JP2005242688A - 自由軌道交通シミュレータ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明で提供する道路交通シミュレーション装置は、交通シミュレーションを実行するシミュレーション部と、交通シミュレーションの経過を表示する表示部と、シミュレーション部の制御を行う制御部と、を有する。シミュレーション部は道路交通環境データベースおよび移動体モデルを有する。移動体モデルは運転者の運転操作をモデル化した運転者モデルと、車両の挙動をモデル化した車両運動モデルとを有する。運転者モデルは、異なる長さの周期処理を並列に実行する。そして、各周期処理の結果を統合し、車両運動モデルに出力する。
【選択図】図5
Description
図1は、本発明の一実施形態である道路交通シミュレーション装置10の概略ブロック図である。以下では、従来のミクロ交通と区別するため、本発明による道路交通シミュレータを「ナノ交通シミュレータ」と呼ぶことにする。ナノ交通シミュレータ10は、複数の移動体(四輪車、二輪車等)と道路交通環境(車道、歩道、建物、信号機等)とをコンピュータ上で表現し、道路交通環境を通行する複数の移動体の挙動(位置、速度、加速度)を計算することによって、移動体により生じる交通状況をシミュレートする。ナノ交通シミュレータ10は、制御部12、シミュレーション部14、及び表示部16から構成されている。
図5は、運転者モデル32の例である。運転者モデル32は、反射的な判断を行う短期的処理、短期的処理を行うのに必要な、目標方位と目標速度を計算する中期的処理、中期的処理を行うのに必要な、経路と通行難易領域を生成する長期的処理を行う。本実施例ではそれぞれ10[ms]、100[ms]、1000[ms]としたが、周期の長さはこれに拘る必要はない。
長周期処理は、経路設定や自分の周りの交通環境の概要を把握するといった、更新頻度が少ない性質の処理を行う。具体的には、自車の経路を求める目標経路探索部50と、自分の周囲の交通環境を認識する交通環境認識部52、認識された交通環境を、3つ(車線とそれに付帯するもの、停止標識、他移動体)に分け、それぞれに対して通行難易領域を生成する準備を行う走行車線選択部54、停止標識対応行動決定部56、他移動体行動予測部58、周囲の交通状況に合わせて望ましい上限速度を推定する上限速度推定部59を含む。
目標経路探索部50では、移動体の発生と初期位置の設定、及び各移動体の目的地に対してとるべき目標経路の計算が行われる。経路計算は、図4(c)に例示した経路接続情報を用いて、Dijkstra法やA*アルゴリズムなどナビゲーションシステム等で一般的に用いられている公知の手法を利用し、図6(c)に示されるようなノードとリンクで経路を設定する。
・経路から逸脱したり、目的地や経由地が変更されて、設定経路が無効となったとき
・渋滞回避や高速道路の利用など、経路設定する条件に変更があったとき。
交通環境認識部52では、各移動体が移動する際に認識すべき交通環境として、道路の物理的形状や規制、自車位置、周囲にある交通標識の位置と種類、及び周囲にいる移動体の位置、速度や種類、灯火や警音の状態、を抽出する。図7に示される実施形態では、進行方向(経路にそって)100[m]、後方75[m] を周囲として認識しているが、特にこの大きさや形である必要はなく、大きさは数秒先が読める程度、形は例えば円でも良い。自車位置の認識は、後述する車両運動モデル34で更新された自車の(x, y, z)座標が道路上のどの車線に属するか判定する。
走行車線選択部54では、目標経路探索処理50で設定された経路と、交通環境認識処理52で得た車線情報に基いて、通るべき車線を選択する。図6に走行車線選択部の処理例を示す。図6の(a)、(b)、(c)の地図はそれぞれ図4と対応している。(c)は、目標経路探索部50にて設定された経路で、道路のノードとリンクで表されており、走行車線を選択するために、(b)、(a)と詳細化されてゆく。(a)は、交通環境認識部52で得られた各車線の情報(各車線の進行可能方向や、車道境界線の指示・規制表示など)に基いて、設定された経路を進むために走行できる車線を選択した様子を示す。
停止標識対応行動決定部56では、停止標識に対応した停止線における挙動、停止/通過を決定する。判断は、信号、踏み切り、一時停止規制等、停止に係る標識に対して行う。信号機に対しては、青で通過、黄色で停止または通過、赤で停止、といった判断を行う。踏み切りに対しては、遮断機が開いておりかつ警報音が鳴っていないときは一時停止、それ以外は停止、といった判断を行う。一時停止標識に対しては、停止線から1m以内で5秒停止後通過、といった判断を行う。
他移動体行動予測部58では、周辺にある他移動体に対する通行難易領域を生成するために、他移動体の行動を予測し、必要なパラメータを生成する。パラメタライズするのは、他移動体の予測された行動、移動体の種類、方向指示灯や警報音の状態である。予測は、他移動体の進行方向と速度に対して行う。後続の他移動体通行難易領域生成部64で生成される通行難易領域は、移動体の縦、横の長さによって決定される長方形が基本形となる。この基本形を調整するパラメータとして、縦方向には速度と方向、横方向には側方通過マージン(自車の絶対速度と、他移動体との相対速度によって決まる)や移動体の種類、方向指示灯の状態、警告音がある。
本発明の一実施形態では、上述の要素に加えて、周囲の状況に照らして自車の上限速度を判断する上限速度推定部59を追加しても良い。
(2) 直前を走る車が、予め定めたしきい値よりも遠くにいる場合、制限速度vLを例えば20%増やしたものを上限速度vlとする。しきい値は、予め定めた時間(例えば3秒)の間に自車が進む距離で設定するなど、動的に生成される。
(3) 直後を走る車が、予め定めたしきい値よりも近くにいる場合、制限速度vLを例えば20%増やしたものを上限速度vlとする。しきい値は、予め定めた時間(例えば0.5秒)の間に自車が進む距離で設定するなど、動的に生成される。
(4) 視野内の自車走行車線の車両密度が、予め定めたしきい値よりも多い場合、視野内の車両の平均速度を上限速度vlとする。しきい値は、予め定めた密度(例えば0.02[台/m2])とする。
(5) 得られた1〜3個のvlのうち、最も大きいものをこの時点において望ましい上限速度vlとする。
中周期処理は、長周期処理で準備されたパラメータと、短期的処理で更新された自己位置を利用して、目標方位と目標速度を求める。具体的には、車線通行難易領域生成部60、停止標識通行難易領域生成部62、他移動体通行難易領域生成部64それぞれで、方位用と速度用の通行難易領域を生成し、それを方位用と速度用それぞれの通行難易領域統合部66にて統合し、統合された方位用と速度用の通行難易領域から、方位視野内通行難易領域抽出部68と速度視野内通行難易領域抽出部70とで視野内の通行難易領域を抽出し、方位見かけの通行難易度分布生成部72と速度見かけの通行難易度分布生成部74で方位用と速度用の見かけの通行難易度分布を生成し、目標方位決定部76にて目標方位を、目標速度決定部78にて目標速度を決定し、周期処理に出力する。
車線通行難易領域生成部60では、道路形状や車線に沿った走行をするための通行難易領域を生成する。車線通行難易領域生成部60は、図6(a)の例に示されるように、走行車線選択部54にて選択された車線に対して、速度用と方位用の通行難易領域を生成する。
停止標識通行難易領域生成部62では、停止標識対応行動決定部56で停止の判断が下された停止標識に対応する停止線上に、速度用、または速度用と方向用の通行難易領域を生成する。
他移動体通行難易領域生成部64では、周囲にある移動体に対して、他移動体行動予測部58で予測された行動に対応した通行難易領域を生成する。
2) 速度:他移動体行動予測部で予測された速度に応じて、基本形の縦の長さを伸ばす
3) 種類:移動体の種類に応じて、バスやトラックやバイクは広めなど横幅を調整する
4) 側方通過マージン:自分の絶対速度や、他移動体の絶対速度が大きいときはマージンを大きくして横幅を調整する
5) 方向指示灯:方向指示灯を点滅させながら走行している移動体では、方向指示灯点滅方向の横幅を広くする
6) 警告音:警告音を発している他移動体の縦の長さを伸ばす
方位用通行難易領域は、追従走行中の前走車や右折時に通過待ちの対向車など、回避しない車両については生成しない。生成方法は、速度用と同様である。
通行難易領域統合部66は、車線通行難易領域生成部60、停止標識通行難易領域生成部62、他移動体通行難易領域生成部64にて生成された通行難易領域を統合する。統合は、それぞれの通行難易領域を加算して行う。方位用の通行難易領域については、加算する前に各通行難易領域を自車の車幅とマージン分広げる。マージンは、各運転者モデルに固有の値であり、初心者や慎重な人は広めに、熟練者や強気な人は狭めに予め設定する。
方位用視野内通行難易領域抽出部68と速度用視野内通行難易領域抽出部70は、それぞれに設定された視野を用いて、視野内通行難易領域抽出を行う。視野内通行難易領域抽出は、通行難易領域統合部66で統合された通行難易領域と視野を重ね合せ、視野の中にある通行難易領域を抽出する。
w = min(kw/v, wmax) (2)
ただし、dは奥行き、dminは最小奥行き、wは幅、wmaxは最大幅、vは走行速度、kdとkwは定数をあらわす。ここで、kdとkwは、幅が広く奥行きが短い三角形(図13の(a))と、幅が狭く奥行きが長い三角形(図13の(b))の2種類の三角形を作るために2組のパラメータが用意される。
方位用見かけの通行難易度分布生成部72と速度用見かけの通行難易度分布生成部74は、抽出された通行難易領域が異なる以外は同じように、見かけの通行難易度分布を生成する。
目標方位決定部76は、方位見かけの通行難易度分布dd(ψ)を受け取り、方位見かけの通行難易度分布dd(ψ)を走査して、見かけの通行難易度が最小となる方位を検出し、それを目標方位ψTとする。
目標速度決定部78は、速度見かけの通行難易度分布ds(ψ)および目標方位ψTを受け取り、見かけの通行難易度分布ds(ψ)から目標方位ψTにおける見かけの通行難易度を求め、その難易度に基いて上限目標速度vdを計算する。上限目標速度vdは、方位用見かけの通行難易度分布が高いほど小さくまたは0になるように決定される。一例として、以下の式で算出される。
vT’ = min(vd, vmax) (5)
決定した目標速度vT’は、交通環境認識部で認識された交通標識および交通状況に基づいて設定されている上限速度vlに関する情報があればそれを参照し、vT’と比較して小さいほうを目標速度vTとして決定する。式で表すと以下のようになる。
vT = min(vT’, vl) (6)
決定した目標速度vTは、アクセル/ブレーキ操作値生成部82に出力される。
これまで中周期処理について、通行難易領域統合部66で生成された通行難易領域を用いて、方位用、速度用の通行難易度を生成し、目標方位と目標速度の決定を並列に処理する実施形態について説明した。一方、第2の実施形態として、目標方位を決定した後に、決定した目標方位に基づいて目標速度を決定するという、逐次処理を行う実施形態も可能である。図5の運転者モデル32との相違点は、通行難易度統合部66から目標速度決定部78までの構成が並列から直列に変更されている点である。以下、この相違点に絞って第2の実施形態について説明する。
短周期処理は、中周期処理で準備された目標方位と目標速度を用いて、車両運動モデル34の操作量を求める。具体的には、目標方位を受けてステアリングホイール操作値生成部80でステアリングホイ−ル操作値を生成し、目標速度を受けてアクセル/ブレーキ操作値生成部82でアクセル/ブレーキ操作値を生成する。
ステアリングホイール操作生成部80は、目標方向ψTを車両運動モデル34に与えるステアリングホイール操作角度に変換する。この変換は、例えば以下のような手順で行われる。
アクセル・ブレーキ操作生成部82は、目標速度vTを車両運動モデル34に与えるアクセル操作量及びブレーキ操作量に変換する。この変換は、例えば以下のような手順で行われる。
本発明の実施形態では、各移動体モデル30の行動決定の基準として通行難易領域という概念を導入している。通行難易領域は、通行すべきでない度合いを数値化した通行難易度で定義され、さまざまな要素から構成される周囲の交通状況を一元化することが可能である。通行難易度では、数値の増大は通行が一層難しくなることを表しており、反対に数値の減少は通行が一層容易になることを表している。ゆえに、正の通行難易度は、通行のしにくさを示す通行困難度と定義され、負の通行難易度は、望ましい運転操作を示す通行誘導度と定義される。
通行誘導度によって、車線変更や右左折時あるいは通常走行中に、道路のどの位置を通ってほしいかを指定することができる。図5の運転者モデル32の構成要素で具体的に示すと、走行車線選択部54で通行してほしい道路領域を抽出し、車線通行難易領域生成部60で抽出された領域に対して方位用通行誘導度を生成する。通行誘導度は、ゆるやかに通行領域を指定したい場合は低く(0に近く)、しっかり指定したい場合は高く(1に近く)設定する。
通行困難度では、停止する際の位置や方向まで操作することはできないが、通行誘導度を導入することで、例えば停止線に正対させて停止させることができる。具体的には、停止標識対応行動決定部56で通行誘導度を生成するかどうかを決め、生成する場合は停止標識通行難易領域生成部62で方位用通行誘導度を高さ1で設定する。
特定の車両に通行誘導度を生成することで、その車両を追跡することができる。具体的には、他移動体行動予測部58で追従する移動体を選択し(追従しない場合は選択しない)、選択された移動体に対して、他移動体通行難易領域生成部64で方位用および速度用の通行誘導度を生成する。通行誘導度は、緩やかに追跡させたい場合は低く、きちんと追跡させたい場合は高く設定する。
(2) 人がドライビングシミュレータのコックピットに座って、自ら操作しながら交通シミュレータの中を通行する。例えば、新しい交通法規が導入された交通社会で人がどのように運転するのかを、ドライビングシミュレータで行った運転操作を観察・解析することによって知ることができる。
(3) 移動体挙動(交通シミュレータの移動体や、他のドライビングシミュレータの挙動)をドライビングシミュレータで再生する。これにより、自分以外の運転挙動が体験できる。
12 制御部
14 シミュレーション部
16 表示部
20 道路交通環境データベース
30 移動体モデル
32 運転者モデル
34 車両運動モデル
Claims (11)
- 道路交通環境と複数の移動体により生じる道路交通の相互関係を模擬する道路交通シミュレーション装置であって、
交通シミュレーションを実行するシミュレーション部と、交通シミュレーションの経過を表示する表示部と、シミュレーション部の制御を行う制御部と、を有し、
該シミュレーション部は道路交通環境データベースおよび移動体モデルを有し、該移動体モデルは運転者の運転操作をモデル化した運転者モデルと、車両の挙動をモデル化した車両運動モデルとを有し、該運転者モデルは異なる長さの周期の処理を並列に実行する、道路交通シミュレーション装置。 - 前記道路交通環境データベースが、通行路データ、標識データ、および接続データを有し、
該通行路データは、車線の幅および長さ、路面の摩擦係数、車道および歩道の種別、走行方向の少なくとも一つを含む街路の物理的情報であり、
該標識データは、信号機、踏切、速度規制、進路規制、一時停止を含む規則、車線区分、分離帯、横断歩道の位置、種別の少なくとも一つであり、
該接続データは、道路の接続情報であり、
前記データベース内の情報は、シミュレーション実行中に前記複数の移動体それぞれによって動的に認識される、請求項1記載の道路交通シミュレーション装置。 - 前記運転者モデルが、更新頻度の低い運転操作を長い周期で行う長周期処理と、該長周期処理よりも短い頻度で更新するべき運転操作を行う中周期処理と、該中周期処理よりも短い頻度で更新するべき運転操作を行う短周期処理と、を並列に実行し、各周期処理の結果を統合し、車両運動モデルに出力する、請求項1記載の道路交通シミュレーション装置。
- 前記運転者モデルは、自分の周囲の前記道路交通環境データと自分の周囲にいる他の前記移動体によって構成される交通状況を、通行の難易度を示す通行難易度で一元的に表現するよう構成されており、該通行難易度が前記運転操作に反映される、請求項3記載の道路交通シミュレーション装置。
- 前記通行難易度は、走行車線に関する情報、停止規則に関する情報、および周囲の移動体に関する情報の少なくとも1つについて生成される、請求項4記載の道路交通シミュレーション装置。
- 前記通行難易度を示す領域が、車線通行難易領域生成部、停止標識通行難易領域生成部、および他移動体通行難易領域生成部の少なくとも1つによって生成され、通行難易領域統合部で統合される、請求項5記載の道路交通シミュレーション装置。
- 前記運転者モデルは、自分の周囲にいる他の前記移動体によって構成される前記交通状況から、現時点における上限速度を推定する上限速度推定部をさらに有する、請求項4記載の道路交通シミュレーション装置。
- 前記運転者モデルが、前記交通状況個別に事前設定された特性および運転者モデル個別に事前設定された特性の両方または一方に基づいて前記通行難易度を生成する、請求項4記載の道路交通シミュレーション装置。
- 前記通行難易度が、通行のしにくさを示す通行困難度および望ましい運転操作を示す通行誘導度を含み、該通行困難度は前記通行難易度の正の値であり、該通行誘導度は前記通行難易度の負の値である、請求項4記載の道路交通シミュレーション装置。
- 前記車両運動モデルが、ドライビングシミュレータで用いることが可能な精度を有する自由度の高いモデルである、請求項1記載の道路交通シミュレーション装置。
- 前記移動体モデルは、少なくとも1つをドライビングシュミレータで代替可能である、請求項9記載の道路交通シミュレーション装置。
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