教育用户介绍/第32回
教育用户介绍/第32回
关西大学 社会安全学部 伊藤研讨会
Kansai University Faculty of Societal Safety Sciences

基于机械工学研究事故发生机理及有效的事故避免方法
以驾驶行为分析为核心不断延伸运用范围的UC-win/Road DS

关西大学 社会安全学部 伊藤研讨会
URL https://www.kansai-u.ac.jp/Fc_ss
地点 大阪府高槻市
研究内容:交通安全、损伤生物力学与产品安全研究


关西大学社会安全学部 伊藤大辅 副教授
“通过计算机模拟,你可以将最优方案设计的工作丢给机器,并在嘎嘎作响中寻找(解决方案)。但最(导致该解决方案的过程)变成一个黑匣子,无法学到任何东西。”

例如,使用有限元法 (FEM) 可以详细查看研究结构中的力平衡。因此,首先通过“可视化”和分析现象来理解现象本身较为重要。从这个角度来看,特别是在使用商业软件进行FEM时,因为省去了自己编写代码的麻烦,所以应该更加致力于可视化和分析现象的过程。关西大学社会安全学部以机械工学为基础的汽车碰撞安全和冲击生物力学的副教授伊藤大辅介绍了利用信息通信技术(ICT)的部分观点。

此外,在实际道路环境中进行危险情况下的实验有所受限,一般的大学基本上没有拥有用于实验的道路。从这个意义上来说,在 3D VR 中再现接近交通事故的道路环境和条件的驾驶模拟器(DS)是研究人们在可能发生事故的情况下的反应的有力工具。此外,我们还对使用自行车模拟器和步行模拟器进行相关性的联动满怀期待。

伊藤副教授两年前就任关西大学。从那时起,他们就一直在积极推动数年前向FORUM8采购的基于三维实时VR软件“UC-win/Road”的DS。使用FORUM8产品的背景是他在曾经任教的名古屋大学同样也是使用UC-win/Road DS进行各种研究。



通过文理融合,构建独特的方法来应对自然和社会灾害

关西大学成立于1886年,其前身是关西法学院。135年来,该组织经过改组和扩大,现拥有法学、文学、经济学、商学、社会学、政策制定学、外语学、人类健康学、综合信息学、社会安全学、系统理工学、环境都市工学、化学生命工学等13个学院,13个研究生院和2个专业研究生院。在大学和研究生院约有30,000名学生以及740多名全职教育人员(所有数据截至2021年5月),位于千里山、高槻、高槻缪斯、堺、北阳和梅田拥有6个校区。

“这个学科可能是日本国内独一无二的。”伊藤副教授表示,“社会安全学部”是在2010年创立高槻Muse校区时,与社会安全研究科同时设立的。

该学部通过对“自然灾害”和人为灾害的“社会灾害”展开研究和教育,旨在预防灾害,最大限度地减少损失,创建一个安全可靠的社会。其中涵盖了包括地震和台风等灾害、各种事故、传染病和信息安全等广泛领域。因此,我们建立了一个跨越文科和理科边界(文理融合)以及跨越现有学术领域的研究体制。从3年级起,学生可以从涵盖文科和理科的各种研讨会中选择自己的专攻领域,并且与指导员之间的沟通环境良好(伊藤副教授),积极有效促进了相互交流。

社会安全学部的使命是通过对灾害的研究和教育解决问题、防灾减灾,为创建安全可靠的社会做出贡献。


从力学的角度,充分利用各种方法,寻找减少交通事故损失的措施

“我原本是机械系出身,所以我的基本立场是机械工学和力学(即使是关于社会灾难)。”

在伊藤副教授指导下的“伊藤研讨会”中,研究集中在交通安全、损伤生物力学和产品安全等方面。其中计算机模拟(FEM、VR 等)用于研究发生汽车碰撞时汽车乘员、行人和自行车的行为以及伤害发生机制。此外,他们还根据需要积极采用各种方法调查交通事故的产生原因,以及使用DS进行驾驶员行为分析。

研讨会于2020年4月伊藤副教授任职时成立。在此之前,他被名古屋大学工学研究科录取为助理教授,并在爱知县的一个项目中初步分析了该县的警察调查数据。之后,为了更详细地了解事故现场的“实际情况”,他与县内的出租车公司合作,根据事故现场的行车记录仪视频仔细分析了每起事故情况。在这种情况下,研究的对象逐渐从车对车扩展到车对自行车、车对行人。此外,为了找出“有效避免事故的人都注意了哪些事项”,在VR中再现了包括道路环境在内的实际事故情况,并通过该大学拥有的DS(同样也是UC-win/Road)展开实验。他们一直通过DS开展例如驾驶员对避免汽车和自行车之间的直角碰撞(俗称鬼探头)等碰撞安全相关的实验。

此外,关西大学在机械工学的领域以外,正在探讨例如结合问卷调查患有疾病的司机是否可以重返工作岗位等更广泛的研究方式。

用于实验的UC-win/Road DS。
通过VR忠实地创建并还原了自行车事故的实际情况、周围环境和冲出时的碰撞情况。


使用UC-win/Road DS不断延伸研究范围

社会安全学院在“随着先进安全技术引入汽车的进展,驾驶能力测试应该做些什么”研究项目(2020-2021,国家汽车安全和受害者机构(NASVA))中,由伊藤副教授与多位教员合作负责DS实验的事故分析与验证。具体内容是在展示基于事故分析的假设的同时,通过DS实验调查引入各种先进安全技术(如碰撞损害缓解制动和车道偏离警告系统)时驾驶员警觉行为的变化,以及通过引入这些技术来减少的事故的可行性。

该学部于2015年采购UC-win/Road DS,副教授借机将DS更新至最新版本并恢复使用。此后,他主要使用DS展开驾驶行为分析,尝试再现可能导致交通事故的情况,以及由于先进安全技术的存在与否而导致的驾驶员变化(取决于对该技术的依赖程度和危险警觉性)进行评估实验。今后将​使用可再现实际道路环境的 DS 探索研究,1)该技术导致的驾驶员疏忽,2)如何通过技术辅助快速提醒驾驶员,3)驾驶员的警觉程度变化等项目。此外,1)通过生体信号和图像识别检测因长时间驾驶引起的困倦或疾病等异常情况以唤醒驾驶员的机制,或者2)将自行车模拟器放入视野,例如对自行车等汽车以外的交通参与者在内时的驾驶行为以及相互作用等课题展开研究。

“难得我在(提倡文理融合的)社会安全学院,所以我和心理学和法律专业的老师合作,希望能为从碰撞前到碰撞后的汽车安全整体做出努力。”



着眼于UC-win/Road DS的丰富功能,致力摸索挖掘虚拟现实

通过结合职业生涯中使用 UC-win/Road DS的经验,伊藤副教授已经能够轻松地创建道路和周围环境以再现事故情况,以及在操作过程中作为模拟器的功能进行评估。他使用现在的DS还未到两年,在UC-win/Road功能方面的技能水平有限,但已经可以自由创建模拟例如当自车经过指定地点时,另一辆车突然冲出时,通过自身车辆的先进安全技术自动刹车的VR场景数据。今后,将终点掌握研究UC-win/Road的丰富功能、支持扩展DS功能的“SDK”开发套件以及通过各种数据联动打造高效VR。

同时,如果作为系统重要元素的汽车影像和动作变得更加逼真,可以营造让体验者觉得自己是在“实际驾驶”而不是进行“实验”的真实感。特别是从还原“事故发生前状况”的实验研究特征出发,力求实现“尽可能简易”和“逼真”的双重高难度需求。



FEM和DS共通的仿真快感

“FEM和DS相同,但是有很多数据无法从实际实验或者事故现场本身(仅)获得。我认为如何可视化和分析它是模拟的真正乐趣所在。”

首先,伊藤副教授表示只有在计算机与优化软件的配合下才能实现自我求解的方法。但是,从教育的角度来看,他指出“只通过计算机嘎嘎作响来最优化”是完全不够的。相反,了解实际发生的现象然后采取对策不仅在教育中重要,在研发中也同样重要。

例如,DS 可以获取诸如“驾驶员在开车时正在做什么”和“汽车如何根据人的反应移动”等数据。在充分了解这些之后,应该研究“需要什么样的安全措施”。同样在FEM中,在仔细查看“在对象结构中施加了多少应力”和“应采取什么措施来改变应力”之后,来分析“什么是正确的”或“什么是一个合理的答案”,他认为模拟仿真在打通思路过程中起到重要的作用。

关西大学社会安全学部 伊藤研讨会的各位

照片:关西大学社会安全学部HP
编辑:池野隆
(Up& Coming '22 春季刊



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