三菱電機、600m先の人も検知できる鉄道向け長距離LiDAR　'27年度製品化

三菱電機は業界初となる、600m先の人や障害物を検知できる鉄道向け長距離LiDARを開発。鉄道の自動運転化や、鉄道沿線の安全確認作業の効率化に寄与するとしており、2027年度の製品化をめざす。開発品のデモ機を、幕張メッセで開催される「第9回鉄道技術展2025」(会期：11月26日～29日)に出展する。

長距離LiDARの構造

LiDARは、1秒間に数万～数百万回のレーザー光を対象物に照射し、レーザーの反射光が戻ってくるまでの時間や反射光の強さから、対象物までの距離やカタチを点群データで取得する技術。交通機関における自動運転の実現に向けた技術開発のひとつとして、遠くの物体を高精度に検知できるLiDARの採用が検討されている。しかし、対象物との距離が長いほどレーザー光の間隔が広がり、取得できる点群の密度が減少して検知精度が低下するという課題がある。

国土交通省の省令では、新幹線以外の鉄道車両は、ブレーキをかけてから完全に停止するまでの最大制動距離が600m以下を標準とするように定められている。対象物との距離が長くなりやすく、また車両の重量が自動車よりも大きいこともあって、鉄道車両へのLiDARの適用は困難とされてきた。

三菱電機は、反射鏡を制御してレーザー光を任意の方向へ精密に照射する「ガルバノスキャナ」を適用し、レーザー光の本数を保ったまま水平・垂直方向の視野角を小さく設定して点群の密度を高めることで、遠方でも高い精度で検知できるLiDARを新たに開発。鉄道車両への搭載時に600m先の人や障害物を検知できるようにした。

水平・垂直視野角が大きい場合(左)と小さい場合(右)において、対象物にあたるレーザー光の比較

三菱電機では今回の開発品のLiDARについて、三菱重工業が所有する総合交通システム検証施設「MIHARA試験センター」で、600m先の人の検知と50m先のペットボトルの検知を実証。理論上は600m先のペットボトルでも検知できると説明している。また、縦、横、高さがそれぞれ1.5m以上の大きな物体であれば、900m先でも検知できることから、物流センターなどの広大なエリアで大型車両を監視するといった用途への活用も見込む。

使用するレーザー波長は1,550nm、レーザーパルス周期は50kHz。レーザークラス1Mに準拠しており、通常の使用条件下では安全だが、収束光の観察には注意が必要とのこと。水平視野角は4.5～45度、垂直視野角は2～45度。

時速60kmの車両に搭載したLiDARから、600m先のマネキン人形(ピンク色の四角枠)を検知したデータ

水平・垂直視野角の設定はソフトウェアで変更することで調整でき、車両搭載時の前方監視のほか、沿線の落下物監視など、検知対象範囲や物体の大きさに応じてフレキシブルに利用可能。沿線監視の場合、水平・垂直視野角を車両搭載時よりも小さく設定することで、600m先にある高さ20cm程度の小さな物体も検知可能とする。同社では、台風通貨後の落下物の確認作業といった、従来は人手で行っていた線路上の安全確認作業を効率化できるとアピールしている。

付属のLiDAR制御装置には、三菱電機が独自に開発した物体検出AIを搭載しており、検知した障害物を高速・高精度に識別できる点も特徴。この物体検出AIは、点群をグラフ構造に変換し、点間の距離・角度・相対位置等の関係を明示的に表現できるグラフニューラルネットワーク(深層学習モデルの一種。グラフ構造を持つデータを処理するもの)を活用し、点群から物体を識別できるという。物体の種類や多様な角度からの形状変化を学習させることで、点群データのみでは特定しづらい、人・車・自転車といった障害物の種類を高速・高精度に識別できるとしている。

三菱電機は、今回の開発技術の特長である、長距離検知や小さな物体の検知を活かし、高速道路における障害物検知など、さまざまな用途への適用拡大を図っていく。