Utilizzo del riconoscimento vocale all'interno di un ascensore

Questo documento è stato presentato a  Parigi 2014, il Congresso Internazionale sulle Tecnologie di Trasporto Verticale, e pubblicato per la prima volta nel libro IAEE Tecnologia degli ascensori 20, a cura di A. Lustig. È una ristampa con il permesso dell'Associazione Internazionale degli Ingegneri degli Ascensori  (sito web: www.elevcon.com). Il presente documento è una ristampa esatta e non è stato modificato da ELEVATOR WORLD.

Parole chiave: tecnologia di riconoscimento vocale, ascensore a comando vocale, industria degli ascensori, talk2lift®

ABSTRACT

Negli ultimi decenni ci sono stati diversi sviluppi nel settore degli ascensori in termini di sicurezza, velocità, ma anche economia e convenienza. L'unico compito era rendere l'uso degli ascensori più efficiente, più facile e più accessibile a un numero sempre maggiore di persone. In questa direzione, il riconoscimento vocale ha un impatto significativo sui problemi di accessibilità, fornendo allo stesso tempo un modo più rapido per trovare e raggiungere una destinazione, all'interno di un edificio complesso. Il presente documento affronta la logica dello sviluppo di un prodotto innovativo che utilizza la tecnologia vocale fornendo l'opportunità dell'emergere della prima serie di ascensori a comando vocale nella storia dell'industria degli ascensori.  

PREMESSA

Il presente documento descrive un'invenzione relativa ad un ascensore in cui la destinazione dei passeggeri può essere specificata tramite riconoscimento vocale. Ha lo scopo di presentare la logica, il contesto di fondo e il processo di sviluppo del prodotto denominato talk2lift®. Inoltre, il documento affronta le principali implicazioni per ingegneri di ascensori, installatori e industrie legate agli ascensori. Infine il paper analizza brevemente le principali prospettive di business del prodotto. Questo documento è organizzato in quattro sezioni principali. La prima sezione esamina lo sfondo e la logica dell'innovazione. La seconda sezione analizza la funzione dell'innovazione sottolineandone le caratteristiche e le capacità innovative. La sezione successiva esamina le implicazioni pratiche e l'uso dell'innovazione mentre l'ultima riassume gli elementi principali del documento concentrandosi su di essi principali aspetti critici del prodotto

2. RAGIONE DELL'INNOVAZIONE

In generale, un ascensore è dotato di pulsanti per specificare un numero di piano. Un utente-passeggero dell'ascensore può specificare un numero di piano desiderato premendo il pulsante del numero di piano. 

All'interno di un ascensore, nel caso di un ascensore di grandi dimensioni, sono forniti due set di pulsanti per il numero di piano. Inoltre, i non vedenti soffrono dell'inconveniente di dover brancolare tra i pulsanti per trovare il tipo Braille. Sebbene esistano già sistemi di riconoscimento vocale che consentono agli utenti di impartire comandi vocali utilizzando solo la propria voce, hanno una limitazione significativa che è la capacità di rifiutare il rumore ambientale, con un tasso relativamente basso di riconoscimento dei comandi.

Tutti i suddetti sono trattati dall'innovazione di talk2lift®. La presente invenzione riguarda un dispositivo di riconoscimento vocale, che si installa sulla consolle della cabina di un ascensore e tramite comandi vocali l'utente-passeggero dell'ascensore può essere indirizzato verso la destinazione desiderata all'interno dell'edificio. Il motore di riconoscimento vocale è progettato e sviluppato in modo tale da non necessitare di formazione sulla voce di un utente-passeggero ma può riconoscere ed eseguire tutti i comandi vocali di diversi utenti. In breve, la funzione principale dell'invenzione è quella di convertire i comandi vocali in corrispondenti sequenze di tasti dell'ascensore. Oltre a questa funzione di base, il dispositivo talk2lift®, a condizione che sia presente un'interfaccia con il controller principale degli ascensori, può anche raccogliere informazioni sul funzionamento degli ascensori e inviare a una posizione centrale per ulteriori elaborazioni. Il sistema può essere collegato ad un display nella cabina dell'ascensore, che presenterà dati aggiuntivi per informare meglio l'utente-passeggero, in base ai comandi vocali che ha dato.

Infine, il sistema è in grado di essere continuamente addestrato sulle registrazioni del rumore ambientale, memorizzarle in un database e distribuirle a tutti gli utenti, in modo che tutti i sistemi installati siano continuamente addestrati a riconoscere e respingere il rumore e migliorare ulteriormente la qualità del riconoscimento vocale.

2.1 Funzione talk2lift®

La presente invenzione può essere pienamente compresa dalla descrizione dettagliata del suo funzionamento, illustrata in Figura 1. Quando un utente-passeggero entra nella cabina dell'ascensore, il sensore di presenza si attiva (vedere Figura 1 - Punto 8). Il sensore invia quindi un segnale al processore centrale (vedere Figura 1 - Punto 4), che a sua volta attiva il microfono (vedere Figura 1 - Punto 1) e l'unità di riconoscimento vocale (vedere Figura 1 - Punto 10), avviando così il processo di riconoscimento del comando vocale dell'utente-passeggero. Durante il processo di attivazione, il sistema chiede all'utente-passeggero di indicare la propria destinazione tramite una frase specifica: "Per favore, mi dica il piano" o "Per favore, mi dica la sua destinazione".

Dopo la risposta dell'utente-passeggero dell'ascensore, il microfono (vedi Figura 1 - Punto 1) converte la voce in un segnale elettrico. Successivamente, il convertitore analogico-digitale (ADC) (vedi Figura 1 - Punto 2) converte il segnale analogico in digitale. Dopo la digitalizzazione, il DSP (vedi Figura 1 - Punto 3) elabora il segnale digitale in modo che sia pronto per l'ingresso nell'unità di elaborazione centrale (vedi Figura 1 - Punto 4) e quindi nell'unità di riconoscimento vocale (vedi Figura 1 - Punto 10).

Quando l'unità di riconoscimento vocale riceve il segnale digitalizzato, procede al confronto con un elenco preesistente di possibili comandi, memorizzato nell'unità di memoria (vedere Figura 1 - Punto 5). Una volta identificato il comando, il segnale appropriato viene inviato al processore centrale (4), che provvede a trasmettere il comando corrispondente al controllore dell'ascensore (vedere Figura 1 - Punto 7). A conferma dell'utente-passeggero, un sintetizzatore vocale (Figura 1 - Punto 9) ripete il comando riconosciuto. Inoltre, il sistema è in grado di fornire una conferma visiva all'utente-passeggero tramite lo schermo (Figura 1 - Punto 12).

In caso di interruzione dell'alimentazione elettrica, il processore centrale rileva l'interruzione e attiva la seguente procedura: il sintetizzatore vocale (vedi Figura 1 - Punto 9) chiede all'utente-passeggero se è necessario comunicare con il servizio di emergenza competente (ad esempio, vigili del fuoco, polizia, ecc.). Successivamente, viene attivata l'unità di riconoscimento vocale (vedi Figura 1 - Punto 10). Se la risposta è affermativa, il processore centrale (vedi Figura 1 - Punto 4) consente all'unità di connettersi alla rete telefonica (vedi Figura 1 - Punto 6) che a sua volta chiama il servizio competente.

2.2 Cancellazione del rumore e algoritmo di riconoscimento vocale

La funzione più importante di talk2lift® è la sua capacità di interagire con l'utente tramite il riconoscimento vocale e la sintesi. Ovviamente, il problema più difficile in questa comunicazione è riconoscere la voce dell'utente e non lasciarsi confondere dalla varietà di rumore elettromagnetico che emerge in un impianto ascensore. Pertanto, è necessario utilizzare un algoritmo di soppressione del rumore per la cancellazione del rumore. Sfortunatamente, il rumore udibile è ben catturato dalle teorie della normale distribuzione gaussiana.

Come risultato di questo rumore, la maggior parte degli algoritmi (sviluppati sull'ipotesi gaussiana) o non fornisce i risultati attesi, o collassa completamente a causa della presenza del rumore d'urto.

L'innovazione specifica consiste nell'utilizzo di un server centrale che raccoglie campioni dei comandi riconosciuti dall'utente, in presenza di vari tipi di rumore ambientale, da tutti gli utenti del sistema. Le registrazioni ricevute dal server vengono raccolte e utilizzate per addestrare l'algoritmo. I risultati dell'apprendimento possono quindi essere condivisi con i dispositivi degli utenti, in modo che contengano i parametri più aggiornati dell'algoritmo. Questo algoritmo viene progettato e implementato in un linguaggio di alto livello. Successivamente, l'algoritmo viene ottimizzato per i tempi di esecuzione e i requisiti di memoria necessari per l'implementazione nel circuito del sistema finale. Infine, l'algoritmo viene scritto in aritmetica a virgola fissa, eseguibile sui processori disponibili, ovvero i processori di segnale digitale (DSP - Digital Signal Processor).

Per sviluppare un algoritmo di soppressione del rumore, era necessaria la progettazione, lo sviluppo e l'implementazione di una scheda di riconoscimento vocale specializzata. Questa scheda include gli strumenti e le interfacce appropriati per testare varie tecniche, circuiti, algoritmi e interfacce. Inoltre, include i circuiti appropriati per l'elaborazione del segnale digitale per testare vari algoritmi di riconoscimento vocale e soppressione del rumore. E' inoltre dotato delle opportune interfacce (interfacce) per interfacciarsi con altri circuiti, strumenti di misura, registratori, microfoni, ingressi da vari sensori etc, e l'host computer per il caricamento degli algoritmi. Questa scheda è stata progettata da un gruppo di ricerca, specializzato ed esperto nelle tecnologie di riconoscimento vocale.

3. CARATTERISTICHE E UTILIZZO INNOVATIVI

talk2lift® porta la potenza del riconoscimento vocale su qualsiasi cabina dell'ascensore, consentendo ai passeggeri di controllare l'ascensore con la voce. talk2lift® consente agli utenti di pronunciare il numero del piano o qualsiasi altra informazione correlata (proprietario di casa, professione, settore/zona ecc.). Infine, supporta il funzionamento multilingue.

talk2lift® è un dispositivo elettronico di riconoscimento vocale regolabile sulla scheda elettronica della cabina di un ascensore. Attraverso l'uso della tecnologia vocale, i passeggeri possono parlare con l'ascensore pronunciando il piano in cui desiderano andare all'interno di un edificio o anche il nome della persona che desiderano visitare o alcuni attributi che li caratterizzano (es. dermatologo). Il sistema software del riconoscimento vocale è stato progettato e sviluppato per riconoscere la voce di un dato utente, indipendentemente dal tono o dal volume della sua voce. In breve, la funzione principale di Talk & Lift è quella di trasformare la voce degli utenti dell'ascensore in una pressione aggiuntiva del pulsante sulla scheda di un ascensore. Infine, talk2lift® può essere collegato a uno schermo vicino alla plancia di un ascensore, sul quale gli utenti possono vedere informazioni aggiuntive come i piani selezionati insieme a qualsiasi informazione pubblicamente disponibile per il sistema (es. occupazione). Oltre a questa funzione di base, il dispositivo talk2lift®, a condizione che sia presente un'interfaccia con il controller principale degli ascensori, può anche raccogliere informazioni sul funzionamento degli ascensori e inviare a una posizione centrale per ulteriori elaborazioni.

Le principali capacità di talk2lift® sono le seguenti:

1. Il processo di riconoscimento del sistema è indipendente dall'altoparlante, il che significa che l'utente non deve addestrare il sistema alla sua voce.
2. Capacità di riconoscere fino a 10,000 comandi vocali predefiniti.
3. Il sistema è stato sviluppato e addestrato per il miglior utilizzo nell'ambiente di una cabina di ascensore.
4. Il sistema è progettato in modo tale da poter essere collegato a qualsiasi sistema di ascensore senza la necessità di modifiche hardware.
5. Il sistema è in grado di gestire più di una lingua. Ad esempio il sistema può essere dotato di due pulsanti, uno per l'inglese e uno per la lingua tedesca.
6. Il sistema è disponibile nelle seguenti lingue: tedesco, inglese, francese, portoghese, spagnolo, olandese, greco, italiano, polacco, portoghese, svedese, turco, russo, finlandese, danese, cinese mandarino.

3.1 Implicazioni e uso indicativo

talk2lift® ha molte implicazioni pratiche. Innanzitutto, la cabina contiene un "pulsante extra", che, una volta premuto, invita i passeggeri a pronunciare la loro destinazione. Gli utenti possono quindi utilizzare l'ascensore in modo convenzionale, consentendo una fase di transizione. Il pulsante aggiuntivo (vedi foto 2) è appositamente progettato per essere accessibile da utenti su sedia a rotelle e da persone con problemi di vista. I passeggeri possono essere trasferiti al piano desiderato semplicemente pronunciandolo (es. “-primo piano”, “piano terra” o “parcheggio”).

È possibile pronunciare il nome di una persona o di un'azienda (es. “Jim Brown”) o qualsiasi altra parola che sia stata correlata a un piano (es. “ufficio delle imposte”, “avvocato”, “dipartimento di cardiologia”, “ caffè").

In breve, talk2lift® può essere utilizzato come una grande assistenza per le persone con disabilità visive che possono essere supportate nel loro accesso e destinazione. Inoltre, gli abitanti e i visitatori degli edifici possono avere un accesso facile e veloce ad appartamenti, uffici, ecc. Inoltre, può offrire un risparmio di tempo per i visitatori in edifici di grandi dimensioni (uffici, ospedali, servizi pubblici, ecc.) migliorando la precisione e riducendo i difetti di muoversi all'interno dell'edificio. Infine, talk2lift® è un sistema rispettoso dell'ambiente poiché consente di risparmiare energia applicando pratiche di sistema di gestione intelligente.

L'uso indicativo del sistema potrebbe riguardare i condomini, supportando i numeri dei piani e i nomi dei proprietari o degli affittuari. Inoltre, può essere installato in edifici complessi che ospitano uffici aziendali, collegati con parole chiave che associano i piani a nomi di aziende, marchi, prodotti, nomi di dipendenti, settori ecc.

Infine, talk2lift® è uno strumento utile per gli ascensori nelle grandi organizzazioni pubbliche o private con molti piani e reparti, come gli ospedali, in cui gli edifici tipicamente ospitano decine di reparti e cliniche.

4. CONCLUSIONI

La necessità di un sistema di riconoscimento vocale solido e affidabile è nota ormai da anni tra i professionisti degli ascensori.

L'uso indicativo del sistema potrebbe essere rivolto a condomini, edifici complessi che ospitano uffici aziendali e grandi organizzazioni con molti piani e reparti, come gli ospedali. talk2lift® può essere utilizzato come una grande assistenza per le persone con disabilità visive che possono essere supportate nel loro accesso e destinazione. Inoltre, gli abitanti e i visitatori degli edifici possono avere un accesso facile e veloce ad appartamenti, uffici, ecc.

La necessità era evidente, così come i vari usi spiegati. Il prodotto è stato progettato di conseguenza per coprire tutte queste esigenze ed è stato testato a fondo presso la torre di prova di KLEEMANN, dove è stato installato pochi mesi prima del suo lancio. In quei mesi il prodotto veniva utilizzato in condizioni reali da dipendenti e visitatori di KLEEMANN e non mostrava imprecisioni.

In sintesi, talk2lift® ha le seguenti caratteristiche innovative:

• È indipendente dalla voce, funziona per i nuovi passeggeri senza bisogno di formazione preventiva.
• Fornisce una maggiore precisione per le cabine degli ascensori con tassi di precisione fino al 97%.
• Fornisce un controllo centrale e dinamico delle associazioni di parole chiave ai piani attraverso un'interfaccia utente intuitiva.
• Aggiunge valore sia all'ascensore che all'edificio dando un senso di lusso e tecnologia di fascia alta
• Non necessita di manutenzione meccanica.
• È personalizzabile per adattarsi a esigenze specifiche.