简述渠村分洪闸语音控制技术研究

 简述渠村分洪闸语音控制技术研究

秦瑞康,马慧

濮阳黄河河务局渠村分洪闸管理处

摘  要：随着人工智能技术的迅速发展，人工智能语音识别技术也得到了较大的发展,人工智能在电气自动化控制中的应用就是适应了社会经济的发展。人工智能技术的出现，降低了电气化控制中的安全事故，并且能够全面提升系统运行的效率，进而提高了经济效益。本文将通过具体在大型分洪闸控制中的应用,详细介绍人工智能语音控制技术，全面提升闸门的现代化程度。

关键词：人工智能、语音识别、闸门控制系统

一、前沿

语音识别是解决机器“听懂”人类语言的一项技术。作为人工智能研究的主导方向和人机语音通信的关键技术，语音识别技术一直受到各国科学界的广泛关注。如今，随着语音识别技术研究的突破，其对人工智能发展和社会生活的重要性日益凸现出来。以语音识别技术开发出的产品应用领域非常广泛，如声控电话交换、信息网络查询、家庭服务、宾馆服务、医疗服务、银行服务、工业控制、语音通信系统等，几乎深入到社会的每个行业和每个方面。

二、语音识别技术概述

语音识别技术，也被称为自动语音识别Automatic Speech Recognition，(ASR)，其目标是将人类的语音中的词汇内容转换为计算机可读的输入，例如按键、二进制编码或者字符序列。与说话人识别及说话人确认不同，后者尝试识别或确认发出语音的说话人而非其中所包含的词汇内容。语音识别技术的应用包括语音拨号、语音导航、室内设备控制、语音文档检索、简单的听写数据录入等。语音识别技术与其他自然语言处理技术如机器翻译及语音合成技术相结合，可以构建出更加复杂的应用，例如语音到语音的翻译。语音识别技术所涉及的领域包括：信号处理、模式识别、概率论和信息论、发声机理和听觉机理、人工智能等等。

三、工程概况

渠村分洪闸位于河南省濮阳市濮阳县渠村集南2.1km黄河左岸大堤处，相应大堤桩号47+776～48+525。该闸是在黄河发生特大洪水时，向北金堤蓄滞洪区分洪的大型工程，设计最大分洪流量10000m3/s，于1978年建成，号称“亚洲分洪第一闸”。

该闸属1级水工建筑物，系钢筋混凝土灌注桩基础开敞式结构，设计水位66.75m（黄海高程），校核水位68.15m，底板高程为59.0m，共56孔，每孔尺寸12m（净宽）×4.15m（高），总宽度749m，采用预应力钢筋混凝土梁板式闸门，机架桥上布设2×80t固定卷扬式启闭机。从上游铺盖至下游抛石槽总长度209.5m，其中二级消力池、海漫及抛石槽总长度115m。

该闸由黄委会规划设计大队设计，水电部第十一工程局承建，共完成工程土方136万m³，钢筋混凝土12.07万m³，总投资0.81亿元。该闸经过近40年的运行，部分工程年久老化，被安全鉴定为三类闸。为此，国家发改委于2016年3月批准对该闸进行除险加固，恢复该闸正常使用功能。工程主要包括：更换启闭机和闸门（换为钢闸门），启闭机房、机架桥、公路桥及桥头堡拆除重建等，钢筋混凝土9600m³，金属结构2600t，总投资1.21亿元，2017年3月开工，2018年12月完工。

建设单位：河南黄河河务局工程建设中心

运管单位：濮阳黄河河务局渠村分洪闸管理处

设计单位：黄河勘测规划设计有限公司

监理单位：黄河国际工程咨询（河南）有限公司

施工单位：中原大河水利水电工程有限公司

黄河水利委员会黄河机械厂

该闸运行原则：当黄河花园口站发生超过22000m³/s流量洪水，经小浪底、三门峡、陆浑、东平湖等水库调蓄后，仍不能保证艾山站流量低于10000m³/s时，由黄河防总制定分洪方案，报请国家防总同意，由国务院下达命令，才能启用该闸分洪。

四、技术方案

闸门语音控制技术研究与应用项目系统组成：硬件系统由语音控制电路、LED电路、按键电路、电机驱动电路、电源电路组成（系统结构图）。 

闸门语音控制技术采用系统方案可以有两种控制方式：

按键控制和语音控制。按键控制即是使用独立按键对各个模块进行协调控制；语音控制即是输入特定的语音指令，语音识别模块将识别语音指令并进行相关的处理，之后产生特定信号通知单片机进行相应的控制。工作电源为系统提供正常工作所需的电能。

语音控制电路是基于非特定人语音识别芯片LD3320设计：

语音信号直接由语音识别模块采集、识别并处理，识别到特定语音后LD3320将产生相应的信号给微处理器；微处理器根据从LD3320接收到的信号控制，从而实现对系统的控制。

语音控制电路系统特点：

主要是基于LD3320语音识别芯片的控制系统能实现对系统的控制。LD3320语音芯片有自带的语音信号采集与处理功能，这样可以使得系统结构更加简单；LD3320语音识别属于非特定人语音识别芯片，能满足系统功能的要求；系统稳定性更好，语音识别准确度高。

主要技术参数：

运行电压：380V（交流）

模块供电电压：5V（直流）

接口：3.3V

RF：包含305MHz和433MHz两种频段

RF编码：PT2262、杜亚DOOYA(KT320)、力沃LIVOLO

最大词条数量：2000条

语音合成最大长度：单次3500字节

语音识别距离：5米

五、新技术特点

闸门语音控制技术研究与应用项目开发成功，大大提高了工作效率，减轻了工人的劳动强度，提高了安全操作系数，避免了不安全事故发生，提高了分洪闸智能化水平。具有以下创新点：

⑴首次把语音控制引入到闸门操作中，提高闸门智能化水平。原来闸门控制是按键控制，技术普通，人员操作要求较高，通过引入语音智能控制，把原来设备改造成智能化水平较高的现代设备，使闸门智能化水平提升到新高度。

⑵提高了工作效率，减轻了工人的劳动强度。闸门一般原来操作需要两个人才能完成，通过智能改造，一个人即可完成，有效提升人员的工作效率。

⑶提高操作人员安全系数。原闸门操作人员直接在面对操作盘，有可以能发生安全事故，语音技术应用后，操作人员可在安全距离内通过语音控制操作，可以保护操作人员人身安全，减少人身安全事故发生。

⑷为闸门控制提供前沿科学应用研究。在科技高速发展的时代，物联网、人工智能是未来发展方向，闸门智能化发展是必然趋势。

⑸投资少，操作简便，自行设计。自行施工安装，免去了委托他人设计及安装费用，减少了资金投入，压缩了经费开支。

六、经济效益和社会效益

该成果在渠村分洪闸运行后，为分洪闸安全分泄特大洪水运用提供可靠保证，操作减少工作强度，提升闸门现代化程度。项目在分洪闸上完全应用后，将对北金堤滞洪区和黄河下游人民的财产和生命安全产生不可估量社会效益和经济效益。