Найдьонов Іван Михайлович Ін­формаційна технологія формалізації голосової інфор­мації в системах диспетчерського контролю за рухом автотранспорту

Краткое описание

Найдьонов Іван Михайлович, старший науковий співробітник науково-організаційного відділу Інституту соціальної та політичної психології НАПН України: «Ін­формаційна технологія формалізації голосової інфор­мації в системах диспетчерського контролю за рухом автотранспорту» (05.13.06 - інформаційні технології). Спецрада Д 26.001.51 у Київському національному уні­верситеті імені Тараса Шевченка

Київський національний університет імені Тараса Шевченка
Міністерство освіти і науки України
Київський національний університет імені Тараса Шевченка
Міністерство освіти і науки України
Кваліфікаційна наукова
праця на правах рукопису
НАЙДЬОНОВ ІВАН МИХАЙЛОВИЧ
УДК 656.073, 004.934
ДИСЕРТАЦІЯ
ІНФОРМАЦІЙНА ТЕХНОЛОГІЯ ФОРМАЛІЗАЦІЇ ГОЛОСОВОЇ
ІНФОРМАЦІЇ В СИСТЕМАХ ДИСПЕТЧЕРСЬКОГО КОНТРОЛЮ
ЗА РУХОМ АВТОТРАНСПОРТУ
05.13.06 — інформаційні технології
Подається на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук
Дисертація містить результати власних досліджень. Використання
ідей, результатів і текстів інших авторів мають посилання на відповідне
джерело
І. М. Найдьонов
Науковий керівник — Тесля Юрій Миколайович, доктор технічних наук, професор
Київ — 2019

ЗМІСТ
Стор.
ВСТУП . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
РОЗДІЛ 1. ПРОБЛЕМА ФОРМАЛІЗАЦІЇ ГОЛОСОВОЇ
ІНФОРМАЦІЇ В СИСТЕМАХ ДИСПЕТЧЕРСЬКОГО
КОНТРОЛЮ ЗА РУХОМ АВТОТРАНСПОРТУ . . . . . . . . . . . . 28
1.1. Сучасний етап автоматизації голосового управління в
організаційно-технічних системах . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
1.2. Автоматизація управління в системах диспетчерського контролю
за виконанням доставок автотранспортом . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
1.3. Сучасні досягнення формалізації голосової інформації . . . . . . . 32
1.3.1. Попередня обробка голосової інформації та виділення ознак . . . 32
1.3.2. Перетворення голосової інформації в текстову . . . . . . . . . . . 37
1.3.3. Недоліки традиційних систем розпізнавання мови . . . . . . . . . 40
1.3.4. Класифікація та виділення керуючої інформації з мовного сигналу 42
1.4. Новітні підходи до автоматизації голосової взаємодії . . . . . . . . 44
1.5. Постановка задачі дослідження . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
Висновки до розділу 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
РОЗДІЛ 2. ПІДХОДИ ДО ФОРМАЛІЗАЦІЇ ГОЛОСОВОЇ
ВЗАЄМОДІЇ В СИСТЕМІ ДИСПЕТЧЕРИЗАЦІЇ . . . . . . . . . . . 50
2.1. Концепція створення системи автоматизації голосової взаємодії . . 50
2.2. Методи автоматизації руху автотранспорту в дистрибуції та
параметри, що впливають на сценарії голосової взаємодії . . . . . . . . 54
2.3. Методи представлення дерева сценаріїв взаємодії з урахуванням
неголосової інформації . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
20
Стор.
2.4. Принципи побудови рефлекторної системи голосової взаємодії
водія в системах диспетчерського контролю за рухом автотранспорту . 62
2.4.1. Застосування теорії несилової взаємодії як основи
інтелектуальних рефлекторних систем . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
2.4.2. Використання рефлекторного методу для побудови
рефлекторної системи голосової взаємодії . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
Висновки до розділу 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
РОЗДІЛ 3. МЕТОДИ ФОРМАЛІЗАЦІЇ ГОЛОСОВОЇ
ІНФОРМАЦІЇ В СИСТЕМАХ ДИСПЕТЧЕРСЬКОГО
КОНТРОЛЮ ЗА РУХОМ АВТОТРАНСПОРТУ . . . . . . . . . . . . 69
3.1. Класифікація реакцій в системах диспетчерського контролю за
рухом автотранспорту . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
3.2. Модель голосової взаємодії водія в системах диспетчерського
контролю за рухом автотранспорту . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
3.2.1. Побудова орієнтованого графу сценаріїв голосової взаємодії . . . 73
3.2.2. Виділення унікальних контекстів моделі голосової взаємодії . . . 88
3.2.3. Створення моделі формалізації голосової інформації для
кожного контексту голосової взаємодії . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90
3.3. Дуальний метод формалізації голосової інформації в системах
диспетчерського контролю за рухом автотранспорту . . . . . . . . . . . 92
3.3.1. Інтелектуальні рефлекторні системи . . . . . . . . . . . . . . . . . 92
3.3.2. Згорткові нейронні мережі . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102
3.3.3. Представлення інтелектуальних рефлекторних систем у
термінах згорткових нейронних мереж . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107
Висновки до розділу 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110
21
Стор.
РОЗДІЛ 4. ЗАСОБИ ФОРМАЛІЗАЦІЇ ГОЛОСОВОЇ
ІНФОРМАЦІЇ В СИСТЕМАХ ДИСПЕТЧЕРСЬКОГО
КОНТРОЛЮ ЗА РУХОМ АВТОТРАНСПОРТУ . . . . . . . . . . . . 112
4.1. Опис розроблених засобів формалізації голосової інформації в
системах диспетчерського контролю за рухом автотранспорту . . . . . 112
4.2. Особливості використання засобів формалізації голосової
інформації в системах диспетчерського контролю за рухом
автотранспорту . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117
4.3. Апробація засобів формалізації голосової інформації в системах
диспетчерського контролю за рухом автотранспорту . . . . . . . . . . . 124
Висновки до розділу 4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140
ВИСНОВКИ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145
ДОДАТОК А. ОРИГІНАЛЬНІ КОМЕНТАРІ ДО СТАТУСУ
ДОСТАВКИ, ЩО ВИКОРИСТУВУЮТЬСЯ В РІЗНИХ
КОМПАНІЯХ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167
ДОДАТОК Б. ДЕТАЛЬНІ ТАБЛИЦІ ТОЧНОСТІ
РОЗПІЗНАВАННЯ ПО РЕАКЦІЯХ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175
ДОДАТОК В. МАТРИЦІ ПОМИЛОК РОЗПІЗНАВАННЯ ПО
РЕАКЦІЯХ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 230
ДОДАТОК Г. ДОВІДКА ПРО ВПРОВАДЖЕННЯ . . . . . . . . . . . 243
ДОДАТОК Д. СПИСОК ПУБЛІКАЦІЙ ЗДОБУВАЧА ЗА ТЕМОЮ
ДИСЕРТАЦІЇ ТА ВІДОМОСТІ ПРО АПРОБАЦІЮ
РЕЗУЛЬТАТІВ ДИСЕРТАЦІЇ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 244

Список литературы

ВИСНОВКИ
У дисертаційній роботі вирішено актуальне наукове завдання розробки
моделей і методів формалізації голосової інформації в системах диспетчерського контролю за рухом автотранспорту. Загалом можна зробити такі
висновки.
1. Дослідження теоретико-методологічних засад формалізації голосової інформації в системах дистрибуції показало, що значну роль в їх
управлінні відіграють процеси голосової взаємодії особливо щодо своєчасного коригування планових маршрутів руху автотранспорту. Розроблення
моделі голосової взаємодії без блоку переведення звуку голосу в текст може
принципово покращити автоматизацію голосової взаємодії в системах контролю дистрибуції.
2. Запропонована система автоматичного розрахунку планових маршрутів та практика її використання забезпечили накопичення параметрів
непередбачуваних ситуацій в процесі доставки, що впливають на створення сценаріїв голосової взаємодії, які представлено у вигляді орієнтованого
графу та контекстів взаємодії. Принципи побудови рефлекторних систем на
основі теорії несилової взаємодії адаптовано для формалізації голосової інформації в системах диспетчерського контролю за рухом автотранспорту.
3. Удосконалено математичну модель голосової взаємодії водія та диспетчера в системах диспетчерського контролю за рухом автотранспорту, яку
представлено у вигляді повного графу сценаріїв усіх етапів доставки «склад
– дорога – точка доставки». Виділено перелік унікальних контекстів голосової взаємодії, формалізація голосової інформації в яких може відбуватися
незалежно, що дає можливість зменшити кількість реакцій для автоматизованого розпізнання.
143
4. Розроблено метод формалізації голосової інформації в системах підтримки диспетчеризації автотранспорту з використанням інтелектуальних
рефлекторних систем, що дає змогу автоматизувати процес передачі голосової інформації, уникнувши переведення звукової інформації в лексичний
текст завдяки використанню двох основних модулів – автоматичного фонетичного стенографа і ядра рефлекторної системи голосового управління. Для
реалізації ядерного компонента запропоновано дуальну систему класифікації
голосових команд, яка може використовувати метод інтелектуальних рефлекторних систем або метод згорткових нейронних мереж.
5. Метод структурної ідентифікації згорткових нейронних мереж для
класифікації голосових команд адаптовано до розпізнавання фонемного тексту, що дає змогу класифікувати голосові команди без переведення голосу в
лексичний текст.
6. Метод інтелектуальних рефлекторних систем поєднано з понятійним
апаратом теорії нейронних мереж, шо дає змогу оптимізувати значення інформованості та визначеності шляхом навчання моделі методом зворотного
розповсюдження помилки.
7. Результати математичного моделювання формалізації голосової інформації засвідчили підвищення ефективності розпізнавання повідомлень у
голосовій взаємодії водія з диспетчером, а саме підвищення точності розпізнавання в середньому на 6.6 % для згорткових нейронних мереж і на 19.1 %
— для інтелектуальних рефлекторних систем завдяки використанню моделі
голосової взаємодії водія та диспетчера. Крім того, використання моделей на
основі згорткових нейронних мереж дало підвищення швидкості розпізнавання на 15 % порівняно з інтелектуальними рефлекторними системами.
8. Результати досліджень упроваджені в ТОВ «УІТ», м. Київ (довідка
від 4 січня 2019 р.) та протягом року використовувалися в трьох логістичних
компаніях-клієнтах.
144
9. Мету досліджень щодо підвищення ефективності розпізнавання
повідомлень у голосовій взаємодії водія з диспетчером досягнуто, всі часткові завдання вирішено повністю. Наукові результати досліджень є внеском
у розвиток наукових і методологічних основ створення та застосування
інформаційних технологій та інформаційних систем для автоматизованої переробки інформації й управління.
10. Перспективним напрямком подальших досліджень у зазначеній
сфері може бути вивчення широкого кола питань, зокрема щодо розробки
та дослідження інших реалізацій фонемного стенографа, використання розроблених методів та моделей класифікації фонемного тексту для роботи з
лексичним текстом, а також створення моделей голосової взаємодії у вигляді
графу сценаріїв для інших предметних областей.