuration of the abnormal sound detection system H1 of Example 1 shown in Figure 6, the abnormal sound detection system H1A includes a computer H2 and a microphone H7. The computer H2 includes a connection interface H6, a processor H5, a main memory device H3, and a secondary memory device H4. The roles of the microphone H7, connection interface H6, processor H5, main memory device H3, and secondary memory device H4 are as described in Figure 6.
図13,図14を用いて実施例3を説明する。図13は、実施例3において、正常動作音が存在しない周波数帯域に稀な背景雑音が表れた場合であっても、正しく異常音検知する学習サブシステム1000Bのブロック構成である。学習サブシステム1000Bは、図1に示す実施例1の学習サブシステム1000として利用できる。あるいは、図8に示す実施例2の学習サブシステム1000Aに含まれる外れ値検知部16と外れ値学習部17とを、図13に加えることで、図7に示した実施例2の学習サブシステム1000Aとして利用してもよい。 Example 3 will be described using Figures 13 and 14. Figure 13 shows the block configuration of learning subsystem 1000B in Example 3, which correctly detects abnormal sounds even when rare background noise appears in a frequency band where normal operation sounds are not present. Learning subsystem 1000B can be used as learning subsystem 1000 in Example 1 shown in Figure 1. Alternatively, by adding outlier detection unit 16 and outlier learning unit 17 included in learning subsystem 1000A in Example 2 shown in Figure 8 to Figure 13, it may be used as learning subsystem 1000A in Example 2 shown in Figure 7.
図13に示した実施例3の学習サブシステム1000Bは、時間周波数特徴量生成部12、特徴量埋め込み部10、動作・非動作推定部11、利用周波数帯域算出部18、動作ラベル生成部13、学習部14を含む。 The learning subsystem 1000B of Example 3 shown in Figure 13 includes a time-frequency feature generation unit 12, a feature embedding unit 10, a movement/non-movement estimation unit 11, a frequency band utilization calculation unit 18, a movement label generation unit 13, and a learning unit 14.
図14は、実施例3における学習サブシステム1000Bの処理フローである。ステップS1401では、反復回数C3が閾値ThC3よりも大きくなるという学習終了条件が満たされるまで、以下の各ステップS1402~S1407が実行される。 Figure 14 shows the processing flow of the learning subsystem 1000B in Example 3. In step S1401, the following steps S1402 to S1407 are executed until the learning termination condition, that is, the number of iterations C3 becomes greater than the threshold value ThC3, is met.
ステップS1402において、時間周波数特徴量生成部12は、正常音信号の時間波形100を信号の時間周波数領域特徴量110に変換する。 In step S1402, the time-frequency feature generator 12 converts the time waveform 100 of the normal sound signal into time-frequency domain features 110 of the signal.
ステップS1403において、動作ラベル生成部13は、動作区間情報200から、動作ラベル210を生成する。 In step S1403, the action label generation unit 13 generates an action label 210 from the action section information 200.
ステップS1404において、特徴量埋め込み部10は、時間周波数領域特徴量110を、動作ラベルを推定するための中間特徴量120に変換する。また、特徴量埋め込み部10は、特徴量埋め込み部10のモデルパラメタ140を出力する。特徴量埋め込み部10はニューラルネットワークであって、全結合層を含むものとする。例えば、全結合層と活性化関数を積層したもの、あるいは、複数の畳み込み層と活性化関数を積層し、最後に全結合層を加えたものであってよい。 In step S1404, the feature embedding unit 10 converts the time-frequency domain features 110 into intermediate features 120 for estimating action labels. The feature embedding unit 10 also outputs model parameters 140 for the feature embedding unit 10. The feature embedding unit 10 is a neural network that includes a fully connected layer. For example, it may be a layered structure of a fully connected layer and an activation function, or a layered structure of multiple convolutional layers and activation functions, with a fully connected layer added at the end.
ステップS1405において、動作・非動作推定部11は、中間特徴量120を用いて、動作ラベル推定値130を出力する。 In step S1405, the action/non-action estimation unit 11 uses the intermediate feature 120 to output the action label estimate 130.
ステップS1406において、利用周波数帯域算出部18は、特徴量埋め込み部10に含まれる全結合層の重み行列をモデルパラメタ140から取り出し、重み行列の、事前定義されたノルムを学習の正則化項150として出力する。ノルムには、学習時に、特徴量埋め込み部10が周波数帯域選択性を持つように全結合層の重み行列を誘導するものを用いる。 In step S1406, the utilization frequency band calculation unit 18 extracts the weight matrix of the fully connected layer included in the feature embedding unit 10 from the model parameters 140, and outputs the predefined norm of the weight matrix as the learning regularization term 150. The norm is used to induce the weight matrix of the fully connected layer so that the feature embedding unit 10 has frequency band selectivity during learning.
なお、特徴量埋め込み部10の周波数帯域選択性とは、特徴量埋め込み部10が、時間周波数領域特徴量110の限定された周波数帯域の情報のみから中間特徴量120を計算する性質のことをいう。正則化項150は例えば、特徴量埋め込み部10で最初に現れる全結合層の重み行列の、次のように定義される混合ノルムであってよい。まず、重み行列の各要素を、その要素に乗算される時間周波数領域特徴量110の要素の周波数ごとにグループ分けする。次に、各グループに含まれる要素の集合の二乗平均平方根を算出する。最後に、算出結果を全グループ分足し合わせて、混合ノルムの値を得る。あるいは、重み行列の要素のグループ分け方法として他の方法を採用してもよい。例えば、事前に周波数帯域グループを定義し、重み行列の各要素を、乗算される時間周波数領域特徴量110の周波数が含まれる周波数帯域グループに割り当ててから、同様のノルムの計算を行ってもよい。いずれにせよ、計算した正則化項150は、特徴量埋め込み部10が時間周波数領域特徴量110の狭い周波数帯域の特徴量のみから中間特徴量120を埋め込むほど、小さな値になる。 The frequency band selectivity of the feature embedding unit 10 refers to the property of the feature embedding unit 10 to calculate the intermediate features 120 only from information on a limited frequency band of the time-frequency domain features 110. The regularization term 150 may be, for example, a mixed norm of the weight matrix of the fully connected layer that first appears in the feature embedding unit 10, defined as follows: First, each element of the weight matrix is grouped according to the frequency of the element of the time-frequency domain features 110 to be multiplied by that element. Next, the root mean square of the set of elements included in each group is calculated. Finally, the calculation results for all groups are summed to obtain the mixed norm value. Alternatively, other methods may be used to group the elements of the weight matrix. For example, frequency band groups may be defined in advance, and each element of the weight matrix may be assigned to a frequency band group that includes the frequency of the time-frequency domain features 110 to be multiplied, and then a similar norm calculation may be performed. In any case, the calculated regularization term 150 becomes smaller as the feature embedding unit 10 embeds the intermediate feature 120 only from feature values in a narrow frequency band of the time-frequency domain feature 110.
ステップS1407において、学習部14は、動作ラベル推定値130と動作ラベル210との誤差と、正則化項150との和で定義される損失関数を最小化することで、特徴量埋め込み部10のパラメタと動作・非動作推定部11のパラメタとを学習する。 In step S1407, the learning unit 14 learns the parameters of the feature embedding unit 10 and the parameters of the action/non-action estimation unit 11 by minimizing a loss function defined by the sum of the error between the action label estimate 130 and the action label 210 and the regularization term 150.
動作ラベル推定値130と動作ラベル210との誤差は、例えば両者の間の交差エントロピーでよい。損失関数の値の最小化には、例えば、SGD、Momentum SGD、RMSProp、AdaGrad、AdaDelta、Adamなどの最適化アルゴリズムを用いることができる。 The error between the motion label estimate 130 and the motion label 210 may be, for example, the cross entropy between them. To minimize the value of the loss function, an optimization algorithm such as SGD, Momentum SGD, RMSProp, AdaGrad, AdaDelta, or Adam can be used.
損失関数の定義より、学習部14は、特徴量埋め込み部10に周波数帯域選択性を持たせつつ、動作ラベル210も正しく推定するように、特徴量埋め込み部10のパラメタと動作・非動作推定部11のパラメタとを学習する。したがって、学習が進むと、特徴量埋め込み部10と動作・非動作推定部11とは、時間周波数領域特徴量110のうちの限定された周波数帯域のみから動作ラベル210を正しく推定するようになる。 From the definition of the loss function, the learning unit 14 learns the parameters of the feature embedding unit 10 and the parameters of the movement/non-movement estimation unit 11 so that the feature embedding unit 10 has frequency band selectivity while also correctly estimating the movement label 210. Therefore, as learning progresses, the feature embedding unit 10 and the movement/non-movement estimation unit 11 will correctly estimate the movement label 210 from only a limited frequency band of the time-frequency domain features 110.
このとき、動作ラベル210を正しく推定するには、正常動作音を正しく検出する必要がある。そのため、動作ラベル210を最も正しく推定できる周波数帯域は、正常動作音の主な周波数帯域である。したがって、当該学習により、特徴量埋め込み部10は、正常動作音の主な周波数帯域を中間特徴量120の計算に利用する周波数帯域とする。よって、中間特徴量120は、正常動作音の主な周波数帯域とは異なる周波数に現れる、稀な背景雑音の影響を受けない。同様に、動作ラベル推定値130もその稀な背景雑音の影響を受けない。よって、背景雑音による異常音検知の誤判定が起こらなくなる。 At this time, to correctly estimate the operation label 210, it is necessary to correctly detect normal operation sounds. Therefore, the frequency band that can most accurately estimate the operation label 210 is the main frequency band of normal operation sounds. Therefore, through this learning, the feature embedding unit 10 uses the main frequency band of normal operation sounds as the frequency band to use for calculating the intermediate feature 120. Therefore, the intermediate feature 120 is not affected by rare background noise that appears at frequencies different from the main frequency band of normal operation sounds. Similarly, the operation label estimate 130 is also not affected by this rare background noise. Therefore, erroneous determination of abnormal sound detection due to background noise does not occur.
ステップS1401において、反復回数C3が閾値ThC3よりも大きくなり、学習終了条件が満たされると(S1401:YES)、ステップS1408において、特徴量埋め込み部10のパラメタをDB2へ保存すると共に、動作・非動作推定部11のパラメタをDB3へ保存し、学習サブシステム1000Bの処理フローを終了する。 In step S1401, if the number of iterations C3 becomes greater than the threshold value ThC3 and the learning termination condition is met (S1401: YES), in step S1408, the parameters of the feature embedding unit 10 are saved in DB2, and the parameters of the movement/non-movement estimation unit 11 are saved in DB3, and the processing flow of the learning subsystem 1000B is terminated.
なお、実施例3の利用周波数帯域算出部18は、特徴量埋め込み部10の出力するモデルのパラメタへの適用に限定されるものではなく、他の異常音検知システムのモデルのパラメタに適用してもよい。例えば、「R. Giri, “Self-supervised classification for detecting anomalous sounds,” in Proc of DCASE Workshop, 2020」の異常音検知システムで利用されるモデルのパラメタに適用してもよい。 Note that the utilization frequency band calculation unit 18 of Example 3 is not limited to application to the parameters of the model output by the feature embedding unit 10, but may also be applied to the parameters of models of other abnormal sound detection systems. For example, it may be applied to the parameters of the model used in the abnormal sound detection system of "R. Giri, "Self-supervised classification for detecting anomalous sounds," in Proc of DCASE Workshop, 2020."
図15を用いて実施例4を説明する。実施例3では、正常動作音の主な周波数帯域と異なる周波数に稀に現れる背景雑音に対処するため、特徴量埋め込み部10の学習を誘導し、時間周波数領域特徴量110のうちの正常動作音の主な周波数帯域の特徴量のみから中間特徴量120を作る。一方、正常動作音の主な周波数帯域が事前に分かっている場合、時間周波数領域特徴量110自体を当該周波数帯域のみから作ることによっても、同じ課題に対処できる。実施例4では、その方法を示す。 Example 4 will be explained using Figure 15. In Example 3, in order to deal with background noise that rarely appears at frequencies different from the main frequency band of normal operation sounds, the learning of the feature embedding unit 10 is guided, and intermediate features 120 are created from only the features in the main frequency band of normal operation sounds among the time-frequency domain features 110. On the other hand, if the main frequency band of normal operation sounds is known in advance, the same problem can also be addressed by creating the time-frequency domain features 110 themselves from only that frequency band. Example 4 shows this method.
図15は、実施例4における学習サブシステム1000Cのブロック構成である。当該サブシステム1000Cは、図1に示す実施例1の学習サブシステム1000として利用できる。あるいは、図8に示す実施例2の学習サブシステム1000Aに含まれる外れ値検知部16と外れ値学習部17を、図15に加えることで、図7に示した実施例2の学習サブシステム1000Aとしても利用できる。 Figure 15 shows the block configuration of learning subsystem 1000C in Example 4. This subsystem 1000C can be used as learning subsystem 1000 in Example 1 shown in Figure 1. Alternatively, by adding the outlier detection unit 16 and outlier learning unit 17 included in learning subsystem 1000A in Example 2 shown in Figure 8 to Figure 15, it can also be used as learning subsystem 1000A in Example 2 shown in Figure 7.
図15に示すように、実施例4における学習サブシステム1000Cは、時間周波数特徴量生成部12、特徴量埋め込み部10、動作・非動作推定部11、動作ラベル生成部13、学習部14を含む。 As shown in FIG. 15, the learning subsystem 1000C in Example 4 includes a time-frequency feature generation unit 12, a feature embedding unit 10, an action/non-action estimation unit 11, an action label generation unit 13, and a learning unit 14.
実施例4における学習サブシステム1000Cの処理フローは、図3に示した、実施例1における学習サブシステム1000の処理フローと同じである。 The processing flow of the learning subsystem 1000C in Example 4 is the same as the processing flow of the learning subsystem 1000 in Example 1 shown in Figure 3.
実施例4における学習サブシステム1000Cの処理フローで行う具体的な処理のうち、実施例1における学習サブシステム1000の処理フローで行う処理と異なるのは、図3のS302における、「時間周波数特徴量生成」ステップで行う処理のみである。実施例4では、S302において、時間周波数特徴量生成部12が、正常音信号の時間波形100と利用周波数帯域160から、利用周波数帯域160内のみの時間周波数領域特徴量110を出力する。例えば、時間周波数領域特徴量110は、時間波形を短時間フーリエ変換して得られるパワースペクトログラムや、対数メルパワースペクトログラムのうち、利用周波数帯域に含まれる要素のみを取り出したものであってもよい。 Of the specific processes performed in the processing flow of the learning subsystem 1000C in Example 4, the only difference from the processes performed in the processing flow of the learning subsystem 1000 in Example 1 is the process performed in the "time-frequency feature generation" step in S302 of Figure 3. In Example 4, in S302, the time-frequency feature generation unit 12 outputs time-frequency domain features 110 only within the frequency band 160 of use from the time waveform 100 of the normal sound signal and the frequency band 160 of use. For example, the time-frequency domain features 110 may be a power spectrogram obtained by performing a short-time Fourier transform on the time waveform, or a logarithmic Mel power spectrogram from which only the elements included in the frequency band of use are extracted.
以上述べた異常音検知システムは、次のように構成されてもよい。 The abnormal sound detection system described above may be configured as follows:
(1)対象機械の正常音信号と当該対象機械の実際の動作・非動作区間を示す動作区間情報との組の集合を学習した学習結果を用いて、対象機械の正常音信号の入力に対して対象機械の動作・非動作区間の推定を行う動作区間検出サブシステムと、対象機械の異常音検知対象の入力信号に対して正常か異常かを判定する異常判定部とを備える異常音検知システムであって、対象機械の異常音検知対象の入力信号と、当該入力信号と対応する対象機械の実際の動作・非動作区間を示す動作区間情報を受けた場合、動作区間検出サブシステムは、異常音検知対象の入力信号から学習結果を用いて対象機械の動作・非動作区間を推定し、異常判定部は、前記推定された動作・非動作区間と、前記動作区間情報に示される実際の動作・非動作区間との乖離度に基づいて、対象機械の異常音検知対象の入力信号の正常、異常を判定する。 (1) An abnormal sound detection system comprising an operating section detection subsystem that estimates the operating/non-operating sections of a target machine in response to input of a normal sound signal from the target machine using the learning results of a set of pairs of the target machine's normal sound signal and operating section information indicating the target machine's actual operating/non-operating sections, and an abnormality judgment unit that judges whether the input signal of the target machine's abnormal sound detection target is normal or abnormal. When receiving the input signal of the target machine's abnormal sound detection target and operating section information indicating the target machine's actual operating/non-operating sections corresponding to the input signal, the operating section detection subsystem estimates the operating/non-operating sections of the target machine from the input signal of the abnormal sound detection target using the learning results, and the abnormality judgment unit judges whether the input signal of the target machine's abnormal sound detection target is normal or abnormal based on the degree of deviation between the estimated operating/non-operating sections and the actual operating/non-operating sections indicated in the operating section information.
これによって、背景雑音が入力音に混合される場合においても、背景雑音の影響を抑え、高精度に異常音検知することが可能となる。 This makes it possible to suppress the influence of background noise and detect abnormal sounds with high accuracy, even when background noise is mixed with the input sound.
(2)上記(1)の異常音検知システムにおいて、学習結果は、対象機械の正常音信号からの特徴量の生成に用いる特徴量埋め込みパラメタと、抽出された特徴量からの対象機械の動作または非動作の推定に用いる動作・非動作推定パラメータとを含み、動作区間検出サブシステムは、特徴量埋め込みパラメータと、前記動作・非動産推定パラメータを用いて、対象機械の正常音信号または異常音検知対象の入力信号から対象機械の動作、非動作の推定を行う。 (2) In the abnormal sound detection system described in (1) above, the learning results include feature embedding parameters used to generate features from the normal sound signal of the target machine and operation/non-operation estimation parameters used to estimate the operation or non-operation of the target machine from the extracted features, and the operation section detection subsystem uses the feature embedding parameters and the operation/non-operation estimation parameters to estimate the operation or non-operation of the target machine from the normal sound signal of the target machine or the input signal of the abnormal sound detection target.
(3)上記(2)の異常音検知システムにおいて、学習結果に含まれる特徴量埋め込みパラメータを用いて生成された対象機械の正常音信号の中間特徴量を学習した学習結果に基づき、特徴量埋め込みパラメータを用いて生成された対象機械の異常音検知対象の入力信号の中間特徴量の正常音信号の中間特徴量の分布に対する異常度を算出する外れ値検知部をさらに備え、異常判定部は、算出された外れ値に基づいて、対象機械の異常音検知対象の入力信号の正常、異常を判定する。 (3) The abnormal sound detection system of (2) above further comprises an outlier detection unit that calculates the degree of abnormality of the intermediate features of the input signal of the abnormal sound detection target of the target machine, generated using the feature embedding parameters, relative to the distribution of intermediate features of the normal sound signal, based on the learning results obtained by learning the intermediate features of the normal sound signal of the target machine, generated using the feature embedding parameters included in the learning results, and the abnormality determination unit determines whether the input signal of the abnormal sound detection target of the target machine is normal or abnormal based on the calculated outlier.
これによって、異常音検知対象の入力信号と対応する動作区間情報が取得できない場合でも、背景雑音の影響を抑え、高精度に異常音検知することが可能となる。 This makes it possible to suppress the influence of background noise and detect abnormal sounds with high accuracy, even when it is not possible to obtain the input signal for which abnormal sounds are to be detected and the corresponding operating section information.
(4)上記(1)の異常音検知システムにおいて、対象機械の正常音信号には、対象機械の正常動作音と、背景雑音が含まれ、学習結果は、正常音信号もしくは異常音検知対象の入力信号のうち、対象機械の正常動作音と対応する周波数帯から動作・非動作区間を推定するよう誘導するものである。 (4) In the abnormal sound detection system described in (1) above, the normal sound signal of the target machine includes the normal operating sound of the target machine and background noise, and the learning result guides the system to estimate the operating/non-operating section from the frequency band corresponding to the normal operating sound of the target machine among the normal sound signal or the input signal of the abnormal sound detection target.
これによって、背景雑音が正常動作音と無関係な周波数に発生する場合であっても、正常音に対して低い異常度を出力し、異常音に対して高い異常度を出力する、異常音検知システム及び方法を提供するものである。 This provides an abnormal sound detection system and method that outputs a low level of abnormality for normal sounds and a high level of abnormality for abnormal sounds, even when background noise occurs at a frequency unrelated to normal operation sounds.
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。上記の実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明したすべての構成を備えるものに限定されるものではない。本発明の目的を達成する範囲内で、実施形態の構成や処理方法は適宜変更することが可能である。 The present invention is not limited to the above-described examples, and includes various modifications. The above examples have been described in detail to clearly explain the present invention, and are not necessarily limited to those that include all of the described configurations. The configurations and processing methods of the embodiments can be modified as appropriate within the scope of achieving the objectives of the present invention.
また、本発明の各構成要素は、任意に取捨選択することができ、取捨選択した構成を具備する発明も本発明に含まれる。さらに特許請求の範囲に記載された構成は、特許請求の範囲で明示している組合せ以外にも組み合わせることができる。 Furthermore, each component of the present invention can be selected arbitrarily, and inventions incorporating selected configurations are also included in the present invention. Furthermore, the configurations described in the claims can be combined in combinations other than those explicitly stated in the claims.
1・・・訓練用データセットDB
2・・・特徴量埋め込みパラメタDB
3・・・動作・非動作推定パラメタDB
4・・・外れ値検知パラメタDB
10・・・特徴量埋め込み部
11・・・動作・非動作推定部
12・・・時間周波数特徴量生成部
13・・・動作ラベル生成部
14・・・学習部
15・・・動作区間学習部
16・・・外れ値検知部
17・・・外れ値学習部
18・・・利用周波数待機算出部
20・・・特徴量埋め込み部
21・・・動作非動作推定部
22・・・時間周波数特徴量生成部
23・・・動作ラベル生成部
24・・・異常度計算部
25・・・異常判定部
26・・・外れ値検知部
100・・・正常音信号の時間波形
110・・・正常音信号の時間周波数特徴量
120・・・中間特徴量
130・・・動作・非動作推定部
140・・・モデルパラメタ
150・・・正則化項
160・・・利用周波数帯域
200・・・動作区間情報
210・・・動作ラベル
300・・・異常音検知対象信号の時間波形
310・・・信号の時間周波数領域特徴量
320・・・中間特徴量
330・・・動作ラベルの推定値
340・・・異常度
400・・・動作区間情報
410・・・動作ラベル
500・・・正常/異常
1000,1000A,1000B,1000C・・・学習サブシステム
1100・・・動作区間検出サブシステム
2000・・・異常音検知サブシステム
2100・・・動作区間検出サブシステム
H1・・・異常検知システム
H2・・・計算機
H3・・・主記憶装置
H4・・・副記憶装置
H5・・・プロセッサ
H6・・・接続インターフェーズ
H7・・・マイク
S301・・・学習終了条件確認ステップ
S302・・・時間周波数特徴量生成ステップ
S303・・・動作ラベル生成ステップ
S304・・・特徴量埋め込みステップ
S305・・・動作・非動作推定ステップ
S306・・・特徴量埋め込み部および動作・非動作推定部のパラメタ更新ステップ
S307・・・特徴量埋め込み部および動作・非動作推定部のパラメタをDBに保存するステップ
S501・・・時間周波数特徴量生成ステップ
S502・・・動作ラベル生成ステップ
S503・・・特徴量埋め込みステップ
S504・・・動作・非動作推定ステップ
S505・・・異常度計算ステップ
S506・・・異常判定ステップ
S901・・・学習終了条件確認ステップ
S902・・・時間周波数特徴量生成ステップ
S903・・・動作ラベル生成ステップ
S904・・・特徴量埋め込みステップ
S905・・・動作・非動作推定ステップ
S906・・・特徴量埋め込み部および動作・非動作推定部のパラメタ更新ステップ
S907・・・学習終了条件確認ステップ
S908・・・時間周波数特徴量生成ステップ
S909・・・特徴量埋め込みステップ
S910・・・外れ値検知部のパラメタ更新ステップ
S911・・・特徴量埋め込み部および動作・非動作推定部のパラメタをDBに保存するステップ
S1101・・・時間周波数特徴量生成ステップ
S1102・・・特徴量埋め込みステップ
S1103・・・異常度計算ステップ
S1104・・・異常判定ステップ
S1401・・・学習終了条件確認ステップ
S1402・・・時間周波数特徴量生成ステップ
S1403・・・動作ラベル生成ステップ
S1404・・・特徴量埋め込みステップ
S1405・・・動作・非動作推定ステップ
S1406・・・利用周波数帯域計算ステップ
S1407・・・特徴量埋め込み部および動作・非動作推定部のパラメタ更新ステップ
S1408・・・特徴量埋め込み部および動作・非動作推定部のパラメタをDBに保存するステップ
1...Training dataset DB
2...Feature embedding parameter DB
3...Movement/non-movement estimation parameter DB
4...Outlier detection parameter DB
10... feature embedding unit 11... action/non-action estimation unit 12... time frequency feature generation unit 13... action label generation unit 14... learning unit 15... action interval learning unit 16... outlier detection unit 17... outlier learning unit 18... usage frequency standby calculation unit 20... feature embedding unit 21... action/non-action estimation unit 22... time frequency feature generation unit 23... action label generation unit 24... abnormality calculation unit 25... abnormality determination unit 26... outlier detection unit 100... time waveform of normal sound signal 110... time frequency feature of normal sound signal 120... intermediate feature 130... action/non-action Estimation unit 140...model parameters 150...regularization term 160...used frequency band 200...action interval information 210...action label 300...time waveform 310 of abnormal sound detection target signal...signal time-frequency domain feature 320...intermediate feature 330...action label estimate 340...abnormality degree 400...action interval information 410...action label 500...normal/abnormal 1000, 1000A, 1000B, 1000C...learning subsystem 1100...action interval detection subsystem 2000...abnormal sound detection subsystem 2100...action interval detection subsystem
H1: Anomaly detection system H2: Computer H3: Main memory device H4: Sub-memory device H5: Processor H6: Connection interface H7: Microphone
S301: Step of confirming the condition for terminating learning S302: Step of generating time-frequency features S303: Step of generating action labels S304: Step of embedding features S305: Step of estimating action/non-action S306: Step of updating parameters of the feature embedding unit and the action/non-action estimating unit S307: Step of saving parameters of the feature embedding unit and the action/non-action estimating unit in DB S501: Step of generating time-frequency features S502: Step of generating action labels S503: Step of embedding features S504: Step of estimating action/non-action S505: Step of calculating the degree of anomaly S506: Step of determining anomaly S901: Step of confirming the condition for terminating learning S902: Time frequency feature generation step S903...action label generation step S904...feature embedding step S905...action/non-action estimation step S906...parameter update step of feature embedding unit and action/non-action estimation unit S907...learning end condition confirmation step S908...time frequency feature generation step S909...feature embedding step S910...parameter update step of outlier detection unit S911...step of saving parameters of feature embedding unit and action/non-action estimation unit in DB S1101...time frequency feature generation step S1102...feature embedding step S1103...anomaly degree calculation step S1104...anomaly determination step
S1401: Step of checking learning termination conditions S1402: Step of generating time-frequency features S1403: Step of generating action labels S1404: Step of embedding features S1405: Step of estimating action/non-action S1406: Step of calculating frequency band to be used S1407: Step of updating parameters of the feature embedding unit and the action/non-action estimating unit S1408: Step of saving parameters of the feature embedding unit and the action/non-action estimating unit in DB
Claims (4)
前記対象機械の異常音検知対象の入力信号と、当該入力信号と対応する前記対象機械の実際の動作、非動作区間を示す前記動作区間情報を受けた場合、
前記動作区間検出サブシステムは、前記異常音検知対象の入力信号から前記学習結果を用いて前記対象機械の動作、非動作区間を推定し、
前記異常判定部は、前記推定された動作、非動作区間と、前記動作区間情報に示される実際の動作、非動作区間との乖離度に基づいて、前記対象機械の異常音検知対象の入力信号の正常、異常を判定する、
異常音検知システム。 An abnormal sound detection system comprising: an operating section detection subsystem that estimates an operating section and a non-operating section of a target machine in response to an input of a normal sound signal of the target machine, using a learning result obtained by learning a set of pairs of normal sound signals of the target machine and operating section information indicating the actual operating and non-operating sections of the target machine; and an abnormality determination unit that determines whether an input signal of an abnormal sound detection target of the target machine is normal or abnormal,
When receiving an input signal of the target machine that is the target of abnormal sound detection and the operating section information that indicates the actual operating and non-operating sections of the target machine that correspond to the input signal,
the operating section detection subsystem estimates operating and non-operating sections of the target machine from the input signal of the abnormal sound detection target using the learning result,
the abnormality determination unit determines whether an input signal of an abnormal sound detection target of the target machine is normal or abnormal based on a degree of deviation between the estimated operating and non-operating sections and the actual operating and non-operating sections indicated in the operating section information.
Abnormal sound detection system.
前記学習結果は、前記対象機械の正常音信号からの特徴量の生成に用いる特徴量埋め込みパラメータと、前記特徴量からの前記対象機械の動作、非動作の推定に用いる動作、非動作推定パラメータを含み、
前記動作区間検出サブシステムは、前記特徴量埋め込みパラメータと、前記動作・非動作推定パラメータを用いて、前記対象機械の正常音信号または異常音検知対象の入力信号から前記対象機械の動作、非動作の推定を行う
異常音検知システム。 The abnormal sound detection system according to claim 1,
the learning result includes a feature embedding parameter used to generate a feature from a normal sound signal of the target machine, and an action/non-action estimation parameter used to estimate an action/non-action of the target machine from the feature,
The operation section detection subsystem is an abnormal sound detection system that uses the feature embedding parameters and the operation/non-operation estimation parameters to estimate whether the target machine is in operation or non-operation from a normal sound signal of the target machine or an input signal of an abnormal sound detection target.
前記対象機械の異常音検知対象の入力信号と、当該入力信号と対応する前記対象機械の実際の動作、非動作区間を示す前記動作区間情報を受けた場合、
前記異常音検知対象の入力信号から前記学習結果を用いて前記対象機械の動作、非動作区間を推定し、
前記推定された動作、非動作区間と、前記動作区間情報に示される実際の動作、非動作区間との乖離度に基づいて、前記対象機械の異常音検知対象の入力信号の正常、異常を判定する、
異常音検知方法。 An abnormal sound detection method using an abnormal sound detection system that uses a learning result obtained by learning a set of pairs of normal sound signals of a target machine and operation section information indicating the actual operation and non-operation sections of the target machine to estimate operation and non-operation sections of the target machine in response to an input of a normal sound signal of the target machine, and determines whether an input signal of an abnormal sound detection target of the target machine is normal or abnormal,
When receiving an input signal of the target machine that is the target of abnormal sound detection and the operating section information that indicates the actual operating and non-operating sections of the target machine that correspond to the input signal,
estimating an operating section and an inoperating section of the target machine from the input signal of the abnormal sound detection target using the learning result;
determining whether an input signal of an abnormal sound detection target of the target machine is normal or abnormal based on the degree of deviation between the estimated operating and non-operating sections and the actual operating and non-operating sections indicated in the operating section information;
Abnormal sound detection method.
前記学習結果は、前記対象機械の正常音信号からの特徴量の生成に用いる特徴量埋め込みパラメータと、前記特徴量からの前記対象機械の動作、非動作の推定に用いる動作、非動作推定パラメータを含み、
前記特徴量埋め込みパラメータと、前記動作・非動作推定パラメータを用いて、前記対象機械の正常音信号または異常音検知対象の入力信号から前記対象機械の動作、非動作の推定を行う
異常音検知方法。 The abnormal sound detection method according to claim 3 ,
the learning result includes a feature embedding parameter used to generate a feature from a normal sound signal of the target machine, and an action/non-action estimation parameter used to estimate an action/non-action of the target machine from the feature,
An abnormal sound detection method that uses the feature embedding parameters and the operation/non-operation estimation parameters to estimate whether the target machine is in operation or not from a normal sound signal of the target machine or an input signal of an abnormal sound detection target.
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