高度交通システムの 研究

高度交通システムと

情報通信技術

2019/6/28

ITS（高度交通システム）

• I・・・Intelligent（高度・知能化）

• T・・・Transport（輸送・交通）

• S・・・Systems（システム）



情報通信技術

を用いて、

人やモノの移動

を高度化するための

システムの総称

交通問題の解決、利便性向上が目的

事故防止、渋滞解消、環境改善など

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ITSの要素技術

• 人や物が実世界で移動する →人や物の位置を測定する技術が必要 (ポジショニング技術) 自分の位置/自分以外の位置 • 移動している人や物がお互いの情報を 交換することでシステムの価値が高まる →人や物の情報（位置等）を交換するため 無線通信ネットワーク技術が重要

位置測位（ポジショニング）システム

• 測位衛星： GPS（米）、Galileo（EU）、準天頂衛星（日） • マーカ系位置特定 • Wifi系位置特定 • ダイナミックマップ 4

GPS（Grobal Positioning System）

• 30個のGPS衛星が地球に向けてGPS信号を送信して いる • 地上の受信機は最低4個のGPS衛星からの信号を 受信すると、_{自分の3次元位置}と衛星の時計との時 刻のずれを算出できる。

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GPS（Global Positioning System）

※高層ビルが林立する場所や、 高架の下、トンネルなどでは 反射波や電波が届かず、 利用が困難となる

マーカ系位置特定

• 地面に敷設されたマーカに情報を持たせ、その情 報を読み込むことで自分の位置を特定する。

• RFID（Radio Frequency IDentification ） • 磁気マーカ

Wifi系位置特定

• Finger Printing • 自分の端末が、現在見えるWifiアクセスポイントのSSID や、アクセスポイントから受信した信号の強度（RSSI）な どをもとに、データベースを参照して自位置の候補を探 索する。 8 位置情報 アクセスポイント情報 データベースサーバ

ダイナミックマップ

• 車両が取得した道路・周辺環境情報をもとにデー タベースに位置を参照し、位置情報を得る

周辺データ

ITSの無線通信

ITSの無線通信

• DSRC • 802.11p • 無線LAN（802.11a）と同様の通信方式 • 比較的限られた領域（数100m範囲）における通信 • アメリカ、日本で採用決定 • LTE/５G • Cellular-V2X • 携帯端末網を利用して車車・路車・歩車間通信を行う。 • 欧州。中国はこちら側

車車間通信の問題点：普及率問題

• 通信機器を持つ車両同士でしか通信できない。 →得られる車両の情報は通信機器の普及率に比例 する。 →アプリケーション性能が普及率に依存する 12 ：通信機器・センサ搭載車両 ：通信機器・センサ非搭載車両 普及率=60%の例

障害物検出

• 障害物検出用デバイス • 電波利用：ミリ波レーダセンサ • 光（active）利用：レーザレーダセンサ • 光（passive）利用：イメージセンサ（ステレオカメラ） • センサ利用アプリケーション • ACC/FVCWS（同一車線センサ利用） • LCDAS（側方車線センサ利用）

ミリ波レーダセンサ

14 機能：ミリ波を出射することで対象物から反射してきた電波を受信し， 伝搬時間やドップラー効果によって生じる周波数差などを基に， 対象物の位置や自車との相対速度を測定する。 検出距離は比較的長い（100m～）が、検出角度は狭い（±10度前後）。 適用例：ACC（オートクルーズコントロール）、FVCWS（前方車両衝突警報システム）など http://techon.nikkeibp.co.jp/article/CAR/20090327/167937/?SS=imgview&FD=1544291436

レーザレーダセンサ

機能：パルス状に発光するレーザー照射に対する散乱光を測定し、 対象の距離を測定する。

検出範囲は広角、天候（雨や雪）や外乱（光）の影響を受ける。

イメージセンサ（ステレオカメラ）

16 機能：2台のカメラから取得した画像から視差情報を取得し、対象物への距離を測定する 検出範囲は広角、検出距離は数十メートル程度。視界不良時や逆光に弱い。 距離センサだけでなく、画像認識によるアプリケーションも実現可能 適用例：ACC（オートクルーズコントロール）、FVCWS（前方車両衝突警報システム）をはじめ、 画像処理ベースの認識も可（白線検出、歩行者検出）

ミリ波レーダ レーザレーダ イメージセンサ

検出距離 とても長い まぁまぁ長い まぁまぁながい

検出角 狭い とても広い まぁまぁ広い

障害物センサを利用したアプリ

ケーション

• ACC（Adaptive Cruise Control）

• 前方車両に追従して設定速度内で加速・減速 をコントロールする（Hondaアコードハイブリッド の例）

障害物センサを利用したアプリ

ケーション

• FVCWS（Forward Vehicle Collision Warning System）

• 前方車両に追突しないようにドライバに警告す る_{（米国、Federal Motor Carrier Safety Administrationよ}

障害物センサを利用したアプリケーション

• 車線変更意思支援システム

（Lane Change Decision aid system:LCDAS）

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Bosch社サイトより

http://www.bosch- automotivetechnology.us/en_us/us/component_us/SF_CV_DA_Lane-Assist_SF_CV_Driver-Assistance-Systems_559.html?compId=72

車載センサを利用した障害物検

出

ステレオビジョンカメラ

ステレオカメラ

• ステレオカメラ

• 対象物を複数の異なる方向から同時に撮影する ことにより、その奥行き方向の情報も記録できるよ うにしたカメラ

• 活用例

• 映像分野・自動車分野・ロボット分野・ 3次元計測分野・医療分野など 24 レンズ

ステレオカメラによる距離測定

ステレオカメラのセッティング

1. 2組の同じカメラを一本の直線状に置く 2. 2組のカメラの向きをそろえる（平行撮影） 3. 2組のカメラの間隔を決める （人間の目の間隔はおよそ60~70mm） 26

ステレオカメラの

距離計測原理

• コンピュータ上で利用する画像は点（ピクセル）の 集合で表現されている。

デジタル画像

（デジタル）カメラの構造

光

レンズ イメージセンサ 1/2.3型 （幅6.2mm×高さ4.4mm）

カメラと目標との 相似関係の発見

カメラレンズ カメラレンズ

イメージセンサ イメージセンサ

カメラと目標との 相似関係の発見

① ② ①カメラ－目標の距離[mm] → （不明） ②レンズ－撮像素子の距離[mm] → カメラスペックからわかる ③レンズ間距離[mm] → あらかじめ設定する ④撮影素子上の左右画像の視差[mm] → 測定すればわかる ③ ④ 相似の関係より ①：② ＝ ③：④ ⇒ ①×④ ＝ ②×③ 両辺を④で割ると ① ＝ ②×③÷④ ②は既にわかっており、③は自分であらかじめ設定するので ④がわかれば①が計算できる。 カメラと目標との 相似関係の発見 32

左 右

イメージセンサ上の

左 _右

34

イメージセンサ上の

視差

イメージセンサ上の

実際の計算

（デジタル画像利用）

④の求め方 ①カメラから目標までの距離 _{→ （不明）} ②レンズから撮像素子までの距離 → 5.9mm ③レンズ間の距離 _{→ ここでは100mm} ④左右画像の視差 _{→ 実際に測定する} ⑥デジタル画像 上の視差 ④視差[mm] デジタル画像 撮像素子 ⑤素子サイズ(6.2mm) （ここが知りたい） ⑦デジタル画像の幅 これも④：⑤＝⑥：⑦となるので④＝⑤×⑥÷⑦で求められる 36

デジタル画像上の視差（ピクセル単位）

⑥デジタル 画像上の 視差 ⑦デジタル画像の幅（640ピクセル） 視差④＝素子サイズ6.2mm⑤×⑥÷⑦

先ほど求めた ① ＝ ②×③÷④ に ④ ＝ 0.0775を代入すると ① ＝ 5.9mm×200mm ÷0.0775mm ≒ 15225mm ≒ 15m で目標までの距離が求まる。 ①カメラから目標までの距離 _{→ （不明）} ②レンズから撮像素子までの距離 → 5.9mm ③レンズ間の距離 _{→ 200mm} ④左右画像の視差 _{→ 0.0775mm} 38

ステレオカメラによる視差

左カメラ 右カメラ

視差画像（左）

・近いところ（視差が大きい） →明るい（白っぽい）

ステレオカメラの

測定可能範囲

測定可能範囲について（１）

• 両方のカメラに写る必要がある

OK NG

測定可能範囲について（２）

• 視差が1ピクセル以上離れている

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