輸送における衝突回避
シンプルな衝突回避システム

交通分野における衝突回避とは、航空機、自動車、船舶、クレーン、列車などの車両同士の衝突を防止するために設計されたシステムと手順を維持することです。これらの車両はセンサーで周囲の状況を認識し、センサーから収集したデータを用いて衝突を防止します。衝突回避は、自律走行車、航空、列車、水上輸送などで利用されています。衝突回避の例としては、以下のものが挙げられます。

衝突回避には、周囲の物体の位置と、それらの位置に対する車両の位置が必要です

テクノロジー

衝突回避におけるセンサーの種類と使用方法を示します

多くの衝突回避システムには、2つの要素が 必要です

  • 他のすべての車両の位置
  • 他の車両に対する車両の位置

衝突回避の第一歩は認識であり、これにはLiDAR、可視カメラ、サーマルカメラや赤外線カメラ、あるいはソリッドステートデバイスなどのセンサーが用いられます。これらのセンサーは、使用する電磁スペクトルの範囲によって分類されます。センサーにはパッシブセンサーとアクティブセンサーの2種類があります。アクティブセンサーの例としては、LiDAR、レーダー、ソナーなどが挙げられます。パッシブセンサーの例としては、カメラやサーマルセンサーなどが挙げられます。[3]

パッシブセンサー

パッシブセンサーは、周囲の物体から放出されるエネルギーを検出します。主に可視カメラまたは赤外線カメラです。可視カメラは可視光で動作し、サーマルカメラは赤外線（波長700ナノメートル～14マイクロメートル） で動作します

可視カメラ

カメラは周囲の画像を撮影することで有用な情報を抽出します。カメラを使用する利点は、小型、軽量、柔軟性です。欠点は、画質が低いことと、照明や天候の影響を受けやすいことです。物体の検出には 画像処理システムが必要です

赤外線カメラ

赤外線センサーは赤外線を用いて物体を検出します。主に暗い場所で使用され、可視カメラと併用することで、暗い場所での可視カメラの性能低下を補うことができます。従来のカメラよりも解像度が低くなります。[3]

アクティブセンサー

アクティブセンサーは放射線を放射し、反射された放射線を読み取ります。アクティブセンサーには送信機と受信機があります。送信機は光波、電気信号、音響信号などの信号を放射し、この信号は物体に反射し、センサーの受信機が反射信号を読み取ります。アクティブセンサーは高速で、必要な処理能力が少なく、天候の影響を受けにくいです

レーダー

無線探知測距（レーダー）センサーは、物体に遭遇するとレーダーに跳ね返る無線信号を送信します。信号が跳ね返ってくるまでの時間に応じて、物体とレーダー間の距離が計算されます。レーダーシステムは気象条件に強い耐性を持っています

ライダー

光検出測距（LiDAR）センサーは、片方の部品から表面にレーザーパルスを照射し、もう片方の部品で反射光を読み取り、各パルスが反射するまでの時間を測定することで距離を計算します。LiDARは波長が短いため、小さな物体も検出できます。一方、LiDARは透明なガラスなどの物体を検出できません。この問題は、超音波センサーなどの別のセンサーを使用することで克服できます。

ソナー

超音波センサーは、音波を発信し、物体から反射された音波を検知することで、物体とセンサー間の距離を測定します。音波の周波数は人間の可聴周波数よりも高くなっています。距離は次の式で算出できます

d ＝ （ v ∗ t ） 2 {\displaystyle d={\frac {(v*t)}{2}}}

ここでdは距離、vは波の速度、tは飛行時間である。[3]

自動ブレーキ

自動ブレーキが作動する前に警告が出されます。ドライバーが警告を無視した場合、自動ブレーキまたは自動ブレーキが部分ブレーキまたは完全ブレーキをかけます。速度に関係なく作動します

ブラインドスポットモニタリング

衝突回避に使用される手順

ブラインドスポットモニタリングシステムは、レーダーまたはカメラを使用して車両の周囲の空間を探索し、接近している車両や死角に隠れている車両を検出します。該当する車両が認識されると、対応するサイドミラーに点灯したシンボルが表示されます

後方横断交通警報

横断交通警報は、後退時に側方から接近する車両をドライバーに知らせます。警告は通常、音（チャープ音など）と、ドアミラーまたはバックカメラのダッシュボードディスプレイに表示される視覚的な信号で構成されます

歩行者検知とブレーキ

歩行者が自動車の進路を横切ると、歩行者検知機能がそれを識別します。一部の車両では、自動的にブレーキ（完全または部分ブレーキ）が作動します。また、一部のシステムでは自転車も検知可能です。

アダプティブヘッドライト

ドライバーがハンドルを回すと、アダプティブヘッドライトが回転し、カーブの路面を照らします

車線逸脱警報（LDW）

車線逸脱警報（レーンデパーチャーウォーニング）は、カメラと複数のセンサーを用いて車線マーカーを検知し、車両と車線との距離を監視します。車両がウインカーを出さずに車線を逸脱した場合、ビープ音が鳴ることがあります。また、ステアリングホイールやシートを振動させるなどの物理的なシステムも活用することがあります。さらに高度なシステムでは、ブレーキを作動させたり、ステアリングホイールを回転させたりして、車両を車線内に維持する機能も備えています。[4]

分類

使用方法による

衝突回避を行うために使用される方法は4つあります

  • 幾何学的手法
  • 力場法
  • 最適化に基づく手法
  • 感知と回避の方法

幾何学的手法

幾何学的アプローチでは、幾何学的属性を分析して、車両間の定義された最小距離が破られないようにします。

力場法

力場法は、ポテンシャル場法とも呼ばれ、斥力場または引力場の概念を用いて、物質を障害物から遠ざけたり、標的に引き寄せたりします

最適化に基づく手法

最適化に基づく手法は、地理情報を用いて衝突を回避する軌道を計算します

感知して回避する方法

感知回避法は、他の物体の属性を持たない個々の物体を検出し回避する。[3]

活動別

衝突回避システムは、配備時期に応じて、パッシブシステムとアクティブシステムに分類できます。[5]

受動型

シートベルトやエアバッグなどの衝突回避方法は、主に運転者の負傷を軽減するように設計されています。これらはパッシブタイプの衝突回避です。これには、事故を救助センターに通報する救助システムも含まれます。[5]

アクティブタイプ

カメラとレーダーセンシング技術を追加することで、アクティブタイプの衝突回避は、ドライバーを支援または警告したり、危険な状況で制御を代行したりすることができます。[5]

用途

航空分野

衝突回避システムの例

無人航空機は衝突回避システムを使用して安全に運航できます。[6] TCASは広く使用されている衝突回避システムです。[7]衝突の可能性を減らすことを目的とした、世界的に受け入れられている最後の手段です。[8]

自動運転において

衝突回避は自動運転車にも利用されています。[1]車両の衝突回避システムの目的は、安全対策を開発することにより、主に過失や死角によって引き起こされる衝突を防ぐことです。[9]

列車内

列車制御システムの重要な機能である自動列車防護（ATP）は、列車の速度を管理することで衝突を防ぐのに役立ちます。[10] カヴァチはインド鉄道で使用されている衝突回避システムです。[11]

船舶やその他の水上輸送において

自動識別システムは水上輸送における衝突回避に使用されている。[12]

宇宙船や宇宙ステーション

衝突回避は、宇宙船や宇宙ステーション（可能な場合）の安全確保のために日常的に行われてきました。国際宇宙ステーション（ISS）は、衝突の脅威を受けて、2008年から2014年の間に14回の衝突回避操作を実施しました。[13]

参照

参考文献

  1. ^ ab Hu, Xinyuan; Ye, Naijia (2024-01-22). 「マシンビジョンに基づく無人運転車向けアクティブ衝突回避アルゴリズムの設計」. 2023 IEEE 第6回国際情報システム・コンピュータ支援教育会議 (ICISCAE) . pp.  1042– 1047. doi :10.1109/ICISCAE59047.2023.10392527. ISBN 979-8-3503-1344-4。
  2. ^ Mukunth, Vasudevan (2024年8月12日). 「車両の衝突を防ぐ技術 | 解説」The Hindu . ISSN  0971-751X . 2024年8月23日閲覧
  3. ^ abcd ヤシン、ジャワド N;モハメド、シェリフ AS;ハグバヤン、モハマド・ハシェム。ヘイコネン、ユッカ。テンフネン、ハンヌ。プロシラ、ユハ(2020-06-04)。 「無人航空機 (UAV): 衝突回避システムとアプローチ」。IEEE アクセス。8 : 105139– 105155。Bibcode :2020IEEEA...8j5139Y。土井：10.1109/ACCESS.2020.3000064。ISSN  2169-3536。
  4. ^ Linkov, Jon (2015年12月17日). 「衝突回避システムが自動車の安全性の様相を変えつつある」. Consumer Reports . 2024年9月4日閲覧。
  5. ^ abc 趙、志国;周良傑。朱、強。ルオ、ユゴン。李克強（2017-10-05）。 「衝突回避支援システムの必須技術の見直し」。機械工学の進歩。9 (10): 168781401772524.土井: 10.1177/1687814017725246。ISSN  1687-8140。
  6. ^ Tang, Jun; Lao, Songyang; Wan, Yu (2021-09-01). 「無人航空機の衝突回避アプローチに関する体系的レビュー」 . IEEE Systems Journal . 16 (3): 4356– 4367. doi :10.1109/JSYST.2021.3101283. ISSN  1937-9234.
  7. ^ He, Donglin; Yang, Youzhi; Deng, Shengji; Zheng, Lei; Su, Zhuolin; Lin, Zi (2023-10-15). 「一般航空飛行におけるACAS XとTCAS IIの衝突回避ロジックの比較」. 2023 IEEE 第5回国際民間航空安全情報技術会議 (ICCASIT) . pp.  568– 573. doi :10.1109/ICCASIT58768.2023.10351533. ISBN 979-8-3503-1060-3。
  8. ^ Sun, Jiayi; Tang, Jun; Lao, Songyang (2017). 「最適化された人工ポテンシャル場アルゴリズムによる協調型無人航空機の衝突回避」IEEE Access . 5 : 18382–18390 . Bibcode :2017IEEEA...518382S. doi : 10.1109/ACCESS.2017.2746752 . ISSN  2169-3536
  9. ^ Rammohan, A.; Chavhan, Suresh; Chidambaram, Ramesh Kumar; Manisaran, N.; Kumar, KV Pavan (2022), Hassanien, Aboul Ella; Gupta, Deepak; Khanna, Ashish; Slowik, Adam (eds.) 「自動車衝突回避システム：レビュー」、自動車産業のための仮想および拡張現実：イノベーションビジョンとアプリケーション、Cham: Springer International Publishing、pp.  1– 19、doi :10.1007/978-3-030-94102-4_1、ISBN 978-3-030-94102-42024年8月18日閲覧
  10. ^ Oh, Sehchan; Yoon, Yongki; Kim, Yongkyu (2012-06-21). 「無線ベース列車制御システムのための自動列車保護シミュレーション」. 2012 International Conference on Information Science and Applications . IEEE. pp.  1– 4. doi :10.1109/ICISA.2012.6220965. ISBN 978-1-4673-1401-5. ISSN  2162-9048.
  11. ^ 「解説：カヴァチ：2つの列車の衝突を防ぐインドの技術」The Indian Express . 2022年3月4日. 2024年8月21日閲覧
  12. ^ Chen, Dejun; Dai, Chu; Wan, Xuechao; Mou, Junmin (2015-09-03). 「船舶衝突回避のためのAISベース組み込みシステムの研究」. 2015 International Conference on Transportation Information and Safety (ICTIS) . IEEE. pp.  512– 517. doi :10.1109/ICTIS.2015.7232141. ISBN 978-1-4799-8694-1。
  13. ^ Rongzhi, Zhang; Kaizhong, Yang (2020-03-03). 宇宙船衝突回避技術. Academic Press. p. 6. ISBN 978-0-12-818241-3。
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