便携式设备监测终端的开发

研发的便携终端已在设备维护工作中得到有效的应用。因此，为了在维护领域更有效地使用便携终端，在试验的基础上， 归纳了以下4种功能： 

(1)使用移动Internet功能实现与数据库服务器的无线连接； 
(2)应用RF—ID标签自动识别检测设备； 
(3)通过语音识别完成监测数据输入，实现不用手工操作； 
(4)采用应对隧道内电磁波中断的方法。 

另外，从海量文本数据中快速检索出所需信息的需求日渐增长， 同时伴随着计算机性能、容量和组网能力的提升，在信息检索技术和日本语言处理技术以及集成上述2种技术的系统开发领域已进行了许多前沿性的研究。由于对询问应答系统的信息检索研究日趋迫切，本文开发了一个设备维护领域的询问应答系统。 

1 设备维护特点 

(1)电磁波中断区域 
在隧道内，未设通讯基站的铁路沿线和山区的输电线路沿线，手机无法使用。所以必须寻求应对电磁波中断的方法，或选取可替代的通讯方式。 
(2)危险区域 
在进行道旁作业时，要确保列车已经停止运行，防止撞车事故。确保电力已经切断，以防发生高压触电事故。 
(3)夜间作业 
尽管在白天列车运行间隙可以进行短时间的维护作业，但耗时的维护工作却必须在本日末车和次日首车之间的夜间完成。固定灯和频闪灯等照明设备是必不可少的。 
(4)温度 
因为维护作业的温度范围从冬天的一10℃到夏天的40℃ ，任何便携终端都必须能够承受如此宽的温度范围。 
(5)污垢 
在设备维护工作中，油污、灰尘是不可避免的。工作人员会用沾有油污的手或手套操作设备，所以任何便携终端必须能够适应这种作业条件。 
(6)输入内容 
输入内容要涉及设备监测测量数据，确认功能的图形化表示数据以及显示故障的图像数据等。 

2 试验系统 

2．1 试验系统概述 
(1)PDA具有移动Internet接入功能，不必提前下载数据。另外，通过在工作场地直接访问网页，可以参考数据、输入监测结果，确认或更改作业计划； 
(2)输入数据通过网页即时存人数据库服务器，管理人员在办公室可以实时了解现场情况； 
(3)通过读取RF—ID标签，不必每次通过菜单检索每个设备，实现了监测设备的自动识别。因此，提高了设备监测作业的效率； 
(4)在电磁波中断的区域，如隧道中，数据存入PDA的内存。当通信恢复时，存储的数据自动传输到服务器。所以，不管PDA是否能接收到电磁波，都可以进行输入操作； 
(5)可以使用语音识别技术输入监测数据。 

2．2与数据库的无线连接 
在这个系统中，监测计划、监测历史和监测命令等监测所必须的数据都在办公室提前准备好，并通过Internet从服务器下载。工作人员在现场查阅这些数据的同时可以输入监测结果。输入数据通过Internet上传至办公室的服务器并直接存入数据库。 

系统结构如图1所示。 

2．3 设备自动识别 
与PDA连接的标签读取器可以读取安装在被监测设备上的RF-ID标签中的数据。标识设备的设备ID提前存入RF-ID标签。当用标签读取器读取设备ID、检索命令和监测信息时，设备名称和最后一次监测日期显示在显示屏上。通过无线通信，如手机接入Internet，监测结果直接存入办公室的数据库服务器。标签读取屏幕如图2所示。 

2．4 使用语音识别输人数据 
从一个小PDA屏幕输入监测数据是困难的，而且工作人员必须同时做2件工作(如监测和数据输入)。出于试验目的，开发一个使用语音识别进行输入的功能。这样，工作人员不用人工进行数据输入。通常，语音识别分词识别和连续话语识别。因为监测期间输入的词汇和项目几乎是固定的，所以采取了限制输入格式的语音识别方法，即2种类型的折衷方法。 

当监测结果显示设备状况良好时，根据语音识别输入格式，本研究输入一条语音信息，如“设备名称正常。相反，如果监测结果显示设备故障，通过语音输入一个固定的格式：“设备名称”、“监测项目”、“故障部件名称”、“问题类型”和“措施”。此外，如果监测结果显示设备故障， 因为有许多输入项目，所以可以按任意顺序输入。 

2．5 电磁波中断 
(1)PDA后台程序检测无线卡电磁波接收状态(接通或中断)； 
(2)当电磁波接通时，数据立即存入数据库服务器； 
(3)当电磁波中断时，数据存入一个PDA文件。 

一旦电磁波接通，数据自动存入数据库服务器。在便携终端中，将数据输入程序和数据传输程序设计成独立的内部程序，数据传输程序在后台运行。所以，无论电磁波的接收状态如何，总能在相应条件下使用PDA完成监测数据的输入。应对电磁波中断的处理流程如图3所示。 

3 洵问应答系统 

在目录数据库、图书检索系统和Internet搜索引擎中，“我想看到有关AAA 的文件(主页)” 形式的询问是一个通用的问题需求。对于这类检索问题，检索者会输入主题关键词“AAA”并检索包括字符串“AAA” 的文件和主页。 
问题应答型检索系统不同于既定的检索，举个例子，当询问“我想知道富土山的高度” 或“我想知道圣诞节的Et期”时，目标是立即检索“高度”和“日期”。 

3．1 原型系统开发 
在铁路维护领域，监测维护手册是文件检索的对象之一。每一个铁路都有自己的手册和标准。这些文件包含了所有设备维护所必须的文件，如管理评价、标准、监测项目和程序等。然而，在许多情况下，这些文件保存在办公室里，而不会带到现场。但在实际的设备监测中，需要检索或参考这些文件。因此，研究了一个在任何时间、地点都可以轻松参考所需手册、以提问的方式获取信息的方法。还开发了一个原型系统，系统以对一个隧道的维护监测为例，设计了与维护手册相关的问题类型。 

3．2 手册文件结构 
手册文件结构由章、节、字句、标题和图表等组成。尽管人们能够轻松地理解这样一篇普通文本文件的结构，但计算机却难以理解。因此，为了判断设备的完整度，定义了必要的文件结构，并将手册文件转换成XML格式。 

3_3 判断处理 
在构建上述的询问应答系统时， 开发了一个问句分析处理程序。通过句形分析功能实现对检索问题的分析。而且根据句中的同义词，用预定义的同义词翻译表将检索问句简化。这种处理对于指定词和提取句中的关键词很必要， 因为指定词是理解问题类型、同义性和类似表达的关键线索。另外，还设计了处理功能，可以根据完整度判断句与问句之间的字符串相似水平来排列判断句。本文通过向量空间模型，构造了一个标准的相似水平计算方法来进行相似水平判断。并在该系统的基本评价结果的基础上，进行了部分完善。然后对一系列的相似水平进行计算，找出哪一个与转换成XML格式的手册文件中的仅为<句子>的部分最吻合。事实上，当通过e—mail将描述设备故障的问题发送到询问应答系统服务器时，系统以最吻合的完整度判断句及其排序作答。图4中的例子展示了一个相似水平计算的结果。 

4 评价及未来的目标 

4．1 RFID标签 

试验系统电磁波的通信范围约为2 cm，这对于实际的铁路设备维护工作是不够的。因此，为了扩大通信范围，就必须使用内部装有电池的标签，或者内部安装了大天线的大标签和一个大的读出器。 

4．2 语音识别输入 
在PDA上，系统的语音识别引擎是独立工作的，并且可以识别多人的语音，但是识别率不尽满意。然而，通过提高语音识别引擎的性能，有望使其达到实用水平。另外，因为一只手要拿着PDA，所以从严格意义上讲，在PDA屏幕上确认识别结果的方法并非不用手。因此，准备试验一种将PDA放在口袋里，通过固定在头部的麦克风进行语音输入，通过耳机的语音合成确认识别结果的方法。 

4，3 询问应答系统 
本文建立一个能找出最类似于自然问句的完整度判断句系统，并且通过基于字符串吻合水平的相似水平计算方法给出设备的完整度。为实现该功能，将手册文件转换成XML格式。完成对系统的评价要引用更多问题例证及与语音分析方法进行比较。 

5 结束语 

便携式终端已经在维护工作领域使用了一段时间，但由于操作屏幕尺寸、终端自重及性能欠佳等问题并未广泛使用。为了解决这些问题，提高便携式终端的性能，本文介绍了几种试验系统， 同时增加了语音识别和询问应答功能。希望将这项研究推进到实用阶段，解决工作领域存在的问题。