CN112379178B - 存在延时的两种波形相似度判断方法、系统及存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明的一种存在延时的两种波形相似度判断方法、系统及存储介质，可用于判断两组方波波形的相似度，用于相变关系判定设备中判定分机产生周期性方波电流信号与主机中哪一路测量的电流信号相同。包括以下步骤：设置采样电路进行信号一和信号二采样；分别将采样后信号中的直流分量去掉；对两种波形进行相位检测；对两种波形进行相位同步；计算两种波形相似度。本发明的存在延时的两种波形相似度判断方法，采用移位相乘判断两个信号的延时时间；根据延迟时间修正两个信号的采样数据，来消除两条波形的延迟；采用相同点采样值相减算法，来判断两个信号的相似度。

Description

存在延时的两种波形相似度判断方法、系统及存储介质

技术领域

本发明涉及相变关系判定设备技术领域，具体涉及一种存在延时的两种波形相似度判断方法、系统及存储介质。

背景技术

在台区及线路识别设备中，需要比对两个(连续)测量周期电流波形(举例：0-ts接入约5A电流，t-2ts接入约10A电流，2t-4ts断开所有电流，如此周期循环。)并给出主机波形与分机波形的相似度。如下图1中的例子：

达到上述目标，存在以下技术问题：

①主机与分机测量的电流不一样，主机为I_主＝I_分+I_用户，而分机电流只为I_分，两者的电流幅度本来就存在差异；

②I_用户电流会随着用户用电负荷的接入/断开而随机变化，即为I_用户非周期性变化；

③主机和分机开始测量的时间存在异步，故两者测量的波形在时域存在滞后现象。

本发明可针对存在上述技术问题，解决两种波形相似度。

上述问题目前常用技术有：

1)、有效值检测法

CN101067928：一种测量语音波形相似度的新方法，其特点是：完全基于时域实现，计算量小，抗噪声性好，准确度高；其基本思想是：对一段语音信号x(t)，首先找出两个相邻的过零点t1和t2(且t1＜t2)；在区间[t1，t2]上，用平行于横轴的直线将语音信号x(t)切分成互不重叠的N部分，计算每一部分的面积，然后将这N部分的面积按顺序作成一个N维向量；对另一段语音信号也做类似的处理，得到另一个N维向量；计算两个N维向量的距离就可以得到两个语音波形的相似度。如果两个N维向量的对应分量成比例，则可以判断两个语音波形经放大或缩小后相似(即相对相似)。本发明的语音波形相似度测量方法，不仅能测量语音波形的绝对相似度，而且能够测量语音波形的相对相似度(即语音波形经放大或缩小后的相似度)，可以用于语音信号的基音检测，语音信号的高质量压缩与还原，非线性特征抽取等方面，对语音信号处理有多方面的影响。

上述方法采用有效值检测法，判断两个过零点间的有效值(即面积)，根据面积值是否接近来两者是否相似。

该方法存在的缺陷或不足：仅采用波形有效值一个参数作为判读依据，波形的其他如直流分量、频率、幅度、形状、相位、干扰信息等参数未被引入，判断的准确性比较低。

2)、谐波及欧拉公式分析法

CN110007141：本发明公开了一种基于电压电流谐波相似度的谐振点检测方法，包括以下步骤，步骤一，利用低频载波发送机向变压器低压侧注入幅值相等、频率不同的载波电流信号；步骤二，检测变压器低压侧的电压信号U(t)与电流信号I(t)；步骤三，根据滑动DFT算法，提取出测量信号中的电压电流谐波；步骤四，根据余弦相似度计算公式，计算电压电流谐波波形之间的相似度；步骤五，根据计算得到的电压电流谐波之间的相似度，来确定谐振点。本发明此方法实现简单，只需测量变压器低压侧的电压电流信号，另外，该方法计算量小，测量数据无需上传到主站，可本地进行分析，可以实现对谐振点的实时在线检测。

上述方法采用FFT算法进行频域分析，针对每次谐波进行余弦相似度计算。

存在的缺陷或不足：算法复杂，波形的直流分量、相位、干扰信息等参数未被考虑。

发明内容

本发明提出的一种存在延时的两种波形相似度判断方法，可用于判断两组方波波形的相似度，用于相变关系判定设备中判定分机产生周期性方波电流信号与主机中哪一路测量的电流信号相同。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种存在延时的两种波形相似度判断方法，包括以下步骤：

设置采样电路进行信号一和信号二采样；

分别将采样后信号中的直流分量去掉；

对两种波形进行相位检测；

对两种波形进行相位同步；

计算两种波形相似度。

进一步的，所述分别将采样后信号中的直流分量去掉具体包括：

将采样后的数值进行累加，求出所有采样点的算术平均值，然后将每个采样点数据减去算术平均值，则将信号中的直流分量去掉。

进一步的，所述对两种波形进行相位检测具体包括：

按照以下公式计算Y₁-Y_T

..................................

i₁(n)为信号一的采样信号表示，n对应第n个信号；

i₂(n+1)为信号二的采样信号表示，n对应第n个信号，表示相对于i₁(n)延迟了一个采样点；

T为波形中半个周期时间内采样点的数量；

取Y₁-Y_T中值最小一个，则认为此状态下，两条信号的延时时间差1/2个周期。

进一步的，所述计算两种波形相似度，计算公式如下：

M+1为信号1、信号2评估相似度所采用的采样点数量；n_delay为信号二相对于信号一与实际延迟的采样点数；

比较F1、F2的值，取两者中的最大值作为相似度。

另一方面，本发明还公开一种存在延时的两种波形相似度判断系统，包括以下单元：

信号输入单元，用于设置采样电路进行信号一和信号二采样；

去直流分量单元，用于分别将采样后信号中的直流分量去掉；

相位检测单元，用于对两种波形进行相位检测；

相位同步单元，用于对两种波形进行相位同步；

相似度统计单元，用于计算两种波形相似度。

第三方面，本发明还公开一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行上述方法的步骤。

由上述技术方案可知，本发明的存在延时的两种波形相似度判断方法，采用移位相乘判断两个信号的延时时间；根据延迟时间修正两个信号的采样数据，来消除两条波形的延迟；采用相同点采样值相减算法，来判断两个信号的相似度。

综上所述，本发明具备以下优点：

1)采用较小的处理器存储空间和运算速度就可以判断；

2)除能进行相似度判断外，还能弥补应传输、采样等导致的延迟。

附图说明

图1是背景技术中举例的主机波形与分机波形；

图2是本发明方法的流程图；

图3是本发明实施例形成主机和分机的电流采样曲线数据；

图4是本发明实施例去除直流分量后的波形图；

图5是本发明实施例相位检测示意图；

图6是本发明实施例用于电能表串接排查示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

如图2所示，本实施例所述的存在延时的两种波形相似度判断方法，包括以下步骤：

设置采样电路进行信号一和信号二采样；

分别将采样后信号中的直流分量去掉；

对两种波形进行相位检测；

对两种波形进行相位同步；

计算两种波形相似度。

以下分别具体说明：

1、信号输入

专门电流测量电路(设计电路采样电路)，按时域规约，在一定的间隔(采样频率)采样电流值，形成主机和分机的电流采样曲线数据。如图3所示；

2、去直流分量

将采样后的数值进行累加，求出所有采样点的算术平均值，然后将每个采样点数据减去算术平均值，则将信号中的直流分量去掉。去除直流分量后，波形图如图4所示；

3、相位检测

如图4为进入相位同步的两种波形，两种波形存在一定延迟。按照以下公式计算Y1-YT

..................................

i₁(n)为信号1的采样信号表示，n对应第n个信号。

i₂(n+1)为信号2的采样信号表示，n对应第n个信号，表示相对于i₁(n)延迟了1个采样点。

T为波形中半个周期时间内采样点的数量。

取Y₁-Y_T中值最小一个，则认为此状态下，两条信号的延时时间差1/2个周期。如图5所示；

4、相位同步

由此可以得出信号2相对于信号1与实际延迟了多少个采样点n_delay。可以认为i₁(n)与i₂(n+n_delay)或者i₂(n-n_delay)存在同步关系。

5、相似度统计

计算相似度：

M+1为信号1、信号2评估相似度所采用的采样点数量。

比较F1、F2的值，取两者中的最大值作为相似度。

以下举例说明：

相变关系判定设备中分机按照约定时间开始按照0-1s接入约5A电流，1-2s接入约10A电流，2-4s断开所有电流，循环6个周期，并同步开始以50ms间隔采样接入的电流，共采样480个点。主机的三个电流采样通道，也按照约定时间以50ms间隔采样三个电流采样通道的电流值。

APP读取主机三路的电流采样值和分机的电流采样值。按照上述技术方案中描述的过程，计算出主机每一路的电流采样值与分机的电流采样值的相似度，用于告诉用户，那一路跟分机采样的电流值更接近。

本发明还可以用于电能表串接排查，比如现场接线比较复杂，可能出现两台电能表被串接，如图6。电能表1会同时计量用户1和用户2的电量，导致用户1多缴电费。

则排查方法如下：

将分机放在用户2位置，将主机的第1路电流采样接到电能表1的出线位置，将主机的第2路电流采样接到电能表2的出线位置。如果发现分机采样的电流与主机的第1路、第2路电流采样的相似度达到一定程度，则可以认为电能表1、电能表2出来串接可能。

另一方面，本发明还公开一种存在延时的两种波形相似度判断系统，包括以下单元：

信号输入单元，用于设置采样电路进行信号一和信号二采样；

去直流分量单元，用于分别将采样后信号中的直流分量去掉；

相位检测单元，用于对两种波形进行相位检测；

相位同步单元，用于对两种波形进行相位同步；

相似度统计单元，用于计算两种波形相似度。

第三方面，本发明还公开一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行上述方法的步骤。

可理解的是，本发明实施例提供的系统与本发明实施例提供的方法相对应，相关内容的解释、举例和有益效果可以参考上述方法中的相应部分。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (3)

1.一种存在延时的两种波形相似度判断方法，其特征在于：包括以下步骤：

设置采样电路进行信号一和信号二采样；

分别将采样后信号中的直流分量去掉；

对两种波形进行相位检测；

对两种波形进行相位同步；

计算两种波形相似度；

所述分别将采样后信号中的直流分量去掉具体包括：

将采样后的数值进行累加，求出所有采样点的算术平均值，然后将每个采样点数据减去算术平均值，则将信号中的直流分量去掉；

所述对两种波形进行相位检测具体包括：

按照以下公式计算Y₁，Y₂……Y_T，

..................................

i₁(n)为信号一的采样信号表示，n对应第n个信号；

i₂(n+1)为信号二的采样信号表示，n对应第n个信号，表示相对于i₁(n)延迟了一个采样点；

T为波形中半个周期时间内采样点的数量；

取Y₁，Y₂……Y_T中值最小一个，则认为此状态下，两条信号的延时时间差1/2个周期；由此得出信号二相对于信号一实际延迟了多少个采样点n_delay；

所述计算两种波形相似度，计算公式如下：

M+1为信号一、信号二评估相似度所采用的采样点数量；n_delay为信号二相对于信号一实际延迟的采样点数；

比较F1、F2的值，取两者中的最大值作为相似度。

2.一种存在延时的两种波形相似度判断系统，用于实现权利要求1所述的一种存在延时的两种波形相似度判断方法，其特征在于：包括以下单元：

信号输入单元，用于设置采样电路进行信号一和信号二采样；

去直流分量单元，用于分别将采样后信号中的直流分量去掉；

相位检测单元，用于对两种波形进行相位检测；

相位同步单元，用于对两种波形进行相位同步；

相似度统计单元，用于计算两种波形相似度。

3.一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行如权利要求1所述方法的步骤。

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