博 士 （水 産科 学） 庄武理

学 位 論 文 題 名

揚網綱機の緊急停止を考慮した
突発的非常時音声の識別に関する研究
学位論文内容の要旨多発する 沿岸小型漁船 での揚網綱機 の巻き込まれ事故に対して，これを防止 する有効な安 全対策が強く要 望されている。しかしながら，現在使用さ れている揚網 綱機の基本的構 造と使用方法を考慮すれぱ，機械作動部に 安全用カバー などを設置する フール・プルーフ的な処置が困難であり， 必然的にフェ ール・セーフ機 能を重視した安全対策を講じざるを得ない 状況にある。 このフェール・ セーフを実現する緊急停止装置として，現 在までに，音声による2種類の機器システムが製品化されている。
一っは，音声の音圧の閾値を用いて緊急停止させる装置，他のーっは，音声認 識技術を用い て「とまれ」の 命令語を言語情報として認識して停止させ るものである 。しかし，前者 は漁船に数台搭載されたものの，甲板上で 生じる大きな 打撃音などとの 分別ができず，誤動作が頻発することから 普及には至ら なかった。また ，後者は高価であることや，咽喉マイクロ フオンを用い ることによる漁 労作業の障害，および無線方式であること による他船と の混信などがあ り，前機と同様に普及には至っていない。
さらに， 音声認識を用 いた停止装置 開発に関する根本的課題として，操作者 が突発的事故 状況に直面した 場合，通常の停止命令語である「とまれ」 を明瞭かつ瞬 時に発声できず ，咄嗟に他の「あっ」とか「あー」などの 音声を発して しまう状況が考 慮されていない。既存の音声認識システ ムのフェール・セーフ機能には，このような不十分な点が残されており，実用化に向けた障害となっていた。
本 研究は，こうした社会的背景を踏まえ，作業者の突発的非常時における 心理学的特徴を考慮しながら，音声認識による揚網綱機の緊急停止装置 の設計に資する基礎資料を得ることに目的があり，突発的非常時に高い 頻度で発声が予測される母音「あ」を機械停止の命令語として用いた 場 合の 音 声 認 識に 関 す る 広範 な 検討を 行った もので ある。
突発的 非常 時にお ける 発声と 感情 ・意図 母音 「あ」 が揚 網綱機 使用
中の 巻き込まれ事故などの突発的非常時に発声されやすいこと，および緊急 停止 の命令 語と して適 して いるこ とを検証するために，日本語5母音の最大音圧の測定実験を行って，その特徴を分析した。
この結 果， 男女と もに 大声の 音圧 は90か ら110 dBの 範囲 に分布 すること が明らかとなり，男性の音声平均パワーは，5母音中「あ」98.7dBで最 大となり，次いで「お」が97.3dBを示した。さらに，女性の「あ」の 音 声 平均 パ ワ ー は 93.OdBであ り ， 全母 音につ いて 男性よ りも 4dB程度小 さいことも判明した。一方，突発的非常時の発声者の感情的心理的傾向に着目すると，「驚き」や「恐怖」の切迫的感情を表現するための発声は，「お」より「あ」の方が頻繁に用いられる。このため，本研究では
揚網 綱機使用中の巻き込まれに遭遇するような突発的非常時には，「驚き」や「恐怖」といった切迫的感情が込められた発声である，母音「あ」が発声される頻度が高いものと結論づけた。
さらに，「あ」を停止の命令語として扱うことを前提とした場合，一般的発 声に用いられる「あ」との識別を図る必要があるが，既往の研究では一 般的音声「あ」に関する系統的な分類は見あたらない。このため，
本研 究では，突発的非常時の感情を「驚き十恐怖」の混合感情とし，誤作 動を招 く原 因と考 えら れる母 音「 あ」を 含む 突発的 非常 時以外 の13種類の感情・意図を新たに定義した。この分類法に基づき，「驚き十恐怖」の母 音「 あ」を 緊急 停止を 要す るとき の発声とし，他ユ3種類の感情・―1361―

意図の母音「あ」と識別することとした。
突発 的非 常時に おけ る「あ 」の 音響学 的特 徴パラ メー タの抽 出突 発的非常時における発声「あ」と感情・意図の合理性が得られたことから，「驚き十恐怖」の母音「あ」。を他13種類の感情・意図の母音「あ」から識別 できる音響学的特徴パラメータの抽出を試みた。発声被験者の模倣によ る発声で得られた突発的非常時の「驚き十恐怖」と，他の各感情・意図 の「あ」のサンプル音声を聴取実験により評価し，感情がよく表出さ れて いる サンプ ル音 声のみ に対 して， ケプ ストラ ム法 による FO曲 線の抽出と解析を行なった。
そ の結 果 ， FO曲 線 の 特徴 パ ラ メ ー タ である START´AfAX´AレERAGEの閾 値およびEND‐Sヱ強RTの正負によって突発的非常時の「あ」を識別でき ることを明らかにした。それぞれの閾値は，声の高さの個人差の影
響 を受 けな いよう 各発 声被験 者の 無感情 のFO平均値 を基 準とし た比 で
表 し ，突 発 的 非 常 時 の 「あ 」 は STlARTが1． 71以上 M．AXが1． 95以 上
AVERAGEが 1． 73以 上 EN・D‐ STARTが マ イ ナス と な る 結 果 と な った 。
こ の 識別 法 に お い て は 時間 的 位 置 と 他 感情に 対す る網羅 性か らSTARTが有効ぬパラメータであることも明らかにした。
漁 船上 騒 音 下 で の F0抽出 漁 船 操 業 中 の 騒音 レ ベ ル と 周 波 数 特性 を調べ ，その性質を明らかにした後，録音した漁船騒音と音声「あ」および カテ ゴリ ー1の 「驚き 」を 含む混 合感 情の「 あ」 とをMIXした 信号 を解析し，FO抽出が可能な音声と騒音レベルの比（S／N比）の値を求めた。
2漁船の騒音レベルは，騒音の大きい漁船のエンジン騒音が92〜93d
B，ウ イン チ作 動中騒 音が 97〜98dB， 騒音の 小さ い漁船 のエ ンジン 騒音 が85〜 86dBであり，漁船毎に異なる結果を得た。また周波数特性に関しては， エンジンの回転数とクランク軸一回転あたりの燃焼回数に規定される 基 本周 波 数 と そ の 倍 音の ピ ー ク か ら なる150Hz以 下の 低周波 帯の ス
ペク トルに よっ て特徴 づけ られる こと を明らかにした。またMIX信号の解 析の 結果， FO抽 出が可 能な ，すな わち 「驚き 十恐 怖」を 識別 できる
S/N比 の 値 は ， STARTと MAXで は ， エ ン ジ ン 騒音 に 対 し ‑15 dB，ウ イン チ 作 動 中 騒 音に 対 し ‑9dBで あ っ た。 ENDでは ， 波 形 の 局 所 的 なS/N比の検討が必要であるが，エンジン騒音では‑9dB以上の可能性もあり，ウインチ作動中騒音では‑3dB以上となることも予測された。認識速度を速 め る の に 有 利な STARTを重 視 し ，騒音 レベ ルが大 きい 側の騒 音で ある ウイ ンチ作 動中 騒音か ら限 界S／N比を定めるならば‐9dBが限界であり ，ウ インチ 作動 中騒音 の騒 音レベ ル98dBを想 定す ると， 単純 な試算
で人間側が音声平均パワーで89dB以上の「あ」を発声する必要がある。
発 声実 験から 得ら れた音 声平 均パワーの男声平均が98．7dBであったことを考慮すれば咽喉マイクロフォンや接話型マイクを使用しない緊急停止 装置の開 発も十分可能であることが明らかにをった。
これらの結果から，騒音レベルより小さい音声レベルで突発的非常時「あ」を識別できることが明らかとなり，騒音レベルより大きな閾値で動作させる方式の欠点が解決できる。また「驚き十恐怖」の母音「あ」を用いる識別方法は，漁船騒音環境下においても，突発的非常時の緊急停 止 装 置 とし て 十 分 使用 に 耐え うるこ とが明 らかと なった 。
以上のように，本論文では，揚網綱機の巻き込まれ事故に遭遇した場合に発声されるであろう突発的非常時の母音「あ」を識別して機械を緊急停止させる装置の実用化に向けた課題および使用環境条件に対する指針を明らかにしてきた。本研究の認識アルゴリズムは，低価格のハードウェアや汎用ソフトウェアで利用できることから，装置開発の経済的コストの面からも十分実用に耐え得る機器システムとぬることが期待できる。さらに認識後の揚網綱機の停止に要する遅延時間の発生も，瞬時動作が可能な電磁｜油圧クラッチなどの併用により，十分実用に耐え得る停止速度を得ることができる。
今後の研究課題として，騒音下における音声区間の検出方法の確立と検証が残されているが，これは音声認識などの専門分野においても困難な課題とされていることから，関連分野を越えた協同的研究が必要であろう。

学位論 文審査の要旨
主査
副査
副査
副査

教 授

梨教 授

飯助教 授

見助教 授

山本 勝昭
田 浩二
上 隆克
下 成治

学 位 論 文 題 名

揚 網 綱機 の 緊急停 止を考慮し た
突発的 非常時音 声の識別に関する研究
現在、 沿岸の小型 漁船での操 業中におけ る揚網機、 揚綱機によ る巻き込ま れ事
故 が 多 発 し て お り 、 こ れ を 防 止 す る 有 効 な 安 全 対 策 が 強く 要 望さ れ てい る 。
一 般 に 機 械 の 安 全 対 策 と し て 、 ハ ー ド 的 に 組 み 込 む 機 構 や 装 置 と し て 3っ が 考えられ ている。一 っは機械が 故障した場 合、暴走し て事故や災 害に結び付 くことなく、 安全を確保 する機構を 組み込むフ ェール・セ ーフ装置、 ニつ目は異 常や故障があ って危険な 状態になる ような操作 がとられな いようにし た装置であ るイン
ターロ ック機構が ある。三つ 目は作業標 準や機械の 危険性など を良く理解 していなくて もいかなる 誤動作も行 われないフ ール・プル ーフ装置が ある。フー ル・プ
ルーフ 装置として は操作者が 危険な場所 に近づけな いようにす る稼働部へ の安全
カバ ー の設 置 や遠 隔 操作 装 置が 用 いら れ てい る 。
巻き込 まれ事故を 未然に防止 するために は「ヒヤリ ‐ハット」 の過程、ま たは最悪で も軽傷の過 程までにと どめておく ことが当然 求められて いる。しか し、小型漁船 に装備され ている揚網 綱機につい ての巻き込 まれ防止の 安全対策は 最も安
全性の 高い安全カ バーにっい ては機械の 操作の妨げ になること 、また網や 綱の巻掛け操 作を頻繁に 行う必要が あることか ら遠隔操作 方式を用い ることは難 しく、
ハー ド 的な 安 全対 策 に頼 ら ざる を 得な い のが 現 状 であ る 。揚 網 綱機の回 転体への巻き 込まれ、挟 まれの安全 対策が遅れ ている現状 において、 危険が決定 的状態に至る 前に機械を 停止させる 緊急停止装 置としては センサーに よる自動停 止装置の導入 は難しく、 人間の視覚 によって危 険を感知し 、人間が指 令を与える フット
スイッ チや音声認 識による方 法が開発さ れているが 、十分普及 するまでに は至っ
てい な い。

本研 究で は作 業者 が突発 的非 常時 におい て、 高い 頻度 で発声 する こと が予 想される 母 音 「 あ 」 を 機 械 の 緊 急自 動停 止用命 令音 声と して 注目し 、日 本語 5
母 音にっいて 最大 音圧 の測 定を行 った 。ま た、一 般的 な感 情・ 意図で 発声 する 「あ 」と突発的 非常 時に 「恐 怖と驚 き」 の感 情で発 声す る「 あ」 とを識 別す るた めに ケプ
ストラ ム法 によ るF
O曲線の解析をし、音響学的特徴パラメータとしてSTA
RT、MAX、AERAGE、 START― ENDの 抽 出 を行 った 。そし て、 これ らを 識別す るた めに はSTA
RTが最も 有効 的を パラ メータ であ るこ とを見 い出 した 。ま た、漁 船の 操業 中に おける騒音 レベ ルと 周波 数特性 を調 べ、 その特 徴を 解明 した 。さら に、 この 漁船 の騒音と「 驚き 十恐 怖」 の混合 感情 とし て発声 する 「あ 」を 混合し た音 声を 作り 、FOの抽 出 可 能 な 「 あ 」 の 音 声 と騒 音レ ベルの 比（ S/N比） を求 め、 事故遭 遇時 に発声する 母音 「あ 」が最も有効的な命令音声として使用できることを明らかにした。
特に審査員一同が高く評価した点は以下の通りである。
1） 突発的 非常 時に おい て「驚 き十 恐怖 」の切 迫的 感情 を高 い頻度 で発声される
こ と が 予 想 され る 母 音 「 あ 」 を機 械 停 止 の 命 令 音 声と 注 目 し た 点。
2） FO曲 線 の 特 徴 パ ラ メ ー タ で あ る START、 MAX、 AV
ERAGEの 閾 値 お よ び START‑ ENDの正負によって突発的非常時に発する「あ」と感情・意図で発する「あ」と を識 別でき るこ とを 明ら かにし 、STA
RTが最 も有 効的 なパラ メータであることを指摘した点。
3） 漁船の 操業 中の 騒音 環境下 にお いて 、突発 的非 常時 に発 する「 あ」は緊急停止 のた めに発 する 命令音 声と して十 分使 用でき るこ とを見 出し た点。
4） 騒 音 レ ベ ル が 大 き いウ インチ 作動 中に おける 騒音 から 識別 可能を 限界 S/N比を試算し、―9 dB程度になることを指摘した点。
以 上の成 果は 、突 発的 非常時 に発 する 音声 「あ」を認識することによる揚網綱機の緊急停止装置の設計に資する基礎的資料を得たものであり、高く評価できる。
よっ て審査 員一 同は 、本 論文が 博士 （水 産科 学）の学位論文として価値あるものと判定した。