教育用戶介紹/第32回
教育用戶介紹/第32回
關西大學 社會安全學部 伊藤研討會
Kansai University Faculty of Societal Safety Sciences

基於機械工學研究事故發生機理及有效的事故避免方法
以駕駛行為分析為核心不斷延伸運用範圍的UC-win/Road DS

關西大學 社會安全學部 伊藤研討會
URL https://www.kansai-u.ac.jp/Fc_ss
地點 大阪府高槻市
研究內容:交通安全、損傷生物力學與產品安全研究


關西大學社會安全學部 伊藤大輔 副教授
“通過電腦類比,你可以將最優方案設計的工作丟給機器,並在嘎嘎作響中尋找(解決方案)。但最(導致該解決方案的過程)變成一個黑匣子,無法學到任何東西。”

例如,使用有限元法 (FEM) 可以詳細查看研究結構中的力平衡。因此,首先透過「視覺化」和分析現象來理解現象本身較為重要。從這個角度來看,特別是在使用商務軟體進行FEM時,因為省去了自己編寫代碼的麻煩,所以應該更加致力於視覺化和分析現象的過程。關西大學社會安全學部以機械工學為基礎的汽車碰撞安全和衝擊生物力學的副教授伊藤大輔介紹了利用資訊通信技術(ICT)的部分觀點。

此外,在實際道路環境中進行危險情況下的實驗有所受限,一般的大學基本上沒有擁有用於實驗的道路。從這個意義上來說,在 3D VR 中重現接近交通事故的道路環境和條件的駕駛模擬器(DS)是研究人們在可能發生事故的情況下的反應的有力工具。此外,我們還對使用自行車模擬器和步行模擬器進行相關性的聯動滿懷期待。

伊藤副教授兩年前就任關西大學。從那時起,他們就一直在積極推動數年前向FORUM8採購的基於3D即時VR軟體「UC-win/Road」的DS。使用FORUM8產品的背景是他在曾經任教的名古屋大學同樣也是使用UC-win/Road DS進行各種研究。



透過文理融合,構建獨特的方法來應對自然和社會災害

關西大學成立於1886年,其前身是關西法學院。135年來,該組織經過改組和擴大,現擁有法學、文學、經濟學、商學、社會學、政策制定學、外語學、人類健康學、綜合資訊學、社會安全學、系統理工學、環境都市工學、化學生命工學等13個學院,13個研究生院和2個專業研究生院。在大學和研究生院約有30,000名學生以及740多名全職教育人員(所有資料截至2021年5月),位於千里山、高槻、高槻繆斯、堺、北陽和梅田擁有6個校區。

「這個學科可能是日本國內獨一無二的。」伊藤副教授表示,「社會安全學部」是在2010年創立高槻Muse校區時,與社會安全研究科同時設立的。

該學部透過對「自然災害」和人為災害的「社會災害」展開研究和教育,旨在預防災害,最大限度地減少損失,建立一個安全可靠的社會。其中涵蓋了包括地震和颱風等災害、各種事故、傳染病和資訊安全等廣泛領域。因此,我們建立了一個跨越文科和理科邊界(文理融合)以及跨越現有學術領域的研究體制。從3年級起,學生可以從涵蓋文科和理科的各種研討會中選擇自己的專攻領域,並且與指導員之間的溝通環境良好(伊藤副教授),積極有效促進了相互交流。

社會安全學部的使命是透過對災害的研究和教育解決問題、防災減災,為建立安全可靠的社會做出貢獻。


從力學的角度,充分利用各種方法,尋找減少交通事故損失的措施

「我原本是機械系出身,所以我的基本立場是機械工學和力學(即使是關於社會災難)。」

在伊藤副教授指導下的「伊藤研討會」中,研究集中在交通安全、損傷生物力學和產品安全等方面。其中電腦類比(FEM、VR 等)用於研究發生汽車碰撞時汽車乘員、行人和自行車的行為以及傷害發生機制。此外,他們還根據需要積極採用各種方法調查交通事故的產生原因,以及使用DS進行駕駛員行為分析。

研討會於2020年4月伊藤副教授任職時成立。在此之前,他被名古屋大學工學研究科錄取為助理教授,並在愛知縣的一個專案中初步分析了該縣的員警調查資料。之後,為了更詳細地瞭解事故現場的「實際情況」,他與縣內的計程車公司合作,根據事故現場的行車記錄儀影片仔細分析了每起事故情況。在這種情況下,研究的物件逐漸從車對車擴展到車對自行車、車對行人。此外,為了找出「有效避免事故的人都注意了哪些事項」,在VR中重現了包括道路環境在內的實際事故情況,並透過該大學擁有的DS(同樣也是UC-win/Road)展開實驗。他們一直透過DS開展例如駕駛員對避免汽車和自行車之間的直角碰撞(俗稱鬼探頭)等碰撞安全相關的實驗。

此外,關西大學在機械工學的領域以外,正在探討例如結合問卷調查患有疾病的司機是否可以重返工作崗位等更廣泛的研究方式。

用於實驗的UC-win/Road DS。
透過VR忠實地建立並還原了自行車事故的實際情況、周圍環境和沖出時的碰撞情況。


使用UC-win/Road DS不斷延伸研究範圍

社會安全學院在「隨著先進安全技術引入汽車的進展,駕駛能力測試應該做些什麼」研究項目(2020-2021,國家汽車安全和受害者機構(NASVA))中,由伊藤副教授與多位教員合作負責DS實驗的事故分析與驗證。具體內容是在展示基於事故分析的假設的同時,透過DS實驗調查引入各種先進安全技術(如碰撞損害緩解制動和車道偏離警告系統)時駕駛員警覺行為的變化,以及透過引入這些技術來減少的事故的可行性。

該學部於2015年採購UC-win/Road DS,副教授借機將DS更新至最新版本並恢復使用。此後,他主要使用DS展開駕駛行為分析,嘗試重現可能導致交通事故的情況,以及由於先進安全技術的存在與否而導致的駕駛員變化(取決於對該技術的依賴程度和危險警覺性)進行評估實驗。今後將​使用可重現實際道路環境的 DS 探索研究,1)該技術導致的駕駛員疏忽,2)如何透過技術輔助快速提醒駕駛員,3)駕駛員的警覺程度變化等項目。此外,1)透過生體信號和圖像識別檢測因長時間駕駛引起的困倦或疾病等異常情況以喚醒駕駛員的機制,或者2)將自行車模擬器放入視野,例如對自行車等汽車以外的交通參與者在內時的駕駛行為以及相互作用等課題展開研究。

“難得我在(提倡文理融合的)社會安全學院,所以我和心理學和法律專業的老師合作,希望能為從碰撞前到碰撞後的汽車安全整體做出努力。”



著眼于UC-win/Road DS的豐富功能,致力摸索挖掘虛擬實境

透過結合職業生涯中使用 UC-win/Road DS的經驗,伊藤副教授已經能夠輕鬆地建立道路和周圍環境以重現事故情況,以及在操作過程中作為模擬器的功能進行評估。他使用現在的DS還未到兩年,在UC-win/Road功能方面的技能水準有限,但已經可以自由建立模擬例如當自車經過指定地點時,另一輛車突然沖出時,透過自身車輛的先進安全技術自動刹車的VR場景資料。今後,將終點掌握研究UC-win/Road的豐富功能、支援擴展DS功能的「SDK」開發套件以及透過各種資料聯動打造高效VR。

同時,如果作為系統重要元素的汽車影像和動作變得更加逼真,可以營造讓體驗者覺得自己是在「實際駕駛」而不是進行「實驗」的真實感。特別是從還原「事故發生前狀況」的實驗研究特徵出發,力求實現「盡可能簡易」和「逼真」的雙重高難度需求。



FEM和DS共通的模擬快感

「FEM和DS相同,但是有很多資料無法從實際實驗或者事故現場本身(僅)獲得。我認為如何視覺化和分析它是模擬的真正樂趣所在。」

首先,伊藤副教授表示只有在電腦與優化軟體的配合下才能實現自我求解的方法。但是,從教育的角度來看,他指出「只透過電腦嘎嘎作響來最優化」是完全不夠的。相反,瞭解實際發生的現象然後採取對策不僅在教育中重要,在研發中也同樣重要。

例如,DS 可以獲取諸如「駕駛員在開車時正在做什麼」和「汽車如何根據人的反應移動」等資料。在充分瞭解這些之後,應該研究「需要什麼樣的安全措施」。同樣在FEM中,在仔細查看「在物件結構中施加了多少應力」和「應採取什麼措施來改變應力」之後,來分析「什麼是正確的」或「什麼是一個合理的答案」,他認為模擬在打通思路過程中起到重要的作用。

關西大學社會安全學部 伊藤研討會的各位

照片:關西大學社會安全學部HP
編輯:池野隆
(Up& Coming '22 春季刊



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