令和4年度 秋期 エンベデッドシステムスペシャリスト試験 午後I 問題 問3 無人店舗システムの追跡処理とセンサーデータの設計

重量計測ユニットの別の活用方法について

各商品の下にある重量センサーは、利用者が商品を取った・戻したことを検知するだけでなく、現在棚に置かれている商品の総重量を測定することができます。
商品の1つあたりの重量は既知であるため、総重量を割ることで現在棚に残っている在庫状況を把握することが可能になります。

高得点のポイント

• 「在庫状況の把握」や「残数の確認」といった目的に明確に言及していること。
• システムの仕様を理解し、25字以内で簡潔に表現できていること。

行動情報のデータサイズ計算

利用者の行動に基づいてECサーバに送信されるデータサイズを計算する問題です。
問題文の条件に沿って、利用者の行動順を整理して計算します。

1. 5か所の棚の前で5秒以上立ち止まる：立ち止まり情報が生成されます。
2. 4か所の棚で商品を手に取る：手に取る情報が生成されます。
3. 3つの商品を鞄に入れ、1つの商品は棚に戻す：鞄に入れる情報、戻す情報がそれぞれ生成されます。
4. 立ち止まらずに異なる棚から1つ手に取り鞄に入れる：立ち止まり情報は生成されませんが、手に取る情報と鞄に入れる情報が生成されます。

これらの行動と退店時の基本データを合わせ、各行動に設定されたバイト数を乗算して合計することで 122 バイトが導き出されます。

各選択肢の解説

• 計算ミスの注意点: 立ち止まらずに行った行動（商品を手に取る、鞄に入れる）のカウント漏れや、利用者の行動の順番の整理を誤ると正しいデータサイズになりません。表で与えられた条件を慎重に適用する必要があります。

手に取った商品の情報の活用

利用者が「手に取ったが購入しなかった」商品情報は、利用者がその商品に対して興味を持っていたことを示します。
この情報をECサーバに送信し蓄積することで、オンラインショップにおいて「その会員へのおすすめ商品として表示する機能（リコメンド機能）」に活用することができます。

高得点のポイント

• 「おすすめ商品」や「リコメンド」といった、オンラインショップの具体的な機能に言及していること。
• システムが集めた行動情報をマーケティングや販促に連携させる目的を理解していること。

商品の手渡しによるシステム上の不整合

利用者が商品を棚から手に取った時点で、システム（カメラや重量センサー）はその利用者の仮想カートに商品を登録します。
しかし、その状態のまま商品を「ほかの利用者に手渡す」行為を行うと、システムは手渡しを正しく認識できない場合があります。
その結果、「手渡した利用者の仮想カートにその商品が登録されたままの状態」となり、本来支払うべきではない利用者に請求されるなど、意図しない状態が発生する可能性があります。

高得点のポイント

• 「手渡した利用者（元の保持者）」の「仮想カート」に商品が「登録されたまま」であるというシステム状態を正確に記述すること。

重量センサーの分解能の計算

重量計測ユニットに 10kg の物を置いたときの出力電圧が 15mV であることから、1g あたりの出力（分解能）を計算します。

1. 質量の単位をグラム（g）に合わせます。$10\text{kg} = 10,000\text{g}$。
2. $10,000\text{g}$ で $15\text{mV}$ の出力となるため、1g あたりの出力は $15\text{mV} / 10,000 = 0.0015\text{mV}$ です。
3. $0.0015\text{mV} = 1.5\text{µV}$ となります。
4. 小数第2位を四捨五入して小数第1位まで求めると、1.5 となります。

各選択肢の解説

• 計算ミスの注意点: キログラム（kg）からグラム（g）への変換、およびミリボルト（mV）からマイクロボルト（µV）への単位変換を誤ると、桁違いの数値になってしまうため注意が必要です。

データの収集方式（ポーリング方式）の採用理由

重量計測ユニットが重量変化を検知した際に自発的にデータを送信する方式（イベント駆動）では、複数のユニットが同時にデータを送信した場合に通信の衝突（データの競合）が発生する恐れがあります。
そのため、棚管理ユニットから各ユニットに順番に問い合わせる方式（ポーリング方式）を採用することで、通信タイミングを制御し、「データの競合を避ける」ことができます。

高得点のポイント

• 「データの競合」や「通信の衝突」を避けるという目的に端的に言及していること。

LiDARの測定範囲の面積計算

LiDAR を 2.5m の高さに設置した際の、追跡処理が可能な床面の範囲（面積）を求める問題です。
条件から導かれる測定可能な最大半径（$r$）を用いて、円の面積公式 $S = \pi r^2$ により計算します。

• 円周率は 3.14 を使用します。
• 計算結果の小数第2位を四捨五入して、小数第1位まで求めると 37.7 m² となります。

各選択肢の解説

• 計算ミスの注意点: 四捨五入のタイミングや、円周率を正しく $3.14$ で計算しなかった場合、微小な誤差により不正解となる可能性があります。

最大の処理時間での測定可能面積

追跡ユニットにおける各処理に最大の処理時間が掛かるというワーストケースを想定し、システム要求内に処理を収めるための最大の測定面積を計算します。

• 単位面積あたりの処理時間や、固定で掛かる処理時間などのパラメータから逆算を行います。
• 計算の結果、最大測定可能面積は 162.5 m² と求められます。

各選択肢の解説

• 計算ミスの注意点: 本文に記載された処理以外の時間を無視する条件を正しく適用し、全体の処理時間制約から正確に逆算する必要があります。

方式の比較と選択

方式1と方式2を比較し、同じLiDARの台数でより広い範囲の測定が可能な方式を選択する問題です。
方式1は、追跡処理において別のコアで前処理を行っているタイミングでつなぎ合わせ処理も実行可能であるなど、処理効率が高く設計されています。
これにより、同じハードウェアリソースでもより広い範囲の測定データを時間内に処理できるため、「方式1」が正解となります。

高得点のポイント

• 与えられたシステムアーキテクチャの並列処理や処理効率の違いを読み取り、適切に「方式1」と解答すること。

方式2が優れている点

方式2は、広い面積の測定においては方式1に劣るものの、データの入力から出力までの処理のオーバーラップ（パイプライン化）が最適化されているため、処理結果が出るまでの時間的遅延が少なくなります。
したがって、「出力データのレイテンシが小さい」という点が方式2の明確な優位性となります。

高得点のポイント

• 処理範囲ではなく、処理のスピードや「レイテンシ（遅延）」に関する優位性を理解し、20字以内で端的に表現できていること。

方式2の測定範囲の計算（空欄 a）

方式2に基づくシステムの測定範囲に関する計算問題です。
システムの並列処理数、スループット、各処理の制約条件を用いて段階的に数値を求めていきます。
与えられた計算式や条件に沿って算出すると、空欄 a に入る適切な数値は 105 となります。

各選択肢の解説

• 計算ミスの注意点: 1回の追跡処理の処理時間について、異なるコアで実行可能な処理の時間を引いてしまうなどの勘違いがあると、正しい数値が導き出せません。

方式2の測定範囲の計算（空欄 b）

空欄 a の結果等を引き継ぎ、システム全体の制約内で測定可能な範囲のさらなる指標を計算します。
計算の結果、空欄 b に入る適切な数値は 525 となります。

各選択肢の解説

• 計算ミスの注意点: 前段の計算結果（空欄 a 等）を誤ると、連鎖的に誤答となるため、慎重な計算が必要です。

方式2の測定範囲の計算（空欄 c）

最終的に方式2においてサポートできる最大の指標や範囲を導き出します。
本文の条件とこれまでの計算結果を踏まえて算出すると、空欄 c に入る適切な数値は 1000 となります。

各選択肢の解説

• 計算ミスの注意点: 複数の処理ユニットが連携する際のボトルネックとなる箇所を正確に見極めないと、上限値の計算を誤る可能性があります。