解决景点播报冲突的语音讲解方法\n技术领域\n[0001] 本发明涉及一种针对移动终端自助导游服务系统的需要所提出的、能解决景点播报冲突的语音讲解方法。\n背景技术\n[0002] 本发明涉及的移动终端自助导游服务系统是一种以GPS(Global Positioning System，全球定位系统)技术获取用户位置为依据，以GIS(Geographic Information System，地理信息系统)技术为平台，其中包含了景区、景点的属性数据和空间数据，如景区电子地图、景点的导游讲解词文本、景点的经纬度坐标等，以语音合成技术为工具输出导游讲解词进行导游讲解的系统。GPS具有性能好、精度高、应用广的特点，是目前最为普遍的导航定位系统，已遍及国民经济各种部门，并已逐步深入人们的日常生活，在本发明中主要用于获取用户当前的经纬度坐标。GIS是对地理信息的输入、存储、查询、运算、分析和应用的基础平台，作为GIS领域内的一种常见技术，泰森多边形的主要特点包括：每个泰森多边形内仅含有一个离散点数据、泰森多边形内的点到相应离散点的距离最近以及位于泰森多边形边上的点到其两边的离散点的距离相等。本发明利用GIS技术实现导游讲解线路、景点讲解范围、投影转换等的计算和分析。语音合成技术解决如何将文字信息转化为声音信息的问题，从而使得人们获取信息的方式更加丰富与自然，在本发明中用于将景点的导游讲解词文本字符串自动合成为语音。\n[0003] 在现有的利用GPS提供导游讲解服务的技术中均没有考虑如何合理地划分景点的讲解范围，而只是简单的根据用户位置与景点位置之间的距离关系来触发导游讲解服务，如公开号为CN101587673、CN1913403、CN102142215A等专利。这种触发方式在实际的使用中往往存在着问题，如当一些景点的位置紧密靠近时，那么在计算用户位置与这些景点位置之间的距离时很有可能出现多个相同值，这种情况会造成无法正常选择景点进行导游讲解的问题，虽然在部分专利中提供了针对这类问题的解决办法，如依靠人工方法为每个景点划分适宜的播报触发距离、划分景点播报的优先级等，但是考虑到其实现成本和实现效率，这些办法仍然存在不足之处。\n发明内容\n[0004] 针对上述问题，本发明将基于泰森多边形，结合GIS技术、GPS技术和语音合成技术，提出一种融合泰森多边形和景点距离关系判断进行电子语音导游讲解方法，解决在目前电子导游技术中存在的讲解目标冲突等问题。\n[0005] 本发明的技术方案包括以下步骤：\n[0006] 步骤一：设定由一系列坐标点构成的用户规划线路，即从用户运动起点到用户运动终点之间的路径，利用GIS模块的地图投影与坐标变换功能将用户规划线路上坐标点的经纬坐标转化为特定地图投影中的坐标；利用GIS模块的数据组织功能存储各个景点的坐标、名称、讲解文本等信息；\n[0007] 步骤二：采用泰森多边形生成法，将各个景点的位置信息生成景点泰森多边形集合，各个景点对应的泰森多边形即为该景点的有效讲解范围；\n[0008] 步骤三：将用户规划线路和景点泰森多边形集合进行交集运算，获得规划线路在每个景点的有效讲解范围内的候选有效讲解路径集合；\n[0009] 步骤四：利用GPS获取用户当前位置信息，根据用户当前位置信息和景点泰森多边形集合的包含关系获取用户当前讲解景点；\n[0010] 步骤五：根据用户当前讲解景点，在候选有效讲解路径集合中选取与用户当前讲解景点的景点编号相同的候选有效讲解路径，组成临时候选有效讲解路径集合；\n[0011] 步骤六：根据临时候选有效讲解路径集合和用户当前位置信息，进行候选有效讲解路径判断，得到候选有效讲解路径；\n[0012] 步骤七：根据用户当前讲解景点、候选有效讲解路径和距离控制阈值，进行有效讲解路径判断，即遍历候选有效讲解路径，依次计算候选有效讲解路径中的坐标点与当前讲解景点的距离，如果该距离小于等于距离控制阈值，则将此坐标点添加到有效讲解路径中，最终得到有效讲解路径；\n[0013] 步骤八：根据有效讲解路径和用户当前位置信息，计算有效讲解路径长度；若有效讲解路径长度不为零，转步骤九；若等于零，则进行当前讲解景点判断后比较用户当前讲解景点是否相同，若不相同转到步骤五，否则重复步骤八；\n[0014] 步骤九：利用GPS获取的用户当前运动速度、有效讲解路径长度和语音合成引擎合成文字的速度，计算有效讲解文字长度，从当前讲解景点的讲解文本中选取小于等于该长度的目标讲解文字，通过语音合成引擎和语音输出设备实现语音转换与输出；定时执行当前讲解景点判断，若当前讲解景点的编号发生变化，则停止步骤九，已输出讲解段序号值设为1，转到步骤五；若当前讲解景点的编号未变化，进行有效讲解路径长度判断，得到新的有效讲解路径长度后与当前的有效讲解路径长度进行比较，若不相等，重新执行步骤九；\n若用户选择退出语音导游讲解，则转到步骤十；\n[0015] 步骤十：结束。\n[0016] 本发明通过采用泰森多边形技术，对各个景点的有效讲解范围作了明确合理的划分，根据用户的实时位置对相关数据做多轮的运算，最后筛选出最匹配的有效讲解路径，从而触发了对相应景点的讲解，相较其他的单凭用户位置与景点之间的距离远近来触发导游讲解更为精确。尤其是在可讲解景点密集的地方本发明的优势更为明显，用户所在位置可能同时涉及到若干景点播报区域，此时一般的触发方式便会随机挑选一个进行播报，从而错误率较高。由于本发明的实现几乎不需要追加成本，又能提高智能导游的效率，应用前景广泛。\n附图说明\n[0017] 图1是本发明方法应用流程图。\n[0018] 图2是本发明方法工作流程图。\n[0019] 图3是本发明方法中的候选有效讲解路径集合判断流程图。\n[0020] 图4是本发明方法中的当前讲解景点判断流程图。\n[0021] 图5是本发明方法中的候选有效讲解路径判断流程图。\n[0022] 图6是本发明方法中的有效讲解路径判断流程图。\n[0023] 图7是本发明方法中的有效讲解路径长度判断流程图。\n[0024] 图8是本发明方法中的实施案例景点分布图。\n具体实施方式\n[0025] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。\n[0026] 本发明使用的已有技术平台包括：GIS模块、GPS获取模块、语音合成模块。\n[0027] 本发明利用已有的GIS模块将经度和纬度转化为特定地图投影中的坐标，记录为（X,Y），其中X为纬度在特定地图投影中的坐标，Y为经度在特定地图投影中的坐标（下文中的X均为纬度在特定地图投影中的坐标，Y均为经度在特定地图投影中的坐标）。用户规划线路是指从用户运动起点到用户运动终点之间的路径，由一系列坐标点构成。本发明采用的现有方法包括：公开方法一：泰森多边形生成算法（张宏,温永宁,刘爱利.地理信息系统算法基础[M].科学出版社，2006：176页）；公开方法二：点是否在多边形内判断算法（张宏,温永宁,刘爱利.地理信息系统算法基础[M].科学出版社，2006：26页）；公开方法三：\n直接插入排序法（严蔚敏,吴伟民.数据结构(C语言版)[M].清华大学出版社:265页）；\n同时也使用到了公开号为CN102142215A、发明名称为“一种顾及位置与速度的地理信息自适应语音讲解方法”的专利申请中的某些步骤。\n[0028] 本发明方法的具体工作流程（见图2）：\n[0029] （1）设定景点位置集合为P={pi=(Xi,Yi)|i=1……n，n为景点数量}；用户规划线路为R={ri=(Xi,Yi)|i=1……m，m为用户规划线路中的坐标点数量}；景点泰森多边形集合为VoroA；候选有效讲解路径为CSR；候选有效讲解路径集合为CSRA；临时候选有效讲解路径集合为TCSRA；有效讲解路径为VSR；有效讲解路径长度为S；距离控制阈值为D，是指以景点为圆心的圆形缓冲区的半径，用于控制是否触发语音导游讲解；有效讲解时间为T；语音合成速度为VT，是指语音合成模块单位时间内可合成的文字数量；有效讲解文字长度为C；讲解段选择集合为SELECT；当前讲解景点为CSP；用户当前位置为UP；用户当前运动速度为V；位置偏差阈值为L，是指用户当前位置相对于用户规划线路上的坐标点ri的距离；\n已输出讲解段序号M初始值设为1；\n[0030] （2）采用公开方法一“泰森多边形生成算法”，根据景点位置集合P生成景点泰森多边形集合VoroA={voroi=(idi,pointi)|i=1……n,n为景点数量}，idi为泰森多边形的编号，其值与下标i(同P中的下标编号)相同，pointi为泰森多边形中包含的坐标点信息结构，具体表示为pointi={ponj=(Xj,Yj)|j=1……k，k为该泰森多边形顶点的数量}；\n[0031] （3）根据用户规划线路R和景点泰森多边形集合VoroA，执行候选有效讲解路径集合判断，得到候选有效讲解路径集合CSRA；\n[0032] （4）执行当前讲解景点判断，得到当前讲解景点CSP；\n[0033] （5）根 据当 前讲 解景 点CSP在候 选有 效讲 解路 径集 合CSRA中 选取与CSP的id相同的候选有效讲解路径，组成临时候选有效讲解路径集合\nTCSRA={tcsri=(idi,pointi)|i=1……n,n为临时候选有效讲解路径数量}，idi为该候选有效讲解路径所属景点的编号（同该景点的泰森多边形编号），pointi为该候选有效讲解路径中的坐标点信息结构，具体表示为pointi={ponj=(Xj,Yj)|j=1……l，l为候选有效讲解路径中的坐标点数量}；\n[0034] （6）根据临时候选有效讲解路径集合TCSRA和用户当前位置UP，执行候选有效讲解路径判断，得到候选有效讲解路径CSR；\n[0035] （7）根据候选有效讲解路径CSR、距离控制阈值D和当前讲解景点CSP，执行有效讲解路径判断，得到有效讲解路径VSR；\n[0036] （8）根据有效讲解路径VSR和用户当前位置UP，执行有效讲解路径长度判断，得到有效讲解路径长度S；若S=0，则执行当前讲解景点判断后比较当前讲解景点是否相同，若不相同转到步骤（5），否则重复步骤（8）；\n[0037] （9）利用GPS获取的用户当前运动速度V和有效讲解路径长度S，执行如下语音导游讲解过程（引自现有公开专利申请CN102142215A中的步骤）：\n[0038] (a)若V≠0，则有效讲解时间T=S÷V，转步骤(b)；若V=0，有效讲解时间T使用一个特定数值表示，转步骤(c)；\n[0039] (b)计算有效讲解文字长度C，C=VT×T；\n[0040] (c)根据当前讲解景点CSP的讲解文本、有效讲解文字长度C和已输出讲解段序号M，执行地理信息匹配，获取到讲解段选择集合SELECT；\n[0041] (d)对于讲解段选择集合SELECT，执行语音转换和输出；\n[0042] 定时执行当前讲解景点判断，若当前讲解景点的编号发生变化，则停止步骤（9）流程，已输出讲解段序号M设为1，转到步骤（5），若当前景点的编号未发生变化，则执行有效讲解路径长度判断，得到新的有效讲解路径长度后与当前的有效讲解路径长度进行比较，若不相等，则重新执行步骤（9）；若用户选择退出语音导游讲解，则转到步骤（10）；\n[0043] （10）结束。\n[0044] 本发明方法的候选有效讲解路径集合判断流程（见图3）：\n[0045] （1）遍历用户规划线路R中的坐标点，采用公开方法二“点是否在多边形内判断算法”，在景点泰森多边形集合VoroA中计算R中每个坐标点所属的景点泰森多边形，并形成集合DSCRA={dscri=(Xi,Yi,idi)|i=1……n，n为规划线路R中的坐标点数量}，idi为所属景点的泰森多边形的编号；\n[0046] （2）设置比较开始位置mark=i，遍历DSCRA，比较dscri和dscri+1的id值是否相同，若相同则使i=i+1，继续比较；当dscri和dscri+1的id值不相同时使i=i+1转到步骤（3）；若遍历完DSCRA后，所有的dscri的id值都相同，则执行完步骤（3）后转到步骤（4），否则直接转到步骤（4）；\n[0047] （3）将dscrmark到dscri-1之间（包括dscrmark和dscri-1）的元素添加到候选有效讲解路径集合CSRA={csrj=(idj,pointj)|j=1……t,t为候选有效讲解路径数量}中，idj为该候选有效讲解路径所属景点的泰森多边形编号，pointj为该候选有效讲解路径中的坐标点信息结构（即dscrmark到dscri-1之间（包括dscrmark和dscri-1）的所有坐标点），具体表示为pointj={ponk=(Xk,Yk)|k=1……m，m为dscrmark到dscri-1（包括dscrmark和dscri-1）之间的坐标点数量}；添加完毕后转到步骤（2）；\n[0048] （4）结束；\n[0049] 本发明方法的当前讲解景点判断流程（见图4）：\n[0050] （1）利用GPS获取用户当前位置UP=(X,Y)；\n[0051] （2）根据用户当前位置UP和景点泰森多边形集合VoroA，采用公开方法二“点是否在多边形内判断算法”，获得当前讲解景点CSP={csp=(id,X,Y)}，id为当前讲解景点的编号；\n[0052] （3）结束；\n[0053] 本发明方法的候选有效讲解路径判断流程（见图5）：\n[0054] （1）若Len(TCSRA)=1，则将TCSRA中的唯一的坐标点信息结构添加到CSR中，即CSR={csi=(Xi,Yi)|i=1……l，l为坐标点数量}；若Len(TCSRA)>1，转步骤（2）；Len(TCSRA)是指TCSRA中的元素数量；\n[0055] （2）遍历TCSRA，依次计算pointi中的第一个坐标点与用户当前位置UP 的 距 离 将 所 有 的dis 添 加 到 集 合\nTPA={tpj=(disj,idj)|j=1……n,n为Len(TCSRA)}中，idj为pointi的下标号i的值；\n[0056] （3）采用公开方法三“直接插入排序法”，对集合TPA中的元素以disj值升序排序，排序完毕后在TCSRA中查找与tp1的id值相同的元素，并将其中的坐标点信息结构添加到CSR中，即CSR={csi=(Xi,Yi)|i=1……l，l为坐标点数量}；\n[0057] （4）结束；\n[0058] 本发明方法的有效讲解路径判断流程（见图6）：\n[0059] （1）遍历候选有效讲解路径CSR，依次计算其中的坐标点与当前讲解景点CSP的距离 若Dis≤D，则将此坐标点添加到有效讲解路径VSR\n中；\n[0060] （2）结束；\n[0061] 本发明方法的有效讲解路径长度判断流程（见图7）：\n[0062] （1）遍历有效讲解路径VSR，依次计算VSR中的坐标点和用户当前位置UP=(X,Y)的距离 定位到dis最小的点(Xi,Yi)，若此dis>L，则有效\n讲解路径长度S=0，转步骤（3），否则转步骤（2）；\n[0063] （2）计算从(Xi,Yi)开始到(XLen(VSR),YLen(VSR))的长度，即有效讲解路径长度其中，Len(VSR)是指VSR包含的坐标点数\n量；\n[0064] （3）结束；\n[0065] 实施例（见图8）：\n[0066] 实施例技术平台：GIS模块基于ESRI公司的ArcGISMobile软件进行二次开发完成，GPS获取模块的GPS设备为智能手机中自带的设备，使用ESRI公司的ArcGIS Mobile软件中的GPS接口驱动此设备，从而获取用户经纬坐标和用户运动速度等信息，语音合成模块使用捷通华声公司的语音合成引擎及其接口。\n[0067] 图8是实施案例中的景点分布图，在实施案例中，景区由7个景点组成，图中粗线为用户规划线路，图中景点周边的虚线圆形为圆形缓冲区，其半径即为距离控制阈值D。图中坐标均为通用横轴墨卡托投影下的坐标，景点位置集合P={(57,131),(49,89),(108,143),(91,107),(103,63),(144,104),(158,150)}，用户规划线路R={(37,152),(43,135),(53,134),(63,131),(73,126),(77,117),(89,115),(99,120),(103,128),(113,130),(121,1\n29),(125,137),(131,142),(141,142),(146,138),(149,134),(144,124),(147,116),(13\n9,100),(124,102),(113,96),(107,97),(101,95),(100,89),(109,80),(118,76),(113,7\n6),(142,82),(150,80),(159,57)}，距离控制阈值D=20米，位置偏差阈值L=5米。\n[0068] 首先根据本发明方法工作流程步骤一，生成景点泰森多边形，即图8中景点周围的多边形，可以看到每个泰森多边形内均只包含一个景点。其具体数据为景点泰森多边形集合VoroA={(1,point1),(2,po int2),(3,point3),(4,point4),(5,point5),(6,point6),(7,point7)}，其中point1={(36,140),(60,150),(88,130),(68,114),(34,114)}；point\n2={(16,78),(68,54),(76,80),(68,114),(34,114)}；po int3={(60,150),(88,130),(116,118),(142,131),(124,163),(84,162)}；point4={(88,130),(68,114),(76,80),(116,90),(116,118)}；point5={(80,38),(124,40),(136,68),(116,90),(76,80),(68,54)}；point6={(168,86),(172,116),(142,131),(116,118),(116,90),(136,68)}；point7={(182,14\n9),(152,180),(124,163),(142,131),(172,116)}；\n[0069] 根据用户规划线路R和景点泰森多边形集合VoroA，执行候选有效讲解路径集合判断，得到候选有效讲解路径集合CSRA。CSRA={(1,point1),(2,point2),(3,point3),(4,point4),(5,point5),(6,poin t6),(7,point7),(5,point8)}，其中point1={(43,135),(5\n3,134),(63,131),(73,126)}；point2={(77,117),(89,115),(99,120)}；poin t3={(103,1\n28),(113,130),(121,129),(125,137),(131,142)}；poi nt4={(141,142),(146,138),(14\n9,134)}；point5={(144,124),(147,116),(139,100),(124,102)}；point6={(113,96),(10\n7,97),(101,95),(100,89)}；point7={(109,80),(118,76)}；point8={(113,76),(142,82),(150,80)}。\n[0070] 根据GPS模块获取的坐标，计算用户当前所在的泰森多边形。用户当前位置UP=(42,137)，通过计算后得到当前讲解景点CSP={(1,57,131)}。\n[0071] 根据当前讲解景点CSP在候选有效讲解路径集合CSRA中选取与C SP的id相同的候选有效讲解路径，组成临时候选有效讲解路径集合TCSRA。当前讲解景点CSP的id=1，CSRA中只有一条候选有效讲解路径的id与CSP的id相等，因此CSRA={(1,point1)}，其中point1={(43,135),(53,134),(63,131),(73,126)}。\n[0072] 根据临时候选有效讲解路径集合TCSRA和用户当前位置UP，执行候选有效讲解路径判断，得到候选有效讲解路径CSR。因为CSRA只有一条候选有效讲解路径，因此CSR={(1,point1)}，其中point1={(43,135),(53,134),(63,131),(73,126)}。\n[0073] 根据候选有效讲解路径CSR、距离控制阈值D和当前讲解景点CSP，执行有效讲解路径判断，得到有效讲解路径VSR。遍历候选有效讲解路径CSR，依次计算其中的坐标点与当前讲解景点CSP的距离，结果为DisA={14,5,6,16}（四舍五入），均小于距离控制阈值D=20，所以有效讲解路径VSR={(43,135),(53,134),(63,131),(73,126)}。\n[0074] 根据有效讲解路径VSR，执行有效讲解路径长度判断，得到有效讲解路径长度S。\n遍历有效讲解路径VSR，依次计算VSR中的坐标点和用户当前位置UP=(42,137)的距离，得到集合DisA={2,11,22,33}（四舍五入），由距离关系可以判断出用户当前位置与有效讲解路径VSR中的(43,135)最为接近，且小于位置偏差阈值L，因此根据本发明中的方法求得有效讲解路径长度S=31米（四舍五入）。\n[0075] 利用GPS获取的用户当前运动速度V=0.2米/秒和有效讲解路径长度S=31米，进行语音导游讲解。设定按照现有公开专利申请CN102142215A中提出的讲解文本规则存储的当前讲解景点的导游讲解词为：“/SI1TY1AM37这里谷底潭深水碧，古代传有龙居，两峰对峙俨如山门，岸边古洞遗存幽幽深深，故名龙门洞。/SI2TY1AM63以前这里飞瀑流泉，林深谷幽，随着人类活动范围的扩大，自然王国的领地日渐缩小，原始生态的身影向深山退却，所以龙门瀑布的壮观已成为历史的记载。/SI3TY1AM29游客们，现在峨眉山已被联合国列入人类自然与文化遗产而加以保护。/SI4TY1AM64为了我们能再次目睹龙门昔日的仙姿，也为了把大自然馈赠给我们的峨眉山这座绿岛完整地交给我们的子孙后代，让我们自觉地加入环境保护者的行列。”其中，SI表示sidi，TY表示typei，AM表示amounti，SI、TY、AM的下标表示此参数的值（变量定义参考现有公开专利CN102142215A的公开说明书）。执行现有公开专利申请CN102142215A中的语音导游讲解过程以后，得到的待讲解导游内容为“这里谷底潭深水碧，古代传有龙居，两峰对峙俨如山门，岸边古洞遗存幽幽深深，故名龙门洞。以前这里飞瀑流泉，林深谷幽，随着人类活动范围的扩大，自然王国的领地日渐缩小，原始生态的身影向深山退却，所以龙门瀑布的壮观已成为历史的记载。游客们，现在峨眉山已被联合国列入人类自然与文化遗产而加以保护。”利用语音合成引擎输出此讲解内容进行语音导游讲解。\n[0076] 若导游讲解过程中当前讲解景点或者当前有效讲解路径长度发生变化，按照本发明的方法工作流程相关说明进行步骤跳转。
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