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语音识别技术在控制河段VHF人机对话系统中的应用研究

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语音识别技术在控制河段VHF人机对话系统中的应用研究

作者：杨宏重庆大学

学位级别：硕士

甚高频(Very High Frequency,VHF)无线电通信系统是海事水上移动无线电通信中的一个重要系统。VHF通信也是内河航道船舶导航、海事执法、海事救助、交通控制以及安全信息发布的重要手段。尽管长江干线上游控制河段已基本实现通行指挥的... 详细信息

甚高频(Very High Frequency,VHF)无线电通信系统是海事水上移动无线电通信中的一个重要系统。VHF通信也是内河航道船舶导航、海事执法、海事救助、交通控制以及安全信息发布的重要手段。尽管长江干线上游控制河段已基本实现通行指挥的自动化,但是通行指挥过程中的一些信息仍是通过VHF电台进行人工交互完成的,如何基于语音识别等技术实现通行指挥中的VHF语音通话的自动识别和应答,将有助于实现控制河段通行信号台的无人值守目标。随着深度学习技术的快速发展,语音识别技术也取得了巨大的进步,同时移动设备的普及以及APP的发展,也使得可供语音训练的数据集的规模也大幅度提高。因此将语音识别技术应用于船舶与系统或者信号员之间的VHF应答中,实现一个自动VHF语音对话系统,将有助于进一步提高控制河段通行指挥的智能化和自动化水平。论文围绕自动VHF语音对话系统中的最基础的工作,即语音识别技术展开研究,通过构建语料库与声学模型,实现常用对话的自动识别。论文的主要内容如下:1)针对VHF语音通话是以四川方言为主,缺乏开源的语料库的问题,设计构建川江方言语料库,语料的来源为船舶通行指挥现场的VHF通话录音。对语料库进行收集整理、标注、核对后,形成面向川江航道船舶通行指挥的语料库,并将语料库分为训练集和测试集。2)以基于深度学习的语音识别为切入点,对门控卷积神经网络(Gated Convolution Network,GCN)声学模型和门控循环单元(Gate Recurrent Unit,GRU)声学模型进行比较分析,通过实验比较各自在VHF语音对话识别中的优缺点。在GCN和GRU的基础上,提出了GCN-Bi GRU混合声学模型,并利用链接时序分类(Connectionist Temporal Classification,CTC)进行解码。通过与GCN-CTC、GRU-CTC对比实验分析,结果表明本文提出的模型相对于其他模型有较好的识别效果,检验了模型的优越性。3)对控制河段通行指挥中VHF语音通话交互进行了需求分析,对控制河段船舶通行指挥中的VHF人机对话系统进行总体方案设计,通过开发一个语音对话测试系统,验证GCN-Bi GRU混合声学模型的有效性和实现VHF语音对话系统的可信性。

关键词：语音识别控制河段川江方言门控卷积神经网络门控循环单元

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控制河段船舶违规航行检测方法

水运工程 2017年第6期 168-173页

作者：毕方全长江重庆航道局重庆401147

长江上游控制河段狭窄、弯曲,为确保航道畅通和行轮安全,行轮必须根据信号台的通行指挥信号,单向、有序通过。一旦行轮未遵守通行指挥信号违规航行,极易发生船舶碰撞甚至搁浅等海事事故。基于AIS、视频监控和通行指挥信号提出一种控制... 详细信息

长江上游控制河段狭窄、弯曲,为确保航道畅通和行轮安全,行轮必须根据信号台的通行指挥信号,单向、有序通过。一旦行轮未遵守通行指挥信号违规航行,极易发生船舶碰撞甚至搁浅等海事事故。基于AIS、视频监控和通行指挥信号提出一种控制河段船舶违规航行的检测方法,通过消除船舶倒影和拖尾水纹等噪声干扰,对船舶目标进行检测,通过多个摄像头轮流采集图像,实现多视场下跟踪船舶航迹;最后结合控制河段的通行规则,对违规航行行为进行判别。结果表明,该方法可对控制河段中违规航行船舶进行准确判别。

关键词：控制河段违规航行视觉目标检测跟踪

控制河段船舶远程通行指挥数据实时传输的设计

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水运工程 2014年第11期 60-63,68页

作者：吴关胜钟丽龙艾芳梁山长江泸州航道局四川泸州646000 重庆大学自动化学院重庆400044

控制河段的船舶通行指挥是一个信号台与通行船舶交互的动态过程,如何将反映控制河段通行状况和指挥过程的多源数据实时传输至航道主管部门,是实现控制河段船舶的远程通行指挥的关键问题之一。分析利用Direct Sound和VFW技术分别实现音... 详细信息

控制河段的船舶通行指挥是一个信号台与通行船舶交互的动态过程,如何将反映控制河段通行状况和指挥过程的多源数据实时传输至航道主管部门,是实现控制河段船舶的远程通行指挥的关键问题之一。分析利用Direct Sound和VFW技术分别实现音频流、视频流的采集播放,应用Socket通信技术建立通讯连接,设计和实现命令字符串流、备份文件流、音频流、视频流等多源数据的实时传输的主要过程和方法。

关键词：控制河段远程指挥 Socket通信实时传输

控制河段船舶通行指挥系统可靠性提升设计与实现

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控制河段船舶通行指挥系统可靠性提升设计与实现

作者：吴朝昇重庆大学

学位级别：硕士

船舶通行于长江上游控制河段必须根据信号台的指挥信号有序单向通行。控制河段船舶通行指挥系统通过实时获取船舶动态信息,根据单向航道通行指挥规则,为船舶生成指挥调度决策,可有效辅助信号台信号员指挥船舶通行。由于控制河段地理环... 详细信息

船舶通行于长江上游控制河段必须根据信号台的指挥信号有序单向通行。控制河段船舶通行指挥系统通过实时获取船舶动态信息,根据单向航道通行指挥规则,为船舶生成指挥调度决策,可有效辅助信号台信号员指挥船舶通行。由于控制河段地理环境复杂,AIS（Automatic Identification System,船舶自动识别系统）信号接收覆盖率低、指挥信号准确率不高等因素严重影响了船舶通行指挥系统的可靠性,部分控制河段的通行安全和通行效率难以得到进一步保证。如何根据控制河段的实际情况,进一步提升控制河段船舶通行指挥系统的可靠性,保证船舶通行安全,提高通行效率,具有重要意义。控制河段船舶通行指挥系统的稳定性和指挥准确性保障了系统提供可靠的指挥决策。论文以重庆王家滩控制河段为研究背景,针对船舶通行指挥系统在王家滩控制河段长期运行过程中出现的各种问题,由航道生产实际需求出发,以提升指挥系统的可靠性为目标,立足于现有技术平台从系统稳定性和指挥准确性两个方面展开研究,以提高船舶通行效率。论文主要工作内容包括:（1）对王家滩控制河段指挥系统的稳定性和指挥准确性提升进行详细需求分析,对研究工作涉及到的关键技术进行分析,并制定可靠性提升的相关技术路线。（2）针对原指挥系统ENC地图存在的服务能力不足等问题,构建了基于ArcGIS的电子航道图,对可视化功能进行升级,提高了系统稳定性和可操作性。（3）针对王家滩控制河段AIS接收覆盖率低、连台指挥系统易出现单点故障的情况,选择合适的AIS接收机进行多点部署;针对多AIS接收源引起的数据冗余和冲突问题,提出基于GPS时间的AIS去重融合算法和基于缓存的去重融合算法,并通过现场对比测试,以基于缓存的去重融合算法作为系统升级后的多AIS接收数据去重融合方法。（4）针对王家滩控制河段上水等待通行船舶多、等待时间长、辅助指挥效果不佳的现状,利用二次移动平均法和中心线轨迹逼近法建立船舶到达时间预测模型,基于时间序列和历史平均模型预测船舶通过控制河段所需时间,比较准确地掌握船舶未来行为动态,可进一步辅助信号员准确高效指挥等待船舶通行。最后,基于本文的研究内容对船舶通行指挥系统进行了更新,并部署在王家滩控制河段各信号台。现场测试结果表明本文的研究工作能有效提升船舶通行指挥系统的可靠性,本文的研究成果可进一步推广到长江上游其余控制河段。

关键词：可靠性可视化去重融合辅助指挥控制河段

控制河段船舶通行指挥决策专家系统研究与实现

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控制河段船舶通行指挥决策专家系统研究与实现

作者：程伟重庆大学

学位级别：硕士

长江上游控制河段船舶受信号台控制，并根据通行信号有序通行。信号台信号员通过判断船舶的船位，依据控制河段的通行原则进行信号揭示，指挥船舶通行。为了适应长江航运中船舶大型化和通航密度急剧增大的趋势，有效减少和避免因信号员... 详细信息

长江上游控制河段船舶受信号台控制，并根据通行信号有序通行。信号台信号员通过判断船舶的船位，依据控制河段的通行原则进行信号揭示，指挥船舶通行。为了适应长江航运中船舶大型化和通航密度急剧增大的趋势，有效减少和避免因信号员判断失误而引起上行船舶候船时间长、下行船舶掉头等问题，保证控制河段船舶的通行安全，提高通行效率，论文在对控制河段船舶通行指挥方法和自动识别系统（Automatic Identification System，AIS）等进行深入研究的基础上，利用专家系统技术，建立通行指挥决策知识库，提出基于模糊层次分析法（FuzzyAnalytic Hierarchy Process，FAHP）和AIS的船舶通行队列快速排序算法，设计并实现了一个基于AIS信息的船舶通行指挥决策专家系统，自动给出通航指令。主要研究工作包括以下几个方面：①对控制河段信号台的通行指挥规则和实际指挥过程进行全面分析，对控制河段船舶通行指挥决策的任务和需求进行分析，提出应用专家系统和船舶AIS实现辅助指挥决策的思路。②根据控制河段信号台对船舶通行指挥的需求，对船舶基本信息、控制河段船舶通行状况、船舶等待时间等知识进行获取和表示，构建系统综合数据库和知识库。③专家系统推理机采用FAHP对影响船舶通行队列的指标因素进行评价，提出基于FAHP和AIS的船舶通行队列快速排序算法，并以此进行推理计算，获得相应的决策指挥信息。④根据系统设计方案，使用C#语言完成系统功能模块的开发，将系统实际应用于神背嘴信号台，对通行船舶进行指挥。神背嘴通行信号台的实际应用表明，基于专家系统的船舶通行指挥系统能自动生成船舶通行队列信息，自动给出通航指令，做出决策信息指挥船舶高效、有序地通过控制河段，缩短了船舶通过控制河段的时间，确保控制河段船舶通行的安全、有序，从而提高指挥调度的效率及科学性和准确性，大大提高长江航线的交通运输力，达到通行信号台智能指挥调度的目标。

关键词：专家系统指挥决策通行队列控制河段

控制河段船舶通行和指挥过程回溯系统的研究与实现

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控制河段船舶通行和指挥过程回溯系统的研究与实现

作者：李金洋重庆大学

学位级别：硕士

长江上游控制河段由于弯曲狭窄，上下游船舶不能互视，船舶必须按照控制河段信号台揭示的通行信号单向有序通行。控制河段信号台通行信号的正确揭示和所有通行船舶严格服从信号台的指挥调度，是保证船舶的安全通行的重要前提。为了能够... 详细信息

长江上游控制河段由于弯曲狭窄，上下游船舶不能互视，船舶必须按照控制河段信号台揭示的通行信号单向有序通行。控制河段信号台通行信号的正确揭示和所有通行船舶严格服从信号台的指挥调度，是保证船舶的安全通行的重要前提。为了能够真实再现某一历史时刻控制河段船舶通行与信号台指挥的动态交互过程，形成海损事故调查依据和证据链条，是控制河段通行指挥监控中的一个重要工作。论文以长江航道泸渝段控制河段为背景，提出将控制河段船舶通行和指挥过程中的多源数据进行独立采集存储，利用多源数据的时间序列特性和数据间的时间重叠性，同步再现多源数据的方法，并开发相应的回溯系统再现控制河段船舶通行和指挥的交互过程。论文的主要工作包括以下几个方面：①对信号台指挥与船舶互动中的多源数据（通行指挥数据、船舶AIS数据、监控视频以及VHF语音数据）特点和存储方式进行分析，建立统一、完善的数据基础体系;②根据多源数据间在时间上的重叠性以及数据各自的时间序列特性，对数据进行关联索引，实现电子地图动态显示船舶航迹和通行指挥信息，并结合关联的音频、视频数据，实现多源信息的联动同步播放，再现船舶与信号台的互动过程;③分析控制河段通航状态特征（如船舶数量、船舶航行方向、船舶航行时间），建立时间序列表示模型，基于动态时间弯曲的模式识别算法进行兴趣数据定位与挖掘，以实现兴趣模式的点播。论文采用C++语言，开发并实现了基于多源数据的控制河段船舶通行状态与指挥过程的回溯系统，真实地再现了某一历史时刻控制河段船舶通行和指挥的交互动态过程，有效提高了控制河段监控和指挥水平。

关键词：同步回放多源数据时间序列相似性搜索控制河段

控制河段船舶视觉监控与违规航行检测方法研究

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控制河段船舶视觉监控与违规航行检测方法研究

作者：柴东重庆大学

学位级别：硕士

控制河段是长江上游的重要通航河道，受不良地理和水文条件的限制，控制河段内的船舶必须接受信号台的指挥，按照单向有序的原则通过河段。如果船舶不遵守控制河段的通航规则而违规航行，极易导致碰撞或搁浅交通事故，从而影响社会经济... 详细信息

控制河段是长江上游的重要通航河道，受不良地理和水文条件的限制，控制河段内的船舶必须接受信号台的指挥，按照单向有序的原则通过河段。如果船舶不遵守控制河段的通航规则而违规航行，极易导致碰撞或搁浅交通事故，从而影响社会经济生活的正常运转。目前绝大多数的控制河段信号台仍采用VHF电话（Very High Frequency，甚高频）和目测的指挥监控方法，不能有效的监控通航的船舶和记录航行船舶违规的直接证据。为了响应“数字航道”的发展战略，促进长江流域综合运输体系的发展，有必要在传统的控制河段监控方法基础上引入新技术建设控制河段智能信号台。论文围绕控制河段智能信号台可视化和自动化的监控要求，以长江渝泸航段神背嘴控制河段为研究场景，探索基于视觉的控制河段船舶的监控和异常航行的检测方法。论文主要研究内容如下：1.论文在分析控制河段的地理特点、天气特点和图像干扰的来源（特别是船舶倒影和拖尾水纹）的基础上，研究河段场景能见度的视觉评估方法，提出控制河段的总体视觉监控方案。2.论文将船舶的航迹检测分为两个问题：船舶目标识别和船舶跟踪。在运动船舶检测方面，论文着重讨论了船舶的倒影和拖尾水纹干扰的削弱方法，通过两次检测运动图像区域的方法确认实际船舶目标;在运动船舶跟踪方面，论文着重讨论了船舶特征的选取问题，采用了以船舶的不变矩为特征并结合卡尔曼滤波的船舶位置预测的目标跟踪方法，获取船舶在控制河段的航行轨迹。3.论文根据控制河段的特殊通航规则归纳了河段内常见的4种船舶异常航行，在此基础上提出采用AIS(Automatic Identification System，船舶自动识别系统)信息制定控制河段船舶指挥航向的方法，然后根据单个或多个摄像机视野中船舶航迹的相互关系，提出了船舶异常航行的检测方法。论文使用实地采集的视频样本对文中的算法进行了实验验证，初步实现了控制河段船舶的监控和船舶异常航行的检测。

关键词：控制河段异常航向视觉目标识别与跟踪 AIS技术

控制河段通行指挥系统中的分布式数据服务设计与实现

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控制河段通行指挥系统中的分布式数据服务设计与实现

作者：解世杰重庆大学

学位级别：硕士

长江上游航道控制河段由于滩多水急、通行断面狭窄弯曲、多雾等,致使通行条件差,极易发生海损事故,船舶必须根据通行信号台揭示的指挥信号单向有序通行。依据长江上游航道的通行条件,信号台通行指挥工作可分为单信号台通行指挥与多信号... 详细信息

长江上游航道控制河段由于滩多水急、通行断面狭窄弯曲、多雾等,致使通行条件差,极易发生海损事故,船舶必须根据通行信号台揭示的指挥信号单向有序通行。依据长江上游航道的通行条件,信号台通行指挥工作可分为单信号台通行指挥与多信号台的协同指挥。控制河段多信号台协同指挥过程中,信号台之间数据无法实时共享,极易造成预告台指挥信号揭示滞后,对船舶通行带来安全隐患,影响了控制河段的通航效率。同时在控制河段信号台智能指挥系统基础上,开发基于智能移动终端的个性化通行指挥和助航信息服务系统,为用户推送动态的、个性化的航道通航信息等服务,稳定可靠的数据服务是系统实现的有力支撑。论文根据长江上游控制河段船舶通行指挥和助航服务的新需求,在长江重庆航道局的大力支持下,综合运用Socket网络通信技术、推送技术、Webservice技术等,探索基于分布式的控制河段通行指挥系统数据服务方法,为实现长江上游控制河段通行指挥系统以及个性化助航服务提供基础数据。论文的主要研究内容如下:1)依据多信号台协同指挥实际情况及船舶用户对个性化助航信息服务的实际需求,对控制河段通行指挥系统数据服务进行需求分析;2)针对数据服务对象的不同,论文将控制河段通行指挥系统数据服务分为两种:控制河段信号台数据服务和移动端数据服务分别进行研究,对数据服务分布式网络框架进行了研究与设计;3)根据控制河段通行指挥工作需求及通行数据结构,运用Socket网络通信技术,实现多信号台数据实时共享,协同指挥;4)根据个性化服务移动端数据需求,通过建立Webservice服务器,实现移动端对通行数据共享;运用推送技术,建立推送服务器实现针对移动端的助航信息个性化推送服务;5)将所设计和实现的Socket通信服务器、Webservice服务器和推送服务器进行了现场部署和应用。经应用验证,基于分布式的控制河段通行指挥系统数据服务方法能够使得多信号台数据实时共享,且对移动端助航信息服务系统提供了数据保障,实现了针对用户的个性化助航信息推送,为控制河段信息化和数字化建设提供了有力保障。

关键词：控制河段数据服务分布式个性化推送

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控制河段远程监控与通行指挥系统设计与实现

控制河段远程监控与通行指挥系统设计与实现

作者：何华坤重庆大学

学位级别：硕士

控制河段是长江上游因上下行船舶不能互视,船舶只能在信号台指挥下单向按序依次通行的特殊河段。目前大多数控制河段信号台已经部署运行“控制河段智能通行指挥系统”,实现了信号台对控制河段船位监控、通行信号自动揭示、通行日志自动... 详细信息

控制河段是长江上游因上下行船舶不能互视,船舶只能在信号台指挥下单向按序依次通行的特殊河段。目前大多数控制河段信号台已经部署运行“控制河段智能通行指挥系统”,实现了信号台对控制河段船位监控、通行信号自动揭示、通行日志自动记录等功能,极大地减轻了信号员的工作强度,实现了船舶通行智能辅助指挥。然而,航道行政管理部门还不能对信号台工作情况实行远程数字化管理,在出现紧急情况后,也不能直接监控和指挥控制河段船舶。为加强航道行政管理部门对信号台和控制河段的管理,建立数字化、高效的管理监控体系,需要研究航道行政管理部门对控制河段的远程监控和远程指挥。论文根据控制河段远程监控与通行指挥的实际需求,综合运用AIS、视频监控、VHF语音通信。数据库以及网络通信等技术,在长江航道重庆辖区部署实施的“控制河段智能通行指挥系统”基础上,开展航道行政管理部门对控制河段远程监控与远程指挥方法的研究,开发控制河段远程监控与通行指挥系统。主要包括以下内容:(1)根据航道行政管理部门的实际需求,对控制河段远程监控与通行指挥系统进行需求分析和详细功能设计;(2)分析控制河段远程监控与通行指挥实现特点,设计系统的实时数据采集、数据存储、数据处理、数据传输和显示等方案,并根据现有基础设施情况,对系统网络框架进行设计;(3)按层次化和模块化原则,对船位监控模块、视频监控模块、远程信号旗/灯控制模块进行设计,结合VHF通信和Internet通信设计实时远程船岸语音通信模块。在Microsoft的.NET平台下,利用C#语言完成各个模块编码并最终实现整个系统;现场测试表明,控制河段远程监控与通行指挥系统可以实现航道行政管理部门对控制河段通行动态的远程可视化监视,对河段船舶实施有效的远程指挥调度。加强了航道行政管理部门对控制河段的应急指挥和管理能力,进一步保障了控制河段行船安全。

关键词：控制河段远程监控远程指挥 AIS VHF