基于語音識(shí)別的管制模擬機(jī)機(jī)長系統(tǒng)設(shè)計(jì)

鐘如秀 民航中南空管局 廣東廣州市 510545

一. 引言

管制模擬機(jī)培訓(xùn)作為航空安全前移的一道關(guān)口，在管制員培養(yǎng)中有著非常重要的作用，通過模擬機(jī)真實(shí)的環(huán)境，管制學(xué)員與模擬機(jī)機(jī)長通話，模擬機(jī)機(jī)長在獲取管制口令后，在機(jī)長操作軟件中輸入相應(yīng)的指令來控制對(duì)應(yīng)的飛機(jī)，實(shí)現(xiàn)對(duì)飛機(jī)的調(diào)度，使得學(xué)員能夠體驗(yàn)真實(shí)的管制工作。目前模擬機(jī)機(jī)長主要靠人工來模擬，但存在多種弊端：

(一) 入職后做簡單培訓(xùn)即上崗，本身沒有專業(yè)基礎(chǔ)，不熟悉機(jī)艙設(shè)備操作，對(duì)管制知識(shí)理解不深，對(duì)管制意圖把握不到位。

(二) 培訓(xùn)周期長，至少半年才能放單。隨著模擬機(jī)數(shù)量的增加，需要配備的模擬機(jī)機(jī)長數(shù)量也按比例增加，經(jīng)濟(jì)性較差。

(三) 每位模擬機(jī)機(jī)長要控制多達(dá)幾十架航空器，做不到模擬機(jī)多種發(fā)音的效果，不能貼近實(shí)際場景。

(四) 做不了對(duì)管制學(xué)員包括通話標(biāo)準(zhǔn)、語速、語調(diào)等方面的語音評(píng)測。

上述問題的存在嚴(yán)重地影響了管制培訓(xùn)的質(zhì)量。因此，非常有必要設(shè)計(jì)基于語音識(shí)別的模擬機(jī)長語音處理系統(tǒng)來解決實(shí)際管制培訓(xùn)工作中的問題。

二. 設(shè)計(jì)目標(biāo)

模擬機(jī)長語音處理系統(tǒng)應(yīng)包含語音識(shí)別、語音合成、語義理解等核心技術(shù)，以局域網(wǎng)內(nèi)提供服務(wù)形式，為每個(gè)管制學(xué)員席位提供模擬機(jī)長的服務(wù)，應(yīng)具備以下功能：

(一) 語種識(shí)別。自動(dòng)區(qū)分中文和英文管制指令，準(zhǔn)確率≥95%。；

(二) 語音識(shí)別。1）支持連續(xù)語音識(shí)別；（2）支持常規(guī)讀法數(shù)字串、航空管制讀法數(shù)字串等數(shù)字語音指令語音識(shí)別；（3）支持非特定人語音識(shí)別，使用前無需對(duì)用戶發(fā)音人進(jìn)行錄音定制；（4）中文指令字識(shí)別率≥95%；英文指令字識(shí)別率≥93%；

(三) 語義理解。按照管制指令的語法規(guī)則對(duì)識(shí)別后的文本結(jié)果進(jìn)行語義分析，格式化輸出語義關(guān)鍵信息；可根據(jù)復(fù)述的要求，可以進(jìn)行語義重組。語義輸出準(zhǔn)確率≥95%，句平均識(shí)別響應(yīng)時(shí)間≤1秒。

(四) 語音合成。（1）提供四個(gè)發(fā)音人（中文、英文男、女聲各兩個(gè)）；（2）支持中文、英文兩種語種的語音合成；（3）支持對(duì)合成音量、語速的調(diào)整；（4）合成語音自然度≥4分（五分制）。；

(五) 自動(dòng)操作。語音處理系統(tǒng)通過預(yù)先建立好的操作指令規(guī)則庫識(shí)別出來操作指令，并在模擬機(jī)機(jī)長軟件中輸入操作指令進(jìn)行控制飛行目標(biāo)，正確率達(dá)≥95%。

三. 設(shè)計(jì)思路

本文以川大智勝ATCSIM-DRS型雷達(dá)模擬機(jī)為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)了一個(gè)基于科大訊飛語音識(shí)別引擎的智能管制模擬機(jī)機(jī)長系統(tǒng)。

圖1 智能管制模擬機(jī)機(jī)長系統(tǒng)原理圖

即在原有管制模擬機(jī)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，在模擬機(jī)機(jī)長端增加一個(gè)智能語音處理系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用語音識(shí)別引擎和預(yù)先建立好的業(yè)務(wù)知識(shí)庫對(duì)管制席位發(fā)送過來的語音指令進(jìn)行語義理解、語義分析，識(shí)別出管制意圖后，根據(jù)已經(jīng)提前獲取的管制模擬機(jī)通訊包數(shù)據(jù)格式，利用模塊控制川大智勝模擬機(jī)機(jī)長軟件完成指令的自動(dòng)輸入和執(zhí)行，再利用語音合成技術(shù)復(fù)誦管制席位的意圖，完成一個(gè)管制流程。

例如，該系統(tǒng)在收到來自管制學(xué)員的一條指令“海南 7854，上升到5100米保持，調(diào)速到叁洞洞”后的處理流程具體表現(xiàn)為：

(一) 對(duì)該指令進(jìn)行語音識(shí)別后的基礎(chǔ)分析，包括詞庫及關(guān)系、知識(shí)庫及關(guān)系、詞向量模型、句法分析模型。得到目標(biāo)：海南7854，目標(biāo)高度是5100米，速度是300節(jié)。

(二) 對(duì)話理解，與對(duì)話規(guī)則邏輯進(jìn)行比對(duì)，理解該指令。得到意圖：上升高度和調(diào)節(jié)速度。

(三) 語義理解，在已建立好的業(yè)務(wù)知識(shí)庫中根據(jù)規(guī)則特征模型、深度特征模型搜索出理解好的指令，識(shí)別出語義。得到意圖：海南7854，上升到5100米，調(diào)速至300節(jié)。

(四) 語音合成，將識(shí)別出來的語義，利用語音合成技術(shù)通過中英文復(fù)述反饋給管制席位。得到結(jié)果：上升到5100米保持，調(diào)速至叁洞洞，海南7854。

(五) 自動(dòng)操作，利用識(shí)別出來的語義關(guān)鍵字，比對(duì)操作指令規(guī)則庫，自動(dòng)在機(jī)長軟件界面輸入指令，得到結(jié)果：LVL 0510；SPD 300。

四. 關(guān)鍵技術(shù)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

（一）業(yè)務(wù)知識(shí)庫的建立

業(yè)務(wù)知識(shí)庫的建立需收集川大ATCSIM-DRS雷達(dá)管制模擬機(jī)上管制員中、英文通話各約500小時(shí)語料，語料需要涵蓋所有管制員培訓(xùn)中的常用說法，且應(yīng)是管制員培訓(xùn)時(shí)實(shí)際使用的通話信道下的。通過收集到的語料進(jìn)行標(biāo)注、詞庫建設(shè)、知識(shí)點(diǎn)挖掘、句式挖掘等把所有可能出現(xiàn)的空管專用術(shù)語、數(shù)字、航班號(hào)、航空公司、英文代號(hào)等建立起知識(shí)庫，比如管制中的“1”念“幺”，“2”念“兩”，“7”念“拐”，很多英文字母也有獨(dú)特的讀法，每個(gè)練習(xí)劇本還存在很多導(dǎo)航臺(tái)、過臺(tái)點(diǎn)等內(nèi)容，所有這些內(nèi)容都要進(jìn)行詞庫建設(shè)，且需要遵循如下程序：（1）資源獲取。收集雷達(dá)管制培訓(xùn)現(xiàn)場語料；（2）詞庫建設(shè)。發(fā)現(xiàn)新的詞、短語；（3）知識(shí)點(diǎn)挖掘。發(fā)現(xiàn)未覆蓋的知識(shí)點(diǎn)；（4）句式挖掘。確認(rèn)需優(yōu)化知識(shí)點(diǎn)，挖掘新句式；（5）驗(yàn)證上線。新知識(shí)效果優(yōu)化、入庫、上線。并將上述五個(gè)步驟不斷進(jìn)行迭代優(yōu)化。

（二）操作指令規(guī)則庫的建立

智能機(jī)長語音處理系統(tǒng)識(shí)別出管制意圖后，除了復(fù)誦給管制席位，還要通過操作指令規(guī)則庫識(shí)判斷出相應(yīng)的操作指令，形成相應(yīng)的操作命令在機(jī)長操作界面的輸入框上輸入并通知模擬機(jī)服務(wù)器執(zhí)行，從而控制航空器的飛行姿態(tài)。這就需要語音系統(tǒng)識(shí)別出語義后，根據(jù)語義去讀取操作指令規(guī)則庫的對(duì)應(yīng)關(guān)系。該規(guī)則庫的建立需參考川大ATCSIM-DRS型雷達(dá)模擬的操作指令和格式建立，操作指令主要包括高度、速度、航向、建立盲降等共33個(gè)指令。

五. 結(jié)語

本文就目前空管管制模擬機(jī)培訓(xùn)中人工機(jī)長存在的問題進(jìn)入了深入分析，在此基礎(chǔ)上，提出了一種替代目前人工模擬機(jī)機(jī)長的智能語音處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，并對(duì)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究分析。分析表明，智能模擬機(jī)機(jī)長系統(tǒng)能夠帶來更真實(shí)的模擬機(jī)培訓(xùn)效果，極大地降低人力成本，提升培訓(xùn)質(zhì)量，具有廣闊的應(yīng)用前景和推廣價(jià)值。