2019年 秋期 応用情報技術者試験 問8
道路交通信号機の状態遷移設計
L社は道路交通信号機（以下，信号機という）のシステム開発を行っている会社である。このたび，交差点Zの信号機制御システムを受注した。
交差点Zでは東西方向の主道路と南北方向の従道路が交差しており（図1），主道路，従道路，及び主道路にかかる横断歩道の信号機をそれぞれ，主道路信号，従道路信号，及び歩行者信号という。従道路信号は主道路信号と連動して制御される。
歩行者信号の表示は"青"，"青点滅"，"赤"の3種類，主道路信号の表示は"青"，"黄"，"赤"，"右"の4種類である。"右"は右折だけ可能な状態であり，このときは，"赤"も同時に点灯する。
歩行者信号は，昼間は主道路信号と同期するが，夜間は常時"赤"となり，歩行者用押しボタンを押した場合（以下，ボタン押下という）だけ"青"になる。ボタン押下は各信号に通知される。ボタン押下された場合，主道路信号の"青"を短くすることで，歩行者の待ち時間を短くするよう考慮する。
L社の担当者M君は，各信号の状態遷移の仕様を表で整理した後，状態遷移図で示し，信号機の制御ソフトウェアを作成することにした。
信号機の仕様と状態遷移図
各信号は，所定の秒数を格納したタイマを使って，状態を変化させる。タイマはセットされた直後からカウントダウンして0になった時点で終了し，次の処理手順へ移行する。また，複数のタイマを同時に処理することができる。
M君は各信号の状態遷移に関する仕様を表で整理した。そして，L社内で設計レビューに臨み，そこでの指摘事項を反映させて仕様を完成させた。主道路信号（夜間）の通常時とボタン押下時の状態遷移に関する仕様を表1と表2に，歩行者信号（夜間）の状態遷移に関する仕様を表3に，それぞれ示す。
| 処理手順 | 遷移条件 | 処理前状態 | 処理後状態 | 処理内容 |
|---|---|---|---|---|
| S1 | ― | 開始 | C-1 | 信号を赤にし，タイマ1（15秒）をセット。 |
| S2 | タイマ1終了 | C-1 | C-2 | 信号を青にし，タイマ2（60秒）をセット。 |
| S3 | タイマ2終了 | C-2 | C-3 | 信号を黄にし，タイマ3（3秒）をセット。 |
| S4 | タイマ3終了 | C-3 | C-4 | 信号を赤にし，タイマ4（1秒）をセット。 |
| S5 | タイマ4終了 | C-4 | C-5 | 信号を右にし，タイマ5（10秒）をセット。 |
| S6 | タイマ5終了 | C-5 | C-6 | 信号を黄にし，タイマ3（3秒）をセット。 |
| S7 | タイマ3終了 | C-6 | C-1 | 信号を赤にし，タイマ1（15秒）をセット。 |
| 処理手順 | 遷移条件 | 処理前状態 | 処理後状態 | 処理内容 |
|---|---|---|---|---|
| P1 | ボタン押下 | C-1 | B-1 | 何もしない。 |
| P2 | タイマ1終了 | B-1 | B-2 | 信号を青にし，タイマ6（10秒）をセット。 |
| Q1 | ボタン押下 | C-2 | B-2 | タイマ6（10秒）をセット。 |
| Q2 | タイマ2とタイマ6のいずれかが終了 | B-2 | C-3 | 終了していないタイマを0にする。信号を黄にし，タイマ3（3秒）をセット。 |
| 処理手順 | 遷移条件 | 処理前状態 | 処理後状態 | 処理内容 |
|---|---|---|---|---|
| R1 | ― | 開始 | W-1 | 信号を赤にする。 |
| R2 | ボタン押下 | W-1 | W-2 | 主道路信号の状態監視を開始する。 |
| R3 | 主道路信号が状態C-1に遷移 | W-2 | W-3 | 主道路信号の状態監視を終了して，タイマ7（3秒）をセット。 |
| R4 | タイマ7終了 | W-3 | W-4 | 信号を青にし，タイマ8（8秒）をセット。 |
| R5 | タイマ8終了 | W-4 | W-5 | 信号を青点滅にし，タイマ9（3秒）をセット。 |
| R6 | タイマ9終了 | W-5 | W-1 | 信号を赤にする。 |
表1，表2，及び表3を基に，M君が作成した各信号の状態遷移図を図2，図3に示す。図2，図3中の（T）は表1～3の遷移条件に示されたタイマの終了を示す。
図2，図3から，主道路信号の状態がC-6（黄）になった直後にボタン押下があったとき，歩行者信号が最初に青になるのはd秒後であることが確認できる。
設計のレビュー
M君は当初，表3のR3の遷移条件を"主道路信号が赤"と記載していた。しかし，L社内でのレビューにおいて，その遷移条件では事故につながりかねない重大な①不具合が発生するという指摘を受け，この遷移条件を"主道路信号が状態C-1に遷移"と修正した。また，図2の処理手順P1（状態C-1から状態B-1に遷移）がなかった場合に②生じる現象についてレビューで説明を行った。
信号機の信頼性設計
信号機の制御システムの故障は，人命に関わる事故を引き起こすおそれがあり，M君には十分な信頼性設計を行うように指示があった。それを受けてM君は，信号機の信頼性設計を完成させた。その設計の中に，次の二つの仕様を含めた。
(1) 主道路信号と従道路信号の連動機構が故障した場合，主道路信号を"黄点滅"（注意して進む）に，従道路信号を"赤点滅"（一時停止し，確認後発進）にして，どちらも"青"にはしない。
(2) 歩行者用押しボタンが故障した場合，その機能を切り離した縮退運転とし，夜間でも昼間と同様に歩行者信号を主道路信号に同期させる。