RFIDを活用したITSプラットフォーム構成とその応用に関する研究

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著者

    • 富樫, 宏謙 トガシ, ヒロアキ

書誌事項

タイトル

RFIDを活用したITSプラットフォーム構成とその応用に関する研究

著者名

富樫, 宏謙

著者別名

トガシ, ヒロアキ

学位授与大学

総合研究大学院大学

取得学位

博士(情報学)

学位授与番号

甲第1556号

学位授与年月日

2012-09-28

注記・抄録

博士論文

現在,安全・安心な道路交通環境の実現を目的として様々なITS(Intelligent Transportation System)関連システムが開発・研究されている.具体的には,VICS(Vehicle Information and Communication System)を用いた渋滞情報システムやITSスポットサービスによる情報提供,レーダを用いた衝突防止システムや車載のカメラを用いたレーンキープアシストシステムなどが存在し,これらのシステムは実用的ないし実用に近いレベルにある.一方で,各サービスが独立した機器により実装されているため,新たなシステムの利用には新たな機器を車載することが必要となっている.各種のサービスを独立した機器により実現・検討している現状は新たなサービスの実用化に対する阻害要因となっている.こうした現状に対し,各種のサービスにおいて利用されている機器の機能について考えると,その多くは共通していることから,一定の基本機能を持つプラットフォームを構築できると考えた.このプラットフォームを活用して様々なサービスを提供することでサービスを普及しやすくするとともに,新たな多種のサービスの出現が期待できる.プラットフォームが備えるべき機能は路側機器の個体識別, データ通信,測距,車両の状態取得などが挙げられ,このうち,車両の状態取得については車載のセンサを用いるのが適当である.その他の基本機能は路側機器により実現することになるが,路側機器の要求条件をさらに検討すると,これらを一つの機器で実現可能な機器のうち,高密度に路側に配置可能な機器はRFID(Radio Frequency IDentification)等に絞られ,機器の大きさや費用対効果について検討することで,提案プラットフォームではRFIDを採用している.さらにアクティブ型RFIDを利用することで車両から情報を取得する際の「質問⇒応答」といったプロセスを省略でき電波の有効活用が可能である.また,アクティブ型RFIDの一種であるマルチホップRFIDを利用することでより広い範囲への情報提供・収集が可能となる.こうした点から,提案手法ではマルチホップRFIDを活用してITSプラットフォームを構築する.また,各種のアプリケーションをプラットフォーム上で実装するにあたっては,アプリケーション固有の課題の解決や,既に実現され得ているアプリケーションを提案プラットフォーム上へ移植するための検討を行うことが必要である.本研究ではITS関連システムのうち,レーンキープアシストシステムと,情報収集・提供サービスについてこれらの課題を検討することにより,提案プラットフォームの実現可能性とその実用化に際した課題を検討する.プラットフォームの機能に関連して,本論文では路側RFID を利用した位置推定手法として,以下のアルゴリズム的特徴を持つ手法を提案した.1) 推定精度の向上を実現するため,提案手法では各RFID の組み合わせに対し,それらを結んだ直線をRFID の位置とRFID-アンテナ間の距離に基づいて内分または外分する点(内外分点) を利用している.2) 複数の内外分点を次数の異なる重みづけ関数により統合し,重みづけ次数の増加による統合結果の収束をもとに各アンテナの位置を推定する.この重みづけにおいて,車両の近くに位置するRFID から求められた内外分点に,より大きなウェイトを与えている.屋外の道路環境にて位置推定実験を行った結果,提案手法はRFID を道路の両側に0.5m 間隔で配置し,アンテナを8 本車載することで誤差の平均値を0.7mに抑えられる事が判明した.車線方向の誤差に着目することで,提案手法は移動中の車両において車線の認識が可能であると結論付けられた.また,プラットフォーム上で実装されるアプリケーションとして,本稿ではレーンキープアシストシステムとマルチホップRFIDを活用した情報収集・提供システムについて検討した.レーンキープアシストシステムについては,RFIDを用いた環境に適用できる既存の動作モデルが存在しないため,新たな動作モデルを提案した.レーンキープアシストシステムは車両とRFIDの距離から路肩との接近度合いを求め,接近度合いをいくつかの段階に分類することで適切な操作を起動し,車線からの逸脱を防止する.提案したレーンキープアシストシステムについてシミュレーションによる評価を行った結果,レーンキープアシストシステム自体は,支援操作がシステムにより自動的に起動される場合において,適切な動作をすることが確認された.同時に,実用的にはRFID の通信距離向上や距離計測精度の向上が課題であることも明らかとなった.また,従来の RFID システムで課題となっていた通信距離不足に対応するためマルチホップRFIDを活用した情報提供システムについて検討した.マルチホップRFID を活用することでサーバ・クライアントシステムを必要としないプローブ情報の収集と提供が可能になると考えられる.このように提案システムの応用シーンについて検討を行うことで,マルチホップRFIDを活用した情報提供システムは有用性の高い事が明らかとなった.これらのことより, RFIDを活用してITSプラットフォームを構築することの実現可能性,特にアプリケーションの実装可能性が明らかになった.同時に,提案プラットフォームの活用により,既存のサービスと比較してアプリケーションの有用性の向上が期待される.RFIDを活用したITSプラットフォームを実用化する際の課題はいくつか挙げられるが,主な点はRFIDを活用した位置推定精度の向上とRFIDの情報通信速度の向上である.しかし,Zigbeeの現状を考えればRFIDの通信速度も数100kbpsまでは達成可能であるし,マルチホップRFIDの特性を活用し,RFIDが相互に実際の電波状況や受信強度を観測することで測位精度も向上が期待できる.また,提案プラットフォームの展開可能性について検討することで,本論文で検討した以外のサービスや,歩行者など自動車以外の利用についても実現可能性のあることが判明した.したがって,提案プラットフォームは大きな可能性を持っていると結論付けた.Currently, many systems related to ITS (Intelligent Transportation System) are studied aiming to achieve safety and comfortable transportation. Some of them are ready for practical use or already put to practical use. for example, congestion information providing system using VICS (Vehicle Information and Communication System), information providing system using ITS spot service, clash avoidance system using radar, lane keeping assistance using vision system etc.. However, they are using purpose-built equipments and car owner should purchase another set of equipments whenever he or she wants to install new systems. This situation disturbs new services to be ready for practical use.Against this situation, we are considering to install a single set of equipments and implements several services utilizing this platform. We consider that this platform makes it easy to adopt newly appeared services or helps ITS related system to be widely used. By considering basic function utilized in several services, some of them are common among each other and they can be merged to single platform and the platform should equip basic functions such that (a) identification of roadside equipment, (b) data communication, (c) distance measurement, and (d) obtainment of vehicle status (vehicular velocity, movement etc.). Among these basic functions, obtainment of vehicle status should be achieved by utilizing on-car sensors. For other basic functions, it should be achieved by road-side equipments, and road-side equipments should be small and cost effective, in order to be easy to place in high density. RFID (Radio Frequency IDentification) is the one example that achieves the required functions for road-side equipments. Active type RFID based data retrieval can omit "Request and reply" and data congestion can be reduced. Moreover, multi hop RFID can overcome the problem of communication distance. Therefore, this research aims to achieve road-side platform based on multi-hop RFIDs.We should also consider issues related to implementing several applications on the proposed platform, or specific issues related to the applications. Among several ITS related systems, this paper considers about Lane Keeping Assistance Systems and information providing / collection systems, aiming to discuss feasibility of the proposed platform and its issues related to be ready for actual use.For the required function of the proposed platform, new position estimation scheme based on RFIDs is considered. It equips a position estimation algorithm for moving vehicles based on RFIDs placed on roadsides and lane boundaries, and multiple on-car RFID receiver antennas. To achieve higher level of location accuracy, the algorithm proposes two novel ideas: (1) compute pair-wise estimations of on-car antennas using the RSSI of all pairs of received RFID signals, and (2) use a dynamic weighting function to assign higher weights to the positions estimated based on RFIDs closer to the receiver antennas. The results obtained from our field experiments indicate that the proposed method achieved 0.7-meter localization accuracy for the position estimation when RFIDs were placed at 0.5-meter intervals and a vehicle has 8-antennas. Analysis of localization accuracy in road-width direction revealed that the proposed method allows a moving vehicle to recognize which lane it is in.This paper discuss about applications based on the proposed platform. For example, we consider about LKAS(Lane Keeping Assistance System) based on RFIDs. Since existing vehicular operating model cannot be applied to the proposed platform, a new LKAS is proposed, and it was evaluated through computer simulation. Results of the computer simulation revealed that the proposed system was practical, in case that supporting operation is automatically launched by the LKAS. However, some improvements related to RFID schemes are required for practical useAnother consideration is about information providing system utilizing Multi-Hop RFID scheme. A Multi-Hop RFID scheme enables information provision systems provide “probe information” since they can exchange their information with each other at every hop. Although some problems remain to be considered, the proposed system is advantageous in several ways; It can provide traffic congestion information in real time without requiring a large server-client system.These results revealed that proposed platform has enough feasibility and several applications can be implemented based on this platform, and usability of applications can be improved compared to the existing services.Some issues to be solved before practical use of RFID based ITS platform and major ones are improvement of localization accuracy and communication speed. However, communication speed of RFIDs can be increased to some hundred kbps, by considering current performance of Zigbee. Localization accuracy can also be improved by utilizing multi-hop RFIDs in such a way that they can observe actual radio wave conditions (or received signal strength) between each other. Moreover, we found that several systems other than we considered in this paper can also be implemented on proposed platform and this platform can be used not only by vehicle, but also pedestrians etc.. Therefore, we conclude that this platform has large extensibility.

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各種コード

  • NII論文ID(NAID)
    500000574210
  • NII著者ID(NRID)
    • 8000000576535
  • 本文言語コード
    • jpn
  • NDL書誌ID
    • 024794359
  • データ提供元
    • 機関リポジトリ
    • NDL ONLINE
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