エンベデッドシステムスペシャリスト 2020年 午後1 問03

解答の導き方

誤りやすいポイント

• LEDの個数を求めるとき、間隔の数とLEDの個数を混同しないようにします。LEDの個数は、間隔の数に1を加えた数です。
• 起点が端から5センチメートル内側であることを見落とさないようにします。反対側も端から5センチメートル内側まで配置されるため、LEDが並ぶ範囲は辺の長さより10センチメートル短くなります。
• 識別に必要なビット数は、50,000を単純にビット数で割るのではなく、$2^n$が50,000以上となる最小の$n$を求めます。

FAQ

解答の導き方

1. 問われているのは、LED検出カメラだけでは足りず、位置検出センサを併用している理由です。まず、二つの装置が何に使われているかを確認します。本文では、乗り物は「位置検出センサでフィールド内のLEDから座標情報を読み取り」、位置情報として管理サーバに送信すると説明されています。一方、LED検出カメラは「ルートへの追従のために使用する」もので、ルートを示すLEDの乗り物からの相対的な位置を確認する役割です。
2. 次に、座標情報がどのような形で出力されるかを見ます。LEDは「20ミリ秒周期で最大0.1ミリ秒間」座標情報を出力し、その出力には「500kビット／秒の調歩同期式通信」を使います。1ビットの長さは次のとおりです。

1. これに対し、LED検出カメラは「24フレーム／秒で撮影」します。撮影間隔は$1÷24\fallingdotseq 41.7$ミリ秒で、1ビットの長さよりはるかに長くなります。カメラの画像からは点灯しているLEDの位置は分かっても、2マイクロ秒ごとに変化する信号を1ビットずつ取り出すことはできません。
2. したがって、LED検出カメラでは座標情報、つまり乗り物の位置情報を読み取れないため、位置情報の取得には位置検出センサを併用しています。空欄には「位置情報を読み取れない」が入ります。

誤りやすいポイント

• LED検出カメラが点灯中のLEDを撮影できることと、LEDが出力する座標情報を読み取れることを混同しないようにします。前者は画像内でのLEDの位置を捉えること、後者は高速な通信信号を復号することです。
• 「位置検出センサが座標を読む役割だから」というだけでは、カメラで読めない理由になりません。座標情報の伝送速度とカメラのフレームレートの差に注目します。
• カメラの画像から分かるのは、乗り物から見たLEDの相対的な位置です。フィールド上の絶対的な座標は、LEDが出力する座標情報を読み取って初めて分かります。

FAQ

解答の導き方

誤りやすいポイント

• SDカードに記録する画像データと、管理サーバへ送信するリアルタイム画像データを同じものとして扱わないようにします。用途が異なるため、別々に作成しています。
• 画像データの画質やフレームレートを変更できるのは、リアルタイム画像データです。記録用の画像データと混同しないようにします。
• 帯域幅は画像だけでなく、乗り物の位置情報などの通信にも関係します。無線制御部の容量を、画像送信だけに使えると考えないことが大切です。

FAQ

解答の導き方

誤りやすいポイント

• (a)で、データ部分の8ビットだけを使って計算すると、スタートビット、パリティビット、ストップビットの分だけ送信量を多く見積もってしまいます。
• (a)で、50ビットを11ビットで割った値の小数部分までバイト数に含めてはいけません。バイトは一つ分を丸ごと送れる必要があります。
• (b)で、80ミリ秒を20ミリ秒で割った値だけを見て、4回が最低回数と考えないようにします。周期的な出力と検出範囲の境界が重なる場合、境界付近の信号は正常に検出できるとは限りません。

FAQ

解答の導き方

1. 問われているのは、LED検出カメラの画像で追従すべきLEDが中央から右にずれているときの操舵方向です。本文では、LED検出カメラを「ルートへの追従のために使用する」と説明しています。したがって、このカメラ画像でのLEDのずれを、ルートに対する乗り物のずれとして捉えます。
2. また、LED検出カメラは、撮影画像の中央が位置検出センサの検出範囲の中心になるように設置されています。さらに、カメラで「乗り物からの相対的な位置」を確認します。つまり、画像の中央は乗り物の基準位置に対応し、LEDが中央より右に見える場合、追従すべきルートは乗り物の基準位置より右側にあります。
3. 乗り物をルートに追従させるには、ずれているLEDの方向へ進行方向を向け、LEDが画像中央に近づくように操舵します。この場合は、進行方向を右に曲げます。

誤りやすいポイント

• 画像内のLEDが右に見えるため、反対の左へ曲げると考えてしまうことがあります。画像上のずれを打ち消すのではなく、乗り物をLEDのある方向へ寄せるために操舵します。
• 位置検出センサが読む座標情報と、LED検出カメラが確認する相対位置を混同しないようにします。ここで問われているのは、カメラ画像を用いたルート追従です。
• 位置のずれへの対応として速度変更を答えても、進行方向の制御を問う設問には答えたことになりません。

FAQ

解答の導き方

1. 変更内容①では、ターゲット乗り物が「参加乗り物が近傍から少なくなる方向」にルートを逐次変更します。つまり管理サーバは、参加乗り物がどこにいるかを把握し、ターゲット乗り物の周囲にいる台数や、その分布を判断する必要があります。
2. ターゲット乗り物の位置だけでは、参加乗り物がどの方向にいるか分かりません。ターゲット乗り物の情報に加えて、参加乗り物それぞれの位置情報が必要です。
3. 本文には、乗り物が位置を検出し、「位置情報として管理サーバに送信する」とあります。この位置情報を使えば、管理サーバは参加乗り物の位置を把握し、近傍の参加乗り物が少なくなる方向を判断できます。

誤りやすいポイント

• 参加乗り物の台数だけでは、どの方向にルートを変更すれば近傍の台数が減るか判断できません。位置が必要です。
• ターゲット乗り物の位置だけを答えるのは不十分です。設問は、ターゲット乗り物の情報以外に必要な情報を尋ねています。
• 利用者の年齢や操作モードではなく、ルート変更の判断に必要な位置情報に着目します。

FAQ

解答の導き方

誤りやすいポイント

• LED検出カメラがフィールド全体を撮影すると思い込まないようにします。撮影範囲は、乗り物の四つの車輪内に限られています。
• 管理サーバがLEDを点灯させられることだけでなく、ターゲット乗り物の位置を把握していることも理由に含めます。
• 「ターゲット乗り物の下のLEDだけを点灯」するため、ほかの乗り物がその点灯を読み取れない点と、ターゲット乗り物自身は読み取れる点を区別します。

FAQ

解答の導き方

1. まず、乗り物の位置を把握する方法を確認します。問題文には、乗り物が「位置検出センサでフィールド内のLEDから座標情報を読み取り、位置情報として管理サーバに送信する」とあります。したがって、位置を正しく把握するには、LEDが出力する座標情報を正しく受信する必要があります。
2. 次に、複数のLEDを同時に検出する可能性があるかを考えます。フィールド内のLEDは「10センチメートル間隔」で配置されています。一方、位置検出センサの検出範囲は「横方向12センチメートル」です。検出範囲の幅が隣り合うLEDの間隔より広いため、位置検出センサが隣り合う複数のLEDを同時に検出する状況が起こり得ます。
3. LEDはそれぞれ座標情報を出力します。隣り合うLEDが同じタイミングで出力すると、位置検出センサで複数の座標情報を同時に受信し、信号が重なって混信するおそれがあります。その場合、どのLEDの座標情報なのかを正しく読み取れず、位置の把握に支障が出ます。
4. そこで、隣り合うLEDが同時に点灯しないようにタイミングを分けます。これにより、隣り合うLEDからの座標情報が同時に受信されるのを避け、混信を防止できます。

誤りやすいポイント

• LEDの間隔だけを見て、複数のLEDを同時に検出する可能性を見落とさないようにします。LEDの間隔は10センチメートルですが、位置検出センサの検出範囲は横方向12センチメートルです。
• LEDを同時に点灯させない理由を、消費電力の低減や明るさの調整と考えるのは誤りです。ここでは、隣り合うLEDが出力する座標情報の混信防止が理由です。
• LED検出カメラによるルート追従と、位置検出センサによる座標情報の読み取りを混同しないようにします。設問で問題となっているのは、座標情報の受信時の混信です。

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