2015/02/17 近距離無線を用いた交差点安全支援 愛知工科大学工学部情報メディア学科宇野新太郎 中部 IT 融合セミナー資料 1

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1 2015/02/17 近距離無線を用いた交差点安全支援 愛知工科大学工学部情報メディア学科宇野新太郎 中部 IT 融合セミナー資料 1

2 目次 1. 研究の背景 2. 従来研究 3. 採用した近距離無線 4. 交差点における実証実験 (1) 5. 提案方式の課題 MHzの特徴 7. システム構成図 8. 交差点における実証実験 (2) 9. 実証実験 (1) と実証実験 (2) の比較 10. 近距離無線を用いた歩行者安全支援 11. まとめ 12. 今後の課題 2

3 1. 研究の背景 交通事故内訳 (2012 年 ) 出会い頭事故は 2 番目に多い http// 3

4 出会い頭事故内訳 約 7 割が信号機のない交差点で発生 ITARDA,No.69,2007 4

5 5 事故の当事者の組み合わせ 自動車対自動車だけでなく 自動車対自転車の事故も多い

6 交差点出会い頭事故数は 2 番目に多い その 7 割が信号機のない交差点で発生している 愛知県 12 年連続交通事故死者数ワーストワン 信号機のない小規模交差点での出会い頭衝突防止システムの早期実現が求められている 6

7 2. 従来研究 1 車と道路の間の通信を利用したDSRC(Dedicated Short Range Communication) や700MHz 帯を利用したシステムなどが検討されて 大都市で実証実験が始められている これらは 大規模交差点が中心であり 消費電力や開発コストも大きい 2ASVにおけるミリ波衝突防止装置や 車車間通信による出会い頭衝突防止警報装置などが検討されている 衝突防止として 一部実用化も行われているが 見通しの悪い交差点をすべてカバーできない 7

8 DSSS 光ビーコン 電波ビーコンを使い 出会い頭衝突防止のための実証実験をおこなっている VICSの発展形であり 幹線道路が対象となっている 8

9 700MHz の適用例 9

10 実用化されている ASV ミリ波レーダー ミリ波レーダーを使用して追突防止を図る 車線変更時 車が接近していたら警告 車間距離の把握 10

11 3. 採用した近距離無線 安価な無線通信手段を使って実現ができないかを検討した結果 ZigBee に着目した ZigBee は IEEE で規格が検討されている 2.4GHz の安価で消費電力の少ない近距離無線通信規格の 1 つであり センサネットワークをはじめ今後の進展が期待されている通信手段である 11

12 DSRC と ZigBee との比較 DSRC( 理論値 ) ZigBee( 理論値 ) 周波数 5.8GHz 14ch 2.4GHz 16ch 通信方式 ASK 及びQPSK O-QPSK 伝送距離 数 m~30m 見通し100m 伝送速度 1024kbps kbps 指向性 狭域 全方位 トポロジ スター P-P スター 拡張スター メッシュ ZigBee は伝送速度が遅いが 伝送距離の面でメリットがある ZigBee のコスト 消費電力では DSRC の 1/10 以下 12

13 ZigBee と WLAN との比較 WLANのサービスはすでに種々普及しており WLANを使用した場合に 安全支援サービス用データが チャネル不足により送信できなくなったり 通信時間が非常にかかる場合がある WLANは 車車間通信のようなP-P 通信 アクセスポイントを介した P-MP 通信に向いているが マルチアクセスポイント間通信を考慮したネットワーク構成には不向きな場合がある WLANは広帯域 高速通信が可能であるが 安全支援では大量のデータ送信は不要である ZigBee のチャネルは 16 個あり WLAN と重ならない周波数選択が可能であり 重なったとしても共存が可能である 13

14 ZigBee のトポロジー 管制デバイス (ZC) 中継デバイス (ZR) 末端デバイス (ZED) 出典 :ZigBee Alliance 14

15 研究手順 ZigBee を交差点安全支援に適用する 1. フィージビリティテスト ( 路側に ZC, 自転車 自動車に ZED を置き 低中速で移動する ZED と ZC 間の接続実験 ) 2. ソフトウェアを作りこみ 交差点において自転車 自動車が近づいていることを通知する他車接近通知システムに関する実証実験 15

16 フィージビリティテスト ZigBee 端末を自転車 自動車に搭載し 路側にコーディネータを置き 移動しても通信が確保できるかどうかのフィージビリティテストを行った その結果 低中速度でも通信の目安である -80dBm 以上であることが確認された 通信強度 [dbm] 速度 [km/h] 16

17 4. 交差点における実証実験 (1) :ZigBee コーディネータ (ZC) :ZigBee ルーター (ZR) :ZigBee 端末 (ZED) 搭載車両 :Zigbee 無線によるコネクション 17

18 信号機のない交差点 交差点 - 路側器約 35m 路側器アンテナ高 0.7m 蒲郡市緑地公園 18

19 他車接近通知 2 台の車を使い 速度を変えて 下の通知が出るかどうか また 通過後消えるかどうかの試験を行った 19

20 車載機 20

21 路側機 21

22 実証実験結果 (1) 日付 速度試行回数成功回数 10/26 歩行者 - 自転車 /31 歩行者 - 自動車 ( 徐行 ) 11/2 自動車 - 自動車 (40k/h) /14 (40k/h) /21 (40k/h) 1 1 (60k/h) /7 (60k/h) /14 (80k/h) 2 2 1/16 (60k/h)

23 実証実験評価 ネットワーク参加時間 (ZigBee 端末がネットワーク参加要求を送信し 参加成功までの時間 ) としては 実証実験において 1233msec~1272msec となった 車両から他の車両への通知時間は 156msec~ 210msec となった 車両から他の車両への通知時間は 156msec~210msec となった これは 総務省で検討されている 700MHz 帯安全運転支援通信システムにおける技術要件において システム遅延時間 + システム処理時間が 400msec 以内であること を満たしている 23

24 5. 提案方式の課題 2.4GHz 帯は WLAN と Bluetooth と同じ周波数帯であり 高トラフィック下では ZigBee のチャネルが使えない場合が想定される ZigBeeは初めにネットワーク参加を行う必要があり その分の通信時間が必要となる ZigBeeの通信距離は高々 100mぐらいであり それ以上の通信距離があれば 少ない路側装置で交差点のかなり手前から通知が可能となる HEMSで注目を集めている920MHzに着目車載器と路側器との通信に採用 24

25 6.920MHz の特徴 ISMバンド 電波の到達距離が長い 回り込み特性がよい 低消費電力 ZigBeeよりは低速 ( 最大 100Kbps) 25

26 920MHz 電波特性 橋爪 920MHz 帯無線技術の動向とスマートコミュニティへの適用例 ZigBee フォーラム

27 920MHz の使用例 藤原 センサネットワークによる道路監視システムの開発 ワイヤレステクノロジーパーク 2013 センサネットワーク 27

28 7. システム構成図 ZigBee コーディネータ ZigBee ルータ ZigBeeルータと920MHz 親機は同じPC 上で動作 路側 920MHz 帯 車 ( 車載 920MHz 帯 ) 通信の流れ 28

29 システムの概要 交差点に車が進入 路側 920MHz と車載 920MHz が通信 路側 920MHz が受信したデータを ルータがコーディネータへ送信 ZigBee コーディネータ コーディネータは車載 920MHz 宛に 他車情報を送信 ZigBee ルータ 路側 920MHz 帯 車が交差点を通過したら ネットワークから離脱 車 ( 車載 920MHz 帯 ) 通信の流れ 29

30 各部の役割 ZigBee コーディネータ 各 ZigBee ルータの管理 車載器宛に他車の情報を送信 ZigBeeルータと路側 920MHz 装置 データを変換し 送信 車載 920MHz 帯装置 路側 920MHz 装置の検索 受信データを基に ドライバーへ警告 30

31 使用モジュールと I/F ボード ZigBee モジュール 920MHz モジュール I/F ボード ( 電池駆動 ) NEC/NEC エンジニアリング社製 31

32 8. 交差点における実証実験 (2) 愛知県額田郡幸田町の信号機のない小規模交差点 32

33 路側器の設置場所 路側器 路側器 ZC 路側器 33

34 実験手順 1 交差点に 各モジュールを設置する ZC 路側器間では 35~45m がデータ送信での最適な距離となる また モジュールの高さ ( アンテナ高 ) は 路側器 : 約 1.8m 車載器 : 約 0.8~1m ZC:0.7m とする 送信出力は 10mW とした 2 路側に設置されているモジュール間でネットワークを構築する 3 車載器が乗っている車両が通過ごとにログ監視車載器が乗っている車両の車速は 西側 :30~40Km/h( 基本 40km/h 他車とすれ違い時減速 ) 南側:20Km/hとする 34

35 車載器表示 35

36 路側器 36

37 結果 速度試行回数成功回数成功率 20~40km/h % 6 回中 6 回で 交差点からおよそ150m 手前で 警告の表示があり安定した結果が得られた 37

38 9. 実証実験 (1) と (2) の比較 警報表示 伝搬遅延 実証実験 (1)(ZigBee) 交差点 40m 付近 ネットワーク参加時間 1233~1272msec データ伝送遅延 156msec~210msec 実証実験 (2)(ZigBee+920MHz) 交差点 150m 付近 94~360msec 実証実験 (2) においても 総務省で検討されている 700MHz 帯安全運転支援通信システムにおける技術要件において システム遅延時間 + システム処理時間が 400msec 以内であること を満たしている 参考停止時間 ( 秒 ) = 反応 ( 空走 ) 時間 ( 秒 ) + 制動時間 ( 秒 ) 時速 40Km の場合 16m, 時速 50km の場合 23m 38

39 小型化について 39

40 降雨対策について 40

41 10. 近距離無線を用いた歩行者安全支援 ( 目的 ) 信号機のない小規模交差点で 車と歩行者 ( 高齢者 児童 ) の衝突事故を防ぐ ( 方法 ) 1. 歩行者に ZigBee 端末 (ZED) を持たせる 2. 交差点に ZigBee コーディネータ (ZC) を置き さらには ZC に LED パネルを接続する 3. 歩行者が交差点に近づくことにより (3-1)ZED がネットワーク参加 (3-2)LED にて歩行者接近通知を表示 (3-3)ZED ネットワーク離脱後に表示を消去 41

42 提案内容 ( 概念図 ) 歩行者接近中 ZC 車 ZED 42

43 工場内安全支援システム 歩行者安全支援システムにおける端末 NEC エンジニアリング製 43

44 11. まとめ ZigBee を使った交差点安全支援について 自転車対歩行者 車 ( 徐行 ) 対歩行者 車対車 (40km/h,60km/h,80km/h) において 成功率 10 割で 歩行者あるいは 他車が近づいていることを車載器につながる PC 上に警告表示することができた ZigBee の問題点を解決するために 新しく 920MHz 帯を車載器 路側器に導入した 実際に実証実験を行い 交差点よりおよそ 150m 手前で他車接近通知ができることを確認した 車対車だけでなく 車対自転車 車対歩行者にも適用が可能である 今後は より詳細なデータ取得並びに実証実験を継続的に行っていく予定である 小型化 降雨対策 商用化ステップについても同時に検討を進めていく予定である 44

45 12. 今後の課題 車載機のない車への対応 車載器無しバージョンの開発 車載器搭載の車を発見したら交差点で表示するなど 電源はどうするか 電池駆動であると保守が大変 電柱や太陽光などの利用 Keep aliveはどうするのか 遠隔で確認できるようにする 45

46 今回参考までに お手元に 1 枚のリーフレットを入れさせていただきました ご関心のある方は下記までご連絡ください 愛知工科大学工学部情報メディア学科 宇野新太郎 ( 内線 7810) 46

47 ご清聴ありがとうございました 47

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