[发明专利]音乐水型同步的可扩展喷泉控制系统及其方法

说明书

技术领域

本发明属音乐喷泉的控制技术领域，尤其涉及一种音乐水型同步的可扩展喷泉控制系统及其方法。

背景技术

1930年，德国OTTO.PRZYSTAWIK提出音乐融入喷泉的创新设计理念，先进理念催生的音乐喷泉系统(MUSICAL FOUNAIN SYSTEM，缩写MFS)应运而生。音乐喷泉凭借独特的魅力、清新的面目，赢得世人倾心、风靡全球。80年代中期，我国相继引进和自行设计建造了数以百计的音乐喷泉，为美化环境、活跃人们的文化生活起到了良好的作用。2001年7月，中国建筑金属结构协会喷泉水景委员会成立(喷泉水景的行业组织)，拥有正式会员单位237家。2002年10月，天津天塔湖建成大型激光水幕音乐喷泉，这是国内首次将数控技术应用到喷泉喷头上的成功尝试。

科技进步给音乐喷泉注入了持续的活力，现代喷泉演变为集水、声、光、电、美为一体的高科技与艺术的跨界系统。典型代表作有：1998年的拉斯维加斯Bellagio音乐喷泉，2009年的世界最大Dubai Fountain音乐喷泉；后者长275米、水柱高150米，配灯6600个、50台彩色投影机，1000余种水型。Dubai Fountain喷泉、彩灯伴随着优雅的乐曲、交相辉映，时而欢快、时而忧伤，时而抒情、时而激昂，令人心旷神怡。现代音乐喷泉取得的成就得益于三项核心技术：音乐内涵的实现技术，数控喷头技术，音乐喷泉的机电控制和信息传输技术。

音乐内涵的实现技术。音乐内涵的实现涉及程控、音控和预编控制三种技术，其中程控处于边缘化状态。音控成熟，广受诟病的缺陷是音乐内涵表现力的深度和广度有限。小征泽二登台指挥二泉映月，曲终情未了！君不见台上指挥热泪盈眶久久难以自持，台下听众沉浸乐曲久久难以释怀？音控技术诠释的音乐内涵肤浅苍白，抵达小征泽二大师的意境还有很長很長的路要走。音乐带给人的各种感受是通过音乐语言传达的，音乐语言包括节奏、节拍、速度、力度、音区、音色、和声、旋律、复调、调式等元素。音乐特征从低至上分三层：基本、复杂和整体特征。目前的音控技术可识别节拍、节奏、力度等基本特征，还无法精准识别旋律等复杂特征；把握整体特征(曲式结构和风格等)尚停留在学术探讨阶段，音控中融入人文历史更无从谈起。音控的基石是人工智能，其达到的高度决定音控的水准。业界倾向预编控制，借助计算机辅助编辑系统，在专家系统和音乐知识库的支持下显示音乐波形，通过人机交互方式编辑水型、配置灯光，预编结果以配置文件形式存储；配置文件记录曲目表演所需的控制信息，表演时读取配置文件、椐此调节喷头和灯光，使水型、灯光的视觉感受和音乐的听觉感受溶为一体，营造出一场又场出神入化的视听盛宴。必须指出，时至今日预编控制曾经的两块短板(编辑系统的功能不全易用性差，有经验的编辑系统操作员匮乏)基本补全：在音乐喷泉业界的不懈改进下，计算机辅助编辑系统的功能完备性和操作易用性日臻完善；通过音乐喷泉业主的持续学习和经验结累，熟练掌握计算机辅助编辑系统的业主大量涌现。

·数控喷头技术。数控喷头通过步进电机实现喷头的多维度运动，运动方向和速度的改变、生成变幻无穷的水型。杭州明珠音乐喷泉有限公司首创导电滑环专利技术，使喷头转角大于360°时易产生导线缠绕的技术难题得以解决。

·音乐喷泉的机电控制和信息传输技术。PC或服务器+PLC构成的上/下位机架构是音乐喷泉机的标配，也是“三项核心技术”中关注度最小的一项。实践表明：PC+PLC架构的可扩展性欠佳，音乐与水型、水型与灯光、灯光与音乐的三同步有待提高，步进电机驱动喷头的品质及运动副的寿命差強人意。

2014年12月，中央经济工作会议指出：必须摒弃经济增长不可持续的旧发展模式，充分认识资源环境约束条件下的经济新常态。众所周知，2014年音乐喷泉行业新开工定单遭遇断崖式下跌。剖析机电控制和信息传输技术缺陷的根源，探索针对性解决方案，提升存量音乐喷泉的技术附加值，有望引领行业走出谷底。毕竟九洲大地处处兴建音乐喷泉的“美好时光”，在可预期的相当时间内将不会重现。多维数控喷头和LED灯具的应用，水型、灯光的视觉与音乐听觉的高度融合，对音乐喷泉的机电控制和信息传输技术提出了全新挑战。

首先，多维数控喷头和LED灯具使音乐喷泉控制系统的控制点倍增，即系统复杂度倍增；另一方面，多维数控喷头至少需转角、转速及转向变量，灯光必要的最少变量则是颜色及亮度，以及喷头和灯光两者的配合协调，显然系统的控制变量己延拓至模拟量；鉴于PC+PLC架构有限的扩展性和模拟量控制潜力，实施网络控制是首选方案。