エンベデッドシステムスペシャリスト 2011年 午後1 問03

解答の導き方

1. 表1では、監視装置が貨物のRFタグを読み取り、ドアの施錠を確認して貨物情報を送信した後、管理センタから輸送経路や輸送スケジュールが送られます。その後、運転手が出発を連絡し、管理センタは「追跡の開始条件がそろっていることを確認した後、追跡を開始する」とされています。したがって、経路とスケジュールが届いていることだけでは、追跡を始める準備が整ったとはいえません。
2. 追跡中は位置情報などを管理センタへ送信し、要注視事態があれば緊急通信を行います。そのため、出発前に管理センタと通信できることや、輸送中に監視装置を動かし続けられるだけの電池の放電容量があることを確認する必要があります。また、初期化などで監視装置の異常が見つかっていないことも、正常に監視を始めるための確認事項です。
3. もう一つの確認方法は、輸送スケジュール上の出発地点・出発時刻と、トラックの現在地・現在時刻が合っているかを確かめることです。ここが一致していなければ、予定とは異なる地点や時刻から追跡を始めることになり、輸送中の位置や到着時刻を正しく評価できません。

1. 緊急通信がなかったことは、要注視事態が報告されていないことを示します。しかし、それだけでは、予定した目的地に到着したことや、貨物の積卸しに問題がなかったことまでは確認できません。
2. 表1では、到着の連絡を受けた管理センタが監視装置から必要な情報を取得・確認し、その後、ドア開閉センサを一時停止させます。続いて監視装置が降ろされる貨物のRFタグを読み取り、積卸しをチェックします。不整合が見つかった場合はコントローラに表示されるため、輸送が問題なく終わったと判断するには、その表示がないことも確認材料になります。
3. また、表1では、目的地に到着した場合は業務を終了しますが、中継地に到着した場合は貨物を積み込む作業から続きます。したがって、到着した場所が輸送経路上の最終目的地と合っていることを確かめるのも、追跡を終了してよいか判断するための確認になります。

誤りやすいポイント

• 輸送経路と輸送スケジュールが届いていれば、追跡を開始できると考えてしまうことです。通信の確保、電池の放電容量、監視装置の状態、出発地点・時刻との一致も確認の観点になります。
• 緊急通信がなかったことだけで、輸送が正常に終了したと判断することです。目的地への到着や、積卸しの結果も確認する必要があります。
• 中継地への到着と最終目的地への到着を同じものとして扱うことです。中継地では、その後も輸送が続きます。
• 貨物の積卸し後に、RFタグの読み取り結果がコントローラに表示されることを見落とすことです。

FAQ

解答の導き方

誤りやすいポイント

• 「毎秒0.5km／時」を、1分間の速度増加が$0.5$ km／時だと捉えないようにします。1秒ごとの増加量なので、60秒分を計算します。
• 移動距離の計算に、1分後の速度だけを使わないようにします。速度が途中で変化するため、初めと終わりの速度から平均速度を求めます。
• 平均速度を使った後、時間を時間単位にそろえて計算します。1分は$\frac{1}{60}$時間です。

FAQ

解答の導き方

1. aについて
   表2の「輸送条件からの逸脱」には、判断基準として「輸送スケジュールとの差が±30分以上となった。」とあります。もう一つの基準は、問題文にある「輸送中のトラックが輸送経路から3km以上逸脱した場合」です。したがって、aには輸送経路からの逸脱条件を入れます。
2. bについて
   表2では、「急減速運転又は急加速運転」の判断基準が「監視装置で一定以上の加速度が検出された。」となっています。加速度を検出するセンサが必要なので、bは3軸加速度センサです。
   なお、3軸加速度センサは「輸送条件からの逸脱」にも記載されています。これは位置情報の算出を補助するために使われる場合がある一方、bでは加速度そのものを検出するために使われます。

誤りやすいポイント

• 輸送スケジュールとの差と、輸送経路からの逸脱を混同しないようにします。表2では別々の判断基準です。
• 「急減速運転又は急加速運転」の判断基準は加速度なので、位置情報を得るGPS受信機ではなく、加速度を検出するセンサを選びます。
• 3軸加速度センサが複数の要注視事態に関係していても、それぞれの使い方は異なります。空欄の行に書かれた判断基準に着目します。

FAQ

• Q: 輸送経路からの逸脱は、何を基準に判断しますか？
  A: トラックが輸送経路から3km以上離れたかどうかを基準にします。
• Q: 急減速や急加速は、なぜ3軸加速度センサで判断できるのですか？
  A: 3軸加速度センサで加速度を検出し、一定以上の加速度が認められたかを確認できるためです。
• Q: 3軸加速度センサが「輸送条件からの逸脱」にも使われるのはなぜですか？
  A: GPS受信機から位置情報を取得できない場合に、加速度を使って位置情報を算出する方法があるためです。

解答の導き方

1. この設問では、ハードウェアを追加せずに監視装置の稼働時間を延ばす方法を考えます。したがって、電池そのものを増やすのではなく、監視装置が使う電力を抑えるのが基本方針です。
2. 問題文には、稼働時間を延ばすために「MPUは、動作クロックを変更することができる」とあります。MPUの動作クロックを下げれば、単位時間当たりの動作が少なくなり、消費電力を抑えられます。ただし、処理が遅くなりすぎると監視に支障が出るため、要注視事態の判断などに必要な処理能力は保つ必要があります。
3. もう一つの方法は、センサ情報の取得や管理センタとの通信を行う頻度を下げることです。表1では、輸送中に位置情報などを管理センタへ送信します。こうした定期的な取得・通信の間隔を延ばせば、センサや無線通信装置が動作する回数が減り、電力を節約できます。
4. 一方、監視そのものを止めたり、要注視事態を感知したときの緊急通信まで無効にしたりすると、追跡システムの目的を損ないます。そのため、定期的な取得・通信の頻度を調整しつつ、必要な監視や緊急時の対応は維持する考え方が適切です。

誤りやすいポイント

• 監視装置の電源を切る方法は、稼働時間を延ばせても追跡の目的を果たせなくなります。
• センサや通信を完全に停止するのではなく、定期的な取得間隔・通信間隔を延ばして消費電力を抑えます。
• 動作クロックを下げると処理速度も低下します。要注視事態の検出や緊急対応に支障が出るほど下げるのは適切ではありません。

FAQ

解答の導き方

1. 通信中と通信していない時間を求めます。
   通信時間は「1時間に1分」なので、20時間のうち通信中の時間は
   $$20\times \frac{1}{60}=\frac{1}{3}\text{時間}$$
   です。したがって、通信していない時間は
   $$20-\frac{1}{3}=\frac{59}{3}\text{時間}$$
   です。
2. それぞれの消費電力を電流に換算します。
   電力は「電圧×電流」なので、電圧が5Vのとき、通信中の電流は
   $$\frac{1\text{W}}{5\text{V}}=0.2\text{A}=200\text{mA}$$
   です。通信していないときは、
   $$\frac{500\text{mW}}{5\text{V}}=0.1\text{A}=100\text{mA}$$
   です。
3. それぞれの時間に必要な電気量を合計します。
   電気量は、電流に時間を掛けて求めます。よって、20時間分の電気量は
   $$200\times \frac{1}{3}+100\times \frac{59}{3}=2033.333\dots \text{mAh}$$
   です。

誤りやすいポイント

• 「1時間に1分」は、20時間全体で1分という意味ではありません。20時間では、通信中の時間は合計20分です。
• 通信中の消費電力だけで計算すると、通信していない時間の消費電力を無視してしまいます。
• 電力をそのまま時間に掛けてもmAhにはなりません。電圧で割って電流に換算してから、時間を掛けます。
• 500mWをWに直す場合は0.5Wです。単位をそろえずに計算すると、結果がずれる原因になります。

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