基于語音識別的車載導(dǎo)航系統(tǒng)的系統(tǒng)需求分析案例概述目錄TOC\o"1-3"\h\u19158基于語音識別的車載導(dǎo)航系統(tǒng)的系統(tǒng)需求分析案例概述 1218481.1業(yè)務(wù)流程分析 191401.2.1語音交互 2164241.2.2路徑導(dǎo)航 483551.2功能需求分析 5144281.2.1系統(tǒng)登錄 5301121.2.2語音交互 5247621.2.3路徑導(dǎo)航 7261581.2.4信息查詢 8131191.2.5音樂播放 9242411.2.6系統(tǒng)設(shè)置 11254981.3非功能性需求分析 12167891.3.1響應(yīng)速度的及時性 1267041.3.2安全性需求 12為了達(dá)到實現(xiàn)基于語音識別的車載導(dǎo)航系統(tǒng)的研究目標(biāo)，需要對系統(tǒng)進行需求分析，功能性需求分析是對從系統(tǒng)總流程及總用例進行分析，得出相應(yīng)場景的流程及用例，并進一步分析每個功能的詳細(xì)需求；非功能性需求分析包括接口響應(yīng)的及時性、安全性需求等方面。1.1業(yè)務(wù)流程分析基于語音識別的車載導(dǎo)航系統(tǒng)首先要解決的需求就是使用語音進行人機交互，從而使駕駛員可以免除鍵盤操作，以此提升汽車駕駛的便捷性和安全性。同時，使用語音交互功能，通過特定的語音詞匯進行喚醒，避免了按鍵喚醒的操作，由此可達(dá)到徹底解放駕駛員雙手的目的。出于系統(tǒng)健壯性的考慮，本系統(tǒng)依然兼容了使用按鍵喚醒和鍵盤輸入的操作方式。在達(dá)成語音的人機交互需求后，下一個核心功能就是路徑導(dǎo)航?？紤]到路徑導(dǎo)航有可能會出現(xiàn)多輪交互的情況，導(dǎo)航的相關(guān)功能需要做成封閉的技能，即，當(dāng)語音交互進入封閉技能后，接下來駕駛員的所有輸入，都被視為與處理這一件事、一個需求相關(guān)的信息，自動屏蔽了駕駛員的其他意圖，只有完成或退出當(dāng)前事務(wù)后，駕駛員的輸入才會恢復(fù)處理其它事情。最后是其它功能，包含信息查詢、音樂播放等輔助功能，這些功能可以通過單輪會話就完成處理，因此設(shè)計為非封閉的技能即可，即，駕駛員說出語音指令，系統(tǒng)通過單輪會話就給出最終的輸出結(jié)果。綜上所述，本系統(tǒng)的核心業(yè)務(wù)主要分成三大部分：語音交互，路徑導(dǎo)航，以及信息查詢、音樂播放等其它功能。以下展開論述兩大核心功能的業(yè)務(wù)流程。1.2.1語音交互語音交互的業(yè)務(wù)流程如圖4所示。駕駛員登錄系統(tǒng)后發(fā)出語音喚醒，系統(tǒng)將音頻數(shù)據(jù)與喚醒詞的模型訓(xùn)練結(jié)果進行比對，若匹配成功則進入喚醒狀態(tài)，激活語音識別。隨后接收駕駛員的語音指令，發(fā)送到云端服務(wù)器，服務(wù)器利用已經(jīng)訓(xùn)練好的語音集合對接收的語音數(shù)據(jù)進行匹配，完成語音識別。識別成功之后返回匹配好的文本信息給系統(tǒng)，系統(tǒng)再根據(jù)文本信息與已有功能進行語義識別，成功則調(diào)用有關(guān)功能，同時數(shù)據(jù)庫將記錄此次調(diào)用的相關(guān)信息，方便以后為駕駛員提供定制化功能做基礎(chǔ)。否則將提示駕駛員“對不起，我沒有聽懂您說的意思！”[24]。圖4語音交互業(yè)務(wù)流程圖根據(jù)本系統(tǒng)的實際業(yè)務(wù)場景，人與機器距離一般不超過半米，可以近似地認(rèn)定為近場語音交互。而為了駕駛員的安全性便捷性，要進行語音喚醒，只有支持語音喚醒，才能達(dá)到人機免接觸的目的，故需要采用遠(yuǎn)場語音交互中的端點檢測技術(shù)。綜上，雖然本系統(tǒng)的業(yè)務(wù)需求是實現(xiàn)一個近場語音交互，但是實際上還采用了遠(yuǎn)場語音交互中的部分技術(shù)來使得系統(tǒng)的功能更完備。1.2.2路徑導(dǎo)航路徑導(dǎo)航的業(yè)務(wù)流程圖如圖5所示。在駕駛員發(fā)出指令之前，系統(tǒng)會先行啟動定位功能并開啟地圖。當(dāng)駕駛員發(fā)出目標(biāo)地點的語音指令，即可完成路線查詢功能，隨后駕駛員發(fā)出選擇路線并確認(rèn)開始導(dǎo)航的語音指令，就可以正式開始導(dǎo)航。圖5路徑導(dǎo)航業(yè)務(wù)流程圖系統(tǒng)接收定位指令之后，會自動調(diào)用手機的GPS模塊，如果GPS模塊關(guān)閉或者GPS模塊不能正常工作，則釆用網(wǎng)絡(luò)定位的方式，把相關(guān)的經(jīng)緯度或者網(wǎng)絡(luò)信息發(fā)送到云端服務(wù)器，服務(wù)器經(jīng)過對坐標(biāo)和相關(guān)信息的解析之后，釆用JSON的格式，把定位的結(jié)果發(fā)送到客戶端，客戶端解析進行界面回顯的展現(xiàn)。當(dāng)正式開始導(dǎo)航后，系統(tǒng)進入邏輯循環(huán)中，不斷通過定位來判斷是否偏航、是否抵達(dá)等狀況，隨時糾正路線、更新導(dǎo)航狀態(tài)，直到抵達(dá)目的地，中止循環(huán)，結(jié)束導(dǎo)航。1.2功能需求分析1.2.1系統(tǒng)登錄登錄功能的意義在于保留駕駛員的使用習(xí)慣，加強駕駛員進行一些操作的便捷性，提高用戶體驗，并且也保護了用戶隱私[25]。登錄功能使用兩種不同的登錄方式來執(zhí)行。第一種是用戶名與密碼的組合，用戶名通常可以使用手機號來代替；這種方式較為傳統(tǒng)也是比較基本的認(rèn)證形式。第二種，手機號與短信驗證碼的組合；這種方式自移動互聯(lián)網(wǎng)興起以來應(yīng)用越來越廣泛，其好處就是免去注冊的步驟，大大提高駕駛員的使用效率。系統(tǒng)登錄的用例圖如圖6所示。圖6系統(tǒng)登錄用例圖駕駛員只要進入車載導(dǎo)航系統(tǒng)就需要登錄，在登錄時會驗證用戶信息并和車主信息相匹配，從而有效增強車載導(dǎo)航系統(tǒng)的安全性和準(zhǔn)確性。在初始化結(jié)束后，車載導(dǎo)航系統(tǒng)需要車主輸入手機號和密碼登錄，或者掃碼登錄。在登錄成功后，車載導(dǎo)航系統(tǒng)才會繼續(xù)為車主提供服務(wù)。1.2.2語音交互駕駛員有兩種方法可以喚醒語音識別功能：碰觸語音識別鍵或者直接說出喚醒詞“小易小易”。隨后，系統(tǒng)會自動把其他音頻輸出和當(dāng)前音樂中止播放，并把語音交互提示框呈現(xiàn)在駕駛員眼前，對“請說指令”的語音播報；在結(jié)束語音播報后，駕駛員要把后續(xù)語音命令在不超過五秒的時間下達(dá)，在語音被識別引擎接收后，對其指令識別；在系統(tǒng)對語音識別完成后，會自動根據(jù)指令做出操作。如果識別失敗，也會彈出未能識別的提示。語音交互的系統(tǒng)用例圖如圖7所示。圖7語音交互用例圖在識別工作結(jié)束后，倘若在識別前有播放音樂這類音頻輸出，系統(tǒng)則會自動連接上次播放進度，再次播放。音響的重要功能就是語音識別，這一功能可以使駕駛員不需要接近音響，也不需要使用手機就能夠完成鬧鐘設(shè)置、天氣查詢、歌曲控制、歌曲搜索、喚醒待機等操作，每部分的需求如下：倘若長時間不使用音響，音響會自動處于待機狀態(tài)。要想使音響正常工作，只需說出喚醒關(guān)鍵詞。當(dāng)然，車主也可以自行設(shè)置靈敏度。靈敏度不同，對關(guān)鍵詞的響應(yīng)反映也存在差異，特別是在距離上，極為明顯[26]。在駕駛員說出固定關(guān)鍵詞后，語音監(jiān)聽服務(wù)會自動啟動，這時可以查詢天氣情況，例如當(dāng)詢問天氣的時候，駕駛員可以說出“今天天氣”、“北京天氣”等話術(shù)，音響會自動連接互聯(lián)網(wǎng)查詢相應(yīng)的天氣，并通過語音播報的形式將查詢結(jié)果反饋給駕駛員。通過語音監(jiān)聽這一功能也可以對鬧鐘進行設(shè)置，設(shè)置方式通常有兩種，一種是按具體日期進行設(shè)置，另一種是說類似于“明天”這樣的相對時間來進行設(shè)置。在駕駛員說出固定關(guān)鍵詞后，語音監(jiān)聽服務(wù)會自動啟動。這時，支持歌曲搜索，且搜索方式多樣。不管是說出歌曲名字還是歌曲前兩個字，音響都可以自主識別。在駕駛員說出固定關(guān)鍵詞后，語音監(jiān)聽服務(wù)會自動啟動。這時，可以對歌曲控制。譬如，說出“播放下一首”或者“換歌”，歌曲就會對應(yīng)的切換；說出“播放”或“暫?！保枨銜謴?fù)播放或暫停，音響內(nèi)部能夠?qū)χ噶钭詣幼R別并操作。1.2.3路徑導(dǎo)航為了使駕駛員所提的多樣化需求得到全面滿足，讓駕駛員感受到極致人性化的服務(wù)，語音導(dǎo)航系統(tǒng)應(yīng)對駕駛員的生活習(xí)性自動記憶，成為駕駛員出行的“小助手”。把地圖更新、實時路況等功能提供給駕駛員，做到地圖游覽、精準(zhǔn)定位、路線規(guī)劃。按照上文所述，對語音導(dǎo)航系統(tǒng)模塊設(shè)計：首先是實時路況查詢的功能。語音識別系統(tǒng)可以在駕駛員說出自己的請求后，把相關(guān)街道信息、實時路況信息等內(nèi)容直觀呈現(xiàn)給駕駛員；而駕駛員也可以按照自己的個人習(xí)慣對視圖模式進行切換；便于駕駛員對實時路況掌握，合理規(guī)劃出行路線。其次是地圖縮放的功能。在地圖的呈現(xiàn)上，駕駛員可以從自身需求出發(fā)對其大小、位置調(diào)整。面對大范圍區(qū)域，駕駛員可以對地圖比例縮小。在要查看某一路段的詳細(xì)信息時，駕駛員可以把地圖放大對其仔細(xì)觀察。第三就是需要支持語音輸入。在目的地的輸入上，駕駛員可以應(yīng)用文字方式。當(dāng)然，值得一提的是駕駛員可以把自己的目的地讀出來。而系統(tǒng)在感應(yīng)到之后會對其自動識別并操作，人機交互的實用性和便捷性由此體現(xiàn)。系統(tǒng)用例如圖8所示。圖8路徑導(dǎo)航用例圖隨后的一個重要功能就行路線查詢了。在此功能中，系統(tǒng)會自動對駕駛員所處位置識別，而駕駛員只要把自己所要抵達(dá)的目的地通過語音或文字方式填入即可。之后系統(tǒng)自動規(guī)劃最優(yōu)路線，把預(yù)計到達(dá)時間和全程距離告知駕駛員。這一功能的啟動，只需要駕駛員按下導(dǎo)航鍵，或者說出“開始導(dǎo)航”口令。后續(xù)還需要有地點標(biāo)記、周邊搜索等功能。在開車駕駛途中，倘若駕駛員覺得某個地點較為重要或較為常用，為了避免被忘記或忽略，就需要允許駕駛員可以把其標(biāo)注在地圖上。系統(tǒng)在接收到需標(biāo)記的地點后，會自動保存且向駕駛員發(fā)出提示[27]。在周邊搜索功能中，駕駛員可以自主對位置定位或者對目標(biāo)位置查找，對附近區(qū)域一目了然。在目的地的選擇上，駕駛員可以隨心選擇。在選好后，路線會自動生成，使駕駛員做到駕車更加暢通。1.2.4信息查詢?nèi)羰撬緳C及乘客在車輛行駛過程中，想要查詢最優(yōu)路徑、道路擁堵程度等路況信息，或者是想查詢指定地點的天氣、指定時間的天氣、空氣質(zhì)量、風(fēng)力、空氣濕度等天氣狀況，都可以通過語音指令來實現(xiàn)交互。信息查詢功能的用例圖如圖9所示。圖9信息查詢用例圖如果采用傳統(tǒng)的交互方式，司機需要在駕駛的過程中同時打開多個應(yīng)用，但若是使用能實現(xiàn)語音交互，并能滿足這些功能需求的車載導(dǎo)航系統(tǒng)來解決這些問題，就可以同時保證行車安全和交互效率。1.2.5音樂播放在車載導(dǎo)航軟件中，雖然播放音樂不是核心需求，但可以讓駕駛員在不使用導(dǎo)航功能的時候，延續(xù)系統(tǒng)的使用，通過錦上添花的功能來提高用戶體驗，客觀上也能延長用戶在系統(tǒng)上的停留時間。音樂播放，由播放管理、歌曲搜索、歌曲收藏、歌單管理、音樂服務(wù)管理這五個板塊組成。圖10為音樂播放的用例圖。圖10音樂播放用例圖音樂收藏代表駕駛員要對正在播放的歌曲做出收藏操作。在收藏成功后，駕駛員便可以在收藏目錄中看到這首歌曲。把其下載后，會出現(xiàn)在音響內(nèi)部的存儲卡中。這時，想要播放收藏的歌曲，就不會受網(wǎng)絡(luò)環(huán)境制約。歌曲管理用于分類歌曲。當(dāng)駕駛員在音樂軟件中設(shè)置多個類型不同的播放夾后，可以把自己喜歡的音樂放置到相應(yīng)類別的播放夾中。播放管理能夠做到針對歌曲播放的控制，包括暫停、播放、循環(huán)播放、隨機播放、切換等動作。因網(wǎng)絡(luò)不好下一首歌曲播放卡頓時，這時暫停歌曲就代表要撤銷上次網(wǎng)絡(luò)要求，避免網(wǎng)絡(luò)環(huán)境好之后歌曲自動播放。音樂服務(wù)管理，即駕駛員可以在音響中添加需要的音樂服務(wù)。針對用戶，音響為其提供喜馬拉雅、qq音樂、網(wǎng)易云音樂等音樂服務(wù)。同時，服務(wù)端會自動存儲這些音樂服務(wù)資源。1.2.6系統(tǒng)設(shè)置系統(tǒng)設(shè)置用來對音響內(nèi)的定時關(guān)機設(shè)置、鬧鐘設(shè)置、WiFi相關(guān)設(shè)置、屏保界面選項、區(qū)域選項以及語言選項等不同屬性進行配置，圖11是系統(tǒng)設(shè)置功能的用例圖。圖11系統(tǒng)設(shè)置用例圖在駕駛員第一次開機或者選擇格式化數(shù)據(jù)時，會有一次選擇語言的機會。系統(tǒng)共設(shè)置了中文和英文兩種語言，供用戶選擇。在系統(tǒng)設(shè)置中，有更改語言的選項。在確定好語言之后，對機器關(guān)機再啟動，設(shè)置成功。對于國家地區(qū)，駕駛員可以手動選擇。假設(shè)駕駛員沒有做出選擇，那么系統(tǒng)會對連接網(wǎng)絡(luò)的IP地址自動識別并鎖定區(qū)域。以此為參考，為駕駛員提供對應(yīng)的音樂服務(wù)[28]。在WiFi設(shè)置打開后，會有一個WiFi列表彈出在駕駛員眼前。在該列表中，WiFi按照信號的強弱排序。駕駛員可以對其中無線網(wǎng)絡(luò)選擇，在把密碼正確輸入后，成功連接無線網(wǎng)絡(luò)。而對于駕駛員輸入的無線網(wǎng)密碼，系統(tǒng)會自動保存。在下次該無線出現(xiàn)時，自動連接。駕駛員進入屏保設(shè)置以后，可以界面上看到兩種選項，一種是頻譜模式，另一種是天氣模式，其中頻譜模式會在播放音樂時出現(xiàn)一個頻譜圖，這個頻譜圖會和播放的音樂一起律動，天氣模式屬于靜態(tài)模式，可以將當(dāng)前地區(qū)的天氣和日期顯