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摘要：“声纳”智能物品查询系统(以下简称：该系统)从物品管理功能需求出发,基于语音识别技术,重点研究该领域发展现状、受众需求模型及实用功能设计,研究智能语音识别技术及应用,拟实现通过使用智能语音助手,以语音答辩的形式快速查找、获得物品存放位置及信息。项目创新点在于突破传统查询及管理模式,语音对话实现录入及查找操作,解放双手。
关键词：计算机软件；信息系统开发；语音识别；物品查询管理
Analysis and Research of Intelligent Goods Query System Based on Speech Recognition
GAN Lu,NAN Haotian,WANG Shimin,Chen Qitong,MA Tao,CAO Shunliang
(Shanghai Lixin University of Accounting and Finance,Shanghai 201209)
【Abstract】：“Voice Storage“intelligent article query system(hereinafter referred to as the system)starts from the functional requirements of article management and based on speech recognition technology,focuses on the development status of thisfield,audience demand model and practical function design,and studies the intelligent speech recognition technology and application.It is intended to realize the rapid search and application in the form of speech defense through the use of intelligent speech assistant obtain the storage location and information of items.The innovation of the project is to break through the traditional query and management mode,realize the input and search operation through voice dialogue,and liberate both hands.
【Key words】：computer software;information system development;speech recognition;item query management
0引言
基于智能语音识别诞生的产品数不胜数,语音产业受到很大重视。本项目开展基于语音识别功能的智能物品管理系统的相关分析研究,并进行方案设计、软件开发,旨在实现语音识别为主要载体的对物品的管理、快速查找、有效期提醒等功能。语音识别控制技术作为指令控制方式,使物品收纳整理更具智能化、现代化,缓释重复购买、繁杂收纳的问题,也可广泛应用于仓储、办公、家庭等场景。
1相关背景及国内外研究
1.1国内外研究现状
国内语音识别及对话技术已经比较成熟,科大讯飞的语音识别接口调用是实现相关服务的重要方式,现有的产品主要以智能音响、家居为主,对于物品仓储库存管理范畴的语音植入仍缺乏研究。
日本、欧美等国家市场智能物品管理相对成熟,2019年美国智能音箱的普及率达到了26%,亚马逊的智能语音助手Alexa赋予传统印象智能化标签,能够让用户用更为自然的方式和设备进行交互；苹果的语音助手是最先进入市场,可以完成配置、编辑、管理,但其功能仍停留在市场已普及的基础功能,缺乏对物品管理领域的针对性系统。
1.2调研基础
在设想和实现功能基础上,通过发放线上问卷的形式进行了初步的市场需求调研,回收300份问卷及70名意向体验的真实用户,具有良好参考价值,根据整理发现如下用户痛点及需求：(1)普遍缺乏定期整理家庭物品习惯；(2)储存空间有限、耗时长等难点阻碍物品整理；(3)能够精准解决家庭物品“找寻难”“无法找寻”问题；(4)市场对以智能语音助手为创新性技术支持的呼声较高；(5)程序操作界面直观、简约、清晰为用户首选；(6)文字语言双检索及保质期提醒功能广受市场欢迎。
2研究目的和拟解决的关键问题
(1)研究目的：研发出快速、准确、客观、实用的物品存储算法,综合利用语音识别、语义理解、智能收纳等智能技术,构建国内领先、智能化、高效率、规范化的新型智能语音物品查询系统。缓释重复购买、繁琐收纳问题,使得物品管理更具现代化、智能化,并通过大数据分析画像,进一步实现有效管理和精准服务。
(2)拟解决的关键问题：为能够快速精准地完成用户指令,实现流畅舒适的语音人机交互体验,该系统采用专业语音识别技术,使用Python进行语句词性标注,建立丰富和独立的语料库进行语义理解和库匹配,机器识别实施行为。以多个数据库协同架构,做到高效而精准。
3系统技术路线
(1)系统技术路线及总体框架：软件主体基于Android Studio开发,内部使用MVVM的框架,实现View和Model层分离,中间通过ViewModel层进行数据的传输及数据的处理。本系统前端使用Navigation实现单Activity结构,通过Activity内部导航多个Fragment取代了多个Activity间的传递过程,使得软件使用更加流畅,CPU占用更少。
(2)语音识别技术模块：语音识别技术实现需要先
构建BNF语法文档,并将其编译成识别网络,进而送往语音识别器,定义并实现语法构建回调接口获取语法上传的状态。创建单例对象,且该单例对象可在生命周期内一直使用直至被方法销毁,设置语音识别默认参数,包括网络连接超时时间、语言种类、是否有标点符号等。定义开始录音方法,开始语音听写,录取用户通过麦克风读入的音频,定义结束录音方法让用户手动结束录制或编写静音抑制方法自动结束音频录入,注意设置语音前后端点。录音过程中设置监听和错误回调,返回结果空值判断,音量变化等,具体事件由具体业务进行约定。
调用结束录音方法后,需要定义方法用于检测是否在会话中并让用户能取消会话。接着调用已经定义的写入录音方法将录音数据传递给语音识别器,语音识别器提取输入语音的特征信息并在识别网络上进行路径匹配并返回识别结果。识别结果为文本内容,格式包括自然语言文本、JSON结构化文本2种。
(3)后台数据库搭建模块：本系统数据库由三部分组成,分别为SQLite3数据库,MySQL数据库,以及Redis数据库。首先,用户数据通过JAVA代码的处理存储在位于手机的SQLite3数据库中,接着通过网络存入位于服务器的MySQL数据库,同时存入Redis数据库。若用户数据丢失,则访问服务器更新数据。在服务器中MySQL为主,Redis为辅。
4系统功能设计和实现
4.1物品管理场景和功能建设
为实现本系统智能收纳的功能,物品管理场景需要尽可能简化用户操作流程,也要能详实地展现物品的各个属性以适应物品管理的需要[1]。
本系统模拟了多单位、多层次的现实场景,以期符合人们第一直觉的形式。物品管理场景的创建基于一定的模板,在最下级单位下,仅支持创建物品,可以通过点击新增按钮或直接点击列表中的物品完成对物品属性的新增和修改。如若不喜欢以列表形式展示物品,也可切换其他视图。
4.2语音识别与人机交互
考虑到物品管理需要用户事先输入物品信息,存在操作的繁琐性和机械性,本系统搭建了语音交互功能环境,该技术旨在实现分词、词性标注、语义理解等功能步骤[2]。在语音通过麦克风被转化为文字之后,本系统所搭载的语音交互功能可实现对于语意的基本理解,可以通过语音完成简单的增删改查工作[3]。
4.3保质期提醒功能
基于用户对于物品管理可能的需求,本系统添加了物品保质期、保鲜期提醒的功能。在物品属性的设置界面,可以开启这两种属性,设定日期和时间,在日期时间临近时在用户界面弹出信息,以提醒用户注意物品的保质保鲜期。在相应授权完成后,本系统可在后台发送消息提醒用户注意保质期。
4.4综合查询平台搭建
本系统的综合平台采用关联查询、热点查询、组合查询、傻瓜查询、智能模糊查询、查询结果输出这六种查询方式进行搭建。关联查询通过语音或文字提取多个关键词检索系统中对应数据簇(即具有相同特征高度相似的数据集合)。热点查询通过筛选用户的频繁查询词并将其呈现在查询系统的首页,在用户行为上避免重复输入内容。组合查询关联多个关键词以组合形式进行动态数据提取。傻瓜查询以内容导航方式步骤化引导用户查询所需内容。模糊智能查询利用分词、同义、同音字典优化检索。查询输出结果通过语音提取、数据库匹配、校对达到结果呈现的目的[4]。
4.5数据处理与档案建设
本系统基于中青年为主的用户群体,通过实现数据存储、数据访问、ELT处理、元数据处理、数据交互提升数据管理灵活、分享、可控性。数据存储采用成熟云储存功能。ELT通过数据库引擎提升系统的可扩展性,并基于语音等关键用户数据的固定存放位置提高数据库系统的调取效率与可监控性。数据交互即实现搭建数据库与本系统的交互。元数据处理通过数据挖掘技术,采用分类、关联、聚类,提取高价值关键词。
4.6系统管理与安全管理
系统管理主要通过监控系统运行日志来实现,日志监控软件、服务器、各类端口信息以保证系统操作与参数的维护管理,分析系统和网络日志可用于系统优化与网络管理。当出现故障时,可以查看日志告警信息进而快速定位并解决关键问题；安全管理主要为用户认证管理,通过对用户统一集中管理,结合用户名/密码、实名认证等多种身份认证方式实现用户数据的安全保障。
5创新点与特色
(1)整合领域专家知识,综合利用语音识别、语义理解、智能收纳等智能技术,构建基于领域知识的智能语音物品查询系统。
(2)与传统物品管理模式相比,该系统具有语音识别和人机交互的优势。传统方式往往需要借助外置设备或手指操作,而基于语音识别的智能物品查询系统,用户可通过最直接的方式下达指令。
(3)研发快速、准确、客观、实用的物品存储算法；研制国内领先、智能化、高效率、规范化的新型智能语音物品查询系统。
6结语
本项目设计研发的智能物品查询系统拟由安卓App为载体,以期实现可视化智能物品管理功能,搭载语音识别助手技术、拥有完善的功能与稳定的后台及服务器,使得用户访问具有安全性和使用普及两方面的便捷性。在这基础上,可进一步实现包含智能家居、音响联动合作、智能家庭虚拟社区板块等功能,以更好服务于用户进行物品管理、体验所有相关的一站式舒心服务。
参考文献
[1]王少萍,孟秀峰.计算机在医院后勤物品管理中的开发与应用[J].山西煤炭管理干部学院学报,2003(1):73-74.
[2]钟义信.信息科学与技术导论[M].北京:北京邮电大学出版社,2007.
[3]谢振宇,刘伟.基于单片机的智能家居语音控制系统设计[J].科学技术创新,2021(31):83-85.
[4]王传敏,丁雷,李秋慧,等.基于人机交互的智能语音垃圾分类系统设计[J].高师理科学刊,2021,41(10):37-48.
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