CN107516516B - 基于语音交互的仪器智能控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于人机交互技术领域，提供了一种基于语音交互的仪器智能控制方法及系统。该方法对仪器使用者的语音信息进行识别，获取语音识别结果；根据语音识别的结果、预建立的仪器知识库、预设定的交互逻辑、仪器状态和用户个性化偏好进行推测，确定控制意图；根据控制意图和预建立的设备数据库，自动编排达到控制意图所需的仪器控制命令，实现仪器的智能控制交互。本发明采用上述基于语音交互的仪器智能控制方法，能够让使用者更加高效、智能地对仪器进行控制，对输出结果进行智能管理，拓宽仪器适用范围，避免硬件升级成本。

Description

基于语音交互的仪器智能控制方法及系统

技术领域

本发明涉及人机交互技术领域，具体涉及一种基于语音交互的仪器智能控制方法及系统。

背景技术

在当前的仪器仪表市场上，制造商更加专注于仪器仪表性能上的竞争。随着智能设备的普及，对于越来越多的用户来说，人们的注意力已经转移到易用性、交互体验和操作效率等问题。在进行复杂工程实验的过程中，工程人员最为沮丧的是“没有足够多的手”来进行设备操作和花费大量时间阅读、查询冗长的设备手册。

随着仪器智能化程度的普及和提高，语音识别技术逐渐成熟，使用语音来完成测量仪器的控制操作已成现实，例如，Keysight公司的6000X系列示波器。语音控制仪器有着其实用的意义。比如：当人们在用示波器测量时，两只操作手都被占用，需要调整仪器的测量设置，通过语音控制的方式，就可以有效地解决上述问题。

当前具备语音控制能力的仪器设备非常稀少，且都依赖于特定厂商的具备语言控制能力的特定型号仪器；对绝大多数现有仪器而言，在不升级硬件的前提下，都无法支持语音控制。

同时，就电子测量仪器设备而言，虽然，物理面板的旋钮、按键，或者鼠标的点击操作，均能够接收用户的控制指令，但是，上述方式的自动化程度较低，需要工程人员在实验过程中进行手动操作。采用编程方式，通过SCPI指令可实现自动化的控制操作。但是，由于SCPI命令需要用户查阅仪器控制手册，编写程序来完成控制，灵活性较差，对于仪器设置相对固定的生产环境，具有一定的适应性；对于需要经常调整仪器设置的实验室环境而言，适应性较差，无法满足实际应用的需求。

如何更加高效地通过语音提高仪器使用者的操作效率，更加智能地完成对仪器的控制，对输出结果的智能管理，拓宽现有仪器的适用范围，避免硬件升级成本，是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

针对现有仪器使用中的问题，本发明提供了一种基于语音交互的仪器智能控制方法及系统，能够更加高效、智能地实现仪器的语音控制，对输出结果的智能管理，拓宽适用范围，避免硬件升级成本。

第一方面，本发明提供一种基于语音交互的仪器智能控制方法，该方法包括：对仪器使用者的语音信息进行识别，获取语音识别结果；

根据语音识别结果、预建立的仪器知识库、预设定的交互逻辑、仪器状态和用户个性化偏好进行推测，确定控制意图；

根据控制意图和预建立的设备数据库，编排达到控制意图所需的仪器控制命令，实现仪器的智能控制交互。

进一步地，根据语音识别结果、预建立的仪器知识库、预设定的交互逻辑、仪器状态和用户个性化偏好进行推测，确定控制意图，具体包括：

根据用户个性化偏好，对语音信息识别，进行语义分析，获取与仪器控制意图相关的关键概念及关键概念的关系；

将仪器控制意图相关的关键概念及关键概念的关系在仪器知识库中进行检索匹配：

若匹配成功，则根据匹配结果、预设定的交互逻辑、仪器状态及用户个性化偏好，确定控制意图。

进一步地，将关键概念及关键概念的关系在仪器知识库中进行检索匹配，若匹配失败，则根据匹配失败的关键概念及预设定的交互逻辑，合成征询语句。

进一步地，根据控制意图和预建立的设备数据库，编排达到控制意图所需的仪器控制命令，具体包括：根据控制意图，确定仪器应用场景；

根据确定的仪器应用场景或预设定的仪器应用场景，查询设备数据库，获得仪器的参数、控制指令方法格式，编排达到控制意图所需的仪器控制命令。

第二方面，本发明提供一种基于语音交互的仪器智能控制系统，该系统包括语音识别模块、控制意图推测模块和控制执行模块，语音识别模块用于对仪器使用者的语音信息进行识别，获取语音识别结果；控制意图推测模块用于根据语音识别结果、预建立的仪器知识库、预设定的交互逻辑、仪器状态和用户个性化偏好进行推测，确定控制意图；控制执行模块用于根据控制意图和预建立的设备数据库，编排达到控制意图所需的仪器控制命令，实现仪器的智能控制交互。

由上述技术方案可知，本实施例提供的基于语音交互的仪器智能控制方法及系统，能够对获取的语音信息进行识别，确定控制意图，并编排达到控制意图所需的仪器控制命令，以准确、高效地对仪器进行智能化控制，即使工程人员的操作手被占用，也能够对仪器完成实时交互控制，实现智能化管理，有助于拓宽通用可编程仪器的控制方法；特别地，对于潜在危险的操作环境下，如高压电子设备测量，工程人员也能够对测量仪器进行灵活控制，保证操作人员的安全性。该方法及系统，以软件形式运行于通用计算机或手持计算设备上，使得用户无需额外购买具备语音识别功能的仪器仪表，不依赖于特定厂商的特定仪表，只需设备有公开的资料及控制手册，支持可编程控制方式，即可实现现有仪器设备的智能化语音控制，提升用户的使用体验和仪器操作效率，避免仪器更换成本。

因此，本实施例基于语音交互的仪器智能控制方法及系统，能够更加高效、智能地实现仪器的语音控制，对输出结果的智能管理，拓宽适用范围，大幅提升了仪器的智能化水准。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1示出了本发明所提供的一种基于语音交互的仪器智能控制方法的方法流程图；

图2示出了本发明所提供的另一种基于语音交互的仪器智能控制方法的信息交互示意图；

图3示出了本发明所提供的一种初始化的方法流程图；

图4示出了本发明所提供的一种智能语音识别的方法流程图；

图5示出了本发明所提供的一种基于语音交互的仪器智能控制系统的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只是作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。

需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。

第一方面，结合图1或图2，本发明实施例所提供的一种基于语音交互的仪器智能控制方法，该方法适用于可编程仪器，具体实现过程如下：

步骤S1，对仪器使用者的语音信息进行识别，获取语音识别结果。其中，语音信息可以是用户的自然语言或者语言指令。

步骤S2，根据语音识别结果、预建立的仪器知识库、预设定的交互逻辑、仪器状态和用户个性化偏好进行推测，确定控制意图。

步骤S3，根据控制意图和预建立的设备数据库，编排达到控制意图所需的仪器控制命令，实现仪器的智能控制交互，并且对具备通用可编程能力的仪器进行控制。

在实际应用过程中，本实施例基于语音交互的仪器智能控制系统可运行于计算机、智能手机或平板电脑等，或仪器自身的通用操作系统，例如，安装有Windows系统的仪器。计算机、智能手机或平板电脑能够通过一定的通信通道，实现对仪器的控制、状态查询及结果读取，通信通道包括但不限于IEEE-488/GPIB总线、有线/无线局域网络、USB、串口等。

由上述技术方案可知，本实施例提供的基于语音交互的仪器智能控制方法，能够对获取的语音信息进行识别，确定控制意图，并编排达到控制意图所需的仪器控制命令，以准确、高效地对仪器进行智能控制，即使工程人员的操作手被占用，也能够对设备完成实时交互控制，实现智能化管理，有助于拓宽通用可编程仪器的控制范围。特别对于潜在危险的操作环境下，如高压电子设备测量，工程人员能够在保证安全的前提下，对仪器进行控制。该方法及系统使得用户无需额外购买具备语音识别功能的仪器仪表，不依赖于特定厂商的特定仪表，只需设备有公开的资料及控制手册，支持可编程控制方式，即可实现现有仪器设备的智能化语音控制，提升用户的使用体验和仪器操作效率。

因此，本实施例基于语音交互的仪器智能控制方法，能够更加高效、智能地实现通用可编程仪器的语音控制，对输出结果的智能管理，拓宽适用范围，提升操作效率和使用体验。

为了进一步提高本实施例基于语音交互的仪器智能控制方法的准确性，具体地，在语音识别时，结合图4，该方法的具体实现过程如下：

检验仪器使用者的声音信号是否合理，并将检验合理的声音信号设置为语音信号，采用语音信号处理算法对获取的语音信息进行识别及特征提取，获取特征参数，如声纹特征数据，以保留能够反映语音本质特征的信息。根据声学模型、词典及语音识别模型，获取语音识别结果，如文字序列，为判断清晰、完整的控制意图，提供有效的信息支持。

具体地，在确定控制意图时，结合图2或图4，该方法的具体实现过程如下：

根据用户个性化偏好，对语音信息识别，进行语义分析，获取与仪器控制意图相关的关键概念及关键概念的关系，即通过自然语言处理技术将所识别的结果切分为语句、词语，提取概念关键字/词，获取概念关键字/词间的关系、出现的频率及前后关系等。

将与仪器控制意图相关的关键概念及关键概念的关系在仪器知识库中使用自然语言理解技术进行语义匹配：若匹配成功，则根据匹配结果、预设定的交互逻辑和仪器状态及用户个性化偏好，确定控制意图。在此，该方法能够通过解析出的概念信息及其关系，进行语义匹配，以便确定用户的控制意图准确、可靠，且生成的控制意图清晰、完整，有助于确保该方法运行的稳定性和可靠性。

若匹配失败，则根据匹配失败的关键概念和预设定的交互逻辑，合成征询语句，即存在识别歧义或识别困难的交互情景时，对匹配失败概念获取其待征询信息。生成的征询语句，通过显示屏展示，或通过扬声器进行播放符合人类听觉的语音信号，与用户进行交互确认。在此，若本实施例基于语音交互的仪器智能控制方法无法可靠地判断控制意图，则生成待征询信息，向用户进一步发出信息征询，以便于根据用户所回答的信息，再次进行控制意图的识别与获取，提高人机交互的智能化程度，确保该方法能稳定、有效地运行，有助于提高用户体验。

在控制命令的编排方面，在编排达到控制意图所需的仪器控制命令时，该方法的具体实现过程如下：

根据控制意图，确定仪器应用场景，例如：仪器的应用模式及控制目的。

根据确定的仪器应用场景或预设定的仪器应用场景，查询设备数据库中对应的仪器设置参数、控制方法及控制命令格式，编排达到控制意图所需的仪器控制命令。其中，对于用户的控制意图，其往往并不是对单一仪器设置参数的设定，而是对应特定应用场景中的众多参数的组合进行控制。例如：使用示波器对某一特定突发信号的抓取，需要对触发门限和触发方式设定，并对数据采集的深度做设定。因此，对于这些复杂的控制意图，往往需要以应用场景为单位去进行判断。应用场景可以是用户提前定义的，也可以是根据厂商提供的应用手册分析得到。当然，对仪器某一特定设置的修改，如修改万用表测量的电压范围设置，属于最简单的应用场景。应用场景和控制意图相对应。对于特定的应用场景，可以拆解为若干控制命令的有序组合。在应用场景设定后，根据用户的意图和设备参数属性，选择合适的控制命令和命令参数；对于通用可编程仪器，控制命令包括但不限于SCPI命令。应用场景可以是根据关键概念、概念间的关系、概念出现的频率及前后关系所确定的特定概念组合，并且，某些特定的关键概念能够对应仪器设置项目及参数范围等信息。例如，当用户操作示波器时，陈述“需要同时测量通道1和通道2的信号”的时候，根据双通道测量的内在联系，必然涉及“同步触发”这个概念，与之对应的是“多通道信号采集”的应用场景，该方法必然会进一步征询相关概念的用户控制意图，如前例中根据所操作示波器支持的触发能力，询问是否为“单次触发”等信息。在此，该方法能够结合具体的应用场景，如特定仪器设置参数的取值范围，控制指令的格式，编排合理的控制指令，有助于提高对设备控制效率和控制合理性。

为了进一步提高本实施例基于语音交互的仪器智能控制方法的智能化管理程度，具体地，在编排达到控制意图所需的仪器控制命令之后，该方法还包括：

根据编排后的控制指令，对仪器进行自动化控制。或获取仪器的状态及输出结果；将仪器的状态及输出结果进行合理地显示；或根据仪器应用场景，将输出结果进行分析计算或分类存储。在此，该方法能够将获取的输出结果进行显示，以便于工程人员能够实时掌握仪器运行状况，同时，还能够将输出结果进行分类保存，以便于后续对输出结果进行查询、分析等。

为了进一步提高本实施例基于语音交互的仪器智能控制方法的处理效率，具体地，结合图3，在构建仪器知识库和设备数据库时，该方法的具体实现过程如下：

尝试与目标待控制设备建立通信连接，当通信连接建立后，获取仪器的设备信息，如会尝试查询设备的生产厂商、型号及软件版本信息。如果不能获得合理的查询结果，重新搜索通信链路上可用的仪器。如果可以获得合理的查询结果，即获取仪器的设备信息，如生产厂家、设备型号、软件版本或设备性能信息。根据仪器的设备信息，进行检索，如通过互联网进行检索或由相应的厂商提供，获取与设备信息关联的原始信息，如设备的数据手册、控制手册、帮助手册、应用手册等。根据设备信息和与设备信息关联的原始信息，构建仪器知识库和设备数据库，即对设备信息和与设备信息关联的原始信息，使用文本挖掘及自然语言处理等技术，进行解析，获取概念图谱信息和设备属性信息。其中，概念图谱信息可以是关键概念、知识，以及关键概念之间的关系，例如，对于万用表，“电压”，“电流”，“电阻”将必然出现在仪器知识库中，“电压”和“直流”间也存在明确概念关联。更进一步，对于符合SCPI命令规范的可编程仪器，其控制消息、响应消息、状态报告结构和数据格式的使用，只与仪器测试功能及其性能、精度有关，而与仪器硬件组成、制造厂家、通信物理连接硬件环境和测试程序编制环境等无关。这就意味着，同种类的仪器设备，其具备相同的概念抽象，即在仪器知识库中具有相同概念模型。根据所获取的概念图谱信息，便可构建仪器知识库。

根据特定型号设备的属性信息，构建设备数据库，是该方法及系统的初始化部分，便于提供智能化的语音控制服务。不同厂家的仪器，相同的测试功能，会存在不同的控制命令格式及取值范围。在实际使用中，设备数据库主要用于判定应用场景的合理性，以及编排针对被控设备的具体控制命令及其参数。其中，仪器知识库包含的各种知识概念模型与设备数据库进行关联，知识概念模型可以是电压、电流、频率、功率、信号调制格式等。设备数据库存储的信息可以是设备能力信息、控制指令、参数范围、设备状态等，如设备型号、设备版本号、仪器控制指令说明、电压、电阻测量档位、设备测量的电压范围、SCPI编程语法格式，第三方提供的设备控制例程、当前处于交流电压测试状态、当前测量的结果超过量程等种种与当前设备控制、操作相关的信息。在此，该方法通过对仪器的设备信息和与之相关的原始信息进行解析，建立仪器知识库和设备数据库，有助于准确、可靠地判断控制意图和生成控制指令，能辅助用户更加高效的进行复杂的仪器控制，避免操作错误及相关仪器设置的遗漏，提高用户体验。

第二方面，本发明实施例提供一种基于语音交互的仪器智能控制系统，结合图5，该系统包括语音识别模块1、控制意图推测模块2和控制执行模块3，语音识别模块1用于对仪器使用者的语音信息进行识别，获取语音识别结果。控制意图推测模块2用于根据语音识别结果、预建立的仪器知识库、预设定的交互逻辑、仪器状态和用户个性化偏好进行推测，确定控制意图。控制执行模块3用于根据控制意图和预建立的设备数据库，编排达到控制意图所需的仪器控制命令，实现仪器的智能控制交互。

由上述技术方案可知，本实施例提供的基于语音交互的仪器智能控制系统，能够对仪器使用者的语音信息进行识别，确定控制意图，并编排达到控制意图所需的仪器控制命令，以准确、高效地对仪器进行控制，即使工程人员的操作手被占用，也能够对仪器完成实时交互控制，实现智能化管理，有助于拓宽通用可编程仪器的控制范围；特别地，对于潜在危险的操作环境下，如高压电子设备测量，工程人员也能够对仪器进行控制，提升用户的使用体验和仪器操作效率。

本实施例基于语音交互的仪器智能控制系统，能够更加高效、智能地实现测量仪器的语音控制，对测量结果的智能管理，拓宽适用范围，使得用户无需额外购买具备语音识别功能的仪器仪表，不依赖于特定厂商的特定仪表，只需设备有公开的资料及控制手册，支持可编程控制方式，即可实现现有仪器设备的智能化语音控制，提升用户的使用体验和仪器操作效率。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

需要说明的是，附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的服务器、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的服务器来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

本发明实施例所提供的配置装置可以是计算机程序产品，包括存储了程序代码的计算机可读存储介质，所述程序代码包括的指令可用于执行前面方法实施例中所述的方法，具体实现可参见方法实施例，在此不再赘述。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的服务器、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的服务器、装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个服务器，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以发布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各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，或者对其中部分或者全部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范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (3)

1.一种基于语音交互的仪器智能控制方法，其特征在于，包括：

对仪器使用者的语音信息进行识别，获取语音识别结果；

根据所述语音识别结果进行语义分析，获取与仪器控制意图相关的关键概念及关键概念的关系；将关键概念及关键概念的关系在预建立的仪器知识库中进行匹配，根据匹配结果、预设定的交互逻辑、仪器状态和用户个性化偏好进行推测，确定控制意图；

所述仪器知识库包含的各种知识概念模型与设备数据库关联；

根据所推测的控制意图确定仪器应用场景；根据所述仪器应用场景或预设定的仪器应用场景在预建立的设备数据库中查询，根据查询结果编排达到控制意图所需的仪器控制命令，实现仪器的智能控制交互。

2.根据权利要求1所述基于语音交互的仪器智能控制方法，其特征在于，将所述关键概念及关键概念的关系在所述仪器知识库中进行检索匹配，若匹配失败，则根据匹配失败的关键概念及预设定的交互逻辑，合成征询语句。

3.一种基于语音交互的仪器智能控制系统，其特征在于，包括：

语音识别模块，用于对仪器使用者的语音信息进行识别，获取语音识别结果；

控制意图推测模块，用于根据所述语音识别结果进行语义分析，获取与仪器控制意图相关的关键概念及关键概念的关系；将关键概念及关键概念的关系在预建立的仪器知识库中进行匹配，根据匹配结果、预设定的交互逻辑、仪器状态和用户个性化偏好进行推测，确定控制意图；

控制执行模块，用于根据所推测的控制意图确定仪器应用场景；根据所述仪器应用场景或预设定的仪器应用场景在预建立的设备数据库中查询，根据查询结果编排达到控制意图所需的仪器控制命令，实现仪器的智能控制交互。