編組站接發列車作業語音寫實系統設計

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

編組站接發列車作業語音寫實系統設計

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

標準化接發列車作業程序是編組站保證行車安全的重要手段，但在執行過程中存在作業環節疏漏的可能性，危及行車安全。為此，提出利用計算機語音識別技術保證作業標準得到準確執行，實現對各個作業環節的卡控。在分析編組站接發列車作業語音寫實系統需求的基礎上，進行系統設計，其中系統架構由功能應用層、功能支撐層、數據支撐層組成；系統功能由數據管理、語音識別、作業過程卡控和查詢統計 4 個模塊組成。系統在蘭州北站應用后保證了接發列車作業的準確性，減少了作業環節遺漏的情況，提高了車站安全生產水平。

接發列車；Levenshtein 算法；相似度

1 編組站接發列車作業語音寫實系統需求分析

接發列車是車站的一項基本作業，是保證行車安全的一個重要環節[1]。接發列車作業一般由車站值班員、助理值班員和信號員協作完成[2]，他們之間通過聯控保證操作的準確無誤。為保障接發列車作業的安全，各鐵路局相繼制訂了接發列車作業標準，車站也對既有的行車組織辦法、接發列車及相關作業標準和規章制度進行修改和完善[3]，積累了較為豐富的標準化工作經驗。接發列車的標準化作業程序和用語簡化了繁瑣的內容，有助于作業的規范化和科學化，但在實際作業過程中，由于無法針對整個作業過程進行全程盯控，車站值班員與聯控人員 (助理值班員，信號員) 之間的配合存在遺漏作業環節的可能性。為保障正常、安全地接發列車，針對車站的實際作業情況，提出借助計算機和語音識別技術為現場作業人員提供輔助卡控。

（1）車次、股道信息錯誤提示。根據接發列車作業標準，車站值班員向聯控人員下達接發列車命令、指示時，必須在聽取對方復誦無誤后，方可“執行”命令；聯控人員按照車站值班員的指示，辦理接、發列車進路。在這個過程中，由于聯控人員與車站值班員的會話存在方言和環境嘈雜等的影響，可能出現辨識不清的情況，從而危及接發列車安全。因此，在作業過程中系統應能識別作業人員的“口呼”語音，并將車站值班員、聯控人員的“口呼”內容與計劃進行對比，當車次、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）作業過程記錄。接發列車作業標準需要每個作業人員熟記，依賴作業人員的記憶，但現場缺乏有效的監控機制，作業人員也存在偷懶的現象，尤其在夜班作業時更容易出現作業環節遺漏的情況，影響接發列車作業安全。例如，車站值班員不及時填寫《行車日志》，聯控人員可能遺漏“停止影響進路的調車作業”。在接發列車的每個作業環節結束后，系統應記錄作業人員“口呼”的作業狀態，并與接發列車作業標準進行比較，當有作業環節遺漏時，給出報警提示。

（3）接發列車作業人員考核。車站每季度或半年開展 1 次或數次接發列車作業標準化情況的抽樣檢查或綜合檢查[4]，對接發列車作業人員在指定時間周期內/指定列車的作業情況進行查詢和統計，作為對作業人員的考核依據。

2 編組站接發列車作業語音寫實系統設計

2.1 系統架構

系統總體架構主要由功能應用層、功能支撐層、數據支撐層組成，如圖 1 所示。

圖1 系統架構

（1）功能應用層：為用戶提供操作界面及各種功能應用，具有相應權限的用戶可進行遠程作業和查詢服務等操作。

（2）功能支撐層：提供各種應用系統跨數據庫、跨平臺的無縫接入和集成，支持信息的訪問、傳遞及協作，其中包括信息管理、行車管理、人員管理和設備管理等業務邏輯的處理。

（3）數據支撐層：通過接口適配器接入編組站綜合自動化系統的列車運行計劃數據；提供語音數據、設備數據、員工數據等的管理和維護。

2.2 系統功能結構

編組站接發列車作業語音寫實系統由數據管理、語音識別、作業過程卡控、查詢統計模塊組成，系統功能結構如圖 2 所示。

（1）數據管理。提供各種數據的存儲及增刪查改等維護功能。①靜態數據：包括車次字典，以及接發列車作業標準的存儲和維護。②動態數據：系統以接發列車環節為核心，對生產過程中產生的動態數據按照車次進行分類組織，以提高查詢、分析效率。

（2）語音識別。系統采集接發列車作業各個環節作業人員的語音信息，借助語音識別模塊對輸入的語音進行處理，將連續的語音處理成以 XML 文件存儲的文字信息，系統再對識別后的文字信息進行處理。

（3）作業過程卡控。①在接發列車作業過程中，系統自動記錄各個環節相關作業人員有關作業狀態的語音報告，并且自動識別為文字信息，同時與接發列車作業標準進行比較，當與標準一致時，保存作業人員、作業時間等信息；當與標準不一致時，給出報警提示，提醒作業人員按標準進行作業。②在辦理接發列車進路作業時，系統自動識別值班員與聯控人員的“口呼”語音信息并轉換為文字信息，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行比較，當兩者不一致時給出報警提示。在確保安全無誤后，方可辦理接發列車作業[5]。

圖2 系統總體功能結構

（4）查詢統計。提供友好的查詢統計界面，可以根據時間、車次、用戶、場別等條件進行數據查詢及統計分析。

2.3 關鍵技術

（1）語音識別[6]。語音識別是系統的核心功能，系統借助于語音識別模塊將語音轉換為文字。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，識別響應時間低于 500 ms，識別率超過99.9%，可確保系統功能的穩定、可靠。

（2）字符串相似度比較。通過語音識別模塊將作業人員的語音識別為字符串后，系統將其與標準作業用語進行相似度比較，以便對作業過程是否符合標準進行判定。系統采用經典的 Lenvenshtein 算法進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，由一個字串轉換為另一個字串所需的最少編輯操作次數；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 系統應用效果

編組站接發列車作業語音寫實系統開發完成后在蘭州北站調度樓投入應用。與系統應用之前相比，接發列車作業人員的作業過程得到清晰準確的記錄，減少、甚至杜絕了接發列車過程中作業環節遺漏的情況，接發列車作業標準得到更好的貫徹執行。由于系統事實上承擔了“監督”的職能，作業人員之間的聯控用語更規范，有效地減少了方言、環境嘈雜等原因可能導致的錯誤，確保了接發列車作業安全。

3 結束語

編組站接發列車作業語音寫實系統利用語音識別技術將列車接發作業過程中的作業用語轉為字符串來分析整個作業環節的實際情況，與原來的無人盯控環境相比，有助于減少作業過程的遺漏，并且能夠智能監控作業過程，從而保障接發列車的作業安全。但是，在系統應用過程中也存在一些不足，如系統在非常嘈雜的環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.鐵路接發列車系統安全分析[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.鐵路技術管理規程(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化的實踐與思考[J].鐵道運輸與經濟，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列車作業安全研究[J].東方企業文化，2015(3)：152，154.

[5] 王士超.多方向接發列車錯辦進路原因及對策的探討[J].鐵道運輸與經濟，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[M].北京：國防工業出版社，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。

國家重點研發計劃課題(2016YFB1200105)