JP2007066174A

JP2007066174A - オフセット追従制御装置及びオフセット追従制御方法

Info

Publication number: JP2007066174A
Application number: JP2005253557A
Authority: JP
Inventors: Hitoshi Fujiwara; 整藤原; Toru Okita; 亨音喜多; Toshihiko Oda; 利彦織田; Koichiro Iwaoka; 浩一郎岩岡
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2005-09-01
Filing date: 2005-09-01
Publication date: 2007-03-15

Abstract

【課題】追従中の遅れ時間ができるだけ小さくなるようにオフセットを追従させることができるオフセット追従制御装置及びオフセット追従制御方法を提供する。
【解決手段】各交差点１３のサイクル長、スプリット、オフセットの組合せを生成する制御パラメータ組合せ生成部１０１と、制御パラメータ組合せ生成部１０１で生成された制御パラメータに基づいて遅れ時間を算出する遅れ時間算出部１０２と、遅れ時間算出部１０２で算出された遅れ時間の大きさに基づいて各交差点１３の追従過程でのオフセットを生成するオフセット生成部１０３とを備え、オフセット追従過程における遅れ時間を最小化する時系列のオフセット列を生成する。これにより、追従中において交通流の十分な円滑化が可能となる。
【選択図】図１

Description

本発明は、サブエリア単位で信号機群を同期して動作させる信号制御システムにおいて、隣り合う信号機の青開始の時間差であるオフセットの変更に際して、目標となるオフセットに向けて値を段階的に変化させるオフセット追従制御装置及びオフセット追従制御方法に関する。

従来、道路網に設置された信号機群を同期して動作させる信号制御システムでは、信号機間のオフセットを変更する場合、目標となるオフセットに向けて段階的に調整を行うオフセット追従の動作が必要となる。従来、この追従の回数をできるだけ減らして目標値に早く到達させる方法や、オフセットがサイクル長の２分の１となり、車両の流れを妨げるオフセット反転を極力発生させない方法（例えば特許文献１参照）が提案されている。特許文献１では、オフセットの変更方向をプラスとマイナスに分け、目標となるオフセットに対して追従の回数とその過程の反転数を最小化する組合せ最適化問題とし、線形計画法に帰着させて追従方向の組合せを求めるようにしている。

一方、従来、交通量変動に応じて制御パタンを切り替えるパタン選択型の制御方法が提案されている（例えば非特許文献１参照）。非特許文献１では、パタンの切り替え時に発生するオフセット追従の動作を取り入れた交通流シミュレーションによって系統方向の総遅れ時間を算出して、この遅れ時間が最小となるようにパタンの切り替えタイミングを決定するようにしている。

特開２０００−２０８８２号公報２００３年７月、土木学会論文集No．７３７／IV−６０、１１５−１２４、２００３．７、「系統交通信号の高度化を意図したパタン切り替え制御の最適化の効果とその限界」（久井守、山本耕作）

しかしながら、上述した従来の信号制御方法においては、次のような問題がある。すなわち、特許文献１で開示された方法においては、できるだけ早く追従が完了するようにオフセットを変更するようにしているものの、この過程の値は、サイクル長とスプリットとの組合せを考慮していないこともあって、交通流の十分な円滑化に寄与していない。しかし、交通状況に応じてサイクル長、スプリット、オフセットの組合せを決定しても、追従が完了するまでの間の組合せが交通状況に合っているとは限らないため、それだけでは交通流の十分な円滑化に寄与することは困難である。また、オフセット反転の発生を回避するようにしても、一般的に、反転時のオフセットによる交通流への影響は交差点間の距離や混雑状況に依存するので、オフセット反転を回避させるようにしても、必ずしも追従中の交通状況が良くなるとは限らない。

また、非特許文献１で開示された方法においては、交通流シミュレーションによってオフセット追従処理を再現し、オフセット追従中に発生する遅れ時間を計算するようにしているが、この過程において、オフセットが目標値となるまでその方向に変更されるので、遅れ時間に応じて追従中のオフセットを決定することはできない。

本発明は、係る事情に鑑みてなされたものであり、追従中の遅れ時間ができるだけ小さくなるようにオフセットを追従させることができるオフセット追従制御装置及びオフセット追従制御方法を提供することを目的とする。

上記目的は下記構成又は方法により達成される。
（１）隣り合う信号機の青開始の時間差であるオフセットの変更に際して、目標オフセットに向けて現在のオフセットの値を段階的に変化させるオフセット追従制御装置において、現在のオフセットの値を前記目標オフセットに向けて段階的に変化させる追従過程にて前記オフセットの追従し得る増減方向の各値及び動作周期であるサイクル長及び青時間の比率であるスプリットの組合せを生成する制御パラメータ組合せ生成手段と、前記制御パラメータ組合せ生成手段で生成されたパラメータに基づいて交通流の推移を再現し、再現した車両の速度や交通量から車両の遅れ時間を算出する遅れ時間算出手段と、前記オフセットの各増減方向に対する遅れ時間から、オフセット追従過程の総遅れ時間を最小化するオフセット値を決定して時系列のオフセット列を生成するオフセット生成手段と、を備える。

（２）信号制御システムにおいて、上記（１）に記載のオフセット追従制御装置を備える。

（３）隣り合う信号機の青開始の時間差であるオフセットの変更に際して、目標オフセットに向けて現在のオフセットの値を段階的に変化させるオフセット追従制御方法において、現在のオフセットの値を前記目標オフセットに向けて段階的に変化させる追従過程にて前記オフセットの追従し得る増減方向の各値及び動作周期であるサイクル長及び青時間の比率であるスプリットの組合せを生成する工程と、生成したパラメータに基づいて交通流の推移を再現し、再現した車両の速度や交通量から車両の遅れ時間を算出する工程と、前記オフセットの各増減方向に対する遅れ時間から、オフセット追従過程の総遅れ時間を最小化するオフセット値を決定して時系列のオフセット列を生成する工程と、を備える。

上記（１）に記載のオフセット追従制御装置では、オフセット追従過程における遅れ時間を最小化する時系列のオフセット列を生成するので、追従中の交通流の十分な円滑化に寄与する。

上記（２）に記載の信号制御システムでは、上記（１）に記載のオフセット追従制御装置を備えるので、追従中の交通流の十分な円滑化が可能となる。

上記（３）に記載のオフセット追従制御方法では、オフセット追従過程における遅れ時間を最小化する時系列のオフセット列を生成するので、追従中の交通流の十分な円滑化に寄与する。

以下、本発明を実施するための好適な実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施の形態に係るオフセット追従制御装置の概略構成を示すブロック図である。この図において、本実施の形態のオフセット追従制御装置１０は、道路網のサブエリア単位で設けられ、サブエリア２０内の複数の信号機１１を制御する。サブエリア２０は、複数の信号機１１を同じサイクル長で同期させる領域である。なお、図１では、サブエリア２０内の信号機１１は３機であるが、この数に限定はなく任意である。信号機１１は、道路１２上の各交差点１３に設置される。各信号機１１の車両通行方向（図中矢印Ａで示す方向）の手前には、超音波を利用して車両（図示略）を感知するための感知器１４が設置される。

オフセット追従制御装置１０は、制御パラメータ組合せ生成部１０１と、遅れ時間算出部１０２と、オフセット生成部１０３と、データベース１０４とを備えて構成され、オフセット追従過程における遅れ時間を最小化するオフセットの値を生成する。オフセット追従制御装置１０は、各信号機１１及び各感知器１４と通信回線で接続されており、感知器データや予め用意されたパタンなどから選択した追従前後の制御パラメータをメモリ（図示略）に格納している。制御パラメータ組合せ生成部１０１は、各交差点１３の「サイクル長」、「スプリット」、「オフセット」の組合せを生成する。遅れ時間算出部１０２は、制御パラメータ（Ｃ，Ｓ，Ｏ）に基づいて遅れ時間を算出する。オフセット生成部１０３は、遅れ時間の大きさに基づいて各交差点１３の追従過程のオフセットを生成する。オフセット生成部１０３で生成されたオフセット値は、データベース１０４に格納される。

次に、上記構成のオフセット追従制御装置１０の動作について説明する。この場合、制御パラメータ組合せ生成部１０１、遅れ時間算出部１０２及びオフセット生成部１０３の夫々について個別に説明する。

〔制御パラメータ組合せ生成部１０１の動作〕
図２は、制御パラメータ組合せ生成部１０１の動作を示すフロー図である。また、図３は制御パラメータ組合せ生成部１０１の動作概念図である。

図２及び図３において、制御パラメータ組合せ生成部１０１は、まず各交差点１３_１、１３_２、…、１３_ｎについて、サイクル長（Ｃ）と、スプリット（Ｓ）と、オフセット（Ｏ）とからなる組合せ（Ｃ_１，Ｓ_１，Ｏ_１）、（Ｃ_２，Ｓ_２，Ｏ_２）、…、（Ｃ_ｎ，Ｓ_ｎ，Ｏ_ｎ）を生成する（ステップＳ１００）。次いで、オフセットを現在値から＋ΔＯ及び−ΔＯのみ変更したパラメータ侯補を生成する。本実施の形態では、ΔＯを、サイクル長に対して１２．５％とする。なお、現在値と目標値との差がサイクル長の１２．５％以下の場合は、その差分をΔＯとすれば良い。また、既にオフセットが目標値へ到達している交差点については、現在値を侯補とする（ステップＳ１０１）。最後に全ての侯補をメモリ（図示略）に格納して終了する（ステップＳ１０２）。

〔遅れ時間算出部１０２の動作〕
図４は、遅れ時間算出部１０２の動作を示すフロー図である。また、図５は遅れ時間算出部１０２の動作概念図である。

図４及び図５において、遅れ時間算出部１０２は、まず上述したメモリから制御パラメータ組合せの侯補を読み込み（ステップＳ２００）、感知器１４から得られる感知器データからサブエリア２０内の交通量と速度データを抽出する（ステップＳ２０１）。次いで、図５の交通流シミュレーションモデル４０を用い、交通量と速度を該モデル４０への入力情報として適用し、各侯補に対する車両（または車群）の推移を計算する（ステップＳ２０２）。このとき、侯補以外の交差点についてはＣ、Ｓ、Ｏの初期値を用いる。上記の計算から各侯補に対するサブエリア全体の遅れ時間ＰＩを求め、上述したメモリに格納する（ステップＳ２０３）。

〔オフセット生成部１０３の動作〕
図６は、オフセット生成部１０３の動作を示すフロー図である。また、図７はオフセット生成部１０３の動作概念図である。

図６において、オフセット生成部１０３は、まず各交差点１３_１、１３_２、…、１３_ｎについて、追従前のオフセットＯ_１ ^０、Ｏ_２ ^０、…、Ｏ_ｎ ^０を含むパラメータ初期値（Ｃ_１，Ｓ_１，Ｏ_１ ^０）、（Ｃ_２，Ｓ_２，Ｏ_２ ^０）、…、（Ｃ_ｎ，Ｓ_ｎ，Ｏ_ｎ ^０）と、目標オフセットＯ_１ ^Ｔ，Ｏ_２ ^Ｔ，…，Ｏ_ｎ ^Ｔを上述したメモリから読み込み（ステップＳ３００）、制御パラメータ組合せ生成部１０１を呼び出して、初期値からパラメータ侯補を生成する。ここで、各交差点の侯補は、オフセット増減方向の各２通り、交差点数ｎに対しては２のｎ乗となる。本実施の形態では、交差点数が少なくて実用的な処理時間で計算可能な場合は全侯補、それ以外は乱数等を用いて無作為に抽出した侯補を用いる（ステップＳ３０１）。次いで、遅れ時間算出部１０２を用いて最も遅れ時間の小さい侯補と、その侯補を含む交差点を選択する（ステップＳ３０２）。選択した交差点のオフセットが目標オフセットと一致する場合は、それ以上侯補を生成しないものとし、残りの交差点について新たに侯補を生成する（ステップＳ３０３）。

ステップＳ３０２とステップＳ３０３を、全交差点１３のオフセットが目標値に達するまで繰り返し（ステップＳ３０４）、目標値に至るまでのオフセット値（Ｏ_１ ^０，Ｏ_１ ^１，…，Ｏ_１ ^Ｔ）、（Ｏ_２ ^０，Ｏ_２ ^１，…，Ｏ_２ ^Ｔ）、…、（Ｏ_ｎ ^０，Ｏ_ｎ ^１，…，Ｏ_ｎ ^Ｔ）をデータベース１０４に保存する（ステップＳ３０５）。なお、遅れ時間の代わりに、目標値に達するまでの追従の累積回数や、同過程においてオフセット反転が発生する回数を最小化するように侯補を選択しても良い。さらに、遅れ時間、追従回数、オフセット反転数の中から任意の指標を組合せて、これらを同時に最小化するように侯補を選択しても良いものとする。

このように本実施の形態のオフセット追従制御装置１０によれば、各交差点１３のサイクル長、スプリット、オフセットの組合せを生成する制御パラメータ組合せ生成部１０１と、制御パラメータ組合せ生成部１０１で生成された制御パラメータに基づいて遅れ時間を算出する遅れ時間算出部１０２と、遅れ時間算出部１０２で算出された遅れ時間の大きさに基づいて各交差点１３の追従過程でのオフセットを生成するオフセット生成部１０３とを備え、オフセット追従過程における遅れ時間を最小化する時系列のオフセット列を生成するので、追従中において交通流の十分な円滑化が可能となる。

本発明は、遅れ時間を最小化する追従過程のオフセットを得ることができるといった効果を有し、信号制御システム等への適用が可能である。

本発明の一実施の形態に係るオフセット追従制御装置の概略構成を示すブロック図図１の制御パラメータ組合せ生成部の動作を説明するためのフロー図図１の制御パラメータ組合せ生成部の動作概念図図１の遅れ時間算出部の動作を説明するためのフロー図図１の遅れ時間算出部の動作概念図図１のオフセット生成部の動作を説明するためのフロー図図１のオフセット生成部の動作概念図

符号の説明

１０オフセット追従制御装置
１１信号機
１２道路
１３交差点
１４感知器
２０サブエリア
１０１制御パラメータ組合せ生成部
１０２遅れ時間算出部
１０３オフセット生成部
１０４データベース

Claims

隣り合う信号機の青開始の時間差であるオフセットの変更に際して、目標オフセットに向けて現在のオフセットの値を段階的に変化させるオフセット追従制御装置において、
現在のオフセットの値を前記目標オフセットに向けて段階的に変化させる追従過程にて前記オフセットの追従し得る増減方向の各値及び動作周期であるサイクル長及び青時間の比率であるスプリットの組合せを生成する制御パラメータ組合せ生成手段と、
前記制御パラメータ組合せ生成手段で生成されたパラメータに基づいて交通流の推移を再現し、再現した車両の速度や交通量から車両の遅れ時間を算出する遅れ時間算出手段と、
前記オフセットの各増減方向に対する遅れ時間から、オフセット追従過程の総遅れ時間を最小化するオフセット値を決定して時系列のオフセット列を生成するオフセット生成手段と、
を備えるオフセット追従制御装置。
請求項１に記載のオフセット追従制御装置を備える信号制御システム。
隣り合う信号機の青開始の時間差であるオフセットの変更に際して、目標オフセットに向けて現在のオフセットの値を段階的に変化させるオフセット追従制御方法において、
現在のオフセットの値を前記目標オフセットに向けて段階的に変化させる追従過程にて前記オフセットの追従し得る増減方向の各値及び動作周期であるサイクル長及び青時間の比率であるスプリットの組合せを生成する工程と、
生成したパラメータに基づいて交通流の推移を再現し、再現した車両の速度や交通量から車両の遅れ時間を算出する工程と、
前記オフセットの各増減方向に対する遅れ時間から、オフセット追従過程の総遅れ時間を最小化するオフセット値を決定して時系列のオフセット列を生成する工程と、
を備えるオフセット追従制御方法。