情報処理学会 第34回CDS研究発表会

博士論文執筆体験談
2022年6月10日(株)日立製作所 研究開発グループ
DXエンジニアリング研究部

関口隆昭© Hitachi, Ltd. 2022. All rights reserved.

Contents
1. 自己紹介2. 博士論文の紹介

3. 学位取得までの経過
4. 学位を取得して良かったこと
5. まとめ© Hitachi, Ltd. 2022. All rights reserved.

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Contents
1. 自己紹介2. 博士論文の紹介

3. 学位取得までの経過
4. 学位を取得して良かったこと
5. まとめ© Hitachi, Ltd. 2022. All rights reserved.

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1. 自己紹介
年度

所属

取組内容

2001

京都大学大学院情報学研究科修士

ルーティングプロトコル、インターネットQoS

2001

日立製作所入社
システム開発研究所 配属

情報制御システム、ユビキタス情報システム、カーナビゲーションシステム

2007(株)ザナヴィ・インフォマティクス 出向

カーナビの地図データ、地図更新システム

2009

クラリオン(株) 出向

同上2012

日立製作所 横浜研究所

テレマティクスサービスプラットフォーム

2016

日立製作所 テクノロジーイノベーション統括本部

同上

2018

日立(中国)研究開発有限公司 出向

中国モビリティソリューション

2022

日立製作所 デジタルサービス研究統括本部

コネクテッドモビリティシステム

⚫ 学位論文題目：カーナビゲーションのための地理空間情報の伝達に関する研究⚫ 取得年月：2022年3月⚫ 学位種別：博士（情報学）（課程博士：京都大学大学院情報学研究科 知能情報学専攻）© Hitachi, Ltd. 2022. All rights reserved.

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1. 自己紹介2. 博士論文の紹介

3. 学位取得までの経過
4. 学位を取得して良かったこと
5. まとめ© Hitachi, Ltd. 2022. All rights reserved.

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2-1. 背景・目的⚫ 実世界のデータを収集し、サイバー空間で解析して実世界にフィードバックするCPSの普及⚫ 自動車システムの場合、実世界の制御にはリアルタイム性や信頼性が強く求められる⇒ 地図などの制御に必要な最低限の情報はエッジで持ち、自律動作可能とする必要がある
自動車システムの一般的な構成
クラウド交通情報
クラウド側
地図情報

ルート探索

車両制御
エッジ側
地図情報

・・・

高い計算能力を必要とするが、リアルタイム性や信頼性はそれほど必要ではない機能を実現するための情報を格納
制御

データエッジ

交通管制

カーナビ

運転支援

自動運転

・・・

リアルタイム性、信頼性が必要となる機能を、CPU性能やメモリが少ないエッジ側で実現するための情報を格納

本研究の目的：カーナビゲーションのための地理空間情報の伝達
CPS: Cyber Physical System
地理空間情報: 空間上の特定の地点又は区域の位置を示す情報(当該情報に係る時点に関する情報を含む)、およびそれに関連付けられた情報© Hitachi, Ltd. 2022. All rights reserved.

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2-2. カーナビへの地理空間情報の伝達の流れと課題⚫ 主にデータ収集、構造化、配信、利用の4つのフェーズに分かれる⚫ 本研究が解決する課題：①プライバシー ②配信の高速化 ③位置参照精度向上
データ収集[計測・測量]・既成図の数値化
・測量・移動計測車(MMS)[V2X]

・一般車両、業務車両
・路側センサ- カメラ- LiDAR

地図情報作成構造化
静的情報・道路/レーン情報
・施設情報
準静的情報
・交通規制予定情報
・道路工事予定情報
準動的情報
・事故/渋滞情報
・交通規制情報
・道路工事情報
動的情報
・ITS先読み情報

2-3.
[課題1]
物理空間の情報をカメラで取得する際のプライバシー保護

配信
配信者A
カーナビ用地図
配信者B

連携

自動運転用地図

連携

配信者C
交通情報
:

2-4.
[課題2]
地図データの構造を考慮した、地図情報配信の高速化

MMS: Mobile Mapping System V2X: Vehicle to X (Vehicle, Infrastructure, ...)

利用

2-5.
[課題3]
複数のサービスから配信される情報間の位置参照精度向上© Hitachi, Ltd. 2022. All rights reserved.

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2-3. 課題1: 物理空間の情報をカメラで取得する際のプライバシー保護⚫ 路上に設置する監視カメラの増加によりプライバシーの問題が発生⚫ 様々なプライバシー保護の取組みがある一方、カメラの設置目的への配慮が不十分◼ 課題・提案方式
安全な運行のための監視が難しい

プライバシー保護◼ 結果[提案方式]
路側カメラ

被写体A

路側カメラ
被写体B

閲覧目的を考慮した
プライバシー保護
保護要求
取得

閲覧目的
取得

A向け
制御I/F

α向け
映像配信

保護要求
取得

閲覧目的
取得

B向け
制御I/F

β向け
映像配信

配信
サーバ

安全確認

閲覧者α

設備監視

雰囲気確認

閲覧者β

被写体と閲覧者の関係に応じて情報をエッジ側で処理することでプライバシーを保護

プロトタイプを構築して通信遅延を評価することで実現性を確認© Hitachi, Ltd. 2022. All rights reserved.

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2-4. 課題2: モビリティへの地理空間情報配信の高速化⚫ カーナビ用の地図データの鮮度、精度への要求（スマートフォンと同等の性能を期待）⚫ 地図データはサイズが大きいため更新が難しい◼ 課題・提案方式
配信サーバ(最新地図)
配信
カーナビ

[従来]
書き込み時に伸長[提案方式]
ナビ実行時に伸長

圧縮データ

圧縮データ

伸長処理

圧縮データ◼ 結果:従来(非圧縮)

:提案

:Zlib

特定のデータに関して非圧縮時と同等数GB

伸長データ

伸長処理

ナビアプリ

ナビアプリ

圧縮率と伸長性能を両立するデータ圧縮により通信サイズを削減することで配信を高速化

検索データ

音声認識データ

圧縮データリード性能 [MB/sec]
Zlibの約8倍

ほぼZlib相当

音声認識データ 検索データ

音声認識データ 検索データ

伸張性能 [MB/sec]

圧縮率© Hitachi, Ltd. 2022. All rights reserved.

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2-5. 課題3: 複数の地理空間情報間の位置参照精度向上⚫ カーナビで設定した経路に沿って自動で目的地まで案内する機能への期待⚫ カーナビ用の地図と自動運転用の高精度地図が異なるため、経路の伝達が難しい◼ 課題・提案方式
ナビ用地図
リンク: 道路レベル
ノード: 分岐点
21
リンク

:経路43

ノード
正確に変換

高精度地図
リンク: レーンレベル
ノード: 構造変化点
1011

◼ 結果

[提案方式]

141213

カーナビ 周辺道路の情報
経路計算一致判定ID

ID

OpenLR
(送信側)
ナビ用地図

LRP

OpenLR(受信側)

評価A: 双方の地図の整備時期が同一の場合
評価B: 双方の地図の整備時期が異なる場合

高速道路
1.00

自動運転ECU

動的位置参照方式の一致率向上と正誤判定の自動化を行うことで位置参照精度を向上

1.00

1.00

0.92

従来
提案

高精度地図
経路情報出力

一般道路

評価A

評価B

従来
提案
評価A

評価B

ナビ経路・自動運転経路の一致率

高速道路ではほぼ一致したが一般道路では不一致が残った

LRP: Location Referencing Point ECU: Electronic Control Unit
位置参照方式: あるデジタル地図を用いて作成された地理空間情報を別のデジタル地図上にマッピングする方式 OpenLR™はTomTom社の商標© Hitachi, Ltd. 2022. All rights reserved.

92-6. 結論・今後の展望⚫ カーナビゲーションへ地理空間情報を伝達する際の個別課題に取り組み、それぞれ提案方式を実装することにより実現性を確認• 課題1: 被写体と閲覧者の関係に応じて情報をエッジ側で処理することでプライバシーを保護• 課題2: 圧縮率と伸長性能を両立するデータ圧縮により通信サイズを削減することで配信を高速化• 課題3: 動的位置参照技術の一致率向上と正誤判定の自動化を行うことで位置参照精度を向上⚫ 今後の展望• 高度なセンシングや機械学習、クラウドサービスを活用して、より多くの情報を伝達• CPSとして、地理空間情報の収集、構造化、配信、利用のサイクルを自動化することで高度に自動化されたモビリティ社会を実現• 人的エラーや誤りが入り込む余地のある地理空間情報を利用する際の安全性© Hitachi, Ltd. 2022. All rights reserved.

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1. 自己紹介2. 博士論文の紹介

3. 学位取得までの経過
4. 学位を取得して良かったこと
5. まとめ© Hitachi, Ltd. 2022. All rights reserved.

113-1. 学位取得までの経過⚫ 以前より会社から後押し、2015年に指導教官に相談、2016年に博士課程入学⚫ 途中まで順調に進むも2018年に中国へ転勤、低迷した後、2022年3月に学位取得
FY～201420152016201720182019

日本
生活2021

2022

日本

中国
▲米中摩擦悪化 ▲COVID-19発生

会社から後押し
▲相談

博士課程
▲入学

▲中間審査

▲認定退学

全体構造の検討 3-2.
研究活動

3-3.

★論文①▲予備審査
▲公聴会
3-5.
3-4.

個別論文の投稿▲CDS16

成果

2020

諦めかける

論文執筆

▲CDS20

★論文②

★論文③

★学位論文
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123-2. 全体構造の作成⚫ 個別の小さな研究を包含する1つの大きな研究テーマが必要⚫ それまでのバラバラの研究内容を俯瞰して、自分の研究テーマを検討◼ 2015年時点◼ 最終構成(2021年)
1章. 背景・目的• CPSが普及。実世界のセンサデータをクラウド上のデジタル技術で解析し、実世界を制御することで、高度な社会を実現• モビリティ分野を中心にデジタル地図市場が拡大。実世界の制御はリアルタイム性や信頼性が必要なため、エッジ側にも地図情報を配信して各種機能を実現する• 目的：カーナビゲーションのための地理空間情報の伝達。伝達のための各過程(データ収集、配信、利用)の課題を解決する

それまでの実績

2章. 先行研究

検討
研究テーマ案指導教官へ相談
学位認定の基準の目安や進め方などを教えて頂く• 関連研究・技術：データ収集、構造化、配信、利用• 上記の各フェーズにおいて、自律動作可能なモビリティの適用範囲を一般道や細街路へ拡大する際の課題(下記)を解決する。
①情報をカメラで取得する際のプライバシー、②地理空間情報配信時の高速化、③地理空間情報の位置参照精度向上

3章. 論文①4章. 論文②5章. 論文③• 課題：物理空間上の情報をカメラで取得する際のプライバシー保護• 研究方法：被写体と閲覧者の関係に基づきエッジ側で画像処理• 結論：プロトタイプシステムを構築して実現性を確認。被写体からの要求の遅延を考慮すると、提案システムは実現可能• 課題：地図データの構造を考慮した、モビリティへの地図情報配信の高速化• 研究方法：列志向圧縮をベースにCPUキャッシュを考慮して圧縮率と性能を両立• 結論：カーナビに実装して実現性を確認。
Zlib同等の圧縮率を維持しつつ、伸長性能を大幅に向上• 課題：複数のサービスから配信される地理空間情報の位置参照精度向上• 研究方法：OpenLRの正解率向上、および難しい地点の正誤判定を自動化• 結論：整備仕様/時期が同じなら高速道路ではほぼ一致。誤りがあってもルールベースで正誤を判定可能

6章. 結論• 結論：上記方式を提案し、実現性を確認した。自律動作可能なモビリティの適用範囲拡大に貢献。
• 今後の展望：CPSとして、データ収集～利用までの一連の動作の自動化の進展、GNNの適用、地理空間情報の安全性© Hitachi, Ltd. 2022. All rights reserved.

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3-3. 個別論文の投稿⚫ オフライン/オンラインで指導を受けつつ、全体構造を意識しながら個別の論文を投稿⚫ 内容に不満足な部分もあったがスケジュールを考慮◼ 論文② (2016年10月採録)『6. まとめ… ネットワークに常時接続する動きが進むと考えられる。
データ更新に必要なストレー
ジ容量や通信サイズを削減しつつ、地図自動更新等、常時接続環境を活かしたデータ更新作業の容易化に取り組んでいく予定である。』◼ 論文③ (2018年2月採録)『6. まとめ… システム間で高精度な自車位置やレーンレベルの情報交換が進むと考えられる。高精度地図の整備状況をふまえ、提案方式の改善や地図データ更新による双方のデータの同期等の技術開発に取り組んでいく予定である。』

予定は未定 ⇒ この後に中国転勤の辞令があり、長い低迷期に入る© Hitachi, Ltd. 2022. All rights reserved.

143-4. 学位論文執筆⚫ 先生より声をかけて頂き論文執筆を再開、全体を包含する2章(先行研究)の執筆に苦心⚫ データ収集・プライバシーについて、改めて関連研究・最新の動向を調査(図再掲)

実はそれほど詳しくない

これまでの業務の経験により、研究から製品の開発まで、それなりに詳しい

あらためて関連文献を調査・学習

これまでの知識を体系的に整理
論文①

論文②

論文③

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3-5. 予備審査・公聴会⚫ 予備審査、公聴会での指摘事項をふまえて論文を修正、今後の展望等(6章)を拡充⚫ 2022年3月に学位取得◼ 予備審査

◼ 公聴会

指摘事項

指摘事項

• プライバシーのところで、閲覧者の要求を優先すると書いてあるが、丁寧に説明する。
• この方式では、画像は保護されるが、逆に位置情報を上げることになる。映像の閲覧者だけでなく、システム管理者に対する保護も必要。
• 圧縮の結果は、データの性質に依存する。音声認識用データと施設検索用データがどのようなデータであるのかを説明する。
• Zlibなどと違って、このように入力データの形式がわかっているのであれば、事前にモデルを用意することを当然考えるはず。それを行っていない理由を説明する。
• 5章では一律に不一致を問題としているが、分岐を間違えてもそのうち再合流するのであればほとんど問題ないなど、影響が大きい場合とそうでない場合がある。実際の影響度をふまえた評価を行ったほうが良い。 …

• プライバシーのテーマは、実際どのようなシーンを想定していたのか？撮影範囲に多数の人が密集している場合に人物の同定はできるか？
• データ圧縮について、評価対象としたZlibとはどのような方式か？提案方式のうち符号化方式に関する内容は、Zlibなどの既存方式と異なるか？
• 5章で方位のサイズを8bitに拡大したという話があるが、元のサイズはどのくらいだったのか？もともとそのサイズにしていた理由や制約等はなくなったということか？
• GDFについて、Line、Area等のFeatureと座標はどのような関係になっているか？
• ハードウェアが古い。この研究を実施した当時、将来どうなると考えていたか？その想定は結果として正しかったか？将来はどうなっていくと考えているか？きちんと言ったほうが良い。…

2021年12月@中国(オンライン)◼ 学位授与(2022年3月)

2022年1月@中国(オンライン)

修正

修正© Hitachi, Ltd. 2022. All rights reserved.

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1. 自己紹介2. 博士論文の紹介

3. 学位取得までの経過
4. 学位を取得して良かったこと
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174-1. 主観的メリット⚫ 論文を執筆する過程で対象とする研究分野全体を俯瞰して考えることができ、自分が専門とする分野を再認識できる（ように思う）◼ 学位取得前
カメラに対するプライバシ保護
テレマティクスサービス◼ 学位取得後
情報制御システム

カーナビ地図の圧縮

情報学

製品開発
コネクテッドカー

地理空間情報

地図更新

カーナビの経路に沿った自動運転

モビリティ
ソリューション

このあたりの経験はあるが専門と言うには…

ナビの地理空間情報の伝達

専門はここ、と言っても恥ずかしくない気がする© Hitachi, Ltd. 2022. All rights reserved.

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4-2. 客観的メリット⚫ 名刺に書ける博士 (情報学)

Ph. D.

⚫ (特に国外で)尊重される•

中国での例：楊さん(仮名) ⇒ 「楊san」 博士の楊さん ⇒ 「楊博」

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3. 学位取得までの経過
4. 学位を取得して良かったこと
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5. まとめ《博士論文》⚫ カーナビゲーションへ地理空間情報を伝達する際の個別課題に取り組み、それぞれ提案方式を実装することにより実現性を確認《学位を取得して良かったこと》⚫ 論文を執筆する過程で対象とする研究分野全体を俯瞰して考えることができ、自分が専門とする分野を再認識できる© Hitachi, Ltd. 2022. All rights reserved.

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