WO2023087856A1 - 综采面一体式操控台控制系统 - Google Patents

Abstract

一种综采面一体式操控台控制系统（10），包括主控制器（101）、急停直控模块（102）、设备远程控制模块（103）、通讯模块（104）、语音控制及报警模块（105）、广播对讲模块（106），急停直控模块（102）直接与分散控制系统DCS相连接，设备远程控制模块（103）可响应于用户按下按键操作，生成按键操作指令，主控制器（101），根据按键操作指令进行按键扫描，生成对应综采面设备的无线传输控制信号，通讯模块（104）将无线传输控制信号传输至对应综采面设备，语音控制及报警模块（105）对综采面一体式操控台控制系统（10）进行语音控制，广播对讲模块（106）基于网络音频芯片提供双向音频数据传输和双向网络语音对讲功能。

Description

综采面一体式操控台控制系统

相关申请的交叉引用

本申请基于申请号为202111388995.X、申请日为2021年11月22日的中国专利申请提出，并要求该中国专利申请的优先权，该中国专利申请的全部内容在此引入本申请作为参考。

技术领域

本公开涉及煤炭开采技术领域，具体涉及一种综采面一体式操控台控制系统。

背景技术

煤矿井下综采面的采煤机、刮板机、转载机、自移机尾、带式运输机等综采面设备的控制系统相互独立，各个综采面设备的集控室在综采面分散布置，不具备集成一体化控制功能，功能单一。

相关技术中，使用有线连接式操控台或无线连接式操控台，通过固定式线缆连接多个综采面设备，或者是使用蓝牙、行动热点(Wi-Fi)和以太网等方式进行无线连接和操控。

这种方式下，导致对综采面一体式操控台的控制方式较为单一，综采面一体式操控台控制系统集成度不高，且响应能力不强。

发明内容

为此，本公开的目的在于提出一种综采面一体式操控台控制系统，能够使得综采面一体式操控台的控制方式更加多样性，有效地增强操控台控制系统的集成度与响应能力。

本公开实施例提出的综采面一体式操控台控制系统，包括：主控制器、急停直控模块、设备远程控制模块、通讯模块、语音控制及报警模块，以及广播对讲模块，其中，急停直控模块，直接与分散控制系统DCS相连接，其中，急停直控模块通过分散控制系统DCS对多个综采面设备进行急停直控；设备远程控制模块可响应于用户按下按键操作，生成按键操作指令，并将按键操作指令发送至主控制器；主控制器，根据按键操作指令进行按键扫描，以从按键操作指令中解析得到按键信息，并根据按键信息接入对应综采面设备，以及生成与对应综采面设备的无线传输控制信号，通过通讯模块将无线传输控制信号传输至对应综采面设备，以对对应综采面设备进行远程控制；语音控制及报警模块，内置有语音合成和识别芯片，语音合成和识别芯片，用于对综采面一体式操控台控制系统进行语音控制；广播对讲模块，内置有网络音频芯片，基于网络音频芯片提供双向音频数据传输和双向网络语音对讲功能； 其中，语音控制及报警模块和广播对讲模块均可采用目标语音增强方法处理输入语音信号。

本公开实施例提出的综采面一体式操控台控制系统，由于是使用急停直控模块直接与分散控制系统DCS相连接，进而控制多个综采面设备，能够提升综采面一体式操控台控制系统的响应能力，由于是使用远程控制与直接控制相结合的方式，能够使得对综采面一体式操控台的控制方式更加多样性，同时有效地增强操控台控制系统的集成度与响应能力。

本公开附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本公开的实践了解到。

附图说明

本公开上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本公开一实施例提出的综采面一体式操控台控制系统的结构示意图；

图2是本公开另一实施例提出的综采面一体式操控台控制系统的结构示意图；

图3是本公开另一实施例提出的功能设置键盘工作流程图；

图4是本公开另一实施例提出的综采面一体式操控台控制系统的结构示意图；

图5本公开另一实施例提出的按键界面结构示意图；

图6本公开另一实施例提出的矩阵键盘按键识别工作流程图；

图7本公开另一实施例提出的综采面一体式操控台控制系统的结构示意图；

图8是本公开另一实施例提出的状态显示模块结构示意图；

图9是本公开另一实施例提出的综采面一体式操控台控制系统结构示意图；

图10是本公开另一实施例提出的目标语音增强方法流程示意图；

图11是本公开另一实施例提出的深度卷积神经网络结构示意图；

图12是本公开另一实施例提出的目标语音增强方法流程示意图。

具体实施方式

下面详细描述本公开的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本公开，而不能理解为对本公开的限制。相反，本公开的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。

图1是本公开一实施例提出的综采面一体式操控台控制系统的结构示意图。

如图1所示，该综采面一体式操控台控制系统10，包括：主控制器101、急停直控模块 102、设备远程控制模块103、通讯模块104、语音控制及报警模块105，以及广播对讲模块106，其中，急停直控模块102，直接与分散控制系统DCS相连接，其中，急停直控模块102通过分散控制系统(Distributed Control System，DCS)对多个综采面设备进行急停直控；设备远程控制模块103可响应于用户按下按键操作，生成按键操作指令，并将按键操作指令发送至主控制器101；主控制器101，根据按键操作指令进行按键扫描，以从按键操作指令中解析得到按键信息，并根据按键信息接入对应综采面设备，以及生成与对应综采面设备的无线传输控制信号，通过通讯模块104将无线传输控制信号传输至对应综采面设备，以对对应综采面设备进行远程控制；语音控制及报警模块105，内置有语音合成和识别芯片，语音合成和识别芯片，用于对综采面一体式操控台控制系统进行语音控制；广播对讲模块106，内置有网络音频芯片，基于网络音频芯片提供双向音频数据传输和双向网络语音对讲功能；其中，语音控制及报警模块105和广播对讲模块106均可采用目标语音增强方法处理输入语音信号。

在一些实施例中，用户操作按键生成的，用于表示按键操作的指令，可以被称为按键操作指令，按键操作指令中包含的与之对应的操作信息，可以被称为按键信息，按键信息可以是通过扫描按键操作指令，确定用户按键操作生成的信息，对此不作限制。

在一些实施例中，综采面设备可以是煤矿井下综采面的采煤机、刮板机、转载机、自移机尾、带式运输机等设备，对此不作限制。

本公开实施例中，主控制器101可以是嵌入式单片机，通过使用嵌入式单片机实现低成本、低功耗与高性能，另一些实施例中，主控制器101也可以是集成中央处理器(central processing unit，CPU)，对此不作限制。

本公开实施例中，语音控制及报警模块105和广播对讲模块106均可采用目标语音增强方法处理输入语音信号，可以是使用语音增强算法对语音控制及报警模块105和广播对讲模块106进行语音增强处理，也可以是使用语音降噪、语音分离、语音解混响等语音增强技术，对此不作限制。

一些实施例中，急停直控模块102可以是自复位急停按键，自复位急停按键通过分散控制系统DCS对多个综采面设备进行急停直控。

本公开实施例中，可以使用自复位急停按键，不通过单片机、驱动芯片和通讯模块，而是直接连接DCS分散控制系统，能够有效提升对系统急停的控制效果，减少控制延时，提升急停控制速度和响应能力。

另一些实施例中，急停直控模块102可以是智能控制按钮，也可以是急停控制开关，可以通过紧急切断电路或电源等方式，实现急停控制，对此不作限制。

本公开实施例中，急停直控模块102可以使用一个自复位急停按键控制多个综采面设备，也可以对单个综采面设备设置单独的自复位急停按键，对自复位急停按键的设置不作限制。

举例而言，在综采面一体式操控台控制系统10中，可以设置一个自复位急停按键，完成系统管理的所有的综采面设备的紧急停止，也可以对带式运输机设置专门的自复位急停按键，对此不作限制。

本公开实施例中，设备远程控制模块103可响应于用户按下按键操作，生成按键操作指令，并将按键操作指令发送至主控制器101，主控制器101根据按键操作指令进行按键扫描，以从按键操作指令中解析得到与之对应的按键信息，并根据按键信息接入对应综采面设备，以及生成与对应综采面设备的无线传输控制信号，其中，无线传输方式可以使用蓝牙、移动热点(Wi-Fi)或以太网等方式，对此不作限制。

本公开实施例中，通讯模块104可以将设备远程控制模块103生成的无线传输控制信号传输至对应综采面设备中，综采面设备接收无线传输控制信号，并根据无线传输控制信号调整综采面设备状态，通讯模块104中，可以包含综采面一体式操控台控制系统的通信装置或电子设备，也可以包含综采面设备中的通信装置或电子设备，对此不作限制。

本公开实施例中，通讯模块104可以是嵌入式以太网控制器，也可以是第五代移动通信技术(5th Generation Mobile Communication Technology，5G)无线通信模块，对此不作限制。

本公开实施例中，语音控制及报警模块105，内置有语音合成和识别芯片，语音合成和识别芯片，用于对综采面一体式操控台控制系统进行语音控制，用户可以预先设置识别语音，使用语音识别技术，通过语音合成和识别芯片转换为对综采面一体式操控台控制系统进行控制的信号，对此不作限制。

举例而言，用户可以设置语音“开启带式运输机”和“关闭带式运输机”为控制语音，当综采面一体式操控台控制系统中的语音控制及报警模块105接收到“开启带式运输机”的语音信号时，控制启动综采面设备带式运输机。

本公开实施例中，语音控制及报警模块105，还可以使用语音合成技术，将报警信息进行音频编码，当监测到综采面设备出现故障时，进行语音报警。

举例而言，可以将综采面设备出现故障时的杂音作为报警信息，输入至语音控制及报警模块105中，在接收到对应的杂音时，启动报警功能。

本公开实施例中，广播对讲模块106，内置有网络音频芯片，基于网络音频芯片提供双向音频数据传输和双向网络语音对讲功能，双向音频数据传输与双向网络语音对讲可以是矿井下与综采面一体式操控台间的双向语音传输，传输方式可以是有线语音对讲方式，也可以是无线的移动式对讲机，广播对讲模块106既可以接收网络音频数据流，转换成音频模拟信 号输出，也可以采样双方的麦克风输入，发送到网络上供其他网络音频终端接收与播放，对此不作限制。

举例而言，矿井下的生产人员可以通过固定的有线对讲装置，连接广播对讲模块106，实现与综采面一体式操控台前操控人员的双向对讲，矿井下的生产人员也可以使用移动式对讲机或通讯设备，通过广播对讲模块106将语音信号转换为音频模拟信号，输出至内部网络或互联网中，综采面一体式操控台前操控人员接受发送的音频模拟信号，转换为语音信号，实现双向对讲。

由此，本公开实施例中可以实现急停直控模块102对多个综采面设备进行急停直控，设备远程控制模块103可响应于用户按下按键操作，生成按键操作指令，主控制器101可以根据按键操作指令进行按键扫描，并根据按键信息接入对应综采面设备，以生成与对应综采面设备的无线传输控制信号，语音控制及报警模块105可以对综采面一体式操控台控制系统进行语音控制，广播对讲模块106可以基于网络音频芯片提供双向音频数据传输和双向网络语音对讲功能，由于是使用急停直控模块直接与分散控制系统DCS相连接，进而控制多个综采面设备，能够提升综采面一体式操控台控制系统的响应能力，由于是使用远程控制与直接控制相结合的方式，能够使得对综采面一体式操控台的控制方式更加多样性，同时提升综采面一体式操控台控制系统的集成度。

一些实施例中，如图2所示，图2是本公开另一实施例提出的综采面一体式操控台控制系统的结构示意图，其中，该综采面一体式操控台控制系统10还包括：鼠标键盘、外设共用模块107；其中，外设共用模块107，采用多路模拟开关进行不同计算机设备之间的切换，以实现多个计算机设备共用鼠标键盘，多个计算机设备可采用即插即用方式，经由通用串行总线USB接口与鼠标键盘连接，通过外设共用模块107，能够实现多个计算机设备共用鼠标键盘，减少鼠标键盘的数量需求，使得控制方式更加简洁，外设公用模块107配置通用串行总线(Universal Serial Bus，USB)接口，能够实现鼠标键盘的简单接入，同时也有利于多种不同外设的配置，增加综采面一体式操控台控制系统10的功能，扩展综采面一体式操控台控制系统10的使用场景。

本公开实施例中，外设共用模块107连接多个不同计算机设备，可以使用多路模拟开关进行切换，进而使用一套鼠标键盘控制多个不同计算机设备，同时外设公用模块107可以配置通用串行总线USB接口，实现鼠标键盘的即插即用，减少驱动程序的安装，提升鼠标键盘的适配性。

本公开实施例中，可以通过更换控制接口或安装对应的驱动程序，实现多台PC共用非USB接口类设备，例如音响、打印机、摄像头等设备，对此不作限制。

一些实施例中，如图2所示，该综采面一体式操控台控制系统10还包括：系统功能选择模块108，用于获取用户设置需求，并根据用户设置需求对需求的系统功能模块进行功能设置，通过设置系统功能选择模块108，更加便于操作人员操作综采面一体式操控台控制系统，进而控制综采面设备，有效减少操作控制的复杂度。

本公开实施例中，系统功能选择模块108中可以设置多个系统功能选择按钮，通过按钮控制综采面一体式操控台控制系统10，也可以是设置多个控制开关，通过切换控制开关的状态选择不同的系统功能，对此不作限制。

一些实施例中，系统功能选择模块108包括：功能设置键盘1081和第一键盘驱动芯片1082，其中，功能设置键盘1081包括多个按键区，按键区可以响应于用户设置需求，根据用户设置需求确定需求的系统功能模块，以及经由第一键盘驱动芯片1082对需求的系统功能模块108进行功能设置；其中，多个按键区包括以下至少两种：广播对讲按键区、语音控制及报警按键区、外设共用按键区；其中，广播对讲按键区，包括：对讲按键、广播按键、录播按键、复位按键；语音控制及报警按键区，包括：语音识别启动按键、语音停止启动按键、复位按键；外设共用按键区，包括：单键轮循切换、多键指定切换、复位按键，通过系统功能选择模块108的使用，设置多个按键区，完成用户设置需求，确定需求的系统功能模块，能够实现多个按键区集成在一个系统功能选择模块108中，简化操作流程，使得对综采面一体式操控台控制系统10的操作更方便快捷。

在一些实施例中，第一键盘驱动芯片1082可以被用作为功能设置键盘1081的键盘驱动芯片。

本公开实施例中，广播对讲按键区可以通过对讲按键、广播按键、录播按键、复位按键等按键控制广播对讲模块106，语音控制及报警按键区可以通过语音识别启动按键、语音停止启动按键、复位按键等按键控制语音控制及报警模块105，外设共用按键区可以通过单键轮循切换、多键指定切换、复位按键等按键控制外设共用模块107，不同的按键区中不同的按键可以配置对应的指示装置，例如多种颜色的指示灯等，对此不作限制。

本公开实施例中，第一键盘驱动芯片1082可以通过设置按键扫描，周期性扫描功能设置键盘1081，当用户触发功能设置键盘1081中的按键区时，接收功能设置键盘1081发出的信号指令，实现对系统功能模块的功能设置。

本公开实施例中，如图3所示，图3是本公开另一实施例提出的功能设置键盘工作流程图，对功能设置键盘1081上电，接入主控制器101中，主控制器101初始化，之后语音控制及报警模块105初始化，广播对讲模块106初始化，外设共用模块107初始化，然后周期性检测功能设置键盘1081，判断是否有按键按下，当有按键按下时，对相应的模块进行设置， 之后返回应答结果，并且控制相应的状态指示灯显示，处理完毕后继续周期性检测功能设置键盘1081，直至下一个按键按下。

本公开实施例中，功能设置键盘1081包括多个按键区，多个按键区可以是多个矩阵键盘，也可以是多个独立按键组成按键区，对此不作限制。

一些实施例中，如图4所示，图4是本公开另一实施例提出的综采面一体式操控台控制系统的结构示意图，设备远程控制模块103包括：远程控制键盘1031，和与远程控制键盘1031相连的第二键盘驱动芯片1032，第二键盘驱动芯片1032和主控制器101通过两线式串行总线(Inter－Integrated Circuit，I2C)进行连接；其中，经由远程控制键盘1031响应于用户按下按键，以触发主控制器101响应于按键操作指令，并通过第二键盘驱动芯片1032进行按键扫描，通过设置远程控制键盘1031，和与远程控制键盘1031相连的第二键盘驱动芯片1032，能够实现远程控制对应的综采面设备，提升对综采面设备控制的灵活性，同时远程控制的使用能够提升工作人员对综采面设备的控制效率。

在一些实施例中，第二键盘驱动芯片1032可以被用作为远程控制键盘1031的键盘驱动芯片。

在一些实施例中，远程控制键盘1031可以被用于控制多个综采面设备，不同的综采面设备可以配置一个或多个按键区，对此不作限制。

本公开实施例中，与功能设置键盘1081相类似，远程控制键盘1031可以为一个或多个按键区的集合，一个或多个按键区可以是矩阵键盘，也可以是多个独立按键组成按键区，对此不作限制。

举例而言，如图5所示，图5本公开另一实施例提出的按键界面结构示意图，功能设置键盘1081中包括广播对讲按键区、语音控制及报警按键区和外设共用按键区；远程控制键盘1031中包括采煤机控制按键区、刮板机控制按键区、转载机控制按键区、带式运输机控制按键区、自移机尾控制按键区和其他设备控制按键区；功能设置键盘1081与远程控制键盘1031中的按键区均为矩阵键盘，急停直控模块102可以是多个智能控制按钮，也可以是多个急停控制开关，包括采煤机急停按键、刮板机急停按键、转载机急停按键、带式运输机急停按键、自移机尾急停按键和其他设备急停按键，可以理解的是，可以使用一个急停按键控制上述多个综采面设备，对此不作限制。

本公开实施例中，如图6所示，图6本公开另一实施例提出的矩阵键盘按键识别工作流程图，对应的键盘驱动芯片(如第一键盘驱动芯片1082、第二键盘驱动芯片1032)周期性扫描是否有按键按下，当发现按键按下时，进行延时去抖操作，判断是否误触或多次触发，确定按键按下之后，扫描按键的行值与列值，根据扫描得到的行值与列值计算触发的键值， 之后判断用户是否松手，当松手后返回键值，完成按键触发。

本公开实施例中，也可以使用无冲按键，实现多个键值的输入与计算，对此不作限制。

一些实施例中，如图7所示，图7本公开另一实施例提出的综采面一体式操控台控制系统的结构示意图，系统还包括：状态显示模块109；其中，状态显示模块109，用于显示控制系统中各个模块的工作状态，并显示综采面设备的运行状态，以及显示外接设备所控制的计算机设备序号，通过状态显示模块109的配置，能够显示综采面设备及综采面一体式操控台控制系统中多个模块的状态，使得信息可视化，更加方便对综采面设备和多个模块进行管理，提升管理效率。

本公开实施例中，状态显示模块109可以是多个发光二极管的集合，通过不同发光二极管的点亮、熄灭、颜色与闪烁情况表示不同的信息，也可以是使用发光二极管(light emitting diode，LED)电子显示屏，通过文字、英文和数字的组合显示综采面设备及综采面一体式操控台控制系统中多个模块的状态，对此不作限制。

举例而言，如图8所示，图8是本公开另一实施例提出的状态显示模块结构示意图，使用发光二极管显示综采面一体式操控台控制系统10中广播对讲模块106、语音控制及报警模块105和外设共用模块107的状态，同时显示采煤机、刮板机、转载机、带式运输机、自移机尾和其他设备等综采面设备的状态，在最后一排显示接入外设共用模块107中的电脑的状态。

综上所述，如图9所示，图9是本公开另一实施例提出的综采面一体式操控台控制系统结构示意图，主控制器101与综采面一体式操控台控制系统其他模块相连，用于调控综采面一体式操控台控制系统，急停直控模块102中包括DCS分散控制系统、消抖电路和自复位急停按键，系统功能选择模块108中包括功能设置键盘1081，与键盘驱动芯片A(也即第一键盘驱动芯片1082)，设备远程控制模块103包括远程控制键盘1031与键盘驱动芯片B(也即第二键盘驱动芯片1032)，通讯模块104与状态显示模块109连接主控制器101，广播对讲模块106中包括网络音频芯片，与网络音频芯片相连的麦克风电路和扬声器功放电路，语音控制及报警模块105包括语音合成和识别芯片，及与语音合成和识别芯片相连的晶振电路、复位电路与麦克风电路，外设共用模块107包含多路模拟开关，及与多路模拟开关相连的多个USB输入接口和USB输出接口。

本公开实施例中，语音控制及报警模块105和广播对讲模块106均可采用目标语音增强方法处理输入语音，如图10所示，图10是本公开另一实施例提出的目标语音增强方法流程示意图，其中，目标语音增强方法包括：S1001-S1006。

S1001：获取输入语音信号。

其中，语音控制及报警模块105和广播对讲模块106接收到的语音信号，可以被称为输入语音信号。

本公开实施例中，可以在语音控制及报警模块105和广播对讲模块106中加入声音采集装置，采集环境或人员的声纹信号，声音采集装置可以例如麦克风或声纹识别器等，声音采集装置还可以将采集到的环境或人员的声纹信号转变为机器能够识别的输入语音信号，对此不作限制。

举例而言，广播对讲模块106中的移动对讲机实时采集对讲人员的声纹信号，并转化为机器能够识别的输入语音信号。

S1002：对输入语音信号进行小波包分解处理，得到高频语音信号和低频语音信号。

可以理解的是，在含有噪声(如环境噪声或机器产生的噪声等)的输入语音信号中，输入语音信号的能量大部分集中在低频段，噪声的能量主要分布在高频段。

因此，本公开实施例中，可以采用小波包分解的方式，将原始信号进行频谱划分，得到高频语音信号和低频语音信号。

S1003：分别对高频语音信号和低频语音信号进行多尺度分解，得到高频语音信号对应的不同尺度的多个第一小波包系数，和低频语音信号对应的不同尺度的多个第二小波包系数。

可以理解的是，输入语音信号和噪声在小波包变换作用下所表现的特性相反，输入语音信号的小波包变换系数随着分解层数的增加而增加，噪声的小波包变换系数随着分解层数的增加而减小。

由此，本公开实施例中，可以设置高频语音信号对应的不同尺度的小波包变换系数，也即第一小波包系数，设置低频语音信号对应的不同尺度的小波包变换系数，也即第二小波包系数，第一小波包系数以噪声为主，第二小波包系数以语音信号为主。

S1004：分别对多个第一小波包系数进行滤波处理，以得到高频目标语音信号。

本公开实施例中，对多个第一小波包系数进行滤波处理，可以是使用线性滤波器，也可以采用数字信号处理技术设计数字滤波器，对此不作限制。

本公开实施例中，滤波处理指示：维纳滤波和/或人工智能的神经网络滤波，通过维纳滤波与人工智能的神经网络滤波，能够有效增强滤波效果，减少噪声信号对输入语音信号的影响。

本公开实施例中，可以使用自适应维纳滤波对多个第一小波包系数进行滤波处理，将含有噪声的高频语音信号经过自适应维纳滤波器变换来逼近输入语音信号，得到高频目标语音信号，对此不作限制。

S1005：分别对多个第二小波包系数进行滤波处理，以得到低频目标语音信号。

本公开实施例中，可以使用自适应维纳滤波对多个第二小波包系数进行滤波处理，将含有噪声的低频语音信号经过自适应维纳滤波器变换来逼近输入语音信号，得到低频目标语音信号，对此不作限制。

S1006：根据高频目标语音信号和低频目标语音信号进行小波包重构，得到目标增强语音信号。

本公开实施例中，将高频目标语音信号和低频目标语音信号进行小波包重构，得到目标增强语音信号的过程中，使用人工智能的神经网络滤波再次对重构后的目标语音信号进行第二次滤波，可以使用长短期记忆神经网络进行第二次滤波处理，也可以使用循环神经网络进行第二次滤波处理，还可以是使用多层感知神经网络进行第二次滤波处理，对此不作限制。

一些实施例中，根据高频目标语音信号和低频目标语音信号进行小波包重构，得到初始增强语音信号，将初始增强语音信号输入至预训练的深度卷积神经网络模型之中，以得到深度卷积神经网络模型输出的目标增强语音信号，由于是使用深度卷积神经网络模型对小波包重构后的初始增强语音信号进行第二次滤波，能够实现深度降噪，增强语音信号的效果，进而提升目标增强语音信号的清晰度。

本公开实施例中，如图11所示，图11是本公开另一实施例提出的深度卷积神经网络结构示意图，将初始增强语音信号输入至预训练的深度卷积神经网络模型中，经过卷积层、批标准化层、激活层、池化层与全连接层，得到输出的目标增强语音信号，输入层可以是由多帧非负对数幅度谱向量构成的特征矩阵，卷积层可以使用线性整流函数(Rectified Linear Unit,ReLU)，卷积层、批标准化层、激活层和池化层为多层循环结构，循环次数为N，由均方根误差决定。调整循环次数N，使得经过训练后的网络均方根误差最小。

本公开实施例中，将含有噪声的高频语音信号与低频语音信号经过自适应维纳滤波器变换来逼近输入语音信号之后，可以求解均方根误差最小的滤波器参数，设置深度卷积神经网络中卷积层、批标准化层、激活层和池化层的循环次数。

本公开实施例中，需要对深度卷积神经网络模型进行预训练，训练方法可以如下：

假设含有噪声的输入语音信号y由语音信号x和噪声n组成：

y＝x+n；

降噪的目的是在已知y的条件下得到x的估计值

假设y，x和

在第m帧的短时傅里叶变换分别为：Y _m,kexp(jα _m,k)，

和

其中，j为虚数，忽略相位信息，令X _m和

分别表示语音信号第m帧的幅度谱向量和估计值，则误差函数Er表 示为：

深度卷积神经网络的基本原理是：通过训练网络参数集合θ构造一个复杂的非线性函数f _θ，使得误差函数最小：

从而得到目标输出：

其中，F _m表示第m帧的训练特征，该网络的评价指标为均方根误差RSME公式为：

其中，e _i表示第i次真实值与预测值的偏差，即

num表示观测次数，通过上述流程，完成对对深度卷积神经网络模型的预训练。

本公开实施例中，如图12所示，图12是本公开另一实施例提出的目标语音增强方法流程示意图，将含有噪声的输入语音信号进行小波包分解，分解为高频语音信号与低频语音信号，之后通过维纳滤波与小波包重构，得到初始增强语音信号，再将初始增强语音信号输入至预训练的深度卷积神经网络模型之中，以得到深度卷积神经网络模型输出的目标增强语音信号并输出。

本实施例中，通过获取输入语音信号，对输入语音信号进行小波包分解处理，得到高频语音信号和低频语音信号，分别对高频语音信号和低频语音信号进行多尺度分解，得到高频语音信号对应的不同尺度的多个第一小波包系数，和低频语音信号对应的不同尺度的多个第二小波包系数，分别对多个第一小波包系数进行滤波处理，以得到高频目标语音信号，分别对多个第二小波包系数进行滤波处理，以得到低频目标语音信号，根据高频目标语音信号和低频目标语音信号进行小波包重构，得到目标增强语音信号，由于是使用维纳滤波和结合人工智能的神经网络滤波，能够明显减少输入语音信号中的噪声干扰，提升语音控制及报警模块105和广播对讲模块106中语音识别的准确率，进而提升广播对讲双方通话的清晰度，提升语音控制的准确率。

需要说明的是，在本公开的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本公开的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本公开的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本公开的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

应当理解，本公开的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

此外，在本公开各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，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模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

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公开的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本公开的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本公开的限制，本领域的普通技术人员在本公开的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1. 一种综采面一体式操控台控制系统，其特征在于，所述系统包括：主控制器、急停直控模块、设备远程控制模块、通讯模块、语音控制及报警模块，以及广播对讲模块，其中，

   所述急停直控模块，直接与分散控制系统DCS相连接，其中，所述急停直控模块通过所述分散控制系统DCS对多个综采面设备进行急停直控；

   所述设备远程控制模块可响应于用户按下按键操作，生成按键操作指令，并将所述按键操作指令发送至所述主控制器；

   所述主控制器，根据所述按键操作指令进行按键扫描，以从所述按键操作指令中解析得到按键信息，并根据所述按键信息接入对应综采面设备，以及生成与所述对应综采面设备的无线传输控制信号，通过所述通讯模块将所述无线传输控制信号传输至所述对应综采面设备，以对所述对应综采面设备进行远程控制；

   所述语音控制及报警模块，内置有语音合成和识别芯片，所述语音合成和识别芯片，用于对所述综采面一体式操控台控制系统进行语音控制；

   所述广播对讲模块，内置有网络音频芯片，基于所述网络音频芯片提供双向音频数据传输和双向网络语音对讲功能；其中，所述语音控制及报警模块和所述广播对讲模块均可采用目标语音增强方法处理输入语音信号。
2. 如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：系统功能选择模块；其中，

   所述系统功能选择模块，用于获取用户设置需求，并根据所述用户设置需求对需求的系统功能模块进行功能设置。
3. 如权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述急停直控模块是自复位急停按键；其中，

   所述自复位急停按键通过所述分散控制系统DCS对多个综采面设备进行急停直控。
4. 如权利要求1至3中任一项所述的系统，其特征在于，所述系统功能选择模块包括：功能设置键盘和第一键盘驱动芯片；

   其中，所述功能设置键盘包括多个按键区，所述按键区可响应于所述用户设置需求，根据所述用户设置需求确定所述需求的系统功能模块，以及经由所述第一键盘驱动芯片对所述 需求的系统功能模块进行功能设置；

   其中，所述多个按键区包括以下至少两种：

   广播对讲按键区、语音控制及报警按键区、外设共用按键区；

   其中，所述广播对讲按键区，包括：对讲按键、广播按键、录播按键、复位按键；

   所述语音控制及报警按键区，包括：语音识别启动按键、语音停止启动按键、复位按键；

   所述外设共用按键区，包括：单键轮循切换、多键指定切换、复位按键。
5. 如权利要求1至4中任一项所述的系统，其特征在于，所述设备远程控制模块包括：远程控制键盘，和与所述远程控制键盘相连的第二键盘驱动芯片，所述第二键盘驱动芯片和所述主控制器通过两线式串行总线I2C进行连接；

   其中，经由所述远程控制键盘响应于用户按下按键，以触发所述主控制器响应于所述按键操作指令，并通过所述第二键盘驱动芯片进行所述按键扫描。
6. 如权利要求1至5中任一项所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：鼠标键盘、外设共用模块；其中，

   所述外设共用模块，采用多路模拟开关进行不同计算机设备之间的切换，以实现多个所述计算机设备共用鼠标键盘，所述多个所述计算机设备可采用即插即用方式，经由通用串行总线USB接口与所述鼠标键盘连接。
7. 如权利要求1至6中任一项所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：状态显示模块；其中，

   所述状态显示模块，用于显示所述控制系统中各个模块的工作状态，并显示综采面设备的运行状态，以及显示外接设备所控制的计算机设备序号。
8. 如权利要求1至7中任一项所述的系统，其特征在于，所述语音控制及报警模块和所述广播对讲模块均可采用目标语音增强方法处理输入语音；其中，

   所述目标语音增强方法包括：

   获取输入语音信号；

   对所述输入语音信号进行小波包分解处理，得到高频语音信号和低频语音信号；

   分别对所述高频语音信号和所述低频语音信号进行多尺度分解，得到所述高频语音信号对应的不同尺度的多个第一小波包系数，和所述低频语音信号对应的不同尺度的多个第二小 波包系数；

   分别对所述多个第一小波包系数进行滤波处理，以得到高频目标语音信号；

   分别对所述多个第二小波包系数进行滤波处理，以得到低频目标语音信号；

   根据所述高频目标语音信号和所述低频目标语音信号进行小波包重构，得到目标增强语音信号。
9. 如权利要求8所述的系统，其特征在于，所述根据所述高频目标语音信号和所述低频目标语音信号进行小波包重构，得到目标增强语音信号，包括：

   根据所述高频目标语音信号和所述低频目标语音信号进行小波包重构，得到初始增强语音信号；

   将所述初始增强语音信号输入至预训练的深度卷积神经网络模型之中，以得到所述深度卷积神经网络模型输出的所述目标增强语音信号。
10. 如权利要求8或9所述的系统，其特征在于，所述滤波处理指示：维纳滤波和/或人工智能的神经网络滤波。

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