（交通信息工程及控制专业论文）基于TTS技术的交通语音诱导信息发布系统设计.pdf

摘要 随着高速公路建设投资的加大和交通拥挤程度的增加，人们对方便快捷的获 取高速公路交通信息和高速公路交通部门政务信息需求的要求越来越紧迫，提高 交通诱导信息的发布质量己成为时势之需。电子、计算机技术的发展使基于网络 的交通语音诱导信息发布技术成为可能。 目前国内交通信息的发布方式主要包括：电子显示屏、集中式无线广播、车 载导航系统、网络。电子显示屏发布的信息量少，可读距离短，受天气影响的因 素大，而且发布的信息缺乏针对性。集中式无线广播发布的诱导信息由于其覆盖 面广，影响了交通诱导信息的针对性，且只用于城市交通诱导中。车载导航系统 能够不受天气和温度的影响，但是其发布的信息量少，建设成本高。网络的发布 方式只适合出行前的参考，驾驶中的司乘人员是不可能浏览互联网的。这些发布 方式阻碍了对高速公路交通信息的进一步利用，制约了高速公路交通信息的传播。 因此从技术上探讨和实现高速公路交通信息的发布方法己成为高速公路管理的热 点和关键问题。 本文主要提出了一种基于客户服务器平台技术的语音诱导信息发布方法。该 方法将服务器与客户端组成一个局域网，把在服务器形成的交通诱导文本信息通 过此局域网发送到客户端，然后客户端利用t t s 技术把这些文本信息转换为语音 文件，同时播放和调频发送。系统采用d e l p h i 7 0 开发工具，结合s o c k e t 技术和 t t s 技术设计，使用p a s c a l 语言实现了一个功能较为完善的交通语音诱导信息发 布系统软件。系统对出行者的信息需求进行了详细的分析，并提出了交通诱导策 略，实现了一个服务器与多个客户端的信息传输、文语转换等功能。最后对系统 的功能和可靠性进行了测试，结果表明系统软件设计可行，对相关系统的开发具 有很好的参考价值和指导作用。 关键词：语音诱导，信息发布，t t s 技术 a b s t r a c t w i t ht h ei n c r e a s i n gi n v e s t m e n ti nh i g h w a yc o n s t r u c t i o na n dt h ei t e t e r i o r a t i o no f t r a f f i cc o n g e s t i o n , t r a f f i ci n f o r m a t i o no nt h eh i g h w a ya n dt h e t r a f f i cm a n a g e m e n t i n t b r r n a t i o na r ei n c r e a s i n g l yn e e d e dt ob eo b t a i n e dc o n v e n i e n t l ya n dq u i c k l y s ot h e r e l e a s i n gq u a l i t yo ft r a f f i ci n d u c ti n f o r m a t i o ni sn e c e s s a r yt ob ee n h a n c e dl a r g e l y , o nt h e o t h e rs i d e ，t h ed e v e l o p m e n to fe l e c t r o n i ca n dc o m p u t e rm a k e sp o s s i b l et h er e l e a s i n g t e c h n o l o g yo ft r a f f i cv o i c ei n d u c ti n f o r m a t i o nb a s e do nn e 觚o r i ( 1 q a ee l e c t r o n i c d i s p l a ys c r e e n ，c e n t r a l i z e dw i r e l e s sr a d i o ，g u i d a n c es y s t e mi n v e h i c l ea n dn e t w o r ka r et h em o s tp o p u l a rt r a f f i ci n f o r m a t i o n r e l e a s i n gm e t h o d s w h i l e s h o r ti n f o r m a t i o na n dr e a d a b l e d i s t a n c e ，v u l n e r a b l eb yt h ew e a t h e r , a n ds h o r t a g e p e r t i n e n c et ot h ei n f o r m a t i o na r et h ed i s a d v a n t a g e so fe l e c t r o n i cd i s p l a ys c r e e n t h e1 e s s p e r t i n e n c et ot h ei n f o r m a t i o ni st h eb o t t l e n e c ko ft h ec e n t r a l i z e dw i r e l e s sr a d i ob e c a u s e o fi t sw i d ec o v e r a r e a d e s p i t eo fl e s sw e a t h e ri n f l u e n c e ，t h es h o r ti n f o r m a t i o nq u a n t i t y a n dt h eh i 班c o n s t r u c t i o nc o s ta r et h e s h o r t a g e so ft h eg u i d a n c es y s t e mi nv e h i c l e w h e ni tc o m e st on e t w o r k ，s i n c ei t si m p o s s i b l et ob r o w s e t h ew e b ，i t sj u s tas u g g e s t i o n b e f o r et r a v e l i na w o r d ，a l lt h e s em e t h o d so b s t r u c tt h ef u r t h e ru s eo ft r a 伍ci n f o n 】1 a t i o n a n dr e s t r i c tt h eb r o a d c a s to f h i g h w a yt r a f f i ci n f o r m a t i o n s oah i g h w a yt r a f f i c i n f o r m a t i o nr e l e a s i n gm e t h o di sb e c o m i n gt h ek e y t e c h n o l o g yo fh i g h w a ym a n a g 锄e n t a a u d i o f r e q u e n c yi n f o r m a t i o nr e l e a s i n gm e t h o db a s e do nc ss 缸u c n l i ew a u s b r o u g h ta b o u t a c c o r d i n gt ot h i sm e t h o d ，s e r v e ra n dc l i e n tw e r ec o m b i n e dt o g e t h e rt o b eal a n ，a n dt h et r a f f i ci n d u c t i o nt e x ti n f o r m a t i o ng e n e r a t e db yt h es e n ，e r w 舔 t r a n s m i t t e dt ot h ec l i e n tt h r o u g ht h i sl a n ，t h e nt h et e x ti n f o r m a t i o nw a s 仃a n s f 0 翻【l e d t o b ea u d i oi n f o r m a t i o nw i t ht t s t e c h n o l o g yi nt h ec l i e n t t h et r a f f i ca u d i o f f e q u e n c v r e d u c t i o ns y s t e ms o f t w a r ew a s d e v e l o p e db yd e l p h i7 0 ，c o m b i n e dw i t hs o c k e ta n d t t s t e c h n o l o g y i nt h i ss y s t e m ，t h ei n f o r m a t i o nn e e do ft r a v e l e r sw a sa n a l y z e di nd e t a i l a n dat r a f f i ci n d u c t i o ns t r a t e g yw a sp u tf o r w a r d ，f u r t h e r m o r e ，s o m e 劬c t i o n ss u c ha s i n t o r m a t i o nt r a n s m i s s i o nb e t w e e n o n es e r v e ra n dm u l t i c l i e n t s 。t e x t t oa u d i o t r a n s f o r m a t i o na r er e a l i z e d f i n a l l y , t h ef u n c t i o na n d r e l i a b i l i t yo ft h es y s t e mw a st e s t e d t h ef e a s i b i l i t yo fs y s t e ms o f t w a r e d e s i g nw a sv e r i f i e db yt h er e s u l t s ，a n ds o m e r e t e r e n c ea n di n s t r u c t i o nv a l u et or e l a t i v es y s t e m sc a nb eg o tf r o m i t k e y w o r d ：t h ev o i c ei n d u c t i o n ，i n f o r m a t i o nr e l e a s e ，t t s t e c h n 0 1 0 9 y 论文独创性声明 本人声明：本人所呈交的学位论文是在导师的指导下，独立进行研 究工作所取得的成果。除论文中已经注明引用的内容外，对论文的研 究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本论文 中不包含任何未加明确注明的其他个人或集体已经公开发表的成果。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名： 獬 唧，年，月7 日 u 1 7 论文知识产权权属声明 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归 属学校。学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请 专利等权利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的 学术论文或成果时，署名单位仍然为长安大学。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名： 导师签名： 榨年 夕之妻 如印年r 月矽日 q 年r 月习日 长安大学硕士学位论文 第一章绪论 1 1 研究背景 随着我国经济的快速发展，以及道路交通机动化的不断改善，机动车社会保 有量持续高速增长。人们对高质量的交通出行服务的需求越来越迫切，期望的服 务标准越来越高。而现实情况是：一方面，虽然道路交通基础设施建设日新月异， 高速发展，但交通供给增长的速度仍难以应对呈加速增长态势发展的机动车保有 量带来的交通需求的高速增长，交通供需矛盾日益突出；另一方面，与道路基础 设施的发展相比，交通信息服务的发展更是处于弱势地位，动态交通运输信息既 无法全面掌握，又缺乏有效的发布手段，使得原本可以提高道路基础设施运行效 率的交通信息化手段，由于未能充分发展和有效应用，反而成了影响交通运输服 务水平提高的“瓶颈”所在。 目前，各地交通管理部门已设立了交通广播台、电子显示屏等信息发布手段 对各类交通信息实行发布。但从运行的效果来看，仍然存在交通信息发布不及时 引起驾驶员误判而导致的交通拥挤和事故等问题，影响交通信息服务的效果。因 此如何充分利用高科技的手段和丰富的公路交通信息为相关部门和社会大众服 务，成为时势之需。计算机、电子等高新技术的发展为公路交通信息的传播提供 了一个新的平台。 本文就是基于以上背景，依托交通诱导信息数据库，结合网络技术和调频发 射技术，利用t t s 文语转换技术，研究一种新的交通诱导方式基于t t s 技术 的交通语音诱导信息发布系统。它是在客户端i r 务器平台上，利用计算机网络技 术，将服务器端的交通诱导文本信息传输给客户端，客户端利用t t s 技术，将此 文本文件转换为语音文件，即w a v 文件，语音文件通过声卡转化为声音信号，并 经调频发射器转化为调频信号发射出去的一种新的信息发布手段。这种信息发布 手段保留了无线广播语音播放的特点，同时可以根据调频信号发射点布设密度的 不同，调整信息发布内容和信息发布量，针对性和实时性强。 1 2 高速公路交通信息发布系统的研究现状 交通信息发布系统是智能交通系统( r r s ) 的一个重要组成部分，它以出行者 为主要对象，通过各种通信手段和显示方式向出行者提供有关实时的交通信息和 服务，以达到规划出行、节约时间、避免拥挤、路径寻优、提高效率、保障安全 第一章绪论 的目的。研究交通信息发布系统，可以更好的利用现有基础设施，提高高速公路 运行质量和服务水平，这也是未来交通发展的重要方向。 1 2 1 国外的研究发展现状 2 0 世纪6 0 年代，美国就开始了智能交通系统方面的研究。1 9 9 1 年美国国会 通过了“综合地面运输效率方案 ( i s t e a ) ，1 9 9 4 美国提出了i t s 的7 个服务领 域( 即7 个系统) 【1 】：先进的交通管理系统、出行信息服务系统、商用车辆运营系 统、电子收费系统、公共交通运营系统、应急管理系统、先进的车辆控制系统。 对交通信息采集、处理分析、发布系统的研究也很早，在各个城市道路和高速公 路上有广泛应用，它综合利用交通信息系统、定位系统和智能化交通分析与选线 系统，使交通参与者变被动为主动，使驾驶员对即将面临的交通环境有足够的了 解，并做出正确的选择，从而改善交通拥堵，最大限度地提高路网的通行能力。 日本是最早进行i t s 研究的国家。车辆信息和通信系统( v e h i c l ei n f o r m a t i o na n d c o m m u n i c a t i o ns y s t e m ，简称v i c s ) 1 1 ，是日本出行者信息系统的核心。v i c s 是目 前世界上规模较大，实际使用价值较高的道路交通信息系统之一，是日本一家带 有半官方性质的交通信息处理、发布中心。城市道路和高速公路的道路交通堵塞、 车辆行经道路的旅行时间、交通事故、道路施工、车速及停车诱导等交通实时信 息，通过道路上设置的检测装置分别由警察部门和高速公路管理部门负责提供。 v i c s 将上述收集的信息编辑、整理成为调频广播、电波信标、光信标等能够发布 便于车载设备接收的交通信息【3 1 ，包括有文字显示型和以地理信息系统为基础的简 易图形型、地图显示型三种可供驾驶员使用的信息。 继美国和日本之后，德国和英国分别在八十年代末期开发出了用于示范的基 于红外信标进行通信的动态车辆导航系统：l i s b 系统和a u t o g u i d e 系统，这两个 系统都利用了历史数据来进行交通诱导，而后，英国推出了世界上第一个商用车 载车辆导航系统t r a f f i c m a s t e r ( 目前已发展成为具有提供语音信息功能的 t r a f f i c m a s t e r ) ，向用户提供包括延误、行使速度等细节性信息。 总之，在高速公路路网基本建成以后，国外发达国家都把提高高速公路通行 能力和服务水平作为重点的研究对象和目标，信息发布系统的建设是实现其目标 的重要途径。 2 长安大学硕士学位论文 1 2 2 国内的研究发展现状 我国的交通信息发布系统建设比较落后，8 0 年代中至9 0 年代初，在一些大城 市引进和消化了交通信号控制系统，实现了一些高速公路的监控、收费和信息服 务系统。9 0 年代开始发展i t s 战略，重视交通信息网络的建设，交通信息发布系 统也得到了快速发展。2 0 0 2 年，由交通部、公安部和全国智能交通系统协调指导 小组办公室三方组织开展的“智能交通系统关键技术开发和示范工程项目”己被 列入“十五”国家科技攻关计划，并作为重大项目组织实施【l 】，其中信息发布是 研究的重点和难点之一，它利用交通综合信息平台丰富而综合的信息优势，开展 面向公众的交通信息服务，切实提高市民的出行质量，改善城市交通系统的服务 水平，提高交通系统资源的利用率。但是目前国内的交通信息的发布系统并没有 得到完善，一方面是对交通信息发布的重要性认识不足，另一方面是缺乏交通信 息发布的有效手段。 总之，目前国内的高速公路信息发布系统的建设还处于发展初期，信息发布 的范围也只局限于一条高速公路，对大范围高速公路路网的信息发布还没有开展 研究。 由于交通信息发布系统可以极大的提高交通运输效率，保障交通畅通和安全， 提高能源的利用率，虽然其仍处于发展阶段，但是可以肯定的是世界各国都将更 加高度重视交通信息系统的研究开发推广和应用，并会把它作为未来交通建设和 发展的优先领域予以重点支持，以推动交通信息发布系统的全面发展，最终建立 其以信息技术为中心的现代交通管理体系。 1 3 本文的主要研究目的和意义 中国是一个幅员广阔的国家，公路交通是其交通的主要方式。解放后中国的 公路事业在十分薄弱的基础上，得到了迅速发展。特别是近十年来，公路建设日 新月异，不仅公路总量大幅度提高，高速公路和高等级公路的建设也取得了辉煌 成就，为中国的经济建设和人们生活提供了强有力的保障。但是目前公路管理部 门发布的信息仅仅集中在简单的以情报板为主的文字和以城市交通广播为主的声 音的表现形式上，总体上表现形式单调、简单，信息组织没有规律，信息与信息 之间的联系松散，限制了人们对公路交通信息的获取，而且当公路交通信息发生 变化时，变化的这部分信息不能实时的告知驾乘人员。以上这些因素在很大程度 第一章绪论 上阻碍了对公路交通信息的进一步利用，制约了公路交通信息发布系统的发展。 因此从技术上探讨和实现一种适合公路管理部门的交通信息发布系统己成为公路 管理的热点和关键问题。 1 4 本文研究的主要内容和组织结构 本文设计了基于t t s 技术的交通语音诱导信息发布系统，其发布过程主要包 括：交通信息的采集、分析、交通诱导信息内容的形成、文本信息到语音文件转 化的实现以及调频信号的输出等几个部分。该系统的设计涉及到系统体系结构的 建立、交通诱导信息数据库的建立、客户端与服务器之间的数据传输、t t s 技术 的原理等方面的知识。本论文完成的主要内容包括： ( 1 ) 详细分析了交通诱导信息的构成，并以此建立了交通诱导信息的数据库； ( 2 ) 建立了基于t t s 技术的交通语音信息发布系统的系统框架，给出了客户端 的布设方法： ( 3 ) 给出了系统软件设计的流程以及界面设计的部分代码； ( 4 ) 重点阐述了软件设计中的关键技术：客户服务器通信技术的实现和文本文 件到语音文件转换的实现。 本文的组织结构如下： 第一章绪论部分介绍了论文研究的背景、国内外现状，论述了课题研究的目 的和意义，概括了本文的主要内容和组织结构； 第二章基于t t s 技术的交通语音诱导信息发布系统概述。介绍了交通诱导系 统的结构，分析比较了目前国内几种交通信息发布手段，提出了基于t t s 技术的 交通语音诱导信息发布系统的结构、信息发布流程及信息发布点的布设等； 第三章系统软件需求分析。对系统软件设计需求从系统设计目标、原则等方 面进行了分析，提出了系统软件设计的需求； 第四章基于t t s 技术的交通语音诱导信息发布系统软件设计。建立了交通诱 导信息的数据库，设计了系统的软件功能模块、流程图、界面，阐述了系统设计 中的关键技术； 第五章系统性能分析及测试。分析了系统测试的目标、条件，给出了系统 的测试策略，并从功能性和可靠性方面对系统进行了测试； 最后对全文进行了总结，并对后续的研究工作给出了一些有益的建议。 4 长安大学硕士学位论文 第二章基于t t s 技术的交通语音诱导信息发布系统概述 2 1 交通诱导系统概述 交通诱导系统以能够实时动态发布交通信息理论为核心，综合运用通信、计 算机、控制等技术，动态地向驾驶员提供最优路径指令和丰富的实时交通信息， 通过单个车辆诱导来改善路面交通状态，防止和减轻交通阻塞，减少车辆在道路 上的逗留时间，并最终实现交通流在路网中各路段上的合理分配。交通诱导系统 旨在正确引导道路使用者顺利到达目的地、实现交通流优化、避免交通阻塞、更 有效地管理现代交通【7 】o 2 1 1 交通诱导系统的组成 交通诱导系统由四个子系统构成( 如图2 1 所示) ：交通信息采集子系统、处 理分析子系统、交通信息发布子系统和车载终端接收子系统【8 1 。 图2 1 交通诱导系统构成 首先，交通信息在交通信息网中汇总，然后分离出路面交通的流量、车速、 占有率、事故等路况信息，经安全隔离后发送到路况分析系统，这些信息经过系 统的处理和分析后，生成可传输的数据包，通过网络或其他发布手段发送到车载 或固定的无线终端，最后经过对数据的处理，形成图像、文字或声音显示给出行 者【8 1 。 ( 1 ) 信息采集子系统 采集到的信息主要是路况信息。在控制中心的局域网中经过预处理的有效安 全的数据通道上，按照事先设定的要求，筛选出相关的交通路况信息，并将这些 信息发到分析设备【趴。 该子系统由两部分组成：检测器和采集前置机。检测器是交通数据的采集设 备，其主要功能是将路面交通的流量、车速、占有率等原始数据通过各类交通检 测器( 如路面线圈检测器、视频检测器等) 送到采集前置机进行预处理。采集前 5 第二章基于t r s 技术的交通语音诱导信息发布系统概述 置机是交通信息采集子系统中数据预处理系统，其主要功能将各类检测器采集的 异样数据进行过滤，去掉非法、无效数据。将有效，合法的数据按照标准进行格 式化处理，并将其封装、发送到指定的数据通道里，提供给交通信息处理与分析 子系统。 ( 2 ) 处理分析子系统 路况分析子系统是诱导系统的数据处理核心，它分析了当前的道路状况并通 过人工智能等技术进行预测和处理，对路况信息进行分类、整理和关键字提取， 并将这些信息转换为预定的地区代码、道路代码、路段代码、路况情况代码等【8 1 。 交通信息分析、处理子系统主要包括四个方面：交通信息处理，其功能是 将原始数据或预处理的数据转换成管理人员和交通参与者等用户所需的可识别的 信息及相应的用户界面；实时数据传输；对数据库进行操作；其功能是提供 对数据库的存取服务；配置管理和交通信息查询，其功能是响应用户请求，将 查询显示所需信息送给对外交通信息发布子系统。 ( 3 ) 信息发布子系统 交通信息发布子系统是交通诱导系统的重要组成部分，它把处理分析出来的 交通信息( 包括预测的交通信息) 通过各种发布手段传送给出行者，诱导驾乘人 员正确驾驶，减少延误。目前的信息发布手段多以电子显示屏、无线广播台、车 载导航系统、网络等为主。 ( 4 ) 接收显示( 车载终端) 子系统 接收显示部分主要指车载终端设备将收到的交通信息在终端上显示出来，方 便驾乘人员掌握各种交通信息。 2 1 2 交通信息发布系统 交通信息发布系统是高速公路交通管理者根据道路的实时通行条件，向道路 使用者提供该道路的相关交通信息和发布紧急情况最新信息的平台，是保障高速 公路交通安全和交通管理者及时向道路使用者发布指令或提供信息的有效手段。 它在高速公路管理者和使用者之间建立了信息沟通的桥梁2 4 1 。 ( 1 ) 常用交通信息发布手段介绍 根据目前国内交通信息发布情况看，交通信息发布的方法主要包括电子显示 屏、集中式无线广播、车载导航和互联网等方式。 6 长安大学硕士学位论文 电子显示屏 l e d 电子显示屏是现代化交通系统中重要的信息发布设备。它是由l e d 发光 二极管构成的点阵显示屏，通过计算机控制，使显示屏各象素点显示不同的颜色， 从而组成不同的文字、图像。它主要以门架、门柱等方式置于高速公路两侧或某 一方向的车道上方，由监控中心计算机通过通讯网络进行远程控制，传送并显示 各种图文信息，从而向司机及时发布不同路段的不同路面情况及各类交通信息。 集中式无线广播 集中式无线广播是将要发布的广播信息设定在某个固定的频段，在交通节目 时间里，驾驶员利用汽车收音机收听该频段的广播，获得诱导信息。它所提供的 交通信息已经成为广大驾乘人员出行的重要参考。 车载导航系统 车载导航系统通过g p s 天线，接受从人造卫星传来的信号，经计测速度回转 仪对车速的计算，解析出自己目前所处的位置的数据，由收录了地图的只读式紧 凑光盘进行检索回原，最终在显示屏中显示车辆所处的位置、周围的道路交通状 况、到达目的地的交通状况、到达目的地的最佳路线以及通常情况下需要的时间。 该系统甚至可以通过语音应答装置来模仿人的声音，及时的给驾驶者提供左右转 弯及路名等信息【1 们。 网络 通过互联网发布的方式是出行者在出行前通过浏览网络获得其所需的交通信 息，它只能给驾驶者作为出行前的参考，对于出行的驾驶者意义不大。 ( 2 ) 面向司乘人员的信息发布手段比较分析 以l e d 为主的电子显示屏成本和维护费用较高，建设周期也较长。受温度影 响大，能够正常使用的温度范围是- - 2 5 。c + 5 5 。c 。在晴天、日照条件好、太阳 正面照射的情况下，驾驶员裸眼视力1 0 以上可读距离可达百米以上，但是其信息 发布量较小，且视觉发布设施对驾驶员注意力有影响。 集中式无线广播电台具有接收面广、信息发布及时、形式活泼、听众易于接 受、有效时间长、对驾驶员注意力影响小等优点，但是其不足之处在于其发布的 信息缺乏针对性，且目前只适用于城市交通诱导中。 车载导航系统属视、听结合的发布设施，突出的优点是不受恶劣天气和温度 的影响，能够随时随地的发挥作用，但是信息内容固定且成本高。 7 第二章基于1 r s 技术的交通语音诱导信息发布系统概述 网络信息发布的特点是其发布的信息量大，且司乘人员可以选择浏览与自己 相关的交通信息，但是此信息发布方式只适合出行前的参考，司机不可能在驾驶 汽车的同时浏览互联网，这种方式不能给驾驶者提供实时有效的交通信息。 以上各种信息发布方式从作用范围、有效时间、受天气温度影响程度、信息 量、对驾驶员注意力影响程度、建设时间、建设费用、维护费用、对政策的依赖 性大小等方面的比较如表2 1 所示。 表2 1 各种信息发布设施的比较结果 一 电子显示屏车载导航系统集中式无线广播网络 指标 作用范围 很近无距离限制很远无距离限制 ( 理想条件下) 有效时间很短长 长很长 受天气影响程度 在晚上或能见 使 度低时有影响 无影响无影响无影响 用 温度在一2 5 o 条 c + 5 5 0 c 时无 件 受温度影响程度影响，低于或高无影响无影响无影响 于此温度区间 时影响很大 信息量很少少多很多 对驾驶员注意力影响影响较大影响较小基本无影响基本无影响 建没时间 长 很短 很长很短 建设费用 很多很多很多很多 维护费用很多少多多 对政策的依赖性有依赖依赖性很大有依赖 依赖性很大 以上各种信息发布设施均存在一定的缺陷，不能对海量的交通信息进行及时、 准确的发布，离现代化的交通信息管理水平还有很大的距离。 2 2 基于t t s 技术的交通语音诱导信息发布系统 2 2 1t t s 技术 t t s ( t e x t t o s p e e c h ) 是微软公司出品的一种文字朗读引擎，又称文语转换系 统，是通用计算机语音输出系统。它将计算机自己产生的、或外部输入的文字信 息转变为可以听得懂的、流利的口语输出的技术，隶属于语音合成，它的工作主 要是将输入的文本按字或词分解为音素，并且对文本中的数字、货币单位、单词 变形以及标点等要特殊处理的符号进行分析，以及将音素生成数字音频然后用扬 声器播放出来或者存为声音文件以后用多媒体软件播放。其实现过程如图2 2 所示 1 3 5 。 8 长安大学硕士学位论文 ：瓯 p 口 寸 - e r _ 日 扬 z k ：扫 本 k 口 尸 ：七 产 、 二 j r栏 j 成 r r 、 器 r 1 日 息引 擎 把文本转换为音索和韵律符 号井生成连续的数字音频 声卡将数字声音转化为声音 信号，并由扬声器播放出来 图2 2 t e x t t o - s p e e c h 实现过程 当应用程序需要发声的时候，应用程序通过a p i 层和s a p i ( s p e e c h a p l ) 通信， 语音引擎则通过d d i 层和s a p i ( s p e e c h a p l ) 进行交互。通过调用语音合成引擎 ( s p e e c hs y n t h e s i se n g 巧m ) 进行语言合成。s p e e c h a p i 的结构如图2 3 所 示【3 1 】。 图2 3s p e e c h a p i 的结构 与一些用预先录制的声音文件实现发声的应用程序相比，t t s 的发声引擎只 有几兆大小，不需要大量的声音文件支持，因此可以节省很大的储存空间，并且 可以朗读预先未知的任何语句。 2 2 2 系统结构 系统的结构模式设计是系统设计中的一个重要部分。系统结构设计的好坏， 不仅影响着系统的效率、安全性，更影响系统使用的可维护性及可靠性。本系统 架构选择基于c s 模式的两层架构。这种结构具有客户端简单，高扩展能力，标 9 第二章基于丁r s 技术的交通语音诱导信息发布系统概述 准统一，易于维护等特点。 c s 模式( c l i e n t s e r v e r 模式) ，即客户端服务器模式，是一种非常成熟的应 用体系结构，被广泛地应用于各种信息管理系统中。在这种模式中，将应用系统 分为两个部分：一部分是由多个用户共享的信息功能，称为服务器部分；另一部 分是每个用户所专有，称为客户部分。客户端服务器应用程序的一种定义是应用 程序有一个客户接口，而访问数据则位于另外一个远程服务器上。客户端将其所 需执行的命令传送给数据库服务器，由数据库服务器执行命令，并将结果返还给 客户端，这使得整个工作能够分布在客户系统和远程服务器系统共同执行，从而 使系统的软、硬件资源得到最大限度的应用。 交通语音诱导信息发布系统的服务器设在交通监控管理中心，负责采集实时 的交通信息并通过人机界面向客户端发送实时交通信息；客户端即交通语音诱导 信息发布终端，安装在各信息发布点，接收服务器端发来的交通文本信息，并进 行文语转换、播放和调频发送。服务器计算机和语音诱导信息发布终端( 客户端) 计算机通过通信主干线组成一个局域网，调频发射器连接在终端计算机上完成向 驾驶员发送调频信号的作用。其结构如图2 4 所示。 客户端 p c 调 采集的交通信息 服务器群 r 葡 计 语音信号 频 调频信号 算 发 工作站 射 机 器 图2 4 交通语音诱导信息发布系统总体结构 服务器与客户端采用以太网进行组网。以太网是由x e r o x 公司建立的，是当 今现有局域网采用的最通用的通信协议标准，组建于七十年代早期。它采用总线 或星型拓扑结构，传输介质包括同轴电缆、双绞线、光纤等，普通以太网传输速 率为l o m b p s ，m a c 层采用具有冲突检测的载波感应多处访问( c s m 刖c d ) 方法。 以太网的主要特点包括可扩展性、可靠性、成本低和丰富的网络管理工具。以太 网内节点在发送帧时，以太网将数据帧传输至网内物理介质可达所有节点，所以 被称为以太网，这样使得网内同一时间内只能有一个帧存在，这种机制在网内节 点较少时，以太网能够充分发挥作用，达到很高效率，但在网内节点超过一定规 模时网络冲突加剧，网络效率非常低，这样，以太网快速技术和交换技术应运而 生。目前，快速以太网( 1 0 0 m b p s ) 己经非常成熟，而在以太网中使用交换技术 l o 长安大学硕士学位论文 可以使网内同时有多个帧存在，减少了网络冲突，从而大大地提高了网络效率， 现有多种交换技术应用在以太网中。结合各种局域网技术的优劣性及语音诱导信 息发布系统的特点，采用以太网作为主干网。 2 2 3 信息发布的流程 交通信息由其需求的不同，其信息发布具有一定的时序。由图2 。5 的发布流程 可知，监控系统采集的交通信息经过分析处理后存储进数据库，系统定时操查询 数据库，如果数据库有最新的交通事件记录，则操作人员获得与此事件相关信息， 同时编辑针对此事件的交通诱导信息，并向客户端发送交通诱导文本信息。若无 事件发生，则根据实际情况向客户端发送交通政策、法规等与交通相关的其他交 通信息。 图2 5 交通诱导信息发布流程 ( 1 ) 定时查询周期的确定 交通诱导信息的发布应该及时有效，这对系统定时查询数据库的定时间隔提 出了要求。从信息获得的及时方面看，对交通事件信息数据库的查询定时间隔应 越短越好。另一方面考虑到定时间隔越短对系统的软硬件要求也越高。假设系统 选用的p c 计算机的硬盘容量为8 0 g ，服务器向客户端每发送一次文本信息所占的 存储容量为1 6 k ，信息保存的时间为1 0 年，那么定时间隔时间 第二章基于下r s 技术的交通语音诱导信息发布系统概述 t = ( 1 0 * 3 6 5 * 2 4 * 6 0 * 1 6 ) ( 8 0 * 1 0 2 4 * 1 0 2 4 ) l m i n 。因此设定定时查询数据库的周期为 l m i n 。 ( 2 ) 信息发布内容分析 1 ) 交通干扰分析【9 】 分析交通诱导信息内容必须了解影响交通流的因素有哪些。这些影响因素来 自于道路、交通和气象环境的变化，具有明显的随机性和突发性。分析交通流影 响因素将有助于建立合理的交通诱导策略。 貔道路环境干扰 道路维修 道路路面的破损及其强度、平整度和抗滑能力的降低对行车安全和舒适影响 很大。公路养护可以保证路面处于良好使用状态，并不构成干扰。但是道路大修 必须先封闭车道，造成通行能力变化，破坏供求平衡，形成干扰。表3 1 说明封闭 一条车道对整个道路通行能力的影响。进入和离开维修区时，部分车辆要改变车 道，交通量发生突变，车速明显下降，维修区成为路段瓶颈。维修虽然按计划进 行，通行现场也设置标志，便于驾驶员提前获得车道封闭信息，但对高速行使的 驾驶员仍具有随机性质，维修区出现事故的概率明显增加。因此道路维修状况应 及时告知驾乘人员。 表2 2 一条车道堵塞时路段通行能力的变化 车道事件( 封闭1 条车 最大服务路肩事件( 影响交通) 单向道) 交通量 车道数交通量减小交通量减小 ( v e h h ) ( v e h h )( )( v e h h )( ) 218 5 0 木2 = 3 7 0 01 3 0 0 6 5 3 0 0 01 9 318 5 0 宰3 = 5 5 5 0 2 7 0 0 5 14 6 0 01 7 4 18 5 0 * 4 = 7 4 0 0 4 3 0 04 26 3 0 01 5 路面状态变化湿润、结冰和积雪 气象变化经常使路面抗滑能力突然降低，对车辆正常运行产生相当大的破坏 作用，相成强烈干扰，需要经常检测这种情况。车辆运行转向和制动以车轮和路 面存在附着力为前提，路面湿润、结冰和积雪都会显著降低路面平均附着系数； 减小路面抗滑能力，车轮易产生滑动。表3 2 显示各种不同路面状态下的附着系数 1 2 长安大学硕士学位论文 值，不仅冰雪路面f 值相差巨大，就是干湿路面也有明显不同。因此及时向道路 使用者发布路面状况的变化情况是非常有必要的。 表2 3 各种路面状态的附着系数 路面类型峰值附着系数滑动附着系数 干路面 0 8 o 9o 7 5 湿沥青路面 0 5 - 0 70 4 5 o 6 0 湿混凝土路面0 8o 7 雪压紧的路面 0 2o 1 5 冰路面 o 1o 0 7 经常有个别车辆驾驶员操作错误( 如违章开快车、超载、抢道、疲劳驾驶和 酒后开车等) 、车辆故障( 如爆胎、制动失灵和油路电路故障等) 和交通事故( 撞、 翻车和火灾等) 而不得不缓行或停驻不动，引起短时期的车道堵塞或通行能力下 降，造成后继车辆改道或降速行使。肇事车辆引起的交通环境的突然变化对后继 车辆的正常运行形成突发性干扰，在事件发生地附近形成交通紊乱，交通流状态 发生较大变化，伴随而来的是偶发性拥挤，并有可能诱发为二次交通事故。因此 对交通事件的及时通报显得尤为重要。 蒸气象环境干扰 浓雾、暴雨、大雪、强烈侧风和雷击等气象环境都降严重影响交通流状态。 浓雾 浓雾恶化驾驶员视觉环境，影响车辆正常形式，高速行驶时，极易酿成重大 交通事故。 为了保证行车安全，车辆行驶过程中驾驶员应该在一定距离外就能清晰地确 认前方车道上的障碍物。对于单向行驶车道，这个距离称为停车视距。它对于行 车安全、行驶速度和通过能力等都有很大影响。停车视距是道路几何设计的重要 因素，可以通过计算得出。有关标准规定：在车道中心线距路面1 2 m 的高度上， 驾驶员眼睛能够看到高度为o 1 m 的障碍物而采取制动刹车，避免撞上障碍物，能 安全停车的最短距离称为停车视距。制动停车距离应包括驾驶员感到危险后，脚 掌从油门移开去踩制动器这段时间内，汽车行驶的距离( 反应距离) ，和制动器生 效到安全停车这一段距离之和。 第二章基于t t s 技术的交通语音诱导信息发布系统概述 车辆以任何车速行驶，驾驶员在车内所见到的环境能见度应大于该车速下的 停车视距。这样，即使车道上突然出现障碍物或前车突然停住，驾驶员都能及时 发现并有足够的时间进行规避和刹车，从而避免碰撞，保证安全。反之，就容易 发生碰撞，相成事故。 空气中含有大量气态细微颗粒物就成为雾。当一束光线沿给定方向照射到这 些颗粒上，形成统计上各向均等的漫发射，称为瑞利散射。瑞利散射使透过浓雾 的光束光强大大削弱，原来看得见的物体也变得模糊不清，即能见度减小。当能 见度小于行驶车速停车视距时，则尾撞的危险加大，雾越浓，尾撞的概率越大。 为了预防浓雾天气出现交通事故，应该检测能见度，把检测结果视为停车视距， 并找出相应的行驶车速作为车速限值，通知公路上的行驶车辆在新的限速值内行 驶。 大雨、大雪 大雨与大学给车辆行驶带来双重不利影响：一是显著降低能见度；二是润湿 或冻结的路面使车辆轮胎的附着系数大为减少，路面抗滑能力大幅度下降。这种 气象化境不仅给行车安全带来危害，也给视频监视到来困难。 侧风 大侧向风力会使车辆在行驶过程中产生不可控制的侧向移动，例如侧向风速 为2 2 m h ，车辆向前行驶6 0 m ，可能产生1 2 1 5 m 侧向移动。这个数值可以使车 辆身不由己地从一个车道移到另一个车道导致交通流混乱和诱发交通事故。 沿海湿热气候 南方沿海地区，湿度大，温度高，而且空气中含有较高浓度的酸、盐成分， 对金属具有很强的腐蚀作用，还容易滋长霉菌，对金属设备的使用寿命，电子器 件和光学器件的使用性能有较大的影响，应该提出防腐、防霉和防潮的要求。 雷击 雷击通过暂态过电压损坏电子设备而影响高速公路管理的正常运行，它是过 电压的主要原因之一，也是破坏电子设备的祸首。我国沿海和雷击频繁的地区的 高速公路已发生过多起由雷击造成的设备严重损坏事故，值得引起高度注意。 以上干扰因素都是影响交通流的主要原因，建立针对这些干扰的交通诱导信 息数据库对广大驾乘人员具有重要价值。除针对以上干扰的交通诱导信息外，高 速公路上服务区、收费站的信息也是驾乘人员在行驶过程中所需的重要信息。 1 4 长安大学硕士学位论文 辫高速公路设计状况 目前国内的高速公路一般由以下几部分组成：隧道、收费站、服务区以及主 线车道。分析高速公路基础设施的组成情况对于建立交通诱导信息数据库具有重 要价值。如图3 1 所示是黄延高速延安段内的部分高速公路基础设施信息。其路长 1 2 0 公里，途径4 处隧道，5 处收费站，3 处服务区。隧道、收费站、服务区以间 隔排列为主。 x 1 6 7 “2 4 k ”5 柚x 1 9 2 砌mx l 蝤椭0x2 0 1 “1 7 0k 2 2 9 “3 0k 2 3 5 + 姗ix 2 褂7 k 2 6 l + 5 7 0k 姗柏dk ”3 + 9 k 2 8 9 + 8 i ： ( ) 道南隧道阿党收费站洛川服务区洛川收费站汉寨隧道富县收费站富县服务区四号沟隧道清泉收费站延安服务区南球台隧道延安南收费站 图2 6 黄延高速延安段内的部分高速公路基础设施信息 2 ) 交通诱导信息发布策略 针对上小节交通干扰的分析，形成交通诱导信息发布策略，并作为后台数据 库的数据源： 道路施工警告信息：对于道路施工和养护活动，应该通过广播台提前向出 行者发布道路施工警告和车道占用信息，给出车辆绕行路线。 路面状态警告信息：对路网中路面由于雨雪等天气引起的潮湿、积雪、结 冰等情况时，对上游的车辆驾驶员发布警告信息，并给出分流信息。 交通事件警告信息：对路网中发生的交通事故，根据其影响范围在局部路 网内发布诱导信息及分流路线，给出车道关闭信息或封路信息时，并给出相应 的建议分流路线。同时根据预估的事件处理时间或影响范围，确定发布信息的 范围和内容。