黃思銘

地鐵信號(hào)HMI是維修人員或調(diào)度員與ATS系統(tǒng)之間的人機(jī)接口，主要用于監(jiān)視信號(hào)設(shè)備狀態(tài)和監(jiān)控列車運(yùn)行［1］。地鐵信號(hào)HMI的報(bào)警方式基本都是以報(bào)警信息和報(bào)警提示音為主，報(bào)警信息按重要性分為高、中、低級(jí)別或A、B、C類，并有對(duì)應(yīng)不同級(jí)別報(bào)警的提示音。故障報(bào)警信息出現(xiàn)后需要值班人員確認(rèn)，再通過(guò)手機(jī)拍照對(duì)報(bào)警信息進(jìn)行通報(bào)。隨著設(shè)備監(jiān)測(cè)自動(dòng)化要求的不斷提高，目前的報(bào)警方式已不能滿足現(xiàn)代化的生產(chǎn)需要，有必要結(jié)合各線路的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，開發(fā)一套信號(hào)智能語(yǔ)音報(bào)警系統(tǒng)［2-4］。

1 方案設(shè)計(jì)

信號(hào)智能語(yǔ)音報(bào)警系統(tǒng)基于按鍵精靈軟件進(jìn)行開發(fā)。按鍵精靈是一個(gè)模擬鼠標(biāo)鍵盤動(dòng)作的軟件，通過(guò)制作腳本，可以代替雙手，自動(dòng)執(zhí)行一系列鼠標(biāo)鍵盤動(dòng)作［5］。只要在電腦前用雙手可以完成的動(dòng)作，按鍵精靈都可以替代完成。按鍵精靈結(jié)合智能圖像識(shí)別技術(shù)，可代替人眼，根據(jù)“看到的”圖像做出相應(yīng)判斷。利用圖像識(shí)別技術(shù)對(duì)報(bào)警信息框特定區(qū)域進(jìn)行識(shí)別，提取所需要的報(bào)警信息，進(jìn)行報(bào)警彈窗和語(yǔ)音提示，同時(shí)彈出相應(yīng)的故障處理指南，并通過(guò)串口將報(bào)警信息發(fā)送到報(bào)警信息自動(dòng)推送客戶端，報(bào)警信息自動(dòng)推送客戶端再通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)將報(bào)警信息發(fā)送到企業(yè)信息APP，自動(dòng)完成發(fā)現(xiàn)故障—定位故障—故障指引—故障通報(bào)的閉環(huán)流程。信號(hào)智能語(yǔ)音報(bào)警系統(tǒng)示意圖見圖1。

圖1 信號(hào)智能語(yǔ)音報(bào)警系統(tǒng)示意圖

信號(hào)智能語(yǔ)音報(bào)警系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)如下功能。

1）自動(dòng)語(yǔ)音報(bào)警功能：編制好各種語(yǔ)音程序，通過(guò)識(shí)別不同報(bào)警信息觸發(fā)對(duì)應(yīng)的語(yǔ)音報(bào)警程序，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)語(yǔ)音報(bào)警功能，可以幫助值班人員更加直觀、快速地定位故障。

2）自動(dòng)彈窗功能：通過(guò)識(shí)別不同故障信息觸發(fā)對(duì)應(yīng)彈窗，彈窗內(nèi)容可包含故障信息說(shuō)明、故障處理流程、維修指導(dǎo)意見等。自動(dòng)彈窗功能可以及時(shí)提供故障處理指導(dǎo)意見，幫助值班人員理清故障處理思路。

3）自動(dòng)截圖功能：對(duì)于關(guān)鍵報(bào)警信息增加自動(dòng)截圖功能，并可顯示。截圖包括故障時(shí)間、地點(diǎn)及詳細(xì)信息，可以幫助值班人員快速通報(bào)報(bào)警信息。

4）自動(dòng)推送功能：利用單向串口傳輸將報(bào)警信息、報(bào)警截圖等自動(dòng)推送至企業(yè)信息APP，使得各值班點(diǎn)的值班人員、相關(guān)技術(shù)人員可以立即獲悉故障信息。單向串口傳輸也確保了信號(hào)設(shè)備數(shù)據(jù)安全，避免感染病毒。

通過(guò)對(duì)信號(hào)HMI報(bào)警功能進(jìn)行改造，可以幫助值班人員高質(zhì)、高效地監(jiān)控設(shè)備狀態(tài)，并可提高故障處理效率。

2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

2.1 圖像識(shí)別數(shù)據(jù)庫(kù)建立

每個(gè)文字圖像均由不同的顏色點(diǎn)陣組成。智能語(yǔ)音報(bào)警系統(tǒng)通過(guò)識(shí)別圖像各顏色點(diǎn)陣的坐標(biāo)點(diǎn)及其對(duì)應(yīng)的顏色，即可識(shí)別出相應(yīng)的報(bào)警信息［6］。例如，報(bào)警信息“不是冗余的”的顏色點(diǎn)陣及坐標(biāo)如圖2所示，其中“不”字的某個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)（x：778，y：767）的顏色代碼為E4B6FF。若需要識(shí)別“不是冗余的”這條報(bào)警信息，只需收集此條報(bào)警信息的各個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的顏色代碼即可。利用信號(hào)模擬軟件模擬出各類故障，收集對(duì)應(yīng)的報(bào)警信息文字圖像顏色點(diǎn)陣數(shù)據(jù)，建立圖像識(shí)別數(shù)據(jù)庫(kù)［7］，當(dāng)軟件捕捉到特定點(diǎn)陣顏色數(shù)據(jù)，即可識(shí)別出相應(yīng)的報(bào)警信息。

圖2 顏色點(diǎn)陣及坐標(biāo)展示

2.2 循環(huán)檢測(cè)關(guān)鍵點(diǎn)及報(bào)警信息識(shí)別

需要重點(diǎn)關(guān)注的高級(jí)別報(bào)警信息一般為紅色顯示，因此首先識(shí)別出高級(jí)別報(bào)警信息，再識(shí)別具體是哪條報(bào)警信息，可提高圖像識(shí)別效率。以廣州地鐵21號(hào)線信號(hào)HMI工作站為例，在報(bào)警信息刷新區(qū)域選取坐標(biāo)點(diǎn)“X=280，Y=560”（圖3中的黑點(diǎn)），如果該坐標(biāo)點(diǎn)的顏色值等于“0000FF”（紅色），則進(jìn)入下一級(jí)判斷，否則繼續(xù)循環(huán)檢測(cè)該坐標(biāo)點(diǎn)的值［8］。

圖3 高級(jí)別報(bào)警檢測(cè)坐標(biāo)點(diǎn)及檢測(cè)窗口

設(shè)定報(bào)警信息檢測(cè)窗口，檢測(cè)窗口坐標(biāo)為“X1=470，Y1=550（左上角）；X2=1 880，Y2=570（右下角）”，如圖3黑色方框所示。當(dāng)檢測(cè)到高級(jí)別報(bào)警信息后，將檢測(cè)窗口圖像數(shù)據(jù)與圖像識(shí)別數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行循環(huán)比對(duì)。圖像識(shí)別可通過(guò)匹配相似度值進(jìn)行調(diào)整，數(shù)值越大，對(duì)圖片的相似度要求越嚴(yán)格，速度也越快。當(dāng)檢測(cè)窗口匹配到相應(yīng)報(bào)警信息后，則進(jìn)一步觸發(fā)相應(yīng)報(bào)警信息的語(yǔ)音報(bào)警、彈窗、截圖等動(dòng)作。

2.3 語(yǔ)音及彈窗自動(dòng)觸發(fā)

針對(duì)不同報(bào)警信息制作對(duì)應(yīng)的VBS語(yǔ)音程序、MSGBOX彈窗對(duì)話框，并設(shè)置區(qū)域“X1=70，Y1=525（左上角）；X2=1 880，Y2=570（右下角）”作為截圖窗口進(jìn)行自動(dòng)截圖。當(dāng)檢測(cè)到對(duì)應(yīng)報(bào)警信息后，程序自動(dòng)觸發(fā)VBS程序播放語(yǔ)音報(bào)警［9］，自動(dòng)彈出MSGBOX對(duì)話框顯示報(bào)警內(nèi)容及維修建議，并對(duì)具體報(bào)警信息進(jìn)行自動(dòng)截圖顯示和保存。同時(shí)設(shè)置報(bào)警信息人工確認(rèn)功能，在MSGBOX對(duì)話框設(shè)有“確認(rèn)”鍵，需要值班人員點(diǎn)擊確定后方可關(guān)閉語(yǔ)音報(bào)警、彈窗和截圖，否則語(yǔ)音報(bào)警一直播放提醒。

2.4 報(bào)警信息自動(dòng)推送

報(bào)警信息自動(dòng)推送是信號(hào)智能語(yǔ)音報(bào)警系統(tǒng)中一個(gè)非常重要的功能。當(dāng)識(shí)別到故障報(bào)警信息后，系統(tǒng)對(duì)報(bào)警信息進(jìn)行截圖，并將故障信息和故障報(bào)警信息截圖通過(guò)單向串口，自動(dòng)發(fā)送至報(bào)警信息自動(dòng)推送客戶端的指定路徑目錄［10］。報(bào)警信息自動(dòng)推送客戶端會(huì)對(duì)接收路徑進(jìn)行文件更新循環(huán)檢測(cè)，當(dāng)檢測(cè)到有新報(bào)警信息時(shí)，將新報(bào)警信息及截圖通過(guò)無(wú)線WiFi自動(dòng)發(fā)到企業(yè)信息APP的指定信息發(fā)布群，完成整個(gè)故障信息自動(dòng)推送流程。

2.5 自檢功能

由于信號(hào)智能語(yǔ)音報(bào)警系統(tǒng)為后臺(tái)運(yùn)行，若該系統(tǒng)運(yùn)行出錯(cuò)或停止運(yùn)行，將無(wú)法起到提醒值班人員和發(fā)布故障信息的作用。為提高信號(hào)智能語(yǔ)音報(bào)警系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性，增加系統(tǒng)自檢功能，每小時(shí)系統(tǒng)自檢一次，自檢成功后會(huì)有語(yǔ)音提示，值班人員憑語(yǔ)音提示即可知道信號(hào)智能語(yǔ)音報(bào)警系統(tǒng)運(yùn)行是否正常。

3 功能驗(yàn)證問(wèn)題及解決措施

報(bào)警信息圖像識(shí)別成功率是檢驗(yàn)信號(hào)智能語(yǔ)音報(bào)警系統(tǒng)可用性的一項(xiàng)重要標(biāo)準(zhǔn)。報(bào)警信息圖像識(shí)別成功率越高，該系統(tǒng)可用性越高。由于信號(hào)故障與行車安全密切相關(guān)，因此該系統(tǒng)的報(bào)警信息圖像識(shí)別成功率要求較高。

3.1 Windows7系統(tǒng)主題問(wèn)題

在信號(hào)智能語(yǔ)音報(bào)警系統(tǒng)軟件調(diào)試過(guò)程中，存在部分報(bào)警信息識(shí)別錯(cuò)誤的問(wèn)題。通過(guò)多次模擬測(cè)試，發(fā)現(xiàn)該問(wèn)題與信號(hào)HMI工作站的操作系統(tǒng)個(gè)性化主題設(shè)置有關(guān)。信號(hào)HMI工作站的操作系統(tǒng)為Windows7系統(tǒng)，默認(rèn)個(gè)性化主題為經(jīng)典主題，該主題色彩較單一，通過(guò)收集數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，所有報(bào)警信息圖像都是紅底白字的點(diǎn)陣，差異性較小，圖像識(shí)別出錯(cuò)率較高。而Basic主題色彩較豐富，更換為Basic主題后，報(bào)警信息圖像為紅底彩字的點(diǎn)陣，差異性較大，圖像識(shí)別出錯(cuò)率較低。不同主題的報(bào)警信息圖像對(duì)比見圖4。改用Basic主題后，報(bào)警信息識(shí)別準(zhǔn)確率大大提高，基本能達(dá)到100%。

圖4 不同主題的報(bào)警信息圖像對(duì)比（左為經(jīng)典主題，右為Basic主題）

3.2 圖像識(shí)別區(qū)域問(wèn)題

在功能驗(yàn)證過(guò)程中，還存在部分報(bào)警信息漏報(bào)的問(wèn)題。信號(hào)智能語(yǔ)音報(bào)警系統(tǒng)最初圖像識(shí)別區(qū)域?yàn)榈谝粭l報(bào)警信息所在區(qū)域的位置，通過(guò)多次模擬測(cè)試發(fā)現(xiàn)，部分故障發(fā)生后，會(huì)同時(shí)報(bào)出若干行（最多4行）相關(guān)報(bào)警信息，因此會(huì)出現(xiàn)需要識(shí)別的報(bào)警信息不在第1行，可能在第2～4行的情況。將報(bào)警信息圖像識(shí)別區(qū)域改為第1～4行后，徹底解決了部分報(bào)警信息漏報(bào)的問(wèn)題。

4 結(jié)束語(yǔ)

信號(hào)智能語(yǔ)音報(bào)警系統(tǒng)已在廣州地鐵21號(hào)線應(yīng)用近1年時(shí)間，運(yùn)用情況良好，能夠準(zhǔn)確、快速通報(bào)各類故障及事件，提高了信號(hào)故障處理效率，保障了信號(hào)設(shè)備安全運(yùn)行。后續(xù)計(jì)劃推廣至廣州地鐵14號(hào)線、知識(shí)城線等線路應(yīng)用，并進(jìn)一步推廣給行車調(diào)度員和車站值班員使用。