エンベデッドシステムスペシャリスト 2020年 10月 午後IIの問題文6問です。図・表・別冊資料と正解は掲載していませんので、出典の公表資料またはアプリでご確認ください。
共通の文章
IoTを利用したスマートホームに関する次の記述を読んで,設問1ー3に答えよ。
D社は,家電の遠隔操作,音楽配信などを可能にする家電・照明器具(以下,S Fr
バイスという)を開発している。Sデバイスは,IoT機器の一つであり,インターネ
ットを介して提供されるサービス(以下,提携サービスという)と連携し,各種機
能を実現できる。Sデバイスは,Sライト,Sテレビ,Sドアロックのようにそれぞ
れの機器名の先頭がSで始まる。
スマートホームは,家電・照明器具がネットワークにつながることによって,KR
適な暮らしを実現する。スマートホームは,Sデバイスのほか,赤外線リモートコン
トローラ(以下,赤外線リモコンという)の赤外線通信(以下,IR通信という)で
制御される従来型のエアコンディショナ(以下,エアコンという),スマートフォン
(以下,スマホという)などで構成される。スマートホームの概要を図1に,Sデバ
イス及び関連する機器の一覧を表1に示す。
寝室子供部屋
SライトSライト
<>
dルコd
エアコン>エアコンYSテレビ
A,Tu;eS CO =)|スス
Sテレビ2|TU
ee il Bs
dik会F Sドアホン ice PC seveスマートホーム78 Ke
ーー子機
me Sp
リビングx
注記1 APは無線LANアクセスポイントを示す。
注記2スマホの記載は省略している。
注記3スマートホームには,ペットはいないものとする。
図1スマートホームの概要
ニーニ2 wax
表1 Sデバイス及び関連する機器の一覧
通信手
・音声再生及び音声認識機能をもつLED照明器具であり,昼白色相当の白色|・無線LAN
LED,電球色相当のオレンジ色LED,マイク,スピーカ,人感センサなど|・MR通信
で構成される。各部屋の天井に設置されている。
・PWM制御によって,LEDの明るさ・色合いの調節(以下,調光という)の
機能を実現している。
Sライト・利用者!の音声による指示(以下,音声操作という)で,調光をしたり,
音楽を再生したり,提携サービスに通知したりすることができる。
・エアコンの赤外線リモコン機能を内蔵している。TIR通信によって,エアコ
ンに指示できる。
・内蔵の人感センサで部屋にいる人を検知することができる。
・Sドアホン子機を介して訪問者と通話ができる。
・Sライト及びスマホからの音声操作によって,操作が可能なテレビである。・無線LAN
Sテレビ各部屋に設置されている。
J・Sドアホン子機で撮影した画像(以下,防犯画像という)を映すことができ
る。
Sドアロ|・電動で玄関のドアを施錠・解錠できる器具である。・Bluetooth
yg・Sドアホン子機からBluetoothで施錠・解錠の指示を受ける。
・云関の外側に設置されたカメラ付きインターホンであり,防犯画像を撮影|・ドアホン専用線
Iすることができる。・Bluetooth
I・玄関前たにいる人を検知できる人感センサを内蔵している。
Sドアホ|・訪問者がSドアホン子機のボタンを押すと,利用者が在宅の場合,Sドアホ
ン子機ン親機,Sテレビ及びSライトに訪問者がいることを通知する。利用者が不
在である場合,利用者のスマホに通知する。
・Bluetoothで,スマホからの通知を受けたり,Sドアロックに指示したりす
る。
・リビングに設置されたモニタ付きインターホンであり,防犯画像を記録す|・有線LAN
ることができる。・ドアホン専用線
・モニタで防犯画像を見ながら,Sドアホン子機を介して訪問者と通話ができ
Sドアホる。
ン親機・Sドアホン親機のボタンを押すと,施錠・解錠の指示をSドアホン子機に通
知する。
・音声操作によって施錠・解錠の指示を受けると,その指示をSドアホン子
機に通知する。
エアコン・各部屋に設置されている。・IR通信
・赤外線リモコン及びSライトからIR通信で指示を受ける。
・Sライト,Sテレビなどに対して音声操作ができる。・無線LAN
・Sドアホン子機を介して訪問者と通話ができる。・Bluetooth
スマホ・後述の【防犯機能〕】で示す侵入者検知及び外来者検知の通知を受けること|・携帯電話綱
ができる。
・Sドアホン子機にBluetoothで通知することができる。
注利用者はスマートホームの居住者である。
ーー3 1
[スマートホームのネットワーク]
スマートホームのネットワーク構成を図2に示す。
2階有線LAN
人ee |ae>!く:無線LAN
[sz ls ase aaa]|||meew
ーー当I 5 IRS
sy]a]
1階ューエーーーヤーーーーーキー*
!Sドアホン|!専用線『
N 2親機|!1|子機!
Gelber)i fk
:;|ia!スマートホームの外部 |リビングしトニピー)pL BS|ネットワーク
注記スマホの記載は省略している。
図2スマートホームのネットワーク構成
スマートホームの内部ネットワークにおける機器間では,最大8ミリ秒の遅延で
通信することができる。一方,外部ネットワークにある提携サービスとのインター
ネットを介した通信では,最大3秒の遅延が発生する。
[スマートホームの機能〕
スマートホームには,音声操作,音楽配信が可能な提携サービスとの連携,訪問
者への対応,防犯,Sライトの調光,エアコンの操作,及び玄関のドアの施錠・解錠
の機能がある。
[音声操作とスマートホームの動作)〕・
利用者は,音声操作によってSデバイスに指示したり,提携サービスに通知した
りすることができる。
ー4一
Sライトは常時,マイクで音を取り込み,.マイクで取り込んだ音を明瞭な音声にす
るために,次の三つの信号処理を行う。
・エコーキャンセル:スピーカから出力した音を除去する。
・ノイズリダクション:音声周波数以外の帯城をノイズとして除去する。
・ビームフォーミング:特定の方向からの音声を強調する。
Sライトは,十数個のキーワードが登録された“辞書データ”を保持している。信
号処理後の音声を用いて,辞書データの中から対応するキーワードかどうかをSF
イトの音声認識機能で識別する。キーワードには,登録操作キーワードと起動キー
ワードの2種類がある。
登録操作キーワードは,Sライト自体に対する操作指示であり,“照明をつけて",
“照明を消して"などがある。登録操作キーワードとして識別した場合、Sライトが
単独で調光などの動作をする。
起動キーワードには,“OK,S FATA”などがあり,起動キーワードとして識別
した場合,.Sライトは,起動キーワードの後に続く音声(以下,発話区間音声という)
を録音し,提携サービスに発話区間音声を送信する。
.提携サービスでは,AIを使用することによって,発話区間音声を文字列に変換し
ZU,利用者を声紋認証したりする。EK,音声操作によって指示された処理をS
デバイスに指示する。
指示を受けたSデバイスは,次のような処理を行う。
・エアコンで冷房を行う場合,提携サービスから指示を受けたSライトがTIR通信で
エアコンを操作し,冷房を行う。
・Sテレビの電源をONにする場合,提携サービスは,Sライト及びSテレビに指示
する。Sライトは,Sテレビの画面が見やすくなるように調光を行う。Sテレビは,
電源をONにする。
音声操作のデータフローの例を図3に示す。
=時
(a)エアコンで冷房を行う場合
指示
(b)Sテレビの電源をONにする場合
注記スマートホームの外部ネットワークとの通信は全て,セキュアな通信プロトコルを使用する。
図3音声操作のデータフローの例
[音楽配信】
Sライトでは,提携サービスから配信された音楽をスピーカで再生することができ
る。提携サービスから配信される音楽データの通信には,遅延が生じることがある
OC,提携サービスからダウンロードする音楽データをSライトでバッファリング
して対処している。また,Sライトは,複数のSライトと連携することによって,複
数の部屋で音楽を同時に再生させる機能(以下、マルチルームオーディオという)
をもつ。この機能では,再生音のずれによる違和感をなくすために,Sライト間の再
生音のずれを10ミリ秒以下にする必要がある。
〔防犯モードと訪問者への対応〕
スマートホームには,利用者が在宅の場合に使用する在宅モードと不在である場
合に使用する不在モードの二つの防犯モードがある。
在宅モードの場合,訪問者がSドアホン子機のボタンを押すと,Sドアホン親機及
び人がいる部屋のSライトから呼出し音が鳴り,Sドアホン親機及び人がいる部屋の
Sテレビに防犯画像を映し出す。Sドアホン親機又はSライトを用いて訪問者と通話
できる。
不在モードの場合,訪問者がSドアホン子機のボタンを押すと,利用者のスマホ
に通知され,スマホで防犯画像を見たり,訪問者と通話したりできる。
【防犯機能]
防犯機能では,スマートホーム内への侵入者を検知する侵入者検知,及び利用者
以外の人(以下,外来者という)の来訪を検知する外来者検知を行う。防犯モード
ee
によって,検知後の動作がそれぞれ異なる。
侵入者検知は,不在モードの場合だけ行われる。Sライトの人感センサが人を検知
すると,侵入者検知として利用者のスマホに通知する。このとき,スマホから一定
時間内に応答がなければ,利用者と契約している警備会社に侵入者検知を自動で通
知する。
外来者検知は,在宅モードでも不在モードでも行われる。Sドアホン子機は,Wik
の人感センサで人を検知している間,Sドアホン親機に対人検知信号を出力する。
Sドアホン親機は,対人検知信号を検出すると,対人検知信号が未検出になるまで
防犯画像を動画として内蔵のフラッシュメモリに保存する。また,防犯画像を提携
サービスに送信して画像解析することによって,外来者かどうかを判定する。ここ
で,利用者の画像はあらかじめ提携サービスに登録されている。外来者と判定した
BAC,かつ,在宅モードの場合は,人がいる部屋のSテレビに防犯画像を表示す
る。外来者と判定した場合で。かつ,不在モードの場合は,外来者検知を利用者の
スマホに通知するとともに,利用者と契約している警備会社にも自動で通知する。
iなお,外来者と判定した防犯画像は,BHAI SRS,警備会社のサーバ
に1週間保存される。
防犯画像は,MPEG4形式にエンコードされて,Sドアホン親機に内蔵しているフ
ラッシュメモリの画像データの記憶領域に保存される。Sドアホン子機のカメラの性
能(画像データ)を表2に示す。
表2 Sドアホン子機のカメラの性能(画像データ)
ee
〔玄関のドアの施錠・解錠〕
防犯モードの状況にかかわらず,物理的な金属製の鍵を使用して玄関のドアを施
錠・解錠する操作(以下,物理操作という)によって,又はSドアホン子機から
Bluetoothで施錠・解錠の指示をSドアロックに通知することによって,玄関のドア
=yl
を施錠・解錠できる。
(1)在宅モード
①玄関の外側では,利用者がスマホからBluetoothで施錠・解錠の指示をSドア
ホン子機に通知することによって,玄関のドアを施錠・解錠できる。
②スマートホーム内では,利用者が音声操作によって,玄関のドアを施錠・解
錠できる。音声操作では,提携サービスによる利用者の声紋認証を行う。認証
に成功すると,その音声操作によって施錠・解錠の指示をSドアホン親機に通
知し,Sドアホン子機経由で玄関のドアを施錠・解錠する。
@利用者がSドアホン親機のボタンを押すことによって,施錠・解錠の指示をS
ドアホン子機に通知し,玄関のドアを施錠・解錠できる。
(2)不在モード
①(①在宅モードの①と同じ動作ができる。
Q①の操作及び物理操作以外の操作で解錠を試みると,利用者のスマホに「『不
正な解錠の疑い”を通知するとともに,利用者と契約している和備会社にも自
動で通知する。
[Sライトの調光]
Sライトの主な構成要素を図4に示す。
_ MCU
図4 Sライトの主な構成要素
Sライトの調光は,18段階の明るさの調節,及び6段階の白色からオレンジ色ま
での色合いの調節によって行う。これらの調節は,MCUから出力する二つのPWM
信号のデューティ比を変化させることによって,LED輝度を0一255の256段階で制
御して行う。
明るさの調節は2種類のLEDのLED輝度の総和で行う。LED HR ORM AS—xe
であれば,Sライト全体の明るさは変わらないものとする。また,色合いの調節は2
ー8一
種類のLEDのLED輝度の割合によって行う。2種類のLEDの調光の例を図5に示
す。
白色からオレンジ色に
255~1段階近づけた状態ーー255 255 255
し
ピロaaron 7ピロ
=ae,5 1200-.-a 120
輝adひ、、輝“Se.ae
度メーso度“One”
ae ti ae Sone。
0e 0 0@-一—0
白色オレンジ色白色オレンジ人色
(a)最も明るい状態(b)最も明るい状態から明るさを
9段階中くした状態
(凡例)O:白色LEDのLED輝度@:オレンジ色LEDのLED輝度
図5 2種類のLEDの調光の例
例えば,白色で最も明るい状態では白色LEDのLED WHE%255(X,オレンジ色
LEDのLED輝度を0に設定する。このときの設定値を(255,0)と表記するものとす
る。オレンジ色で最も明るい状態では,設定値は(0,255)に設定する。最も明るい状
態で色合いを変化させる場合,2種類のLEDを同時に点灯させ,LED輝度の総和を
255に保つ。例えば,白色で最も明るい状態からオレンジ色に1段階近づけた状態で
ik,それぞれ最大のLED輝度のユン5ずつ上下するので,設定値は,,|。|に
設定する。同様に,白色で最も明るい状態からオレンジ色に3段階近づけた中間の
状態(昼光色相当)では,設定値は,|b|に設定する。また,明るさを1段
階ずつ暗くする場合は,その色合いでの最も明るい状態のLED輝度から1/17ずつ
下げればよいので,例えば,白色で最も明るい状態からオレンジ色に3段階近づけ
た中間の状態(昼光色相当)で明るさを1段階了導くするには,設定値は,
に設定する。
[IR通信によるエアコンの操作]
Sライトは,IR部の赤外線発光素子からパルス位置変調(PPM)でIR通信の信号
を送信し,エアコンを操作する。TIR通信の信号の例を図6に示す。
<=9—
データビピット
*QN OFFいしON OFF o--
フレームrhe| トーツア
!トレーラ(1TOON!
at|及び199TのOFFの!
1リーダ !データ(132ビット分)1 100ミリ秒間)
注記1 1Tは500マイクロ秒を示す。例えば,3Tは,1.500マイクロ秒である。
注記2網掛けの部分は,38kHzの信号を示す。
図6 IR通信の信号の例
SライトのMCUは,タイマ割込みを使って,図6のONとOFFを切り替える。
ONの場合,38 kHzの信号で赤外線を出力する。OFF OWA,赤外線を出力しない。
データは132ビットである。ビット値が0と1では時間が異なる。
IR通信の信号は,リーダ,データ及びトレーラを一つの信号波形とする。ほかの
赤外線リモコンから発信された信号と干渉を起こすことがあるので,Sライトによる
IR通信では,同じ信号波形を2回連続して送信することによって信頼性を高めてい
る。
[玄関のドアの施錠・解錠で使用するBluetooth)
スマホからBluetoothで指示して玄関のドアの施錠・解錠を行う場合,不正アクセ
ス防止対策としてスマホから認証情報を送信する。
Bluetoothの仕様(一部)を表3に示す。
表3 Bluetoothの仕様(一部)
注記電波到達距離は参考値である。
Bluetooth lt,表3のように出力が規定されている。スマホとSドアホン子機間,
及びSドアホン子機とをSドアロック間では,Class3を使用する。
問問1 設問1
設問1スマートホームの機能について,①~て(3③)に答えよ。
(1)【〔音声操作とスマートホームの動作)】について,(3)て(c)に答えよ。
(4)Sテレビから人の音声が出力されているときでも,利用者の音声を明瞭に
することができるSライトの信号処理を,本文中の字旬を用いて答えよ。
(bk)スマートホームでは,利用者個人を特定する処理を行うとき,必ず発話
区間音声を提携サービスに送信している。セキュリティに配慮し,発話区
間音声を利用して,提携サービスで実現している機能は何か。10字以内で
答えよ。
(c)音声操作では,起動キーワードを別の起動キーワードに変更したい場合,
何を変更すればよいか。本文中の字旬を用いて答えよ。
(2)スマホに防犯画像が表示されるのは,外来者検知を除いて,どのような場
合があるか。30字以内で述べよ。
(3)スマホとSドアホン子機問のBluetoothでは表3中のClass 3を使用する。
その理由をセキュリティの観点から,35字以内で述べよ。
出典:令和2年度 10月 エンベデッドシステムスペシャリスト試験 午後Ⅱ 問1 設問1
問問1 設問2
設問2スマートホームの設計について,Q)~(④に答えよ。|
(①)(Sライトの調光]について,本文中の|』|~|c|]に入れ
る適切な設定値を答えよ。答えは小数第1位を四捨五入して,整数で求めよ。
(2)OR通信によるエアコンの操作〕のIR通信の信号について,1回目のリー
ダの送信開始から2回目のデータの送信終了まで,最小及び最大何ミリ秒持
かるか。人答えは小数第1位を四捨五入して,整数で求めよ。
(3)提携サービスの利用について,(a),⑪)に答えよ。
(a2)リビングのSライトから取り込んだ音声操作を使用して子供部屋のSラ
イトを遠隔で消灯する場合の処理の流れを,7に示す二つの方法で検討
した。方法1に対して方法2のSライトには,Sライトの部屋を区別する情
報を新たにキーワードとして辞書データに登録するほか,追加が必要な機
能がある。どのような機能か。20字以内で述べよ。
方法1方法2
前PrMicenthen need tiers sna cim ==He 。この間の
‘Tee Fs oles
|リビングfoam||||リビング|!eee
図7遠隔処理のアーキテクチャ検討の例
(b)[音楽配信について,Sライト1台で音楽を再生する場合,.Sライトは
提携サービスから音楽データを直接ダウンロードする。しかし,マルチル
ームオーディオでは,複数のSライトが提携サービスから同時にダウンロ
ードすると,ある要件を満たせないので,1台のSライトが提携サービスか
らダウンロードした音楽データを,ほかのSライトに転送することにして
いる。ある要件とは何か。25字以内で述べよ。
(④)【防犯機能〕】について,Sドアホン親機に内蔵しているフラッシュメモリに
画像データを保存する。MPEG4の圧縮率を,1/600とした場合,最大何分間
保存可能か。答えは小数第1位を四捨五入して,整数で求めよ。ここで,フ
ラッシュメモリの画像データの記憶領域は,480Gバイトとする。また,1k
ビット=テ1.000ビット,1Mビット=1.000k Ey bk,1Gビット=テ1.000 Mビッ
トとする。
出典:令和2年度 10月 エンベデッドシステムスペシャリスト試験 午後Ⅱ 問1 設問2
問問1 設問3
設問3スマートホームへの構成機器の追加について,(①~(④に答えよ。
プライバシー保護を考慮するとともに,子供の利用者が安心・安全に留守番
できるための機能を実現するために,スマートホームにSカメラとSホームサ
ーバを追加し,防犯モードに留守番モードを追加する。追加するSデバイスを
表4に示す。
ー12一
表4追加する$Sデバイス
Sカメラ|・不在モード及び留守番モードでは,撮影した画像をSホームサーバだけに
送信する。在宅モードでは,撮影を行わない。
・1階に設置されたサーバであり,Sカメラで撮影した画像及び防犯画像を保|・有線LAN
ES
Sホーム|・Sカメラで撮影した画像及び防犯画像を画像解析して,子供の利用者の画像
サーバ認証を行う。
・音声認識機能こよって,Sライトを介して取り込んだ音から利用者を声紋認
しGa MOE
REE—EF RPSRPRE—RAOBEBIS,次のように行われる。
子供の利用者は,子供用のスマホ(以下,子スマホという)を持っている。
帰宅してきた子供の利用者は,玄関のドアの前に来ると,子スマホとSドアホ
ン子機を通信させる。その後,Sドアホン子機のボタンが押されると,防犯画像
は提携サービスには送信されず,Sホームサーバだけに送信され,防犯画像から
Sホームサーバによる子供の利用者の画像認証を行う。認証に成功すると,玄関
のドアが解錠され,不在モードから留守番モードに遷移する。
留守番モードでは,次の動作を行う。ほかの動作は,不在モードと同じ動作
を行う。
・利用者のスマホに,子供の利用者が帰宅したことを通知する。
・侵入者検知を,Sライトの人感センサを使用しない(ア)“新しい侵入者検知"
に変更する。新しい侵入者検知では,リビングのSライトは“あなたの名前
は何ですか"などの音声を(イ)必要なときだけ再生し,Sホームサーバは,
その応答の音声を声紋認証することによって子供の利用者と侵入者とを区別
する。
・(ツ)帰宅した子供の利用者に向けて,リビングのSライトから伝言を再生す
る。
なお,“不在モードから留守番モードへの大移”以外の防犯モードの乱移につ
いては,説明を省略する。
ー13一
(1)新たに追加したSホームサーバで子供の利用者の画像認証を行うようにし
ている。その利点をプライバシー保護の観点から,55字以内で述べよ。
(2)留守番モードの侵入者検知について,@,(b)に答えよ。
(a)下線(ア)について,従来の侵入者検知から変更した理由を,35 FLA
で述べよ。
(b)下線(イ)について,必要なときとは,どのようなときか。50字以内で
述べよ。
(3)防犯モードに留守番モードを追加した後の不在モードにおいて,子供の利
用者以外の人が子スマホを拾い,Sドアホン子機と通信させ,Sドアホン子機
のボタンを押しても,Sドアロックの解錠を行うことができない。解錠を行う
ことができない理由を,25字以内で述べよ。また,このときスマートホーム
の機能の中で,どの機能によって,どのような動作がされるか。35字以内で
述べよ。
(4)下線(ウ)について,帰宅した子供の利用者がリビングに入室したとき,S
カメラで撮影した画像から人を検出できないこともある。このことを考慮し
て,Sライトからの伝言の再生を開始させる条件を,40字以内で述べよ。
=n hf=
出典:令和2年度 10月 エンベデッドシステムスペシャリスト試験 午後Ⅱ 問1 設問3
共通の文章
スマートバスシステムに関する次の記述を読んで,設問13に答えよ。
E社は,バスの運行管理及び運転状況を監視して安全運転支援を行うスマートバス
システムを開発している。スマートバスシステムのシステム構成を図1に示す。
スマートバスシステムは,次に示す機器及び設備から構成される。
・車載通信機(以下,車載器という)を搭載したバス(以下,スマートバスという)
・スマートバスの運行経路上に配置され,車載器と無線通信を行う路側通信機(以
下,路側機という)
・バス停に設置され,タッチパネルを有する表示機を備え,スマートバスの運行情
報の表示などを行う端末(LAE,バス停表示機という)
・スマートバスの情報を収集,分析し,スマートバスの運行を管理する管理サーバ
スマートバス[バス穫TOT
Sena)__四:バス停表示機 =L Blk S|!|(凡例)
|||[]:路側機
_図1スマートバスシステムのシステム構成
路側機は,スマートバスの運行経路上の各交差点の直前に設置されている。また,
バス停には,バス停表示機及び路側機が設置されている。
バス停表示機及び路側機は,専用回線を介して管理サーバに接続する。
車載器及び路側機は固有のIDをもち,それぞれ車載器ID,路側機IDと呼ぶ、。バ
ス停に設置された路側機の路側機IDには0て999,交差点に設置された路側機の路側
機IDには1,000~4,999,車載器IDには5,000~5,999の範囲内の値が設定される。
[スマートバスの概要)〕
スマートバスは,従来のバスの車両に,運転席カメラ,車載器などが搭載された
バスであり,運賃の精算は交通系ICカードに限る。スマートバスの主な構成要素を
表1に示す。制御部以外の各構成要素は全て,制御部と接続されている。
表1スマートバスの主な構成要素
制御部・MPU,RAM,リアルタイムクロック,フラッシュメモリなどを内蔵しており,スマート バス全体を制御する。
・路側機などの外部と通信を行う。アンテナは,スマートバスの前部に設置される。
・運転中は。20フレームノ秒で運転手の顔を撮影する。オートフォーカス及び自動露出機
運転席カメラ能をもっており,夜間でも撮影が可能である。
・撮影した画像は300,000画素で,1画素当たり3バイトである。
・制御部から指示された内容を表示する。
運転席マイク・入力された音声信号を制御部に送信する。
運転席スピーカ|・制御部からの指示に従って,警告音を出力する。
・制御部からの指示に従って,音声を出力する。
降車ボタン・乗客が,次のバス停での降車希望を運転手に伝えるときに使用する。
・制御部から指示された内容を表示する。
・車両制御ネットワークであるCANを介して,ブレーキやハンドルなどの車両制御装置と
接続されている。
pe・制御部から皿急停車指示を受信すると,ハザードランプを点滅させ,ハンドル及びブレー キを操作し,定められたシーケンスに従って,スマートバスを安全に停車させる(以下,
緊急停車という)。緊急停車の後,制御部から緊急停車解除通知を受信するまでは,運転
手によるハンドル及びアクセルの操作を受け付けない。
ディジタル式運|・各履歴情報(速度,アクセル操作,ブレーキ操作,ハンドル操作),走行距離,乗降口の
行記録計ドアの開閉情報などを記録する。
ee・交通系ICカードをタッチすることによって通信し,読取り及び書込みができる。読み取 った交通系ICカードのID(以下カードIDという)を制御部に送信する。
ani BER ICカードをタッチすることによって通信し,読取り及び書込みができる。カード
IDを基に,制御部に問い合わせて乗車料金を精算する。
menisci:AACR RESETS),ESE,MARRIES TEES
・運転席に設置されており,押されると,制御部に解除ボタン押下を送信する。
注記交通系ICカードは一人1枚の利用とし,乗車時には乗車リーダに,降車時には運賃機にタッチすること
によって,乗客の人数を正確に把握する。
スマートバスは始発のバス停の出発前に,管理サーバから経路情報と運賃情報を
受信して,フラッシュメモリに保存する。経路情報には,始発のバス停から終着の
バス停まで順に並んだ,路側機ID及びバス停の名称(X駅,Y高校など)が含まれ
ている。
〔バス停表示機〕
バス停表示機の外観を図2に示す。バス停表示機のタッチパネル表示部は,上側
の各種情報表示領域と,下側のバス運行情報表示領域の二つの領域に分かれている。
さらに,バス運行情報表示領域は,バス到着予想情報領域と停車希望領域の二つの
領域に分かれている。
asiessanieagin SRR sec y mie
情報表示部
各種情報表示領域/|到着までの7 /|予想時間AR SH
/5分。BO1高校行||
ーー/7分A02 X駅行||較調
wane.Oe:a
17分Bol YY高校行[|較議
19分。A02 X駅行||詳議
タッチパネル表示部停車希望ボタン
注記路線は,ほかの経路と区別するための路線番号を示す。
図2バス停表示機の外観
各種情報表示領域は,管理サーバから送信される路線情報(時刻表,路線図など)
を表示できる。
バス到着予想情報領域には,直近に到着予定であるスマートバスの,到着までの
予想時間,路線及び行き先が最大5件表示される。さらに,“WHA”,“混雑",“空い
TWH”のいずれかで示される混雑情報と,“通過予定",“停車予定"のいずれかで
示される通過停車予定情報が,領域の右側に表示される。
停車希望領域には,スマートバスへの乗車を希望する人が押すための停車希望ボ
タンが,路線ごとに表示される。
〔管理サーバ】
管理サーバは,スマートバス間の間隔調整及び乗客の人数の平準化のために,次
の処理を行う。
・外部のシステムから収集した道路の渋滞情報と,各スマートバス及び各バス停表
示機から収集した情報を保存し,分析する。
・必要に応じて,分析結果に基づく指示・情報を,各バス停表示機に送信し,EX,
路側機を経由して各スマートバスに送信する。
[スマートバスシステムの各和機器間の通信概要〕
車載器と路側機間の通信は,伝送距離30メートル以下,伝送速度4Mビットノ秒
の無線通信を用いる。また,車載器及び路側機は,車載器と路側機問の通信の衝突
を回避する仕組みをもつ。スマートバスシステムの各機器間の通信概要を次に示す。
・路側機は,0.5秒周期で自身の路側機IDを送信し続けており,スマートバスから
の返信を待つ。スマートバスからの返信を受けると,受信した情報を管理サーバ
に送信する。さらに,管理サーバからそのスマートバスへの指示を受信していた
ときは,その指示をそのスマートバスに送信し,COR,管理サーバに送信完了
を送信する。
・スマートバスは,路側機から路側機IDを受信すると,自身の車載器IDを踏側機
に送信する。このとき,乗客の人数,降車ボタン押下など,送信する情報があれ
ば,その情報も併せて路側機に送信する。ここで,スマートバスが路側機に送信
する情報をまとめて,バス情報という。ただし,バス情報に含まれる乗客の人数
は,バス停を出発するときだけ,送信される。
・管理サーバは,スマートバスに指示が必要な場合,該当する車載器IDのスマート
バスが次に通過する予定の路側機と,その次に通過する予定の路側機そをれぞれに
対して,その指示を送信する。その後,一方の路側機から送信完了を受信すると,
他方の路側機に指示取消を送信する。
・管理サーバは,必要に応じて,バス停表示機に表示する情報を送信する。例えば,
路側機からバス情報を受信すると,そのバス情報を送信したスマートバスの運行
経路上にある各バス停の“到着までの予想時間"を計算し,表示の更新が必要な
バス停表示機に計算結果を送信する。
・バス停表示機は,停車希望ボタンが押されると,該当する路線番号を管理サーバ
に送信する。
管理サーバと路側機問の主な通信メッセージを表2に,スマートバスと踏側機問
ー18一
の主な通信メッセージを表3に示す。
表2管理サーバと路側機問の主な通信メッセージ
EE s の送信指示バス停待機指示メッセージはスマートバス間の間隔調整に用い,バス停 スマートバスへ管理サーバジ又はモニタ表示情報メッセージを送信するように指示する。ここで, 停車指示メッセージは停車希望ボタンが押されたときに用いる。
表3スマートバスと路側機問の主な通信メッセージ
2a 注記スマートバスは,バス停に停車(待機を含む)しているとき,乗降口のドアを開けている。
〔安全運転支援〕
スマートバスシステムは,スマートバスがバス停に停車中以外のとき,次に示す
安全運転支援を行う。
・スマートバスの制御部は,運転席カメラからの画像,及びディジタル式運行記録
計からの情報を解析して,運転手の異常を検知すると,必要に応じて運転手又は
乗客に警告したり,バスを上緊急停車させたりする。
・運転席カメラからの画像の解析では,運転手の目の開閉状況を検出し,眠気及び
居眠りを判定する。目が0.5秒以上2秒以下連続して閉じたことを,20秒以内に5
回検出すると,眠気と判定する。目が2秒以上連続して閉じていることを検出す
ると,居眠りと判定する。また,目を1.5秒間検出できなかった場合には,MAL
判定する。
ー19一
・ディジタル式運行記録計からの情報の解析では,各有履歴情報を基に,急加速,A
減速及び蛇行を判定することができる。
運転手の異常のレベルとして,異常なしを示す異常レベル0と異常レベル1~3の,
合計4段階がある。異常レベル1~3への移行条件及び異常レベル1~3の制御部の
処理内容を表4に示す。異常レベル1~3への移行は,表4に示す移行条件のいずれ
か一つを満たし,異常レベルが低いレベルから高いレベルムへ移行する場合に行われ
る。
表4異常レベル1一3への移行条件及び異常レベル1~3の制御部の処理内容
移行条件制御部の処理内容
・1分間に急加速|・運転席モニタに警告を表示する。5秒経過すると,警告を消去して,異
i又は急減速を3常レベル0に移行する。
回検知
・眠気と判定
・脇見と判定・運転席スピーカから和警告音を出力する。
2・蛇行と判定・運転席モニタに最大5秒間,警告を表示する。5秒経過する前に解除ボ
タン押下を受信すると,警告を消去して,異常レベル0に移行する。
・居眠りと判定・緊急停車を知らせる音声を,乗客用スピーカから出力する。
・異常レベル2で|・運転席モニタに警告を表示する。
3 5秒間解除なし・緊急停車装置に緊急停車指示を送信する。
・緊急停車ボタン|・緊急停車の後,解除ボタン押下を受信すると,警告を消去して,RAE
押下を受信車装置に緊急停車解除通知を送信し,異常レベル0に移行する。
[スマートバスの制御部のソフトウェア構成]
スマートバスの制御部のソフトウェアには,リアルタイムOSを用いる。制御部の
主なタスク構成を図3に,制御部の主なタスクの処理概要を表5に示す。
=e 7]Ger se Sl Se画像解析
注記実線の矢印は,メールボックスを使用したタスク間のメッセージ通信の方向を示す。
図3制御部の主なタスク構成
表5制御部の主なタスクの処理概要
・制御部全体の制御,及びバス情報の管理を行う。
・通信タスクから路側機ID情報メッセージの通知を受けると,路側機IDをフラッシュメモリに記
録し,バス情報通知メッセージの送信を通信タスクに通知する。
・通信タスクから表3に示す指示メッセージの通知を受けると,運行管理タスクに転送する。
・通信タスクからモニタ表示情報メッセージの通知を受けると,フラッシュメモリに記録する。
・運行管理タスクから通知を受けると,必要に応じてバス情報を更新する。
メイン・定期的にフラッシュメモリ内に記録されたディジタル式運行記録計の情報を参照して,スマート
バスが走行中か,①バス停に停車中かを判断し,次の処理を行う。
-“バス停に停車中"から“走行中"に須移した場合,安全運転支援タスクに動作開始を通知す
るとともに,運行管理タスクにそのことを通知する。さらに,②乗客の人数を更新し,バス情
報通知メッセージの送信を通信タスクに通知する。
-走行中"から"バス停に停車中"に居移した場合,安全運転支援タスクに動作停止を通知す
るとともに,運行管理タスクにそのことを通知する。
・乗車リーダからカードIDを受信すると,そのカードIDと乗車したバス停の路側機IDをフラッ
Reteシュメモリに記録する。
・運賃機からカードIDを受信すると,運賃情報を基に乗車料金を計算して,運賃機に送信し,フ
ラッシュメモリから該当するカードIDの情報を削除する。
に,③必要な情報を安全運転支援タスクに通知する。
・動作開始の通知を受けると,安全運転支援機能を有効にし,異常レベルを0にする。動作停止の
通知を受けると,安全運転支援機能を無効にする。
・安全運転支援機能が有効な場合は,次のように動作し,その動作中に受けた通知及び異常レベル
の更新の情報をフラッシュメモリに記録する。
_-記録計タスク若しくは画像解析タスクから通知を受けた場合,異常レベル2に移行して5秒経
ce|通した場合又は[。|場合関連するタスクに必要な情報を通知し。必要に応じて
紫急停車装置に緊急停車指示を送信して,異常レベルを更新する。
-異常レベル1に移行して5秒経過した場合又は異常レベル2で解除ボタン押下を受信した場
合,モニタタスクに通知して,異常レベルを0に更新する。
-紫急停車の後に解除ボタン押下を受信した場合,⑤関連するタスクに必要な情報を通知し,K
急停車装置に緊急停車解除通知を送信して,異常レアベルを0に更新する。
眠気居眠り又は脇見と判定したときは,その判定結果を安全運転支援タスクに通知する。
・次のバス停におけるスマートバスの運行予定(通過,停車又は待機のいずれか)をバス停運行予
定として管理する。
・メインタスクから通知を受けると,必要に応じて,バス停運行予定を更新し,モニタタスクに通
運行管理知する。バス停運行予定が停車の場合に:,メインタスクからバス停通過指示メッセージの通知を
受けたときは何も行わない。
・降車ボタンが押されたことを検知すると,メインタスク,モニタタスク及びスピーカタスクに通
知し,さらに,バス停運行予定が通過の場合は,停車に変更する。
・乗客朋モニタの表示を10秒ごとに,経路情報,運賃情報を交互に切り替える。
問問2 設問1
設問1スマートバスシステムの仕様について,(①~て(3⑬③)に答えよ。
(1)スマートバスシステムの通信について,@M~OKBAE.
スマートバスシステムの通信シーケンスの例を図4に示す。図4は,次に
示す状況において,スマートバスzの路線番号を示す停車希望ボタンが,バス
停表示機xで押された時点からの通信シーケンスの例である。
・スマートバスzは,路側機,バス停xの順で正常に走行し,かつ,降車ボ
タンが押されていない。
・路側機x,。yには,スマートバスzへの指示の情報,運転席モニタ及び乗客
用モニタに表示する情報がない。
・管理サーバには,バス停表示機xの各種情報表示領域の表示を更新する情
報がない。
>修x
see ree|ee ee feel Vel oe eee
停車希望ボタン|
が押されたへ
ae C2] a(
Too fd ce CL; DT
Ce
注記路側機x。yから周期的に送信される路側機D情報メッセージは,一部省略している。
図4スマートバスシステムの通信シーケンスの例
(a)図4中の|b|]で示す通信メッセージを,表2中のメッセージ名で
答えよ。また,その通信内容を表3中のメッセージ名を用いて,35 FUN
で述べよ。
>)図4中の|<|で示す通信内容を,35字以内で述べよ。
©図4中の|q],|。|で示す通信メッセージを,表2中の
メッセージ名で答えよ。
(2)スマートバスと路側機問の通信について,(⑱)て(c)に答えよ。
(a)FAM ID情報メッセージを受信したスマートバスが,車載器IDの情報
だけを送信するのは,どのような場合か。25字以内で述べよ。
(b)次に示す状況を全て満たしているときに,スマートバスmが始発のバス
停及び終着のバス停以外のバス停nで停車する場合がある。どのような場
合か。25字以内で述べよ。
・バス停nで乗車を希望する人はおらず,バス停nのバス停表示機で,ス
マートバスmの路線番号を示す停車希望ボタンが押されていない。
・スマートバスmでは,NAG nで降車する乗客はおらず,バス停n CH
車ボタンが押されていない。
・スマートバスmでは,運転手の異常レアベルが0となっている。
(c)スマートバスがバス停を出発するときだけ,スマートバスが送信する情
報を答えよ。
(3)運転手の異常検知について,(@)~(c)に答えよ。
運転席カメラにおいて一つのフレームの画像データがそろったとき,制御
部は,そのフレームの画像データを取り込んで,次のフレームの画像データ
がそろう前に異常レベルの判定処理を完了する。
なお,目が閉じているフレームがn個連続したとき,目が閉じている時間
lk,フレームn個分の時間とする。
(a)異常レベルの判定処理に通信処理も含めて最大10ミリ秒掛かるとき,1
フレームの画像データの取込みに必要な転送速度は,何Mビットノ秒以上
か。人答えは,小数第1位を切り上げて,整数で求めよ。ここで,1Mビット
10?ビットとする。
(b)0.5秒以上2秒以下の時間で,目が連続して閉じたことを検出した回数が
0回である。このとき,異常レベル1に移行するまでには,目が閉じている
フレームの数は最少幾つ必要か。整数で答えよ。
(c)異常レベル0の状態において,目を検出できないフレームが36フレーム
ー29—
連続した後,目が閉じているフレームが50フレーム連続したとき,異常レ
ベル2に移行し,さらに,異常レベル3に移行した。異常レベル2に移行
したフレームの次のフレームから数えて何フレーム後に異常レベル3にな
ったか。整数で答えよ。
出典:令和2年度 10月 エンベデッドシステムスペシャリスト試験 午後Ⅱ 問2 設問1
問問2 設問2
設問2制御部のタスクについて,①⑪ぐ(3)に答えよ。
(①メインタスクについて,@,(⑪)に答えよ。
(ac)表5中の下線のについて,メインタスクは,スマートバスの速度情報,
通信タスクから受信した路側機ID,及び乗降口のドアの開閉情報を用いて,
スマートバスがバス停に停車中かどうかを判定している。この判定におい
て,乗降口のドアの開閉情報が必要な理由を,45字以内で述べよ。
(bt)表5中の下線②の乗客の人数は,フラッシュメモリ内の情報を基に算出
できる。その情報を,表5中の字旬を用いて答えよ。
(2)表5中の下線について,必要な情報とは何か。本文中の字旬を用いて答
Ki See
(3)安全運転支援タスクについて,(a),⑪)に答えよ。
@)表5中の|a|に入れる適切な内容を,20字以内で答えよ。
(b)表5中の下線④と下線⑥の処理では,通知先のタスクが一部異なる。下
線④で通知を受けることがあるが,下線⑥では通知を受けることがないタ
スクを,表5中のタスク名で答えよ。
出典:令和2年度 10月 エンベデッドシステムスペシャリスト試験 午後Ⅱ 問2 設問2
問問2 設問3
設問3スマートバスシステムの追加機能について,①⑪~て(④に答えよ。
バス停からーつ前の路側機とバス停との距離が長い区間において,同じ運行
経路のスマートバスが2台続いて車間距離が短くなったときも,スマートバス
間で車車間通信を行うことによって,スマートバス間の間隔調整及び乗客の人
数の平準化ができるシステムにすることを検討した。
車車間通信及び2台のスマートバスの制御内容について検討した結果を,次
に示す。
・後方のスマートバスと通信を行う車載器(以下,後方車載器という)を新た
に追加し,後方車載器のアンテナは,スマートバスの後部に設置する。
・後方車載器は固有のIDをもち,後方車載器IDと呼ぶ。後方車載器IDには
6,000~6,999の範囲内の値が設定される。
ーー
・スマートバスは,バス停から一つ前の路側機を通過すると,後方車載器を使
用して,後方車載器IDを送信する。後方のスマートバスからの応答を受信し
なければ,一定間隔で後方車載器IDの送信を繰り返す。後方車載器が後方の
スマートバスからの応答を受信した場合,又は既存の車載器(以下,前方車
載器という)がバス停に設置された路側機から路側機IDを受信した場合は,
後方車載器からの後方車載器IDの送信を停止する。
・後方のスマートバスは,前方車載器で6,000番台のIDを受信すると,HAH
載器を使用して,前方車載器の車載器ID,経路情報などの情報(以下,KH
情報という)を送信する。
・前方のスマートバスは,後方車載器で受信したIDが5,000 FAT,かつ,後
方のスマートバスと運行経路が同じであれば,次の処理を行う。
-後方のスマートバスに対して,バス停停車指示メッセージ,又はバス停待
機指示メッセージの送信要人否を判断し,必要に応じて送信する。
-自身のバス停の通過要否を判断する。
例えば,前方のスマートバスが,管理サーバから路側機経由でバス停停車指
示メッセージを受信しているが,自身の降車ボタンが押されていない場合,
後方のスマートバスの乗客の人数,又は降車ボタン押下の有無によっては,
前方のスマートバスはバス停を通過と判断し,後方のスマートバスにバス停
停車指示メッセージを送信することもある。
制御部のソフトウェアの変更について検討した結果,車車間運行判定タスク,
後方通信タスクを新たに追加し,既存のメインタスク及び運行管理タスクを変
更することにした。制御部のタスクの追加・変更概要を表6に示す。
ー25一
表6制御部のタスクの追加・変更概要
追加・変更概要
・バス停から一つ前の路側機を通過すると,動作開始を車車間運行判定タスクに通知する。
ire・通信タスクから路側機D情報メッセージの通知を受けると,受けた通知が|{ ]の場合
動作停止を車車間運行判定タスクに通知する。
・通信タスクから| g|の通知を受けると,を通信タスクに通知する。
・バス停運行予定の停車を,降車ボタンによる停車と,管理サーバからの指示による停車に区別し
enて管理する。 ・車車間運行判定タスクから通知を受けると,バス停運行予定を,受けた内容に更新し,モニタタ
スクに通知する。
・動作開始の通知を受けると,後方車載器IDの送信を後方通信タスクに通知し,その応答を待
つ。
・後方通信タスクから応答がなければ,一定間隔で後方車載器IDの送信の通知を繰り返す。
・後方通信タスクから応答の通知を受けると,受けた[|h|とスマートバス自身のバス停運
車車間運|行予定などの情報を基に,必要に応じて次の処理を行う。
行判定-後方のスマートバスへの,バス停停車指示メッセージ又はバス停待機指示メッツセージの送信要
否を判断し,判断結果が“送信要”のときは,後方通信タスクに通知する。
-バス停運行予定が降車ボタンによる停車以外の場合,次のバス停の通過要否を判断する。判断
結果が通過のときは,運行管理タスクに通知する。
・動作停止の通知を受けると,後方車載器IDの送信の通知を終了する。
後方通信|・後方車昔器を介して,後方のスマートバスとの通信を行う。I
(1)後車情報に必要な情報として前方車載器の車載器ID及び経路情報のほか,
何が必要になるか。二つ答えよ。
@)表6中の| f|に入れる適切な内容を答えよ。
3表6中の|ge|],[|h|に入れる適切な字句を答えよ。
(4)追加機能の動作検証について,(a),⑪)に答えよ。
追加機能の動作検証を実施したところ,前方のスマートバスの降車ボタン
が押されたにもかかわらず,前方のスマートバスの運転席モニタに“バス停
Wa”と表示される事象が発生することが分かった。
(4)どのようなタイミングで降車ボタンが押されたことを検知すると今回の
事象が発生するか。35字以内で述べよ。
(b)今回の事象を解消するために,表5中に示すタスクの処理を変更するこ
とにした。どのタスクを,どのように変更すればよいか。変更するタスク
名を,表5中のタスク名で答えよ。また,変更内容を65字以内で述べよ。
[メモ用紙]
出典:令和2年度 10月 エンベデッドシステムスペシャリスト試験 午後Ⅱ 問2 設問3