Fachbereich Ingenieur- und Naturwissenschaften
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Die Führung des Radverkehrs auf Hauptverkehrsstraßen ist unter anderem aufgrund der verkehrlichen Verhältnisse mit einem hohen Anspruch an Sicherheit und Komfort der Radfahrenden verbunden. Herkömmliche Radfahrstreifen um eine physische Trennung zu erweitern, kann jene Anforderungen adressieren und somit einen bedeutsamen Bestandteil zur Förderung des städtischen Radverkehrs bilden. Die Wahl des Elements zur Trennung von Kfz- und Radverkehr ist Gegenstand der Verkehrsplanung und unterliegt rigiden technischen und situationsabhängigen Ansprüchen. Derzeit existiert jedoch weder eine Vorgabe, wie diese physische Trennung auszubilden ist, noch liegen Anhaltspunkte vor, nach denen die Wahl des Protektionselements getroffen werden kann. Das Ziel der vorliegenden Arbeit besteht darin, die Anforderungen an Protektionselemente zu identifizieren und auf dieser Grundlage gängige Ausführungen der Protektion hinsichtlich ihrer Eignung für den Einsatz an geschützten Radfahrstreifen zu bewerten. Ein weiterer Bestandteil der Studie umfasst die Analyse der Auswirkungen städtebaulicher und verkehrlicher Rahmenbedingungen eines Streckenabschnittes auf die Anforderungen an Protektionselemente. Abschließend werden Handlungsempfehlungen für die Planung geschützter Radfahrstreifen formuliert. Es ergibt sich folgende leitende Forschungsfrage:
Welche Ausführungen von Protektionselementen sind für den flächendeckenden Einsatz an geschützten Radfahrstreifen im städtischen Raum geeignet?
Zur Beantwortung der leitenden Forschungsfrage werden folgende sekundäre Forschungsfragen formuliert:
Welche Anforderungen werden an Protektionselemente gestellt und wie können diese Anforderungen erfüllt werden?
Inwiefern beeinflussen die Rahmenbedingungen eines Streckenabschnitts die Anforderungen an Protektionselemente?
Zur Beantwortung dieser Fragen wird auf eine Kombination qualitativer Forschungsmethoden zurückgegriffen. Durch Interviews mit Expertinnen und Experten werden Anforderungen an Protektionselemente erhoben. Um Auswirkungen des Betriebs aufzunehmen, werden bereits bestehende Ausführungen von Protektionen in Berlin begutachtet und analysiert. Auf Grundlage der Eigenschaften verschiedener Protektionsarten werden ausgewählte Ausführungen und Gruppen von Protektionselementen hinsichtlich der Erfüllung der zuvor definierten Anforderungen bewertet. Diese Bewertung, die Definition der Anforderungen sowie die Analyse des Einflusses straßenraumspezifischer Merkmale städtischer Hauptverkehrsstraßen bilden die Grundlage für die spätere Formulierung von Handlungsbedarfen und -empfehlungen für Forschung, Entwicklung und Planung.
Die Untersuchung hat gezeigt, dass unterschiedliche, teilwiese konträre Anforderungen an Protektionselemente gestellt werden, die wiederum partiell erheblich von den Rahmenbedingungen eines Streckenabschnittes abhängig sind. Eine zentrale Anforderung an die Protektion ist eine hohe Widerstandsfähigkeit der Elemente gegen mechanische Einwirkungen. Diese Bedingung führt dazu, dass fragile Elemente, vornehmlich aus Kunststoff (bspw. Leitbaken und flexible Sperrpfosten) nicht für den flächendeckenden Einsatz an geschützten Radfahrstreifen geeignet sind. Flache, besonders widerstandsfähige Konstruktionen (z.B. Betonbord) sind am ehesten geeignet.
Dabei haben die Merkmale eines Streckenabschnittes Einfluss auf die Anforderungen und somit insbesondere auf die geometrische Ausführung der Elemente. Die Aufteilung des Straßenraumes, die Nutzungsstrukturen der angrenzenden Flächen oder auch die Geschwindigkeiten und Verkehrsstärken des Kfz-Verkehrs beeinflussen die Relevanz mancher Anforderungen. Betonborde, welche durch ihre Geometrie die vorherrschenden Rahmenbedingungen eines Streckenabschnittes erfüllen und punktuell durch Elemente mit ergänzenden Eigenschaften, wie massive Sperrpfosten, kombiniert werden, sind für den flächendeckenden Einsatz an geschützten Radfahrstreifen am ehesten geeignet. Für die Verkehrsplanung wird empfohlen, vermehrt auf eine solche Kombination von Elementen zurückzugreifen. Die Einflüsse der Merkmale städtischer Hauptverkehrsstraßen sind dabei zu beachten.
Deutlich wird auch, dass es kein ideales Element gibt, da mehrere Anforderungen in Konflikt miteinander stehen. Daher bestehen zentrale Handlungsbedarfe in der Weiterentwicklung der hier vorgenommenen Untersuchung, der Erforschung von Auswirkungen verschiedener Konstruktionen auf das Verkehrsverhalten und letztendlich in der Entwicklung von Elementen, welche die Anforderungen in Abhängigkeit der Merkmale eines Streckenabschnittes in einem angemessenen Maße erfüllen.
Die vorliegende Masterarbeit gibt einen Einblick in die Konzeption und Entwicklung einer modularen Experimentierplattform für Audioverarbeitung und automatischer Spracherkennung. Darüber hinaus wurde ein Testaufbau- und Ablauf erarbeitet mit dessen Aufnahmen objektive Bewertungen durch die Ergebnisse der Spracherkennungssoftware bezüglich der Aufnahmegüte vollzogen werden konnten. Dies wurde mit verschiedenen Audioeingabegeräten und Spracherkennungsprogrammen durchgeführt. Auf dieser Daten- und Bewertungsgrundlage kam es zur Implementierung von Signalverarbeitungsverfahren zur Aufbereitung der Audiodaten, mit dem Ziel die Erkennungsrate der automatischen Spracherkennung dadurch zu steigern.
In dieser Masterarbeit soll eine Architektur für ein Künstliches Neuronales Netz erarbeitet werden, mit der mehrere Eingangskanäle eines humanoiden Roboters für eine Situationserkennung zusammengefasst werden können. Dazu werden zunächst die Grundbausteine für eine Situationserkennung am Beispiel des menschlichen Gehirns untersucht und die Erkenntnisse auf die Arbeitsweise Künstlicher Neuronales Netze übertragen.
Anschließend wird ein Konzept für eine Situationserkennung auf humanoiden Robotern erstellt. Dazu werden mögliche Situationen konstruiert und die Aufgabe der Situationserkennung so formuliert, dass sie mit einem Künstlichen Neuronalen Netz bearbeitet werden kann. Daraufhin werden mögliche Architekturen für dieses Netz verglichen und die am besten geeignetste ausgewählt.
Das erstellte Konzept soll im Rahmen dieser Arbeit auf dem Tisch-Roboter ROS-E umgesetzt werden. Dazu soll eine Trainings- und Testumgebung geplant und umgesetzt werden. Nachdem das entwickelte Künstliche Neuronale Netz trainiert und getestet wurde, wird ausgewertet, ob die ausgewählte Architektur für eine Situationserkennung auf humanoiden Robotern geeignet ist.
Diese Masterarbeit befasst sich mit der Recherche zum Thema Emotionserkennung, der Konzeption einer hybriden Emotionserkennung und der prototypischen Implementierung des Konzepts für den Tischroboter ROS-E.
Die Recherche zeigt, dass die Emotionserkennung auf Basis von verschiedenen Eingaben erfolgen kann. Es wurde sich auf die drei Eingabeströme Bild, Ton und Text konzentriert, da diese praktikabel für die Implementierung auf einen humanoiden Roboter sind. Zu jedem dieser Eingabeströme wurden Dienste, Open-Source-Software und Ansätze untersucht.
Aufgrund dieser Erkenntnisse wurde eine Anwendung entwickelt, welche ein hybride Emotionserkennung durch die Eingabe eines Textes und einer Bild-Datei durchführt. Hierzu wurden die Dienste zur Emotionserkennung von Microsoft Azure und IBM Watson genutzt. Die Anwendung wurde in Python implementiert.
Thematisiert wird der Weg, von einer theoretischen Betrachtung computerlinguistischer Grundlagen der Sprachverarbeitung, bis hin zu einer prototypischen Umsetzung einer Software zur natürlich sprachlichen Dialogkommunikation zwischen Mensch und Roboter.
Die Arbeit widmet sich dabei zunächst der Bereitstellung theoretischer Grundlagen (Definition, Geschichte, Funktionsweise, Herausforderungen, Aktuelle Lage) von Mensch-Maschine-Kommunikation unter Zuhilfenahme des Natural Language Processings. Darauf basierend werden Anforderungen aufgestellt, die eine softwaremäßige Implementierung eines solchen Systems beschreiben. Dies geschieht unter der Beachtung von Rahmenbedingungen durch den themenstellenden Betrieb dieser Arbeit und den Grenzen des Robotersystems.
Es folgt eine ausgiebige Evaluierung verschiedener NLP-Systeme anhand des Abgleichs von Anforderungen und zusätzlicher Kennziffer-Messungen (Precision, Recall, F1 Score). In diesem Zusammenhang entsteht auch ein Testprogramm, welches ein automatisiertes Evaluierungsverfahren bereitstellt. Die beiden besten NLP-Systeme werden anschließend in ihrer Verwendung detailliert beschrieben. Eine prototypische Implementierung stellt die Verwendung eines NLP-Systems, zur Kommunikation von Mensch und Roboter, in einem konkreten Anwendungsfall unter Beweis.
In dieser Arbeit wurde eine Anwendung entwickelt, die das Verbinden der beiden technischen Bereiche Smart Home und Servicerobotik mit Hilfe von künstlichen neuronalen Netzen (KNN) ermöglicht, um damit Verhaltensabläufe einer Person in ihren eigenen vier Wänden zu erlernen und dabei auf grobe Abweichungen hin zu überwachen. Zusätzlich wurde ein Lernbaukasten für Schülergruppen der Sekundarstufe 2 entwickelt, mit dem die Funktionsweise von KNN vermittelt wird.
Es wurden unterschiedliche Werkzeuge der Künstlichen Intelligenz untersucht sowie Projekte mit ähnlichen Zielen, um darauf aufbauend eine geeignete Anwendung zu entwickeln. Der entwickelte Lernbaukasten basiert auf der Lehrstrategie MOMBI (Model Of Model-Based Instruction).
In der Testphase konnte erfolgreich ein erstes Anwendungsszenario getestet werden, dass das Überwachen des Schlafrhythmus einer Person auf Unregelmäßigkeiten hin ermöglicht.
Ein erster Test hat gezeigt, dass neuronale Netze gut dafür geeignet sind, um Tätigkeiten mit einem regelmäßigen Verhalten zu überwachen. Im nächsten Schritt sollten die zu überwachenden Tätigkeitsvielfalt ausgebaut werden und auch die Verwendung von weiteren Werkzeugen der Künstlichen Intelligenz in Betracht gezogen werden.