語音智能技術(shù)在軌道交通廣播系統(tǒng)中的應(yīng)用

萬海川

（成都地鐵運(yùn)營有限公司，成都 610081）

隨著我國城市的快速發(fā)展，城市中的人口出現(xiàn)快速的增長，特別是特大城市，巨大的人口數(shù)量已經(jīng)對人們的日常出行和城市交通造成巨大的壓力。近年來，為了優(yōu)化城市交通結(jié)構(gòu)，倡導(dǎo)“綠色出行，低碳生活”，各地政府都在大力推動(dòng)公共交通的發(fā)展，尤其是能有效緩解城市擁堵的軌道交通系統(tǒng)?，F(xiàn)代化的軌道交通系統(tǒng)應(yīng)具有快捷、方便的特點(diǎn)，同時(shí)其客運(yùn)服務(wù)也應(yīng)該更加人性化，信息發(fā)布也應(yīng)該更加準(zhǔn)確、及時(shí)。廣播系統(tǒng)作為軌道交通系統(tǒng)中乘客信息發(fā)布的關(guān)鍵系統(tǒng)，其重要性不言而喻，該系統(tǒng)播放的語音內(nèi)容對軌道交通的客流組織和引導(dǎo)起著不容小覷的作用[1]。但是，目前大多軌道行業(yè)廣播系統(tǒng)的工作方式還停留在固定的播放模式下，無法起到實(shí)時(shí)適應(yīng)環(huán)境變化的作用。因此如何推進(jìn)和實(shí)現(xiàn)軌道交通廣播系統(tǒng)的智能化也逐步成為行業(yè)從業(yè)者思考的問題。本文結(jié)合近年來出現(xiàn)的“大數(shù)據(jù)”和“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)，對語音智能在城市軌道交通廣播系統(tǒng)中的應(yīng)用進(jìn)行深入的分析。

1 概述

1.1 廣播系統(tǒng)的基本概述

廣播系統(tǒng)作為車站引導(dǎo)乘客，發(fā)布客運(yùn)服務(wù)信息以及緊急信息的關(guān)鍵系統(tǒng)，其功能要求也根據(jù)發(fā)布信息的不同不斷變化。同樣，對于不同區(qū)域乘客發(fā)布的信息也要有所區(qū)別。因此，廣播系統(tǒng)的功能也根據(jù)不同需求不斷增加，與此同時(shí)，許多使廣播系統(tǒng)更加智能化、人性化的新技術(shù)也應(yīng)運(yùn)而生[2]。本文將對與廣播系統(tǒng)密切相關(guān)的語音智能技術(shù)的現(xiàn)狀和系統(tǒng)架構(gòu)分別進(jìn)行闡述與分析。

1.2 語音智能技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展和推廣，目前的語音分析和識別技術(shù)已經(jīng)上升到相對成熟的階段，許多行業(yè)已經(jīng)將語音技術(shù)應(yīng)用到實(shí)際的工業(yè)生產(chǎn)、智能控制以及人們?nèi)粘５纳钪?。其中，手機(jī)的語音喚起、語音門禁系統(tǒng)等都是語音識別和分析技術(shù)應(yīng)用最為常見的領(lǐng)域，但是這些語音技術(shù)都僅僅是語音分析技術(shù)較為簡單的應(yīng)用，并未體現(xiàn)語音技術(shù)應(yīng)用于大場景復(fù)雜環(huán)境的優(yōu)勢。近年來，“互聯(lián)網(wǎng)+”和“大數(shù)據(jù)”的發(fā)展為語音技術(shù)帶來新的發(fā)展機(jī)遇，以互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的大數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)背景的語音分析技術(shù)已逐步地走上智能技術(shù)的舞臺。

本文接下來將分別對軌道交通廣播系統(tǒng)架構(gòu)和語音智能技術(shù)的系統(tǒng)架構(gòu)進(jìn)行分析討論。

2 軌道交通廣播系統(tǒng)的系統(tǒng)架構(gòu)及組成設(shè)備

前文主要對廣播系統(tǒng)和語音智能技術(shù)的發(fā)展作了簡要的概括，本節(jié)將對廣播系統(tǒng)的架構(gòu)和主要設(shè)備功能進(jìn)行闡述分析。現(xiàn)代軌道交通系統(tǒng)的廣播系統(tǒng)主要由控制中心廣播、車站廣播以及連接兩者的傳輸通道組成[3]。其網(wǎng)絡(luò)具體解決方法如圖1所示，不同地方的廣播系統(tǒng)設(shè)備的作用和功能均不相同，它們各司其職，共同組成廣播系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。

圖1 廣播系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖Fig.1 Architecture of broadcast system network

2.1 控制中心級廣播系統(tǒng)的設(shè)備構(gòu)成

控制中心廣播系統(tǒng)主要由廣播操作臺、控制設(shè)備以及網(wǎng)絡(luò)管理設(shè)備組成，同時(shí)還提供話筒和綜合監(jiān)控系統(tǒng)的互聯(lián)通道。這些中心設(shè)備都能通過傳輸通道與車站的廣播系統(tǒng)相連。

1）廣播控制臺主要設(shè)置在行調(diào)和環(huán)調(diào)的調(diào)度臺位置，分別為行調(diào)和環(huán)調(diào)提供各自的信息廣播功能，行調(diào)與環(huán)調(diào)都能進(jìn)行整條線的選站、選路，并進(jìn)行對應(yīng)的廣播。同時(shí)環(huán)調(diào)對于廣播系統(tǒng)的控制權(quán)要高于行調(diào)。

2）中心的控制設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)管理設(shè)備主要完成廣播選擇控制、設(shè)備網(wǎng)絡(luò)管理、車站選擇和監(jiān)視監(jiān)聽等功能。

2.2 車站廣播系統(tǒng)的設(shè)備構(gòu)成

相比控制中心，車站的廣播系統(tǒng)構(gòu)成相對比較復(fù)雜，除了廣播控制臺和前級話筒外，還有后備廣播控制盒、噪聲檢測器和錄音裝置。噪聲檢測器主要是完成對站廳、站臺的語音環(huán)境檢測，調(diào)整廣播系統(tǒng)的語音音量，以達(dá)到提高語音清晰度的目的[4]。

廣播控制臺主要是為站務(wù)人員提供一個(gè)方便操作平臺，站務(wù)人員可以通過該平臺進(jìn)行不同區(qū)域的廣播和監(jiān)聽。

廣播控制和功放設(shè)備主要完成語音信號的功率放大，同時(shí)提供與傳輸系統(tǒng)及綜合監(jiān)控的接口。

噪聲檢測裝置主要完成各個(gè)廣播區(qū)域噪聲情況的檢測，并實(shí)時(shí)將檢測到的信息反饋給廣播系統(tǒng)控制設(shè)備。

2.3 以太網(wǎng)傳輸通道

為使控制中心與車站能夠互聯(lián)，并且控制中心能夠控制車站的廣播系統(tǒng)，傳輸系統(tǒng)的RPR板卡為控制中心與車站提供一個(gè)10 M的以太網(wǎng)通道?？刂浦行呐c車站的廣播系統(tǒng)是通過這個(gè)以太網(wǎng)通道進(jìn)行數(shù)據(jù)和控制指令的下發(fā)。

具體以成都地鐵4號線為例，成都地鐵4號線各個(gè)車站主要采用MSTP780B，與控制中心的MSTP780A設(shè)備相連，完成車站與控制中心廣播系統(tǒng)的互聯(lián)。

為了保證傳輸通道網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定，每個(gè)車站的廣播系統(tǒng)均采用主備冗余的連接方式，對廣播系統(tǒng)的傳輸通道進(jìn)行保護(hù)[5]。

2.4 車輛段廣播系統(tǒng)的設(shè)備構(gòu)成

車輛段廣播系統(tǒng)與車站廣播系統(tǒng)的設(shè)備構(gòu)成大致相同。但是車輛段為了工作人員能在發(fā)現(xiàn)緊急情況后，將信息廣播出來，在車輛運(yùn)轉(zhuǎn)庫安裝了語音插播盒。語音插播盒主要是在緊急情況下為現(xiàn)場作業(yè)人員提供信息廣播的功能，這樣便為現(xiàn)場作業(yè)人員的安全提供了多一層的保障。

以上兩個(gè)小節(jié)對廣播系統(tǒng)的基本功能和架構(gòu)進(jìn)行分析與介紹，但這些功能比較傳統(tǒng)，無法適應(yīng)現(xiàn)代軌道交通行業(yè)客流的組織和發(fā)展的需要。當(dāng)前的軌道交通發(fā)展十分迅速，各項(xiàng)新型的技術(shù)也逐步開始應(yīng)用于軌道交通的客運(yùn)服務(wù)中。下面本文將對語音智能感知技術(shù)的系統(tǒng)架構(gòu)及其在軌道交通廣播系統(tǒng)中的應(yīng)用和所起到的關(guān)鍵作用進(jìn)行分析與討論。

3 語音智能分析系統(tǒng)

3.1 大數(shù)據(jù)下的語音智能分析系統(tǒng)架構(gòu)

前文已經(jīng)提到“大數(shù)據(jù)”和“互聯(lián)網(wǎng)+”，這兩項(xiàng)技術(shù)是實(shí)現(xiàn)語音智能分析技術(shù)的關(guān)鍵?！按髷?shù)據(jù)”為語音分析提供了最為基本的人類聲學(xué)模型和數(shù)以萬計(jì)的人類聲音片段(包括聲音頻段、聲帶震動(dòng)程度等信息)數(shù)據(jù)。同時(shí)“互聯(lián)網(wǎng)+”又為語音的智能分析提供網(wǎng)絡(luò)支撐，利用互聯(lián)網(wǎng)的信息互通又進(jìn)一步擴(kuò)大語音分析的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)[6]。下面結(jié)合語音智能的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖，分析語音智能系統(tǒng)的工作原理和工作方式。

語音智能分析技術(shù)的應(yīng)用架構(gòu)如圖2所示，同時(shí)也說明智能語音系統(tǒng)的工作流程。其具體工作流程如下。

圖2 語音智能分析系統(tǒng)Fig.2 Speech intelligent analysis system

第一步：語音分析系統(tǒng)從人流密集的公共場所中收集基本的語音數(shù)據(jù)，并交給語音智能分析服務(wù)器。

第二步：語音智能分析服務(wù)器將現(xiàn)場的語音信息按照不同的類別進(jìn)行分類，并與語音數(shù)據(jù)庫中的基本語音數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，基本分析出現(xiàn)場人員的密度和年齡分布。

第三步：通過對收集的現(xiàn)場語音數(shù)據(jù)進(jìn)行敏感詞匯和語音內(nèi)容的分析，提取關(guān)鍵詞，對現(xiàn)場人員的類別和個(gè)人當(dāng)前情況進(jìn)行大致的分析。

第四步：當(dāng)分析完成后，語音智能分析系統(tǒng)將對現(xiàn)場的廣播系統(tǒng)進(jìn)行自適應(yīng)控制，播放最適合現(xiàn)場人員環(huán)境的語音段和相關(guān)的廣告語，以匹配現(xiàn)場人員的年齡和現(xiàn)場的環(huán)境。

3.2 語音智能分析系統(tǒng)的應(yīng)用優(yōu)勢

第一，場景感知分析功能：語音智能系統(tǒng)將會對檢測區(qū)域內(nèi)的語音進(jìn)行提取，并與數(shù)據(jù)庫中的人聲片段進(jìn)行對比，分析處理現(xiàn)場人員的基本情況，包括年齡、談?wù)撛掝}、關(guān)注熱點(diǎn)等。

第二，播放語音更為合理：由于語音智能分析系統(tǒng)的語音來源于現(xiàn)場的采集，并能對現(xiàn)場的人員及環(huán)境情況進(jìn)行分析，因此語音智能分析系統(tǒng)能根據(jù)分析得到的現(xiàn)場人員的不同情況而播放不同的文明提示音或商業(yè)廣告，以達(dá)到合理引導(dǎo)現(xiàn)場人員和針對性廣告播放的目的。

第三，敏感信息提?。褐悄苷Z音分析系統(tǒng)還能提取分析現(xiàn)場的語音內(nèi)容，對于一些較為敏感的詞語進(jìn)行預(yù)警，并向保衛(wèi)人員發(fā)送提示信息。

第四，敏感信息定位：如果智能檢測系統(tǒng)在檢測現(xiàn)場檢測設(shè)備分布較多，可以根據(jù)提供敏感信息檢測設(shè)備的具體位置，預(yù)警該區(qū)域人員的危險(xiǎn)程度，為安保人員提供敏感內(nèi)容的位置信息。

4 語音智能分析技術(shù)在軌道交通廣播系統(tǒng)的應(yīng)用

4.1 噪聲感知控制技術(shù)

軌道交通車站屬于人流量特別大的公共場所，由于人多而嘈雜，所以雜音時(shí)常會影響到候車的乘客對列車到站廣播的注意，廣播音量過小的話，將會被淹沒在人們的說話聲中。為避免車站現(xiàn)場的嘈雜影響廣播播音的效果，廣播系統(tǒng)中設(shè)計(jì)噪聲感應(yīng)器用于檢測現(xiàn)場的噪聲狀況[7]。通常情況下，噪聲感應(yīng)器安裝于上下行站臺的首尾端以及站廳中部，廣播系統(tǒng)收到噪感檢測的噪聲后，將對揚(yáng)聲器的音量進(jìn)行控制，以達(dá)到理想的播音效果。廣播系統(tǒng)噪聲感應(yīng)控制音量原理如圖3所示。這種技術(shù)是語音智能的初期表現(xiàn)，但是只能進(jìn)行環(huán)境嘈雜度的檢測，不能分析語音內(nèi)容，從而進(jìn)行高級的語音控制。因此語音智能分析技術(shù)便成為解決這一難題的關(guān)鍵。

圖3 車站智能檢測系統(tǒng)Fig.3 Station intelligent detecting system

4.2 語音智能控制技術(shù)的應(yīng)用

隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”和大數(shù)據(jù)技術(shù)的發(fā)展，檢測識別技術(shù)已經(jīng)逐步發(fā)展起來，語音識別技術(shù)主要功能可以通過對語音的分析，并與大量的數(shù)據(jù)對比，從而判斷發(fā)出語音的人大概的年齡范圍，對檢測區(qū)域內(nèi)人員的年齡比例分布情況進(jìn)行分析。最后語音控制系統(tǒng)會根據(jù)識別到的語音發(fā)聲者的年齡分布比例播放對應(yīng)的語音段。當(dāng)語音識別模塊感知到現(xiàn)場語音中存在大量兒童或者老年人時(shí)，將頻繁播放“尊老愛幼”的提示音；當(dāng)語音識別模塊感知到現(xiàn)場語音中存在大量青壯年時(shí)，便會頻繁播放“先下后上，注意安全”的提示音。該控制技術(shù)原理如圖3所示。

圖3中，站臺檢查聽筒會將站臺的乘客語音傳遞給智能分析服務(wù)器，智能分析服務(wù)器通過與大數(shù)據(jù)庫中的語音數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，分析出此時(shí)站臺乘客的主要年齡分布，最后選擇最合適的站臺文明語音進(jìn)行播放，合理引導(dǎo)站臺乘客上下列車。這樣實(shí)現(xiàn)了廣播系統(tǒng)自適應(yīng)地根據(jù)環(huán)境的變化而變化，播放當(dāng)前環(huán)境情況下最為適合語音信息，已達(dá)到提高廣播系統(tǒng)播放信息針對性的目的。

5 結(jié)束語

本文從廣播系統(tǒng)的原理和組成架構(gòu)出發(fā)，對廣播系統(tǒng)的主要功能和語音智能技術(shù)當(dāng)前的發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行分析闡述。在此基礎(chǔ)上，本文進(jìn)一步對廣播系統(tǒng)的基本功能和組成的分析，并對語音智能技術(shù)在“大數(shù)據(jù)”和“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)環(huán)境下的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和應(yīng)用優(yōu)勢進(jìn)行分析與討論。對語音智能分析技術(shù)在廣播系統(tǒng)中的應(yīng)用方式和原理進(jìn)行分析和介紹，并重點(diǎn)說明語音智能分析技術(shù)對客運(yùn)服務(wù)的作用和影響及其關(guān)鍵功能的原理和方法。最后通過原理圖說明了語音智能技術(shù)在實(shí)現(xiàn)靈活、安全的客運(yùn)服務(wù)中所起到的重要作用。