編組站接發(fā)列車作業(yè)語音寫實系統(tǒng)設(shè)計

何 遲，朱 帥，崔炳謀(蘭州交通大學(xué) 交通運輸學(xué)院，甘肅 蘭州 730070)

編組站接發(fā)列車作業(yè)語音寫實系統(tǒng)設(shè)計

何 遲，朱 帥，崔炳謀
(蘭州交通大學(xué) 交通運輸學(xué)院，甘肅 蘭州 730070)

標(biāo)準(zhǔn)化接發(fā)列車作業(yè)程序是編組站保證行車安全的重要手段，但在執(zhí)行過程中存在作業(yè)環(huán)節(jié)疏漏的可能性，危及行車安全。為此，提出利用計算機語音識別技術(shù)保證作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)得到準(zhǔn)確執(zhí)行，實現(xiàn)對各個作業(yè)環(huán)節(jié)的卡控。在分析編組站接發(fā)列車作業(yè)語音寫實系統(tǒng)需求的基礎(chǔ)上，進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計，其中系統(tǒng)架構(gòu)由功能應(yīng)用層、功能支撐層、數(shù)據(jù)支撐層組成；系統(tǒng)功能由數(shù)據(jù)管理、語音識別、作業(yè)過程卡控和查詢統(tǒng)計 4 個模塊組成。系統(tǒng)在蘭州北站應(yīng)用后保證了接發(fā)列車作業(yè)的準(zhǔn)確性，減少了作業(yè)環(huán)節(jié)遺漏的情況，提高了車站安全生產(chǎn)水平。

接發(fā)列車；Levenshtein 算法；相似度

1 編組站接發(fā)列車作業(yè)語音寫實系統(tǒng)需求分析

接發(fā)列車是車站的一項基本作業(yè)，是保證行車安全的一個重要環(huán)節(jié)[1]。接發(fā)列車作業(yè)一般由車站值班員、助理值班員和信號員協(xié)作完成[2]，他們之間通過聯(lián)控保證操作的準(zhǔn)確無誤。為保障接發(fā)列車作業(yè)的安全，各鐵路局相繼制訂了接發(fā)列車作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，車站也對既有的行車組織辦法、接發(fā)列車及相關(guān)作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)章制度進(jìn)行修改和完善[3]，積累了較為豐富的標(biāo)準(zhǔn)化工作經(jīng)驗。接發(fā)列車的標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)程序和用語簡化了繁瑣的內(nèi)容，有助于作業(yè)的規(guī)范化和科學(xué)化，但在實際作業(yè)過程中，由于無法針對整個作業(yè)過程進(jìn)行全程盯控，車站值班員與聯(lián)控人員 (助理值班員，信號員) 之間的配合存在遺漏作業(yè)環(huán)節(jié)的可能性。為保障正常、安全地接發(fā)列車，針對車站的實際作業(yè)情況，提出借助計算機和語音識別技術(shù)為現(xiàn)場作業(yè)人員提供輔助卡控。

（1）車次、股道信息錯誤提示。根據(jù)接發(fā)列車作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，車站值班員向聯(lián)控人員下達(dá)接發(fā)列車命令、指示時，必須在聽取對方復(fù)誦無誤后，方可“執(zhí)行”命令；聯(lián)控人員按照車站值班員的指示，辦理接、發(fā)列車進(jìn)路。在這個過程中，由于聯(lián)控人員與車站值班員的會話存在方言和環(huán)境嘈雜等的影響，可能出現(xiàn)辨識不清的情況，從而危及接發(fā)列車安全。因此，在作業(yè)過程中系統(tǒng)應(yīng)能識別作業(yè)人員的“口呼”語音，并將車站值班員、聯(lián)控人員的“口呼”內(nèi)容與計劃進(jìn)行對比，當(dāng)車次、股道信息與計劃不一致時給出報警提示，以避免錯誤操作。

（2）作業(yè)過程記錄。接發(fā)列車作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)需要每個作業(yè)人員熟記，依賴作業(yè)人員的記憶，但現(xiàn)場缺乏有效的監(jiān)控機制，作業(yè)人員也存在偷懶的現(xiàn)象，尤其在夜班作業(yè)時更容易出現(xiàn)作業(yè)環(huán)節(jié)遺漏的情況，影響接發(fā)列車作業(yè)安全。例如，車站值班員不及時填寫《行車日志》，聯(lián)控人員可能遺漏“停止影響進(jìn)路的調(diào)車作業(yè)”。在接發(fā)列車的每個作業(yè)環(huán)節(jié)結(jié)束后，系統(tǒng)應(yīng)記錄作業(yè)人員“口呼”的作業(yè)狀態(tài)，并與接發(fā)列車作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較，當(dāng)有作業(yè)環(huán)節(jié)遺漏時，給出報警提示。

（3）接發(fā)列車作業(yè)人員考核。車站每季度或半年開展 1 次或數(shù)次接發(fā)列車作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化情況的抽樣檢查或綜合檢查[4]，對接發(fā)列車作業(yè)人員在指定時間周期內(nèi)/指定列車的作業(yè)情況進(jìn)行查詢和統(tǒng)計，作為對作業(yè)人員的考核依據(jù)。

2 編組站接發(fā)列車作業(yè)語音寫實系統(tǒng)設(shè)計

2.1 系統(tǒng)架構(gòu)

系統(tǒng)總體架構(gòu)主要由功能應(yīng)用層、功能支撐層、數(shù)據(jù)支撐層組成，如圖 1 所示。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)

（1）功能應(yīng)用層：為用戶提供操作界面及各種功能應(yīng)用，具有相應(yīng)權(quán)限的用戶可進(jìn)行遠(yuǎn)程作業(yè)和查詢服務(wù)等操作。

（2）功能支撐層：提供各種應(yīng)用系統(tǒng)跨數(shù)據(jù)庫、跨平臺的無縫接入和集成，支持信息的訪問、傳遞及協(xié)作，其中包括信息管理、行車管理、人員管理和設(shè)備管理等業(yè)務(wù)邏輯的處理。

（3）數(shù)據(jù)支撐層：通過接口適配器接入編組站綜合自動化系統(tǒng)的列車運行計劃數(shù)據(jù)；提供語音數(shù)據(jù)、設(shè)備數(shù)據(jù)、員工數(shù)據(jù)等的管理和維護(hù)。

2.2 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)

編組站接發(fā)列車作業(yè)語音寫實系統(tǒng)由數(shù)據(jù)管理、語音識別、作業(yè)過程卡控、查詢統(tǒng)計模塊組成，系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)如圖 2 所示。

（1）數(shù)據(jù)管理。提供各種數(shù)據(jù)的存儲及增刪查改等維護(hù)功能。①靜態(tài)數(shù)據(jù)：包括車次字典，以及接發(fā)列車作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的存儲和維護(hù)。②動態(tài)數(shù)據(jù)：系統(tǒng)以接發(fā)列車環(huán)節(jié)為核心，對生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的動態(tài)數(shù)據(jù)按照車次進(jìn)行分類組織，以提高查詢、分析效率。

（2）語音識別。系統(tǒng)采集接發(fā)列車作業(yè)各個環(huán)節(jié)作業(yè)人員的語音信息，借助語音識別模塊對輸入的語音進(jìn)行處理，將連續(xù)的語音處理成以 XML 文件存儲的文字信息，系統(tǒng)再對識別后的文字信息進(jìn)行處理。

（3）作業(yè)過程卡控。①在接發(fā)列車作業(yè)過程中，系統(tǒng)自動記錄各個環(huán)節(jié)相關(guān)作業(yè)人員有關(guān)作業(yè)狀態(tài)的語音報告，并且自動識別為文字信息，同時與接發(fā)列車作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較，當(dāng)與標(biāo)準(zhǔn)一致時，保存作業(yè)人員、作業(yè)時間等信息；當(dāng)與標(biāo)準(zhǔn)不一致時，給出報警提示，提醒作業(yè)人員按標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行作業(yè)。②在辦理接發(fā)列車進(jìn)路作業(yè)時，系統(tǒng)自動識別值班員與聯(lián)控人員的“口呼”語音信息并轉(zhuǎn)換為文字信息，提取出其中的車次、股道等信息，并與計劃車次和股道信息進(jìn)行比較，當(dāng)兩者不一致時給出報警提示。在確保安全無誤后，方可辦理接發(fā)列車作業(yè)[5]。

圖2 系統(tǒng)總體功能結(jié)構(gòu)

（4）查詢統(tǒng)計。提供友好的查詢統(tǒng)計界面，可以根據(jù)時間、車次、用戶、場別等條件進(jìn)行數(shù)據(jù)查詢及統(tǒng)計分析。

2.3 關(guān)鍵技術(shù)

（1）語音識別[6]。語音識別是系統(tǒng)的核心功能，系統(tǒng)借助于語音識別模塊將語音轉(zhuǎn)換為文字。該語音識別模塊支持中文和英文，其中中文支持普通話及粵語、四川話等地方語言；支持最快 180 字/min 的語音輸入，識別響應(yīng)時間低于 500 ms，識別率超過99.9%，可確保系統(tǒng)功能的穩(wěn)定、可靠。

（2）字符串相似度比較。通過語音識別模塊將作業(yè)人員的語音識別為字符串后，系統(tǒng)將其與標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)用語進(jìn)行相似度比較，以便對作業(yè)過程是否符合標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行判定。系統(tǒng)采用經(jīng)典的 Lenvenshtein 算法進(jìn)行字符串的相似度比較，該算法又稱編輯距離或 Levenshtein Distance 算法[7]，廣泛應(yīng)用于 DNA 分析、語音辨識和抄襲偵測等軟件中。所謂編輯距離，是指 2 個字串之間，由一個字串轉(zhuǎn)換為另一個字串所需的最少編輯操作次數(shù)；編輯距離越大，說明 2 個字串越不同，反之它們的相似程度越高[8]。這里的編輯操作包括替換、插入或刪除 1 個字符。

2.4 系統(tǒng)應(yīng)用效果

編組站接發(fā)列車作業(yè)語音寫實系統(tǒng)開發(fā)完成后在蘭州北站調(diào)度樓投入應(yīng)用。與系統(tǒng)應(yīng)用之前相比，接發(fā)列車作業(yè)人員的作業(yè)過程得到清晰準(zhǔn)確的記錄，減少、甚至杜絕了接發(fā)列車過程中作業(yè)環(huán)節(jié)遺漏的情況，接發(fā)列車作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)得到更好的貫徹執(zhí)行。由于系統(tǒng)事實上承擔(dān)了“監(jiān)督”的職能，作業(yè)人員之間的聯(lián)控用語更規(guī)范，有效地減少了方言、環(huán)境嘈雜等原因可能導(dǎo)致的錯誤，確保了接發(fā)列車作業(yè)安全。

3 結(jié)束語

編組站接發(fā)列車作業(yè)語音寫實系統(tǒng)利用語音識別技術(shù)將列車接發(fā)作業(yè)過程中的作業(yè)用語轉(zhuǎn)為字符串來分析整個作業(yè)環(huán)節(jié)的實際情況，與原來的無人盯控環(huán)境相比，有助于減少作業(yè)過程的遺漏，并且能夠智能監(jiān)控作業(yè)過程，從而保障接發(fā)列車的作業(yè)安全。但是，在系統(tǒng)應(yīng)用過程中也存在一些不足，如系統(tǒng)在非常嘈雜的環(huán)境下使用效果不夠理想，以及對某些地方方言的識別率不夠理想，需要在今后的研究過程中加以完善。

[1] 李 琪，郭曉雯.鐵路接發(fā)列車系統(tǒng)安全分析[J].鐵道貨運，2011，29(12)：33-35.LI Qi，GUO Xiao-wen.Analysis on System Safety of Railway Receiving-Departure Trains[J].Railway Freight Transport，2011，29(12)：33-35.

[2] 中國鐵路總公司.鐵路技術(shù)管理規(guī)程(普速鐵路部分)[M].北京：中國鐵道出版社，2014.

[3] 滕 勇.車站助理值班員工作組織優(yōu)化的實踐與思考[J].鐵道運輸與經(jīng)濟，2011，33(1)：64-67. TENG Yong.Practice and Thoughts on Optimizing the Work Organization of Assistant On-Duty Staff in Station[J].Railway Transport and Economy，2011，33(1)：64-67.

[4] 徐 寧.淺談鐵路部門如何保障接發(fā)列車作業(yè)安全研究[J].東方企業(yè)文化，2015(3)：152，154.

[5] 王士超.多方向接發(fā)列車錯辦進(jìn)路原因及對策的探討[J].鐵道運輸與經(jīng)濟，2015，37(9)：22-24.WANG Shi-chao.Discussion on Reasons of Wrong Handling of Route Existing in Multi-Direction Train Receiving and Departure[J].Railway Transport and Economy，2015，37(9)：22-24.

[6] 王炳錫，屈 丹，彭 煊.實用語音識別基礎(chǔ)[M].北京：國防工業(yè)出版社，2005.

[7] LEVENSHTEIN V.Binary Codes Capable of Correcting Deletions，Insertions and Reversals[J].Soviet Physics Doklady，1966，10(8)：707-710.

[8] 姜 華，韓安琪，王美佳，等.基于改進(jìn)編輯距離的字符串相似度求解算法[J].計算機工程，2014，40(1)：222-227.JIANG Hua，HAN An-qi，WANG Mei-jia，et al.Solution Algorithm of String Similarity based on Improved Levenshtein Distance[J].Computer Engineering，2014，40(1)：222-227.

（責(zé)任編輯 劉 新）

Design of Train Operation Voice Realism System for Marshalling Station

HE Chi, ZHU Shuai, CUI Bing-mou
(School of Traffc and Transportation, Lanzhou Jiaotong University, Lanzhou 730070, Gansu, China)

It is an important means to ensure traffc safety of marshalling station by standardized operation procedure of train, but there are possibilities of omissions in the course of execution, which endanger traffic safety. To this end, this paper proposes the use of computer speech recognition technology to ensure accurate implementation of job standards, and thus to achieve the control of operations in various parts. The system is designed based on the demand analysis of marshalling station to the voice realism system. The system architecture is composed of function application layer, functional support layer and data support layer; and the system function consists of four modules including data management, voice recognition, operation process control and query statistics. This system applied in Lanzhou North Station has ensured the accuracy of receiving and dispatching trains, reduced the missing parts of the operation, and improved the safety level of the station.

Receiving and Dispatching Trains; Levenshtein Algorithm; Similarity

1004-2024(2016)12-0041-04

TP399：U292.12

B

10.16669/j.cnki.issn.1004-2024.2016.12.09

2016-10-09

何遲(1990—)，男，安徽安慶人，碩士研究生。朱帥(1992—)，男，河南信陽人，碩士研究生。崔炳謀(1961—)，男，陜西咸陽人，博士。

國家重點研發(fā)計劃課題(2016YFB1200105)