语音智能技术在轨道交通广播系统中的应用

万海川

（成都地铁运营有限公司，成都 610081）

随着我国城市的快速发展，城市中的人口出现快速的增长，特别是特大城市，巨大的人口数量已经对人们的日常出行和城市交通造成巨大的压力。近年来，为了优化城市交通结构，倡导“绿色出行，低碳生活”，各地政府都在大力推动公共交通的发展，尤其是能有效缓解城市拥堵的轨道交通系统。现代化的轨道交通系统应具有快捷、方便的特点，同时其客运服务也应该更加人性化，信息发布也应该更加准确、及时。广播系统作为轨道交通系统中乘客信息发布的关键系统，其重要性不言而喻，该系统播放的语音内容对轨道交通的客流组织和引导起着不容小觑的作用[1]。但是，目前大多轨道行业广播系统的工作方式还停留在固定的播放模式下，无法起到实时适应环境变化的作用。因此如何推进和实现轨道交通广播系统的智能化也逐步成为行业从业者思考的问题。本文结合近年来出现的“大数据”和“互联网+”技术，对语音智能在城市轨道交通广播系统中的应用进行深入的分析。

1 概述

1.1 广播系统的基本概述

广播系统作为车站引导乘客，发布客运服务信息以及紧急信息的关键系统，其功能要求也根据发布信息的不同不断变化。同样，对于不同区域乘客发布的信息也要有所区别。因此，广播系统的功能也根据不同需求不断增加，与此同时，许多使广播系统更加智能化、人性化的新技术也应运而生[2]。本文将对与广播系统密切相关的语音智能技术的现状和系统架构分别进行阐述与分析。

1.2 语音智能技术的发展现状

随着人工智能技术的发展和推广，目前的语音分析和识别技术已经上升到相对成熟的阶段，许多行业已经将语音技术应用到实际的工业生产、智能控制以及人们日常的生活中。其中，手机的语音唤起、语音门禁系统等都是语音识别和分析技术应用最为常见的领域，但是这些语音技术都仅仅是语音分析技术较为简单的应用，并未体现语音技术应用于大场景复杂环境的优势。近年来，“互联网+”和“大数据”的发展为语音技术带来新的发展机遇，以互联网环境下的大数据为数据背景的语音分析技术已逐步地走上智能技术的舞台。

本文接下来将分别对轨道交通广播系统架构和语音智能技术的系统架构进行分析讨论。

2 轨道交通广播系统的系统架构及组成设备

前文主要对广播系统和语音智能技术的发展作了简要的概括，本节将对广播系统的架构和主要设备功能进行阐述分析。现代轨道交通系统的广播系统主要由控制中心广播、车站广播以及连接两者的传输通道组成[3]。其网络具体解决方法如图1所示，不同地方的广播系统设备的作用和功能均不相同，它们各司其职，共同组成广播系统的网络架构。

图1 广播系统网络架构图Fig.1 Architecture of broadcast system network

2.1 控制中心级广播系统的设备构成

控制中心广播系统主要由广播操作台、控制设备以及网络管理设备组成，同时还提供话筒和综合监控系统的互联通道。这些中心设备都能通过传输通道与车站的广播系统相连。

1）广播控制台主要设置在行调和环调的调度台位置，分别为行调和环调提供各自的信息广播功能，行调与环调都能进行整条线的选站、选路，并进行对应的广播。同时环调对于广播系统的控制权要高于行调。

2）中心的控制设备和网络管理设备主要完成广播选择控制、设备网络管理、车站选择和监视监听等功能。

2.2 车站广播系统的设备构成

相比控制中心，车站的广播系统构成相对比较复杂，除了广播控制台和前级话筒外，还有后备广播控制盒、噪声检测器和录音装置。噪声检测器主要是完成对站厅、站台的语音环境检测，调整广播系统的语音音量，以达到提高语音清晰度的目的[4]。

广播控制台主要是为站务人员提供一个方便操作平台，站务人员可以通过该平台进行不同区域的广播和监听。

广播控制和功放设备主要完成语音信号的功率放大，同时提供与传输系统及综合监控的接口。

噪声检测装置主要完成各个广播区域噪声情况的检测，并实时将检测到的信息反馈给广播系统控制设备。

2.3 以太网传输通道

为使控制中心与车站能够互联，并且控制中心能够控制车站的广播系统，传输系统的RPR板卡为控制中心与车站提供一个10 M的以太网通道。控制中心与车站的广播系统是通过这个以太网通道进行数据和控制指令的下发。

具体以成都地铁4号线为例，成都地铁4号线各个车站主要采用MSTP780B，与控制中心的MSTP780A设备相连，完成车站与控制中心广播系统的互联。

为了保证传输通道网络的稳定，每个车站的广播系统均采用主备冗余的连接方式，对广播系统的传输通道进行保护[5]。

2.4 车辆段广播系统的设备构成

车辆段广播系统与车站广播系统的设备构成大致相同。但是车辆段为了工作人员能在发现紧急情况后，将信息广播出来，在车辆运转库安装了语音插播盒。语音插播盒主要是在紧急情况下为现场作业人员提供信息广播的功能，这样便为现场作业人员的安全提供了多一层的保障。

以上两个小节对广播系统的基本功能和架构进行分析与介绍，但这些功能比较传统，无法适应现代轨道交通行业客流的组织和发展的需要。当前的轨道交通发展十分迅速，各项新型的技术也逐步开始应用于轨道交通的客运服务中。下面本文将对语音智能感知技术的系统架构及其在轨道交通广播系统中的应用和所起到的关键作用进行分析与讨论。

3 语音智能分析系统

3.1 大数据下的语音智能分析系统架构

前文已经提到“大数据”和“互联网+”，这两项技术是实现语音智能分析技术的关键。“大数据”为语音分析提供了最为基本的人类声学模型和数以万计的人类声音片段(包括声音频段、声带震动程度等信息)数据。同时“互联网+”又为语音的智能分析提供网络支撑，利用互联网的信息互通又进一步扩大语音分析的数据基础[6]。下面结合语音智能的网络架构图，分析语音智能系统的工作原理和工作方式。

语音智能分析技术的应用架构如图2所示，同时也说明智能语音系统的工作流程。其具体工作流程如下。

图2 语音智能分析系统Fig.2 Speech intelligent analysis system

第一步：语音分析系统从人流密集的公共场所中收集基本的语音数据，并交给语音智能分析服务器。

第二步：语音智能分析服务器将现场的语音信息按照不同的类别进行分类，并与语音数据库中的基本语音数据进行对比，基本分析出现场人员的密度和年龄分布。

第三步：通过对收集的现场语音数据进行敏感词汇和语音内容的分析，提取关键词，对现场人员的类别和个人当前情况进行大致的分析。

第四步：当分析完成后，语音智能分析系统将对现场的广播系统进行自适应控制，播放最适合现场人员环境的语音段和相关的广告语，以匹配现场人员的年龄和现场的环境。

3.2 语音智能分析系统的应用优势

第一，场景感知分析功能：语音智能系统将会对检测区域内的语音进行提取，并与数据库中的人声片段进行对比，分析处理现场人员的基本情况，包括年龄、谈论话题、关注热点等。

第二，播放语音更为合理：由于语音智能分析系统的语音来源于现场的采集，并能对现场的人员及环境情况进行分析，因此语音智能分析系统能根据分析得到的现场人员的不同情况而播放不同的文明提示音或商业广告，以达到合理引导现场人员和针对性广告播放的目的。

第三，敏感信息提取：智能语音分析系统还能提取分析现场的语音内容，对于一些较为敏感的词语进行预警，并向保卫人员发送提示信息。

第四，敏感信息定位：如果智能检测系统在检测现场检测设备分布较多，可以根据提供敏感信息检测设备的具体位置，预警该区域人员的危险程度，为安保人员提供敏感内容的位置信息。

4 语音智能分析技术在轨道交通广播系统的应用

4.1 噪声感知控制技术

轨道交通车站属于人流量特别大的公共场所，由于人多而嘈杂，所以杂音时常会影响到候车的乘客对列车到站广播的注意，广播音量过小的话，将会被淹没在人们的说话声中。为避免车站现场的嘈杂影响广播播音的效果，广播系统中设计噪声感应器用于检测现场的噪声状况[7]。通常情况下，噪声感应器安装于上下行站台的首尾端以及站厅中部，广播系统收到噪感检测的噪声后，将对扬声器的音量进行控制，以达到理想的播音效果。广播系统噪声感应控制音量原理如图3所示。这种技术是语音智能的初期表现，但是只能进行环境嘈杂度的检测，不能分析语音内容，从而进行高级的语音控制。因此语音智能分析技术便成为解决这一难题的关键。

图3 车站智能检测系统Fig.3 Station intelligent detecting system

4.2 语音智能控制技术的应用

随着“互联网+”和大数据技术的发展，检测识别技术已经逐步发展起来，语音识别技术主要功能可以通过对语音的分析，并与大量的数据对比，从而判断发出语音的人大概的年龄范围，对检测区域内人员的年龄比例分布情况进行分析。最后语音控制系统会根据识别到的语音发声者的年龄分布比例播放对应的语音段。当语音识别模块感知到现场语音中存在大量儿童或者老年人时，将频繁播放“尊老爱幼”的提示音；当语音识别模块感知到现场语音中存在大量青壮年时，便会频繁播放“先下后上，注意安全”的提示音。该控制技术原理如图3所示。

图3中，站台检查听筒会将站台的乘客语音传递给智能分析服务器，智能分析服务器通过与大数据库中的语音数据进行对比，分析出此时站台乘客的主要年龄分布，最后选择最合适的站台文明语音进行播放，合理引导站台乘客上下列车。这样实现了广播系统自适应地根据环境的变化而变化，播放当前环境情况下最为适合语音信息，已达到提高广播系统播放信息针对性的目的。

5 结束语

本文从广播系统的原理和组成架构出发，对广播系统的主要功能和语音智能技术当前的发展现状进行分析阐述。在此基础上，本文进一步对广播系统的基本功能和组成的分析，并对语音智能技术在“大数据”和“互联网+”技术环境下的系统结构和应用优势进行分析与讨论。对语音智能分析技术在广播系统中的应用方式和原理进行分析和介绍，并重点说明语音智能分析技术对客运服务的作用和影响及其关键功能的原理和方法。最后通过原理图说明了语音智能技术在实现灵活、安全的客运服务中所起到的重要作用。