广州地铁集团有限公司 510000
摘要：将人工智能技术运用到城市轨道交通广播系统是通信系统中可以提升系统综合性能，为传统广播系统带来更多便捷功能。利用已经日趋成熟的人工智能技术软件，针对广州地铁传统广播系统提出了改造的方案。通过实验研究了人工智能技术在城市轨道交通广播系统的应用。
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城市轨道交通广播系统是通信系统中的一个子系统，在轨道交通运营中，为保证列车安全高效运营，为乘客提供高质量的出行服务，广播系统将起到非常重要的作用。现城市轨道交通传统广播系统已逐步向数字化、IP化进行发展，但仍有很多线路使用传统的广播系统。随着人工智能的兴起与技术的日渐成熟，将AI引入到城市轨道交通广播系统中，利用AI的语音识别、语音合成、机翻和机配等有声语言领域的技术，可以使城市轨道交通广播系统更加智能化，人性化。由于城市轨道车站广播系统面向乘客，且需要不间断地工作，为了保持其稳定的工作，在尽可能节省成本的情况下，需要在传统城市轨道交通广播系统中进行改造，本文以广州地铁传统广播系统的车站广播为例子，通过实验研究了人工智能语音领域的技术在城市轨道交通广播系统中的应用。
1广州地铁广播系统简介
广州地铁广播系统是通信系统中的一个子系统，广播系统一般由车站广播、停车场广播与控制中心组成。各车站、停车场与控制中心广播系统通过传输系统进行连接，实现控制中心对车站与停车场广播的监控。其中车站广播设置在地铁线路沿线各个车站，实现车站值班人员对进行车站广播的功能与列车到站自动广播的功能。
1.1广州地铁广播车站广播的基本组成
车站广播设备包括车站广播控制盒、广播机柜（含车站广播控制单元、负载核算单元、功率放大器、扬声器线路检测器、系统工控机、电源时序控制器、噪声输入单元、车站接口转换分机）、噪声传感器、扬声器及设备间的线缆等。车站各设置2套机柜。
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图1 广州地铁车站广播系统框图
车站广播控制盒为终端控制设备，安装在车控室供车站人员使用，负责发送控制命令并显示工作状态。广播盒操作盒由一个鹅颈话筒（同时备有一个内置话筒，当鹅颈话筒发生故障时可通过选择开关选择内置话筒广播，保证设备正常运行）、一个线路输入插孔、监听扬声器、电平指示灯、状态灯、液晶显示屏及操作按键等组成。具有控制功能、故障显示功能、话筒广播功能、降级广播功能、监听功能、编组功能等。
车站广播广播机柜包括含车站广播控制单元、负载核算单元、功率放大器、扬声器线路检测器、系统工控机、电源时序控制器、噪声输入单元、车站接口转换分机。其中其中广播控制单元包括数字汇接、音频汇接等控制模块，实现优先级判断、功放检测及切换、噪声监测、监听采集等功能。功率放大器与负载区采用浮动切换方式连接，配置了负载核算单元。
车站系统广播工控机通过工控机软件对广播控制单元进行控制控制，广播工控机通过SDH传输通信系统将各个站的广播与OCC进行互联。广播工控机与ISCS、无线系统有接口，其中与ISCS接口用于接收ISCS提供的列车进站信号，实现列车进站自动广播，无线系统接口用于无线手持台进行车站广播。工控机储存预录制语音内容，并用于预录音的播放。另外工控机用于接收中心及车站终端的控制信号并转发给车站广播控制单元。
1.2语音合成广播
在广州地铁广播系统中，预录制好的音频文件提前存储到广播工控机中，当需要播放时工控机软件将会在指定文件夹中按编号进行调用。日常语音需找专业的录音公司对广播进行预录音，语音制作流程复杂，且制作时间长，无法满足播放临时紧急的广播的需求，另外录制广播需要大量的人力物力，成本巨大。语音合成广播的作用是补充预录音播放，通过编制好的语音转换为语音进行广播播放，可随时加入需要播放的广播，减少预录制广播的成本，为地铁广播系统提供最基础的语音服务能力。
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图2文字转语音四层结构
具体改造方案：文字转语音的实现是通过在原有的广播工控机中加入智能语音软件实现文字转语音功能，将编写好的需要播放的文字放置到软件中，软件通过文本识别、提取语音词汇、语音合成、语音播放四层文字转语音结构将编排好的文字转换为可播放的语音，并以音频文件格式存储到指定路径中。
广播工控机软件设置好相应的参数如IP、站点、声卡等，当值班人员选择相应编号的录音时，工控机接收到广播盒发来的操作指令，并通过RS422串口线将指令转发到广播机柜的控制单元。通过广播工控机软件到指定路径中调用录制好的广播音频文件，负责车站行车语音的指定声卡将相应编号的音频文件通过音频线传送到广播机柜的控制单元进行播放。
1.3人工广播智能监控与存储
在广州地铁广播系统中，人工广播通过广播控制盒的音频线通过直接连到广播机柜，未经过滤的广播存在播放错误内容到公共区域的问题，更有甚者可能被被不法分子利用，未经授权在地铁站区域进行广播。随着人工智能技术的发展，语音识别技术与文本分类技术为人工广播的监管提供了一个可行的方法。通过语音识别技术对人工广播进行接收，将广播音频进行文本数据的转换，转换后人工广播可通过文本格式进行存储，减少录音音频文档所占内存。
具体改造方案：由于广州地铁控制单元有两个，一个控制单元负责8个区的广播播放。接口转换分机有一个输入，三个输出接口，用于各语音信号与数据的扩展。广播控制盒语音信号通过接口转换分机分成两路输到两个控制单元，还有一个预留的输出端口可连接到广播工控机中，以实现广播控制盒人工广播音频信号输入到广播工控机。
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图3 广播控制盒数据、语音信号连接示意图
通过广播工控机中安装的智能语音软件语音识别功能，将广播控制盒中的人工广播的语音转变为文字，并生成文件存储到指定路径中。通过文本检测对人工广播转变而来的文本数据识别色情、暴恐涉政、恶意推广、辱骂、违反广告法、涉及违禁品等内容。一旦发现违规内容，将弹出告警信息。起到对人工广播智能监控的作用。
小结
本文结合广州地铁传统广播系统设备现状，为满足用户对广播语音录制时效性与对播放广播监控的需求，提出了基于语音合成技术、语音识别与文本检测技术的文字转语音音频录制与广播智能监控与存储的改造方案。人工智能有声语言领域的技术将在地下城市轨道交通广播系统得到应用，以较低成本的改造原有设备系统的同时提升了传统广播系统的性能。