便攜式設備監(jiān)測終端的開發(fā)

研發(fā)的便攜終端已在設備維護工作中得到有效的應用。因此，為了在維護領域更有效地使用便攜終端，在試驗的基礎上， 歸納了以下4種功能： 

(1)使用移動Internet功能實現(xiàn)與數(shù)據(jù)庫服務器的無線連接； 
(2)應用RF—ID標簽自動識別檢測設備； 
(3)通過語音識別完成監(jiān)測數(shù)據(jù)輸入，實現(xiàn)不用手工操作； 
(4)采用應對隧道內電磁波中斷的方法。 

另外，從海量文本數(shù)據(jù)中快速檢索出所需信息的需求日漸增長， 同時伴隨著計算機性能、容量和組網(wǎng)能力的提升，在信息檢索技術和日本語言處理技術以及集成上述2種技術的系統(tǒng)開發(fā)領域已進行了許多前沿性的研究。由于對詢問應答系統(tǒng)的信息檢索研究日趨迫切，本文開發(fā)了一個設備維護領域的詢問應答系統(tǒng)。 

1 設備維護特點 

(1)電磁波中斷區(qū)域 
在隧道內，未設通訊基站的鐵路沿線和山區(qū)的輸電線路沿線，手機無法使用。所以必須尋求應對電磁波中斷的方法，或選取可替代的通訊方式。 
(2)危險區(qū)域 
在進行道旁作業(yè)時，要確保列車已經(jīng)停止運行，防止撞車事故。確保電力已經(jīng)切斷，以防發(fā)生高壓觸電事故。 
(3)夜間作業(yè) 
盡管在白天列車運行間隙可以進行短時間的維護作業(yè)，但耗時的維護工作卻必須在本日末車和次日首車之間的夜間完成。固定燈和頻閃燈等照明設備是必不可少的。 
(4)溫度 
因為維護作業(yè)的溫度范圍從冬天的一10℃到夏天的40℃ ，任何便攜終端都必須能夠承受如此寬的溫度范圍。 
(5)污垢 
在設備維護工作中，油污、灰塵是不可避免的。工作人員會用沾有油污的手或手套操作設備，所以任何便攜終端必須能夠適應這種作業(yè)條件。 
(6)輸入內容 
輸入內容要涉及設備監(jiān)測測量數(shù)據(jù)，確認功能的圖形化表示數(shù)據(jù)以及顯示故障的圖像數(shù)據(jù)等。 

2 試驗系統(tǒng) 

2．1 試驗系統(tǒng)概述 
(1)PDA具有移動Internet接入功能，不必提前下載數(shù)據(jù)。另外，通過在工作場地直接訪問網(wǎng)頁，可以參考數(shù)據(jù)、輸入監(jiān)測結果，確認或更改作業(yè)計劃； 
(2)輸入數(shù)據(jù)通過網(wǎng)頁即時存人數(shù)據(jù)庫服務器，管理人員在辦公室可以實時了解現(xiàn)場情況； 
(3)通過讀取RF—ID標簽，不必每次通過菜單檢索每個設備，實現(xiàn)了監(jiān)測設備的自動識別。因此，提高了設備監(jiān)測作業(yè)的效率； 
(4)在電磁波中斷的區(qū)域，如隧道中，數(shù)據(jù)存入PDA的內存。當通信恢復時，存儲的數(shù)據(jù)自動傳輸?shù)椒掌?。所以，不管PDA是否能接收到電磁波，都可以進行輸入操作； 
(5)可以使用語音識別技術輸入監(jiān)測數(shù)據(jù)。 

2．2與數(shù)據(jù)庫的無線連接 
在這個系統(tǒng)中，監(jiān)測計劃、監(jiān)測歷史和監(jiān)測命令等監(jiān)測所必須的數(shù)據(jù)都在辦公室提前準備好，并通過Internet從服務器下載。工作人員在現(xiàn)場查閱這些數(shù)據(jù)的同時可以輸入監(jiān)測結果。輸入數(shù)據(jù)通過Internet上傳至辦公室的服務器并直接存入數(shù)據(jù)庫。 

系統(tǒng)結構如圖1所示。 

2．3 設備自動識別 
與PDA連接的標簽讀取器可以讀取安裝在被監(jiān)測設備上的RF-ID標簽中的數(shù)據(jù)。標識設備的設備ID提前存入RF-ID標簽。當用標簽讀取器讀取設備ID、檢索命令和監(jiān)測信息時，設備名稱和最后一次監(jiān)測日期顯示在顯示屏上。通過無線通信，如手機接入Internet，監(jiān)測結果直接存入辦公室的數(shù)據(jù)庫服務器。標簽讀取屏幕如圖2所示。 

2．4 使用語音識別輸人數(shù)據(jù) 
從一個小PDA屏幕輸入監(jiān)測數(shù)據(jù)是困難的，而且工作人員必須同時做2件工作(如監(jiān)測和數(shù)據(jù)輸入)。出于試驗目的，開發(fā)一個使用語音識別進行輸入的功能。這樣，工作人員不用人工進行數(shù)據(jù)輸入。通常，語音識別分詞識別和連續(xù)話語識別。因為監(jiān)測期間輸入的詞匯和項目幾乎是固定的，所以采取了限制輸入格式的語音識別方法，即2種類型的折衷方法。 

當監(jiān)測結果顯示設備狀況良好時，根據(jù)語音識別輸入格式，本研究輸入一條語音信息，如“設備名稱正常。相反，如果監(jiān)測結果顯示設備故障，通過語音輸入一個固定的格式：“設備名稱”、“監(jiān)測項目”、“故障部件名稱”、“問題類型”和“措施”。此外，如果監(jiān)測結果顯示設備故障， 因為有許多輸入項目，所以可以按任意順序輸入。 

2．5 電磁波中斷 
(1)PDA后臺程序檢測無線卡電磁波接收狀態(tài)(接通或中斷)； 
(2)當電磁波接通時，數(shù)據(jù)立即存入數(shù)據(jù)庫服務器； 
(3)當電磁波中斷時，數(shù)據(jù)存入一個PDA文件。 

一旦電磁波接通，數(shù)據(jù)自動存入數(shù)據(jù)庫服務器。在便攜終端中，將數(shù)據(jù)輸入程序和數(shù)據(jù)傳輸程序設計成獨立的內部程序，數(shù)據(jù)傳輸程序在后臺運行。所以，無論電磁波的接收狀態(tài)如何，總能在相應條件下使用PDA完成監(jiān)測數(shù)據(jù)的輸入。應對電磁波中斷的處理流程如圖3所示。 

3 洵問應答系統(tǒng) 

在目錄數(shù)據(jù)庫、圖書檢索系統(tǒng)和Internet搜索引擎中，“我想看到有關AAA 的文件(主頁)” 形式的詢問是一個通用的問題需求。對于這類檢索問題，檢索者會輸入主題關鍵詞“AAA”并檢索包括字符串“AAA” 的文件和主頁。 
問題應答型檢索系統(tǒng)不同于既定的檢索，舉個例子，當詢問“我想知道富土山的高度” 或“我想知道圣誕節(jié)的Et期”時，目標是立即檢索“高度”和“日期”。 

3．1 原型系統(tǒng)開發(fā) 
在鐵路維護領域，監(jiān)測維護手冊是文件檢索的對象之一。每一個鐵路都有自己的手冊和標準。這些文件包含了所有設備維護所必須的文件，如管理評價、標準、監(jiān)測項目和程序等。然而，在許多情況下，這些文件保存在辦公室里，而不會帶到現(xiàn)場。但在實際的設備監(jiān)測中，需要檢索或參考這些文件。因此，研究了一個在任何時間、地點都可以輕松參考所需手冊、以提問的方式獲取信息的方法。還開發(fā)了一個原型系統(tǒng)，系統(tǒng)以對一個隧道的維護監(jiān)測為例，設計了與維護手冊相關的問題類型。 

3．2 手冊文件結構 
手冊文件結構由章、節(jié)、字句、標題和圖表等組成。盡管人們能夠輕松地理解這樣一篇普通文本文件的結構，但計算機卻難以理解。因此，為了判斷設備的完整度，定義了必要的文件結構，并將手冊文件轉換成XML格式。 

3_3 判斷處理 
在構建上述的詢問應答系統(tǒng)時， 開發(fā)了一個問句分析處理程序。通過句形分析功能實現(xiàn)對檢索問題的分析。而且根據(jù)句中的同義詞，用預定義的同義詞翻譯表將檢索問句簡化。這種處理對于指定詞和提取句中的關鍵詞很必要， 因為指定詞是理解問題類型、同義性和類似表達的關鍵線索。另外，還設計了處理功能，可以根據(jù)完整度判斷句與問句之間的字符串相似水平來排列判斷句。本文通過向量空間模型，構造了一個標準的相似水平計算方法來進行相似水平判斷。并在該系統(tǒng)的基本評價結果的基礎上，進行了部分完善。然后對一系列的相似水平進行計算，找出哪一個與轉換成XML格式的手冊文件中的僅為<句子>的部分最吻合。事實上，當通過e—mail將描述設備故障的問題發(fā)送到詢問應答系統(tǒng)服務器時，系統(tǒng)以最吻合的完整度判斷句及其排序作答。圖4中的例子展示了一個相似水平計算的結果。 

4 評價及未來的目標 

4．1 RFID標簽 

試驗系統(tǒng)電磁波的通信范圍約為2 cm，這對于實際的鐵路設備維護工作是不夠的。因此，為了擴大通信范圍，就必須使用內部裝有電池的標簽，或者內部安裝了大天線的大標簽和一個大的讀出器。 

4．2 語音識別輸入 
在PDA上，系統(tǒng)的語音識別引擎是獨立工作的，并且可以識別多人的語音，但是識別率不盡滿意。然而，通過提高語音識別引擎的性能，有望使其達到實用水平。另外，因為一只手要拿著PDA，所以從嚴格意義上講，在PDA屏幕上確認識別結果的方法并非不用手。因此，準備試驗一種將PDA放在口袋里，通過固定在頭部的麥克風進行語音輸入，通過耳機的語音合成確認識別結果的方法。 

4，3 詢問應答系統(tǒng) 
本文建立一個能找出最類似于自然問句的完整度判斷句系統(tǒng)，并且通過基于字符串吻合水平的相似水平計算方法給出設備的完整度。為實現(xiàn)該功能，將手冊文件轉換成XML格式。完成對系統(tǒng)的評價要引用更多問題例證及與語音分析方法進行比較。 

5 結束語 

便攜式終端已經(jīng)在維護工作領域使用了一段時間，但由于操作屏幕尺寸、終端自重及性能欠佳等問題并未廣泛使用。為了解決這些問題，提高便攜式終端的性能，本文介紹了幾種試驗系統(tǒng)， 同時增加了語音識別和詢問應答功能。希望將這項研究推進到實用階段，解決工作領域存在的問題。