令和3年度 秋期 エンベデッドシステムスペシャリスト試験 午後Ⅱ 問題 問1 駅構内で稼働するサービスロボット群のステータス管理とセンサによる物体認識

案内ロボの巡回案内サービスでは、「案内を求めている利用者を探して声を掛ける」と決められています。
声を掛ける対象となる利用者の条件は、表3「声を掛ける内容」より、状態が「リンプ（歩行が不自由、ゆっくり歩いている）」または「ステイ（留まっている）」である場合です。

表6「案内ロボが認識している利用者」の行動を確認します。

• 利用者1：通路を足早に歩いているため「ウォーク」に該当し、声を掛ける対象外です。
• 利用者2：出口案内板の前に立ってのぞき込んでいるため「ステイ」に該当します。
• 利用者3：商業エリア内で立ち止まっているため「ステイ」に該当します。

該当する利用者が複数いる場合、本文〔巡回案内サービス〕に「案内ロボに最も近い利用者を対象とする」というルールがあります。
表6を見ると、案内ロボからの距離は利用者2が7メートル、利用者3が10メートルです。
したがって、対象となる利用者のうち、より距離が近い利用者2に声を掛けることになります。

高得点のポイント

• 利用者1が状態の条件（リンプまたはステイ）に合致しないことを指摘しているか。
• 利用者2と利用者3を比較し、利用者2の方が案内ロボからの距離が近いことを根拠として挙げているか。

本文〔案内ロボのステータス〕(4)より、「接客中の案内ロボは利用者への対応が終わるとRサーバに通知し，ステータスが更新される」とあります。
この通知により、対象の案内ロボは「接客中」以外のステータスに移行可能な状態となります。

一方、〔案内ロボの割当て〕(1)には、「全ての案内ロボのステータスが接客中の場合，Rサーバは，接客中以外の案内ロボが見つかるまで割当てを保留し，呼出し端末のスピーカで現在対応できる案内ロボがいないことを利用者に知らせる」という仕様が記載されています。

したがって、施設案内サービスを終えた案内ロボがRサーバに通知した直後、Rサーバがこの「保留していた割当て」を即座に実行した場合、その案内ロボはすぐに再び「接客中」のステータスへと更新されることになります。

高得点のポイント

• Rサーバ側で新たな割当て処理が「保留」されている状況に言及できているか。
• 単に「呼出し端末のボタンが押されたとき」とするのではなく、保留状態であることを具体的に記述できているか。

まず、5台の案内ロボの初期ステータスの内訳を確認します。
駅員の設定により、「宣伝中」が3台、「待機中」が1台です。接客中が0台であるため、残りの1台は「巡回中」となります。
（ステータス内訳：宣伝中3、待機中1、巡回中1、接客中0）

次に、事象が起きたあとのステータスの変化を追います。

1. 巡回中のロボット1台が利用者から話し掛けられ、「接客中」になります。
   （ステータス内訳：宣伝中3、待機中1、巡回中0、接客中1）

2. 数秒後、呼出し端末のボタンが押され、宣伝中のロボット1台が「接客中」になります。
   （ステータス内訳：宣伝中2、待機中1、巡回中0、接客中2）

この結果、宣伝中の案内ロボが2台となり、設定された3台より少なくなります。
本文〔案内ロボの割当て〕(2)のルールでは、「宣伝中の案内ロボの台数がRサーバに設定した台数より少なければ，Rサーバは，巡回中の案内ロボのうち1台に宣伝中のステータスを割り当てる。このとき，もし巡回中の案内ロボがいなければ，待機中の案内ロボのうち1台に宣伝中のステータスを割り当てる。割当て後，商業エリアの店舗内で当該案内ロボに宣伝させる」と規定されています。

現在「巡回中」のロボットは0台であるため、Rサーバは「待機中」のロボットに「宣伝中」のステータスを割り当て、商業エリアの店舗内で宣伝させるよう指示を出します。

高得点のポイント

• 指示を出す対象が「待機中の案内ロボ」であることを特定できているか。
• 割り当てるステータス（宣伝中）と、実施させる行動（商業エリアの店舗内で宣伝させる）の両方を過不足なく記述できているか。

図6「警備ロボAが倒された時点の様子」の経路網をもとに、警備ロボA以外の各ロボット（B, C, D, E）がAの位置に到着するまでの最短時間を計算します。
警備ロボの移動速度は、実線ルートが 1.25メートル／秒、破線ルートが 0.5メートル／秒 です。

各警備ロボの最短経路と所要時間は以下の通りです。
※P1〜P7 は説明のために交差点に付けた仮の名前で、図6には書かれていません（P1＝Aがある縦の破線の上端、P2＝右上の角（Bの左）、P3＝Aの下の中央の交差点、P4＝右側の交差点、P5＝左側の交差点、P6＝左下の交差点（Eの右）、P7＝下側中央の交差点）。

• 警備ロボB: B → P4 (実線35m) → P3 (破線40m) → A (破線15m)

  • 35 ÷ 1.25 ＝ 28秒
  • 40 ÷ 0.5 ＝ 80秒
  • 15 ÷ 0.5 ＝ 30秒
  • 合計: 28 + 80 + 30 ＝ 138秒
    ※B → P2 → P1 → A の経路は 142秒 となり遠くなります。

• 警備ロボC: C → P4 (実線45m) → P3 (破線40m) → A (破線15m)

  • 45 ÷ 1.25 ＝ 36秒
  • 40 ÷ 0.5 ＝ 80秒
  • 15 ÷ 0.5 ＝ 30秒
  • 合計: 36 + 80 + 30 ＝ 146秒
    ※C → P7 → P3 → A の経路は 150秒 となり遠くなります。

• 警備ロボD: D → P7 (実線40m) → P3 (破線40m) → A (破線15m)

  • 40 ÷ 1.25 ＝ 32秒
  • 40 ÷ 0.5 ＝ 80秒
  • 15 ÷ 0.5 ＝ 30秒
  • 合計: 32 + 80 + 30 ＝ 142秒

• 警備ロボE: E → P6 (実線10m) → P7 (実線40m) → P3 (破線40m) → A (破線15m)

  • 10 ÷ 1.25 ＝ 8秒
  • 40 ÷ 1.25 ＝ 32秒
  • 40 ÷ 0.5 ＝ 80秒
  • 15 ÷ 0.5 ＝ 30秒
  • 合計: 8 + 32 + 80 + 30 ＝ 150秒

計算の結果、Aの位置に最も早く到着できる上位2台は、所要時間が138秒の B と、142秒の D となります。

高得点のポイント

• 経路と移動速度に基づき、正しく最短時間のロボットを2台導き出せているか。

前問の計算の通り、最も早くAの位置に到着できる警備ロボは B です。
その最短経路は「B → 右側の交差点（P4） → 中央の交差点（P3） → A」であり、所要時間は以下の手順で計算されます。

1. Bから右側の交差点（P4）まで（実線）:
   距離35m ÷ 速度1.25m/秒 ＝ 28秒

2. 右側の交差点（P4）から中央の交差点（P3）まで（破線）:
   距離40m ÷ 速度0.5m/秒 ＝ 80秒

3. 中央の交差点（P3）からAまで（破線）:
   距離15m ÷ 速度0.5m/秒 ＝ 30秒

これらを合計して、
$28 + 80 + 30 = 138$（秒）

答えは 138 となります。

表4「ロボPFの主な構成要素と機能」におけるLIDARの説明には、「色を識別することはできず，隣接する物体を区別することは難しい」という弱点が記載されています。

この弱点を補うための構成要素を探します。同じく表4の 前方カメラ の機能を見ると、「画像分解能が高い」と記載されています。さらに、本文〔DSPの処理〕(1)には「前方カメラで撮影した前方画像からは，人間，障害物などの物体を正確に捉えたり，小さな物体を検出したりできる」と説明されています。

したがって、LIDARと同時に使用することで、隣接する複数の利用者を正確に捉え、誤認識を防ぐことができる構成要素は 前方カメラ です。

高得点のポイント

• 表4中の構成要素名「前方カメラ」を過不足なく正確に抽出できているか。

前方カメラが隣接する複数の利用者を区別するのに有効な理由は、その技術的な特性にあります。

表4「ロボPFの主な構成要素と機能」で、前方カメラの特徴として「画像分解能が高い」ことが挙げられています。
また、本文〔DSPの処理〕(1)において、「前方カメラで撮影した前方画像からは，人間，障害物などの物体を正確に捉えたり，小さな物体を検出したりできる」と述べられています。

LIDARでは点の集合であるため隣接した人間の境界が曖昧になりますが、前方カメラの高い画像分解能を用いることで、人間の形状を正確に捉え、隣接する人物を別々の物体として個別に検知することが可能になります。

高得点のポイント

• 前方カメラの利点である「画像分解能が高い」ことに言及しているか。
• 分解能の高さによって「人間を正確に捉えることができる」という効果を記述できているか。

本文〔LIDARによる計測処理〕の記載から、以下の数値を整理します。

• 合計32本のレーザ光で、1秒間に合計 1,152,000ポイント を計測する。
• LIDARの送受信機は水平回転する。

まず、レーザ光1本あたりの1秒間の計測ポイント数を求めます。
$1,152,000 \div 32 = 36,000$ （ポイント/秒）

次に、水平方向の角度分解能を 0.1度 としたときの、1回転（360度）あたりの計測ポイント数を求めます。
$360 \div 0.1 = 3,600$ （ポイント/回転）

したがって、1秒間に必要な回転速度は、1秒間のポイント数を1回転のポイント数で割ることで求められます。
$36,000 \div 3,600 = 10$ （回転/秒）

答えは 10 となります。

オブジェクトの対地速度（地面に対する相対的な移動速度）を正確に推定するには、移動しているロボット自身の対地速度を計測して差し引く必要があります。
表4「ロボPFの主な構成要素と機能」の中で、ロボットの動きや移動を計測できる構成要素（LIDAR、前方カメラ、超音波センサ以外）を探します。

1つ目の方法として、慣性計測ユニット が該当します。
表4には、慣性計測ユニットの機能として「3軸加速度，3軸ジャイロ及び3軸コンパスをもち，3D空間でのロボットの動きを計測する」と記載されています。この加速度などのデータから、ロボット自身の速度や動きを求めることが可能です。

高得点のポイント

• 表4に記載されている構成要素名「慣性計測ユニット」を用いているか。
• その構成要素が「ロボットの動きを計測する」ものであることを適切に説明できているか。

ロボット自身の対地速度を計測できる2つ目の方法として、駆動部（あるいはその一部であるロータリエンコーダ）を利用する方法が挙げられます。

表4「ロボPFの主な構成要素と機能」には、駆動部の機能として「駆動輪，走行用モータ，ロータリエンコーダなどで構成され，ロボットを移動させる」とあります。
さらに、本文〔駆動部の処理〕において「ロータリエンコーダを用いて，移動した距離を測定できる」と明確に記載されています。単位時間あたりの移動距離から、ロボット自身の移動速度を計算することが可能です。

高得点のポイント

• 表4に記載されている構成要素名「駆動部」（またはその部品であるロータリエンコーダ）を用いているか。
• 車輪の回転から「移動速度」や「移動距離」を求めることができる点を適切に説明できているか。

本文〔自律移動の経路の算出処理〕における「経路計画」と「行動計画」の役割の違いから考えます。
経路計画は、「構内マップの情報を用いて，移動したい位置までの移動経路を決定する」処理です。しかし、構内マップは静的なデータであり、歩行中の利用者や、マップ作成時には存在しなかった一時的な障害物などの動的な情報は含まれていません。

一方、行動計画では、「物体の認識処理，オブジェクトの位置推定処理などを用いて移動経路を補正する」とされています。これは、センサでリアルタイムに周囲の状況を把握していることを意味します。

つまり、経路計画だけでは「構内マップに記載されていない障害物」を認識できず衝突してしまう危険性があります。これを回避するために、センサ情報を用いた行動計画による補正が実施されています。

高得点のポイント

• 経路計画の基になる「構内マップ」に存在しない障害物であることに言及できているか。
• その障害物に対して「接触・衝突する」という事象を回避する目的であることを記述できているか。

本文〔ロボット間の情報共有処理〕によれば、各ロボットは半径20メートル以内にいるロボットに対して、自身が認識した利用者オブジェクト情報（推定位置、サイズ、認識精度など）をリアルタイムで送信・共有します。

ロボット単体では死角が発生したり、センサの届く範囲に限界があったりしますが、周囲のロボットの認識情報を共有することで、同じオブジェクトを多角的に捉えることができます。
これにより、各ロボットが行う「オブジェクトの位置推定処理」の精度を向上させ、より確実な行動計画やサービスにつなげることが可能になります。

なお、情報共有の範囲は「半径20メートル以内」と比較的短いため、広範囲の情報を得るためではなく、あくまで局所的な認識精度の向上が主な利点です。

高得点のポイント

• 情報共有の目的が、オブジェクトの位置推定や認識の「精度向上」であることを明確に記述できているか。
• （誤答回避）「広い範囲の計測」といった、20mという通信範囲の実態に合わない解答になっていないか。

本文〔ロボット間の情報共有処理〕の記述を確認します。
「各ロボットは，ロボットが認識した利用者に対して，表5に示す情報を1秒周期で更新し，無線LANを介してRサーバに送信する。」とあります。
ロボット同士で直接通信することはなく、情報はすべて一度Rサーバへ送信されます。

したがって、ロボットXが「送信する」相手は常にRサーバのみであり、周囲に存在するロボットの台数が何台に増減しようとも、ロボットXが認識している利用者オブジェクトの情報をRサーバへ送信するデータ量は変化しません。
よって、送信データの増加分は 0 バイトとなります。

本文〔ロボット間の情報共有処理〕の記述によると、「Rサーバは，送信したロボットの半径20メートル以内にいるロボットに，受信した情報を転送する」とあります。
つまり、周囲に別のロボットが1台追加されると、Rサーバはそのロボットからの情報をロボットXへ転送するため、ロボットXの受信データ量は「追加されたロボット1台が送信するデータ量」の分だけ増加します。

設問より、各ロボットは「16人分」の利用者オブジェクト情報を送信します。
表5から、1人分の利用者オブジェクト情報のサイズを計算します。

• オブジェクトID：4バイト
• 推定位置：6バイト
• サイズ：6バイト
• そのほかの属性：6バイト
• 認識精度：3バイト
  合計：$4 + 6 + 6 + 6 + 3 = 25$ バイト

追加されたロボット1台分の情報量は、
$25 \text{ バイト/人} \times 16 \text{ 人} = 400$ バイト
したがって、ロボットXの1秒あたりの受信増加分は 400 バイトとなります。

本文〔自律移動の経路の算出処理〕に、「ロボットが構内マップ上の自身の位置を推定し…」とあります。通常、ロボットは駆動部のロータリエンコーダなどを用いて自身の移動距離を測定し、平面上の推定位置を連続的に更新しています。

しかし、エレベータによる移動では、ロボット自身が車輪で移動していなくても、「階層」という大幅な位置の変化が発生します。エレベータを降りた後、ロボットは自分が新しい階のどの地点にいるのかを把握し直さなければ、構内マップと実際の空間にズレが生じ、誤動作の原因となります。

そのため、エレベータから降りた直後には、ロボット自身の推定位置を現在の階層に合わせて新しく更新（再計測・再設定）する処理が必要となります。

高得点のポイント

• エレベータでの移動に伴い、「ロボット自身の位置」を修正・再設定する必要があることを記述できているか。
• 単に「階の変更」だけでなく、位置情報の「更新」という処理内容に言及できているか。

表7「乗換え支援サービスの内容」の「改札階待合せ」において、グループAが階段・エスカレータを利用している間は、「案内ロボの視界から外れる可能性が高い」という課題が挙げられています。

もし「ツアーバッジ」そのものだけを画像処理で追跡しようとした場合、利用者が後ろを向いたり障害物に遮られたりしてバッジがカメラの死角に入ると、追跡が途切れてしまいます。
しかし、監視カメラの画像処理AIを用いて「利用者を個別に認識して追跡」し、その利用者オブジェクト自体に「ツアーバッジの装着」という属性を付与して追跡すれば、一時的にバッジがカメラアングルから見えなくなっても、その人物を同一のツアー客として継続して追跡することが可能になります。

高得点のポイント

• バッジ自体がカメラから見えない状況（カメラアングルや死角など）への耐性が上がることを記述できているか。
• そのような状況でも、グループAの利用者の追跡を継続できるという効果を明確にできているか。

待合せ場所にいる案内ロボは、すでに集合しているグループAの対応に専念しており、不足している利用者を捜しに行くことができません。そこで、システム内に存在する他の手段を活用する必要があります。

駅構内の設備やロボットの機能を活用する方法として、以下の2つが挙げられます。

1. ほかのロボット（巡回中の警備ロボや案内ロボなど）：カメラ等のセンサを備えており、巡回しながら利用者を認識できます。
2. 監視カメラ：表1に記載されている通り、駅構内の全ての階段・エスカレータに複数台設置されており、Rサーバと連携して撮影画像から「利用者を個別に認識して追跡」することが可能です。

これらを用いて、ツアー客の目印となる「ツアーバッジを装着した利用者」を画像認識等で捜索することが、最も効率的で適切な方法です。

高得点のポイント

• 不足分を捜索するための手段として、「ほかのロボット」および「監視カメラ」を挙げることができているか。
• 捜索の対象として、ツアー客の特徴である「ツアーバッジを装着した利用者」であることを明記できているか。