JP2007257196A - 交差点における車両挙動の予測システム - Google Patents

Abstract

【課題】道路を走行している車両が交差点に到達するまでの交通流を精度良く予測し、信号制御システムや、車両の安全運転支援、環境対応支援、自動化システムに役立てる。
【解決手段】交差点に進入するプローブ車両の時々刻々の位置、速度、時刻などのデータを取得し、前記取得されたデータＣに基づいて、当該交差点に進入する車両が到達する行列末尾位置Ｌt、行列内での停止時間Ｔh、交差点に到着するまでの行列内走行時間Ｔm、赤信号による再停止位置Ｌr、移動中の行列末尾に到達するまでの時間Δｔ′、移動中の行列末尾に到達するまでの走行距離ΔＬ、の少なくとも１つ又はそれ以上を算出する。
【選択図】図４

Description

本発明は、交差点での信号制御、車両での安全運転支援や環境対策支援を実現するために必要となる、交差点における車両挙動の予測技術に関するものである。

交差点における渋滞長、渋滞度、旅行時間等の予測技術に関して、過去の公知技術では、何れも道路に車両感知器等を設置し、車両感知器等により得られた５分間程度の平均的なデータ、あるいは特定の車載装置を搭載した車両との通信により得られたプローブデータを収集し、これらのデータを用いて、信号周期当たりの平均的な渋滞長、渋滞度、旅行時間等のデータを計測あるいは推定し、信号制御や情報提供等に役立てるというものであった（特許文献１〜３参照）。
特開平9-073595号公報 特願2002-260142号公報 特願2003-085687号公報

前記交差点における車両挙動の予測技術においては、単に一定の速度で走行するものと仮定しているに過ぎず、実際の空間的な走行特性を正しく把握して予測する、というきめ細かい手法が提案されていない。
時々刻々の交通状況がより正確に分かると、提供情報の精度が向上し、信号制御の性能が向上する。

そこで本発明は、対象道路を走行している車両が交差点に到達するまでの時間における交通流を精度良く予測することにより、信号制御、車両の安全運転支援、環境対応支援、自動化システムに役立てることのできる車両挙動の予測システム、方法及びプログラム並びに情報提供システム、信号制御システム、信号制御指標算出システム、エンジン停止制御装置、及び速度制御装置を提供することを目的とする。

この項では、「発明を実施するための最良の形態」で用いる参照符号を付加して説明する。
本発明の車両挙動の予測システムは、交差点に進入する車両に搭載された車載装置から時系列に複数回計測される車両位置データを含むデータを取得するプローブデータ取得手段と、当該交差点上流に設置された車両感知器からの車両感知データを取得する車両感知データ取得手段と、前記プローブデータ取得手段により取得されたデータに基づいて、前記車両感知データにおける感知車両が交差点に到達する行列末尾位置Ｌt、行列末尾に到達する時刻ｔａ、行列内での停止時間Ｔh、交差点に到着するまでの行列内走行時間Ｔm、赤信号による再停止位置Ｌr、当該車両が移動中の行列末尾に到達するまでの時間Δｔ′、当該車両が移動中の行列末尾に到達するまでの走行距離ΔＬ、の少なくとも１つを算出する処理手段とを有するものである。

本発明によれば、プローブデータ取得手段と、車両感知データ取得手段とを備えることにより、感知車両が交差点に到達する行列末尾位置Ｌt、行列末尾に到達する時刻ｔａ、行列内での停止時間Ｔh、交差点に到着するまでの行列内走行時間Ｔm、赤信号による再停止位置Ｌr、当該車両が移動中の行列末尾に到達するまでの時間Δｔ′、当該車両が移動中の行列末尾に到達するまでの走行距離ΔＬ、の少なくとも１つを算出することができる。このようにして、交差点に進入する感知車両の挙動を予測することができる。このため、地上インフラの整備が最小限で済み、コスト上、非常に有益である。

前記処理手段は、プローブ車両が到着した行列末尾位置Ｌt1と、プローブ車両が車両感知器を通過した時刻以後、前記感知車両が感知された時刻までの車両通過台数Ｓと、停止車頭間距離Ｌｈとに基づいて、前記感知車両が到達する行列末尾位置Ｌｔを算出することもできる。
また、この車両挙動の予測システムは、青信号開始時刻を含む信号灯色制御データを取得する信号灯色制御データ取得手段をさらに備えるものであれば、前記青信号開始時刻と、青信号開始後、行列の発進波が前記算出された行列末尾位置Ｌｔに到達するまでの時間とに基づいて、行列内での停止時間Ｔhを算出することができる。

また、前記交差点に到着するまでの行列内走行時間Ｔmは、前記算出された行列末尾位置Ｌtと、行列内走行速度Ｖqを用いて算出することができる。
また、当該車両が赤信号直前で交差点を抜けることのできる車両の行列末尾位置Ｌtbを算出し、この行列末尾位置Ｌtbと前記算出された行列末尾位置Ｌtとに基づいて、前記感知車両が赤信号待ちで再停止する場合の再停止位置Ｌrを算出することができる。

また、前記算出された行列末尾位置Ｌtが発進波と停止波との交点の位置Ｕに一致する感知車両を特定するとともに、該交点の位置Ｕ及び該特定した感知車両が該交点の位置Ｕに到達する時刻ｔｄを求め、該特定した感知車両が該交点の位置Ｕに到達する時刻ｔｄ以後、前記感知車両が該交点の位置Ｕに到達するまでの時間ｔ′と、該特定した感知車両が感知された時刻から前記感知車両が感知された時刻までの車両通過台数Ｓdeとを用いて、前記感知車両が、該交点の位置Ｕを通過した後、移動中の行列末尾に到達するまでの時間Δｔ′を算出することができる。

また、前記感知車両が、該交点の位置Ｕを通過した後、移動中の行列末尾に到達するまでの走行距離ΔＬは、前記算出された行列末尾位置Ｌtが発進波と停止波との交点の位置Ｕに一致する感知車両を特定するとともに、該交点の位置Ｕ及び該特定した感知車両が該交点の位置Ｕに到達する時刻ｔｄを求め、該特定した感知車両が該交点の位置Ｕに到達する時刻ｔｄ以後、前記感知車両が該交点の位置Ｕに到達するまでの時間ｔ′と、該特定した感知車両が感知された時刻から前記感知車両が感知された時刻までの車両通過台数Ｓdeとを用いて、算出することができる。

以上の予測結果を通信により車両に伝達することにより、当該車両が交差点を通過するまでの安全運転支援、環境対策支援に基づく走行制御やドライバへの情報提供を効果的に行わせることができる。また、予測結果を利用して、より円滑な交通流を実現するために青信号を延長したり、信号制御の効果評価をより正確に行ったりすることにより、信号制御の高度化を図ることができる。

車載装置においても、装置内の演算により、当該車両が交差点を通過するまでの安全運転支援、環境対策支援に基づく走行制御やドライバへの情報提供を効果的に行わせることができる。
例えば、車両挙動の予測システムによって得られた前記感知車両の行列内での停止時間Ｔhを所定の閾値と比較することにより、前記感知車両のエンジン停止（アイドリング）の可否を判定し、その判定結果に基づいてエンジンを停止すべき情報を前記感知車両に送信し、当該車両のアイドリングストップのための情報提供又は車両制御を行うことができる。

なお、車載装置において、車両挙動の予測システムによって得られた行列内での停止時間Ｔhを受信し、前記行列内での停止時間Ｔhを所定の閾値と比較することによりエンジン停止の可否を判定し、前記判定手段の結果に基づいてエンジンを停止させ、又はエンジンを停止すべき情報をドライバに提供することができる。
また、車両挙動の予測システムによって得られた前記感知車両の行列内での停止時間Ｔhを所定の閾値と比較することにより前記感知車両の減速の可否を判定し、前記判定の結果に基づいて減速すべき情報を前記感知車両に送信し、当該車両の低速の定速度走行のための情報提供又は車両制御を行うことができる。

なお、車載装置において、前記停止時間Ｔhを受信し、前記行列内での停止時間Ｔhを所定の閾値と比較することにより減速の可否を判定し、前記判定の結果に基づいて減速すべく速度を制御し、又は減速すべき情報をドライバに提供することもできる。
また、車両挙動の予測システムによって得られた前記感知車両の行列末尾位置Ｌt及び行列内での停止時間Ｔhがいずれも０である場合に、前記感知車両のジレンマ領域の回避走行のための速度制御に関する情報を前記感知車両に送信することにより、当該車両のジレンマ領域の回避走行のための情報提供又は車両制御を行うことができる。

なお、 車載装置において、前記車両挙動の予測システムによって得られた行列末尾位置Ｌt及び行列内での停止時間Ｔhを受信し、前記行列末尾位置Ｌt及び行列内での停止時間Ｔhがいずれも０である場合に、ジレンマ領域の回避走行のために速度を制御し、又は速度を制御すべき情報をドライバに提供することとしてもよい。
また、 本発明の信号制御システムは、車両感知データに基づいて、前記車群における先頭の感知車両と末尾の感知車両とが感知された時刻の差を算出し、車両挙動の予測システムによって得られた前記先頭の感知車両の行列末尾位置Ｌt及び行列内での停止時間Ｔhがいずれも０である場合に、前記先頭の感知車両が交差点を通過してから前記算出した時刻の差が経過するまで青信号を延長するように制御することもできる。円滑な交通流を実現することができる。

また、本発明の信号指標算出システムは、車両挙動の予測システムによって得られた前記感知車両が到達する待ち行列の末尾位置Ｌt、行列内での停止時間Ｔh、交差点に到着するまでの行列内走行時間Ｔm、赤信号による再停止位置Ｌr、当該車両が移動中の行列末尾に到達するまでの時間Δｔ′、移動中の行列末尾に到達するまでの走行距離ΔＬ、の少なくとも１つのデータを用いて、車両の遅れ、停止回数、停止時間、捌け残り台数の少なくとも１つを算出することができる。これにより、信号制御の効果の評価を行うことができる。

また、本発明の交差点における車両挙動の予測方法及びプログラムは、前記車両挙動の予測システムの発明と実質同一発明に係る方法及びプログラムである。

本発明によれば、交差点に進入する感知車両の挙動を精度よく予測することができる。また、地上インフラの整備が最小限で済み、コスト上、非常に有益である。

以下、本発明の実施の形態を、添付図面を参照しながら詳細に説明する。
まず用語の定義を行う。
「交通量」：単位時間あたりの車両通過台数。
「占有時間」：単位時間当たりに車両感知器の検知領域を車体が通過した時間の総和。
「占有率」： 占有時間／単位時間
「プローブ車両」：本発明の実施に必要な車両位置、速度、時刻等のデータを送信することのできる車載装置を搭載した車両。

「プローブデータ」：車載装置から入手した車両位置、速度、時刻等のデータ。プローブデータは、所定時間ごと、所定距離走行ごと、所定加減速度ごと、又は所定方位変化ごとの車両の位置、速度、時刻等のデータであり、車両の停止時、発進時の車両の位置、速度、時刻のデータを含む。
「待ち行列」：信号待ちをしている車両の行列。単に「行列」という。

「信号灯色切り替え時刻情報」：交差点の赤、青、黄の切り替え時刻に関する情報。
「行列内走行速度」：青信号を開始してから、待ち行列を形成していた車両が前から順に発進して停止線に至るまでの車両の平均速度のこと。
図１は、交通流挙動の予測対象としている交差点及び当該交差点に流入する道路（対象道路という）を表す地図である。

対象道路の、停止線から距離Ｌｓの位置に、車両感知器１を設置している。また、交差点の出口に下流車両感知器２を設置している。これらの車両感知器１，２には、光ビーコン、超音波感知器、ループ式感知器、画像感知器、遠赤外線感知器、又は赤外線感知器等が使用できる。車両感知器１は、既存の信号制御用に設置されていることが多い。
これらの車両感知器１で、交通量、占有時間、車両速度等を計測する。

なお、対象道路には、交差点と車両感知器１との間に、他の道路から車両が流入出する分岐路がないことを前提とする（分岐路がある場合は後述する）。
図２は、交差点における車両の走行挙動を表すグラフであり、横軸に時刻、縦軸に交差点の停止線からの距離を表している。
車両の走行により、当該車両の走行軌跡が、図２のように表される。

縦線で表した三角の部分は、待ち行列を表している。三角形の上辺は、待ち行列に進入した車両の停止位置を表す。図２の例では、車両はまず赤信号（黄信号を含んでもよいものとする。以下同じ）の待ち行列の末尾に加わり停止する。三角形の下辺は、青信号になって交差点から発進する車両の発進位置を表す。
停止位置、発進位置は、それぞれ時間とともに上流側へ延びていくので、それぞれ伝搬速度を持っている。それらを停止波、発進波という。

停止波、発進波の交わる時点は、待ち行列中に停止車両がなくなり、すべての車両が走行しながら、待ち行列がだんだんと減っていく境界時点を表す。この時点以後に交差点に進入する車両は、移動する待ち行列の末尾に加わっていくことになる。
図３は、本発明の車両挙動の予測システムの全体構成を示すブロック図である。
車両挙動の予測システムは、地上交通センタ３と、信号制御装置４と、車両感知器１，２とを備えている。

地上交通センタ３には処理装置３１、路上装置５が含まれている。
処理装置３１は、図３に示したように、路上装置５と同一の場所に設置されているが、同一の場所に設置されている必要は必ずしもなく、路上装置５とは別の場所に設置され、通信回線でつながれていてもよい。
車載装置は、プローブ車両、及び一部の一般車両（プローブ車両を含む全ての車両をいう）に搭載されている。各車載装置は車両識別のためのコードを持って、このコードを使って路上装置５と通信することができる。

プローブ車両の車載装置６は、通信装置とともに、ＧＰＳ受信機などの位置検出装置を備えていて、時刻ごとの自車両の位置を検出することができる。
車載装置６で取得された位置データ等は、プローブデータとして、車載の通信装置から送信される。送信されたデータは、路上装置５で受信され、処理装置３１に送られる。
前記一部の一般車両の車載装置６′には、通信装置とともに、画像や音声によりドライバに情報提供を行う情報提供装置が備えられている。さらに、スロットルやブレーキ等の制御を行う車両制御装置が備えられていることがある。

路上装置５から車載装置６′に対して、この車両の交差点までの走行挙動の予測データが送信される。このデータは、車載装置６′で解析され、その結果がドライバに情報表示されるとともに、車両制御装置がある場合は車両自動制御のために用いられる。
車載装置６，６′と路上装置５との間の路車間通信の方式としては、光ビーコン、無線ＬＡＮ、ＤＳＲＣ(Dedicated Short Range Communication)等の双方向通信方式を用いることができる。また、携帯電話や専用無線等により、車両と地上交通センタ３とを直接結ぶ通信を用いても良い。

信号制御装置４は、交差点の信号の切り替えを制御する装置である。信号制御装置４から信号灯色切り替え時刻情報が地上交通センタ３に送られる。
対象道路を通って交差点の停止線を通過したプローブ車両のプローブデータは、路上装置５で受信され、地上交通センタ３に蓄積される。
これを解析すると、このプローブ車両が前記対象道路の各地点を通過する時刻と、その時々の位置、速度が求められる。その走行軌跡をプロットすれば、図４の太線Ｃのようになる。

図４において、プローブ車両が車両感知器１の設置地点を通過した時刻をｔ0とする。
青信号開始時刻をｔgとし、プローブ車両が待ち行列の末尾に入った時刻をｔ1、待ち行列の中で発進した時刻をｔ2とする。交差点の停止線に到達した時刻をｔ3とする。停止中のプローブ車両の、交差点の停止位置までの距離をLt1とする。
車両感知器１の設置地点から信号待ちの行列末尾までの非渋滞部の旅行時間Ｔfは、
Ｔf＝ｔ1−ｔ0 （１式）
であらわされ、その旅行速度Ｖfは、
Ｖf＝（Ｌs−Lt1）／（ｔ1−ｔ0） （２式）
から得られる。

車両の行列内走行速度Ｖq、発進波の伝搬速度Ｖwは、下式により得られる。
Ｖq＝Lt1／（ｔ3−ｔ2） （３式）
Ｖw＝Lt1／（ｔ2−ｔg） （４式）
このようにして、 車両感知器１の設置地点から信号待ちの行列末尾までの旅行時間Ｔf、旅行速度Ｖf、青信号開始後の車両の行列内走行速度Ｖq、発進波の伝搬速度Ｖwを求めることができる。なお、行列内走行速度Ｖq、発進波の伝搬速度Ｖwは、このように算出する代わりにあらかじめ取得しておき、その値を用いてもよい。

前記旅行速度Ｖfは、短時間では、車両が異なってもほぼ一定と考えられるので、プローブ車両の通過前後に車両感知器１を通過した各車両は、この旅行速度Ｖfで行列の末尾に到達すると考える。行列内走行速度Ｖqも、車両が異なっても一定と考える。
車両感知器１は、所定時間内の車両通過台数を計測することができる。この計測された台数を車両通過台数Ｓという。

図５に示すように、待ち行列内の車両の停止車頭間距離をＬh とする。停止車頭間距離Ｌｈは、待ち行列内に大型車が混入している比率によって変わることがある。そこで、この停止車頭間距離Ｌｈを求めるには、次のような方法がある。
地上に設置された車両感知器１により、通過する車両の占有時間ｔ（秒）と車両の速度ｖ（ｍ／秒）とを計測できる場合、次のような方法で停止車頭間距離Ｌｈを求める。

平均車長Ｌcは、下式のようにして得られる。
Ｌc＝Ｅ［ｔ・ｖ］ （５式）
なおここで、Ｅ［＊］は、車両感知器１を通過する複数の車両について、「＊」の平均操作を示す。
待ち行列内の停止車両の平均車間距離（前方車の後尾と後方車の車頭との距離；図５参照）Ｌdは定数と考えて良いため、停止時の停止車頭間距離Ｌｈは、次式で得られる。

Ｌｈ＝Ｌc＋Ｌd （６式）
なお、停止車頭間距離Ｌh を算出する代わりに、最初に取得しておき、以後その値を定数として使用することも可能である。
交差点の信号待ちの行列の短時間先までの車両挙動を、以下のように予測する。
図４のプローブ車両走行軌跡Ｃに示すように、時刻ｔ0に車両感知器１を通過したプローブ車両が、時刻ｔ1に行列の末尾（交差点からの距離がＬt1）に到達したことが、時刻ｔ1以降の時刻に分かる。

このプローブ車両のデータと、時刻ｔ0以後の車両感知器１で計測した車両通過台数Ｓとから、プローブ車両の後を通過する個々の車両の軌跡を予測する。
それらの車両の軌跡は、信号灯色との時間的関係によって様相が変わってくる。次の２つの場合（１），（２）に分けて説明する。
（１）停止中の行列の末尾に到着する車両の軌跡（図４軌跡ａ，ｂ，ｃ）
先ず、図４の軌跡ａの場合を考える。この軌跡ａの車両が行列の末尾に到達する時刻をｔaとし、前記旅行速度Ｖfから得られる行列末尾までの旅行時間をＴfとする。

プローブ車両が車両感知器１を通過した時刻ｔ0以後、車両感知器１が軌跡ａの車両を感知するまでに計測した車両通過台数をＳａとする。軌跡ａの車両の行列末尾位置Ｌtaは、停止車頭間距離Ｌｈを用いて次式で予測される。
Ｌta＝Ｌt1＋Ｓa・Ｌh （７式）
時刻ｔaは、この行列末尾位置Ｌta、車両感知器１の設置位置Ｌｓ、旅行速度Ｖｆを用いて、次式で求められる。

ｔa＝（Ｌｓ−Ｌta）／Ｖｆ （８式）
また、軌跡ａの車両の行列内での停止時間Ｔhaは、時刻ｔaから交差点の信号が時刻ｔgに青になるまでの時間（ｔg−ｔa）と、信号が青になってから行列内走行の発進波（速度Ｖw）が当該車両の停止位置に到達するまでの時間との和であり、次式で表される。
Ｔha＝（ｔg−ｔa）＋Ｌta／Ｖw （９式）
なお、図４の軌跡ｃの場合も、同様の方法でＬtc、ｔc、Ｔhcが得られる。

軌跡ａの車両は、青信号で通過できるため、交差点に到着するまでの行列内走行時間Ｔmaは、行列内走行速度をＶqとして、次式で得られる。
Ｔma＝Ｌta／Ｖq （１０式）
軌跡ｂは、青信号で通過できるかどうかの限界を示す。この条件は、当該車両の停止位置で決まる。青信号時間（黄信号時間を含んでも良い）をＴgとすると、青信号で通過できるかどうかの限界停止位置Ｌtbは、以下のように表される。

Ｌtb（１／Ｖw＋１／Ｖq）＝Ｔg （１１式）
軌跡ｃは、交差点を青信号で通過できない場合を示す。この条件は、軌跡ｂの停止位置Ｌtbよりも遠い場合である。
この軌跡ｃの車両は、当該車両が次の赤信号で再度行列の末尾に停止することになる。
ここで、赤待ち行列の発進波の伝搬速度Ｖwと、走行を始めた車両が次の赤信号で再度行列待ちをするときの停止波の伝搬速度Ｖw′とは、等しいと仮定する。

Ｖw＝Ｖw′ （１２式）
前記仮定のもとに、軌跡ｃの車両の行列内走行時間は、次式で得られる。
Ｔmc＝Ｌtb／Ｖq （１３式）
また、赤信号による停止位置Ｌrcは、ＬtcとＬtb とを用いて、次式で表される。ただし、Ｌtcは、前記（７式）と同様にして得られ、Ｌtbは、前記（１１式）から得られる。

Ｌrc＝Ｌtc−Ｌtb （１４式）
（２）移動中の行列の末尾に到着する車両の軌跡（図４軌跡ｄ，ｅ）
車両が行列末尾に到達したとき、既に行列末尾も移動して行列長が減少中である場合を考える。

図４の軌跡ｅがこの場合に該当する。軌跡ｄは、（１）と（２）の境界のケースであり、通常はこの軌跡ｄの車両が行列末尾に到達した時に行列長が最大となる。
軌跡ｅの車両が走行中の行列末尾に到達する時点（図４の地点Ｐ）を、拡大図である図６に示す。
図６を参照して、軌跡ｄの車両、すなわち、行列末尾の位置が発進波と停止波との交点の位置Ｕに一致する車両が、交点の位置Ｕに到達した時刻をｔdとする。具体的には、ある車両が行列末尾位置Ｌに到達した時刻をｔとすると、（ｔ−ｔg）×ＶwがＬと一致する場合のｔがｔdとなり、そのときのＬがＵとなる。

時刻ｔdから時間ｔ′を経過して、軌跡ｅの車両がこの交点の位置Ｕを通過したとする。
この後、軌跡ｅの車両が移動中の行列末尾に到達するまでの時間をΔｔ′、走行距離をΔＬとする。
Δｔ′とΔＬとの間には、次の式が成り立つ。

ΔＬ＝ＶｆΔｔ′ （１５式）
また、軌跡ｅの車両が移動中の行列末尾に到達した時点の、行列内走行中の軌跡ｄとの距離をΔＬ′とすると、次の式がなりたつ。
ΔＬ＋ΔＬ′＝Ｖｑ（ｔ′＋Δｔ′） （１６式）
距離Δ Ｌ′は、軌跡ｄの車両が次の赤信号待ちの行列末尾で停止するまで一定値を保つものとする。

軌跡ｄの車両が次の赤信号待ちの行列末尾で停止する時刻と、軌跡ｅの車両が次の赤信号待ちの行列末尾で停止する時刻との時間差をΔt″とする。Δt″は、ΔＬ′、Ｖq、Ｖwを用いて次の式で表される。
ΔＬ′＝（Ｖｑ＋Ｖw）Δt″ （１７式）
軌跡ｄの車両から軌跡ｅの車両までの間に通過する車両通過台数をＳdeとする。車両通過台数Ｓdeに停止車頭間距離ＬｈをかけたものＳde Ｌｈが、時間Δt″の間に増加した次の赤信号待ちの行列台数となる。

次の赤信号待ちの行列長の増加速度は、定義より停止波 の伝搬速度Ｖw′であり、停止波の伝搬速度Ｖw′は、前記１２式より、発進波の伝搬速度Ｖwに等しいことから、
ＶwΔt″＝ ＳdeＬh （１９式）
が成り立つ。
これらの（７式）〜（１９式）を解くと、次式が得られる。

ΔＬ＝｛Ｖqｔ′−（Ｖq＋Ｖw）ＳdeＬh／Ｖw｝Ｖf／（Ｖf−Ｖq）
Δｔ′＝ ｛Ｖqｔ′−（Ｖq＋Ｖw）ＳdeＬh／Ｖw｝／（Ｖf−Ｖq） （２０式）
なお、軌跡ｅ，ｆの再行列待ちとなる停止位置やここまでの時刻も、図４，６の関係から定式化して予測することができる。

以上より、軌跡ｄ，ｅの車両の交差点における走行挙動を予測することができる。（２）以上
以上の（１）（２）を総合して、適当な頻度でプローブデータが得られ交通流の挙動を修正できる限り、どのようなタイミングで車両感知器１を通過した車両に対しても、その後の走行軌跡を予測することができる。

図７は、地上交通センタ３の処理装置３１の行う、以上に説明した交通流挙動の予測処理の全体手順を示すフローチャートである。
以下に説明する処理の全部又は一部は、ＣＤ−ＲＯＭやハードディスクなど所定の媒体に記録されたプログラムを、処理装置３１のコンピュータが実行することにより実現される。

プローブ車両からプローブデータを取得する周期（例えば１０秒〜１５０秒）が設定されており、この周期ごとに処理を行う（ステップＳ１）。
処理装置３１は、周期内にプローブデータを取得したかどうかを判定し（ステップＳ２）、取得していれば、そのプローブデータを解析して、プローブ車両の時刻ごとの位置、速度（速度はプローブデータから得てもよく、位置を微分して得てもよい）を把握する（ステップＳ３）。

処理装置３１は、行列内走行速度Ｖq、発進波の伝搬速度Ｖw、停止車頭間距離Ｌｈなどの変数（交通流の基本パラメータ）を取得する（ステップＳ４）。
そのプローブデータから、当該プローブ車両が待ち行列で停止したかどうかを判定する（ステップＳ５）。
待ち行列で停止していれば、車両感知器１通過時刻ｔ0、行列末尾到着時刻ｔ1と行列長Ｌt1を参照し、非渋滞部走行速度Ｖfを設定する（ステップＳ６）。

次に、以後の時刻に走行してくる車両に対して、車両感知器１による車両通過台数Ｓ、信号パラメータの切り替え時刻のデータを入力する（ステップＳ７）。
時刻ｔ0から現在時刻ｔまでの時間を処理周期Δｔごとに分割する（ステップＳ８）。分割された各時刻をｔk＝ｔ0＋ｋΔｔ(k=0,1,2,...)と表記する。処理周期Δｔは、例えば０．１秒〜１秒程度である。

処理周期を順に処理し（ステップＳ９）、処理時刻ｔkごとに、車両感知器１位置を通過した車両の走行軌跡を予測し、停止行列末尾への到着時刻、行列長Ｌｔ、行列内停止時間Ｔｈ、交差点に到着するまでの行列内走行時間Ｔｍ、交差点通過時刻、赤信号による再停止位置Ｌrc、行列末尾に到達するまでの時間Δｔ′、走行距離ΔＬ 等を算出する（ステップＳ１０）。

前記ステップＳ１０の手順を、現在時刻ｔになるまで繰り返す（ステップＳ１１）。
このようにして、プローブ車両が車両感知器１を通過した時刻以後、現在時刻ｔ以前に車両感知器１を通過した車両の、現在時刻ｔから先の走行軌跡を予測することができる。
次に、ステップＳ２で周期内にプローブデータを取得しなかった場合、及びステップＳ５で当該プローブ車両が待ち行列で停止していない場合、ステップＳ１２に進み、一定時刻前から現時刻までに有効なプローブデータがあるかどうか判定する。この「一定時刻」とは、例えば５分から１時間程度に設定される。

有効なプローブデータがあれば、そのプローブデータを使って、車両軌跡の予測を試みる。
信号パラメータの切り替え時刻、車両感知器１のデータを入力する（ステップＳ１３）。
そして、前処理周期に予測した、車両感知器１を通過した車両が行列末尾に到着したときの行列長を参照する（ステップＳ１３）。

現時刻に車両感知器１位置を通過した車両の走行軌跡を予測し、停止行列末尾の到着時刻と行列長、行列内停止時間、行列発進時刻、走行行列末尾の到着位置、交差点通過時刻等を算出する（ステップＳ１５）。
なおステップＳ１２で有効なプローブデータがないとき、予測不可と判断する（ステップＳ１６）。

今までの説明では、交差点に流入する道路には、交差点と車両感知器１との間に、他の道路から車両が流入出する分岐路はないことを前提としていたが、実際には、交差点に流入する道路には、交差点と車両感知器１との間に、他の道路から車両が流入出する分岐路がある場合がある。
次に、この場合の車両の挙動を予測する方法を説明する。

図８は、交差点及び当該交差点に流入車両感知器１する道路を表す地図である。
交差点に流入する道路には、交差点と車両感知器１との間に、他の道路から車両が流入出する分岐路がある。
図８のように、対象道路に交通量の流入出がある場合、 車両感知器１でカウントした車両の一部が分岐路に流入したり、分岐路から流出したりするので、行列末尾の位置によるパラメータ修正を行う。

すなわち、プローブ車両通過後の車両通過台数Ｓaに パラメータαをかけたものを用いて、時刻ｔaに到着した行列長末尾位置Ｌtaを、次式で予測する。
Ｌta＝Ｌt1＋αＳa・Ｌh （２１式）
あるいは車両通過台数Ｓａにパラメータ（１−β）をかけたものを用いてもよい。
Ｌta＝Ｌt1＋（１−β ）Ｓa・Ｌh （２２式）
そして、実際に得られた車両の行列末尾位置を測定し、前記（２１式）又は（２２式）とのずれを求め、パラメータα又はβを学習補正してゆく。

以上に説明した方法で予測された 車両の停止時間Ｔha、交差点に到着するまでの行列内走行時間Ｔma、赤信号による再停止位置Ｌrc、行列末尾に到達するまでの時間Δｔ′、走行距離ΔＬ などの予測情報を用いて車両へ情報提供することができる。この情報提供により、次の（ａ）〜（ｅ）のようなメリットがある。
（ａ）アイドリングストップの実施
当該車両が、交差点の行列待ちで連続して停止する時間（車両の停止時間Ｔhに相当する）が一定値以上と予測された場合には、アイドリングストップを実施するように、当該車両に情報提供し、又は当該車両の自動車両制御を実施させる。

図９は、情報提供システムとしての地上交通センタ３の行うアイドリングストップの実施の流れを示すフローチャートである。
地上交通センタ３は、行列内の車両の停止時間Ｔhの予測値を参照して(105)、その停止時間Ｔhがしきい値（例えば５秒）以上であれば(106)、行列末尾到着時に アイドリングストップを実施するように、当該車載装置に情報提供する(107)。その停止時間Ｔhがしきい値未満であれば、行列末尾到着時にアイドリングストップを実施しないように情報提供する(108)。

このようにして、車両への環境対策支援を実現することができる。
なお、当該車両の停止時間Ｔhを判定するのは、車載装置であってもよい。この場合、車載装置における処理の流れは、図１０のフローチャートのようになる。
車載装置は、当該車両の挙動の予測結果を地上交通センタ３から受信すると(100)、停止時間Ｔhを参照し(101)、当該車両の停止時間Ｔhが一定値以上である場合には(102)、この結果に基づいてエンジンを停止するようドライバに指示するか、あるいは当該車両の自動車両制御を実施する(103)。

その停止時間Ｔhがしきい値に達しない場合は、行列末尾到着時にアイドリングストップを実施しないように指示する(104)。あるいは何も指示しないようにしてもよい。
（ｂ）低速の定速度走行の実現
行列末尾に到達してから発進するまでの停止時間Ｔｈがしきい値よりも短いと予測される場合、あるいは、移動中の行列末尾にぶつかるような場合、燃料のロスを軽減するため、停止せずにできるだけ一定の速度走行となるように減速することが好ましい（これを「低速の定速度走行」という）。そこで、速度指示の情報提供、又は車両速度の自動制御を実施する。

図１１は、情報提供システムとしての地上交通センタ３の行う低速の定速度走行実施の流れを示すフローチャートである。
地上交通センタ３は、行列内の車両の停止時間Ｔhの予測値を参照して(114)、その停止時間Ｔhがしきい値（例えば５秒）以下であれば(115)、速度を落とすように当該車両の車載装置に情報提供する(116)。

このようにして、車両の燃料のロスを軽減することができる。
なお、当該車両の停止時間Ｔhを判定するのは、車載装置であってもよい。この場合、車載装置の処理の流れは、図１２のフローチャートのようになる。
車載装置は、当該車両の挙動の予測結果を地上交通センタ３から受信すると(110)、行列内の停止時間Ｔhを参照し(111)、当該車両の停止時間Ｔhがしきい値以下かどうかを判定する(112)。しきい値以下と予測された場合には、当該車両のドライバに対して、速度を落とすように指示し、又は当該車両の自動車両制御を実施する(113)。しきい値を超えていれば、何も指示は行わない。

（ｃ）ジレンマ領域での走行回避
車両が交差点で、ジレンマ領域に入ると予測された場合には、これを回避するための速度指示の情報提供、又は車両速度制御を実施することができる。
ここで、ジレンマ回避について説明すると、車両が信号のある交差点に向かって道路を走行している場合、当該交差点の黄信号の終了までに当該交差点に進入できず、当該交差点の手前で停止もできない場合がある。

図１３は、この危険性を説明するためのグラフである。縦軸は車両の走行速度（ｋｍ／ｈ）、横軸は交差点の停止線から車両の位置までの距離（ｍ）を表す。
同図において、曲線Ｌ１は当該車両が減速したならば停止線で停止することのできる走行速度と距離の関係（停止条件）を表し、曲線Ｌ２は車両が走行中に黄信号になった場合にその黄信号時間内に（赤信号になる前に）車両が交差点の停止線まで到達することのできる走行速度と距離の関係（進入条件）を表す。

曲線Ｌ１，Ｌ２の左側の領域Ａにある車両は、いまの走行速度と距離では停止線の手前で停止することはできないし、黄信号時間内に停止線まで到達することはできる。そこで、走行中に黄信号になった場合に車両が交差点を渡ってしまおうと判断する。
曲線Ｌ１，Ｌ２の右側にある領域Ｂの車両は、いまの走行速度と距離では停止線の手前で停止することはできるし、停止線まで到達した時点では、すでに黄信号時間は終わっている（赤信号になっている）。そこで、走行中に黄信号になった場合に減速して交差点で停止しようと判断する。

曲線Ｌ１と曲線Ｌ２の間にある領域Ｃはジレンマゾーンといい、停止線でスムーズに（安全に）停止することも、黄信号が終わるまでに交差点に進入することもできない領域である。この領域Ｃにある車両は、赤で突っ込んだために、青となった交差側の歩行者を跳ねたり、交差側の車両と側面追突したりする恐れがある。
曲線Ｌ１と曲線Ｌ２の間にある領域Ｄはオプションゾーンといい、停止線で安全に停止することも、黄信号が終わるまでに交差点に進入することもできる領域で、停止又は通過に対する判断の異なる車両が入り混じるため、個性の異なるドライバが続いていると、前方車が停止したとき、後続車に追突される恐れがある。

このようなジレンマゾーン、オプションゾーンをまとめて「ジレンマ領域」という。
そこで、このようなジレンマ領域に入ると予測された車両を検出した場合に、これを回避するための速度指示の情報提供、又は車両速度制御を実施する。
図１４は、情報提供システムとしての地上交通センタ３の行うジレンマ領域回避の流れを示すフローチャートである。

地上交通センタ３は、交差点に進入する車両の行列内の停止時間Ｔh、行列末尾位置Ｌｔのデータを参照して(131)、行列内の停止時間Ｔhが０であり(132)、行列末尾位置Ｌｔも０である(133)場合（つまり停止しないで交差点に進入できる場合）、交差点までの距離と速度との関係を参照する(134)。この関係から車両がジレンマ領域に入っていると判断される場合(135)、ジレンマ領域から外れるように、当該車両の車載装置に速度制御に関する情報を提供する(136)。

このようにして、交差点における交通事故の防止と安全を図ることができる。
なお、当該車両がジレンマ領域に入っているかどうか判断するのは、車載装置であってもよい。この場合、車載装置の処理の流れは、図１５のフローチャートのようになる。
車載装置は、当該車両の挙動の予測結果を受信すると(121)、その中の行列内の停止時間Ｔh、行列末尾位置Ｌｔのデータを参照する(122)。

行列内の停止時間Ｔhが０であり(123)、行列末尾位置Ｌｔも０である(124)場合、交差点までの距離と速度との関係を参照し(125)、ジレンマ領域に入っていると判断される場合(126)、ジレンマ領域から外れるように、当該車両のドライバに速度変更に関する指示を行うか、又は当該車両の自動車両制御を実施する(127)。これにより、当該車両のドライバはアナウンス又は画面表示に応じて速度を変更することができ、あるいは自動速度制御の結果、当該車両の速度が自動的に変更される。

（ｄ） 青信号の延長
青信号の切り変わり目で、交差点を通過する車両が多い場合、すなわちまとまった車群がある場合には、これを走行させるように、青信号を延長するような交通信号制御をすることができる。
図１６は、信号制御システムとしての地上交通センタ３の行う青信号延長制御の流れを示すフローチャートである。

車両感知器１のデータを監視し、車群の有無を判定する(141)。具体的には、車両を感知した時刻とその次の車両を感知した時刻の差が所定の閾値（例えば２秒）以下の場合に、この２台の車両を車群であると判定する。車群の先頭車と末尾車を感知した時刻の差を記録し、先頭車の挙動の予測結果を参照する(142)。
先頭車の行列内の停止時間Ｔh、行列末尾位置Ｌｔを参照し(143)、先頭車の行列内の停止時間Ｔhが０であり(144)、行列末尾位置Ｌｔも０である場合(145)、先頭車の交差点通過タイミングを参照し(146)、青信号の切り替わり目になれば(147)、車群の末尾車が交差点を通過すると予測される時刻、すなわち、先頭車の交差点通過タイミングに上記記録した時刻差を加えた時刻まで、青信号を延長する(148)。

この制御により、交差点における交通の流れをスムーズにすることができる。
（ｅ） 信号制御の評価
本発明では、車両の停止回数や遅れが予測できるため、信号制御の正確な評価が可能である。
図１７は、信号制御指標算出システムとしての地上交通センタ３の行う信号制御の評価方法を示すフローチャートである。

処理周期ごとに車両挙動の予測結果を参照し(151)、車両の遅れ、停止回数、停止時間、捌け残り台数等の信号制御指標を算出して記録する(152)。
具体的には、車両の遅れは、各車両感知器から交差点までにかかると予測した時間から自由走行速度で走行したと仮定した場合の時間の差を累積して求めることができる。停止回数は各車両の行列内での停止時間Ｔhが算出された回数を累積して求めることができる。停止時間は各車両の行列内での停止時間Ｔhを累積して求めることができる。捌け残り台数は待ち行列末尾の車両の次の赤信号による再停止位置を平均車頭間距離Lhで除算することで算出することができる。

記録したデータを時間帯や周期ごとに整理して出力する(153)。この記録されたデータに基づいて、信号制御が適切に行われているかどうか、定量化して判断することができる。（ｅ）以上
以上で、本発明の実施の形態を説明したが、本発明の実施は、前記の形態に限定されるものではない。例えば、当該交差点に進入する車両が到達する行列末尾位置Ｌt、行列内での停止時間Ｔh、交差点に到着するまでの行列内走行時間Ｔm、赤信号による再停止位置Ｌr、移動中の行列末尾に到達するまでの時間Δｔ′、移動中の行列末尾に到達するまでの走行距離ΔＬなど、車両の挙動に関わる各種変数は、短時間には大きく変化しないため、過去に算出したデータを考慮して、平均したり平滑したりしても良い。更にプローブデータが数多く得られる場合には、非渋滞部の速度が異常な値を示すものを取り除いてもよく、速度の中央値付近のデータのみを用いても良い。また、精度を向上させるため、これらをもっと多くのプローブデータを基にして連立方程式を作れば、車両の挙動に関わる各種変数さらに良好な精度で算出することができる。

交差点と、当該交差点に進入する分岐路のない対象道路とを描いた地図である。 交差点に進入する車両の挙動を表すグラフである。 車両挙動の予測システムを示す全体ブロック図である。 交差点に進入する車両の挙動を表すグラフである。 停止車頭間距離Ｌｈを説明するための模式図である。 交差点に進入する車両の挙動を表すグラフの拡大図である。 地上交通センタ３の処理装置３１の行う、本発明の交差点における車両挙動の予測処理の全体を示すフローチャートである。 交差点と、当該交差点に進入する分岐路のある対象道路とを描いた地図である。 アイドリングストップの実施の流れを示すフローチャートである。 車載装置の行うアイドリングストップの実施の流れを示すフローチャートである。 低速の定速度走行実施の流れを示すフローチャートである。 車載装置の行う低速の定速度走行実施の流れを示すフローチャートである。 ジレンマ領域について説明するためのグラフである。 ジレンマ領域回避の流れを示すフローチャートである。 車載装置の行うジレンマ領域回避の流れを示すフローチャートである。 青信号延長制御の流れを示すフローチャートである。 信号制御の評価方法を示すフローチャートである。

符号の説明

１ 車両感知器
２ 下流車両感知器
３ 地上交通センタ
４ 信号制御装置
５ 路上装置
６，６′ 車載装置
３１ 処理装置

Claims (17)

1. 交差点に進入する車両に搭載された車載装置から時系列に複数回計測される車両位置データを含むデータを取得するプローブデータ取得手段と、
   当該交差点上流に設置された車両感知器からの車両感知データを取得する車両感知データ取得手段と、
   前記プローブデータ取得手段により取得されたデータに基づいて、前記車両感知データにおける感知車両が交差点に到達する行列末尾位置、行列末尾に到達する時刻、行列内での停止時間、交差点に到着するまでの行列内走行時間、赤信号による再停止位置、当該車両が移動中の行列末尾に到達するまでの時間、当該車両が移動中の行列末尾に到達するまでの走行距離、の少なくとも１つを算出する処理手段とを有する、交差点における車両挙動の予測システム。
2. 前記処理手段は、プローブ車両が到着した行列末尾位置と、プローブ車両が車両感知器を通過した時刻以後、前記感知車両が感知された時刻までの車両通過台数と、停止車頭間距離とに基づいて、前記感知車両が到達する行列末尾位置を算出する請求項１記載の車両挙動の予測システム。
3. 青信号開始時刻を含む信号灯色制御データを取得する信号灯色制御データ取得手段をさらに備え、
   前記処理手段は、前記青信号開始時刻と、青信号開始後、行列の発進波が前記算出された行列末尾位置に到達するまでの時間とに基づいて、行列内での停止時間を算出する請求項２記載の車両挙動の予測システム。
4. 前記処理手段は、前記算出された行列末尾位置と、行列内走行速度を用いて、 交差点に到着するまでの行列内走行時間を算出する請求項２記載の車両挙動の予測システム。
5. 前記処理手段は、赤信号直前で交差点を抜けることのできる車両の行列末尾位置を算出し、この行列末尾位置と前記算出された行列末尾位置とに基づいて、前記感知車両が赤信号待ちで再停止する場合の再停止位置を算出する請求項１記載の車両挙動の予測システム。
6. 前記処理手段は、前記算出された行列末尾位置が発進波と停止波との交点の位置に一致する感知車両を特定するとともに、該交点の位置及び該特定した感知車両が該交点の位置に到達する時刻を求め、該特定した感知車両が該交点の位置に到達する時刻以後、前記感知車両が該交点の位置に到達するまでの時間と、該特定した感知車両が感知された時刻から前記感知車両が感知された時刻までの車両通過台数とを用いて、
   前記感知車両が、該交点の位置Ｕを通過した後、移動中の行列末尾に到達するまでの時間を算出する請求項２記載の車両挙動の予測システム。
7. 前記処理手段は、前記算出された行列末尾位置が発進波と停止波との交点の位置に一致する感知車両を特定するとともに、該交点の位置及び該特定した感知車両が該交点の位置に到達する時刻を求め、該特定した感知車両が該交点の位置に到達する時刻以後、前記感知車両が該交点の位置に到達するまでの時間と、該特定した感知車両が感知された時刻から前記感知車両が感知された時刻までの車両通過台数とを用いて、
   前記感知車両が、該交点の位置を通過した後、移動中の行列末尾に到達するまでの走行距離を算出する請求項２記載の車両挙動の予測システム。
8. 請求項１又は請求項３に記載の車両挙動の予測システムによって得られた前記感知車両の行列内での停止時間を所定の閾値と比較することにより前記感知車両のエンジン停止の可否を判定する判定手段と、
   前記判定手段の結果に基づいてエンジンを停止すべき情報を前記感知車両に送信する手段とを有することを特徴とする情報提供システム。
9. 請求項１又は請求項３に記載の車両挙動の予測システムによって得られた行列内での停止時間を受信する手段と、
   前記行列内での停止時間を所定の閾値と比較することによりエンジン停止の可否を判定する判定手段とを有し、
   前記判定手段の結果に基づいてエンジンを停止させ、又はエンジンを停止すべき情報をドライバに提供することを特徴とするエンジン停止制御装置。
10. 請求項１又は請求項３に記載の車両挙動の予測システムによって得られた前記感知車両の行列内での停止時間を所定の閾値と比較することにより前記感知車両の減速の可否を判定する判定手段と、
    前記判定手段の結果に基づいて減速すべき情報を前記感知車両に送信する手段とを有することを特徴とする情報提供システム。
11. 請求項１又は請求項３に記載の車両挙動の予測システムによって得られた行列内での停止時間を受信する手段と、
    前記行列内での停止時間を所定の閾値と比較することにより減速の可否を判定する判定手段とを有し、
    前記判定手段の結果に基づいて減速すべく速度を制御し、又は減速すべき情報をドライバに提供することを特徴とする速度制御装置。
12. 請求項１から請求項３までのいずれかに記載の車両挙動の予測システムによって得られた前記感知車両の行列末尾位置及び行列内での停止時間がいずれも０である場合に、前記感知車両のジレンマ領域の回避走行のための速度制御に関する情報を前記感知車両に送信する情報提供システム。
13. 請求項１から請求項３までのいずれかに記載の車両挙動の予測システムによって得られた行列末尾位置及び行列内での停止時間を受信する手段を有し、
    前記行列末尾位置及び行列内での停止時間がいずれも０である場合に、ジレンマ領域の回避走行のために速度を制御し、又は速度を制御すべき情報をドライバに提供することを特徴とする速度制御装置。
14. 交差点上流に設置された車両感知器からの車両感知データを取得する車両感知データ取得手段と、
    前記車両感知データに基づいて、車群を構成する複数の前記車両感知データにおける感知車両を抽出する手段と、
    前記車両感知データに基づいて、前記車群における先頭の感知車両と末尾の感知車両とが感知された時刻の差を算出する手段と、
    請求項１から請求項３までのいずれかに記載の車両挙動の予測システムによって得られた前記先頭の感知車両の行列末尾位置及び行列内での停止時間がいずれも０である場合に、前記先頭の感知車両が交差点を通過してから前記算出した時刻の差が経過するまで青信号を延長する手段とを有することを特徴とする信号制御システム。
15. 請求項１から請求項７までのいずれかに記載の車両挙動の予測システムによって得られた前記感知車両が到達する待ち行列の末尾位置、行列内での停止時間、交差点に到着するまでの行列内走行時間、赤信号による再停止位置、当該車両が移動中の行列末尾に到達するまでの時間、移動中の行列末尾に到達するまでの走行距離、の少なくとも１つのデータを用いて、車両の遅れ、停止回数、停止時間、捌け残り台数の少なくとも１つを算出する信号制御指標算出システム。
16. 交差点に進入する車両に搭載された車載装置から時系列に複数回計測される車両位置データを含むデータを取得し、
    当該交差点上流に設置された車両感知器からの車両感知データを取得し、
    前記取得されたデータに基づいて、前記車両感知データにおける感知車両が交差点に到達する行列末尾位置、行列末尾に到達する時刻、交差点に到着するまでの行列内走行時間、赤信号による再停止位置、当該車両が移動中の行列末尾に到達するまでの時間、移動中の行列末尾に到達するまでの走行距離、の少なくとも１つを算出する、交差点における車両挙動の予測方法。
17. 交差点に進入する車両に搭載された車載装置から時系列に複数回計測される車両位置データを含むデータを取得する手順と、
    当該交差点上流に設置された車両感知器からの車両感知データを取得する手順と、
    前記取得されたデータに基づいて、前記車両感知データにおける感知車両が交差点に到達する行列末尾位置、行列末尾に到達する時刻、交差点に到着するまでの行列内走行時間、赤信号による再停止位置、当該車両が移動中の行列末尾に到達するまでの時間、移動中の行列末尾に到達するまでの走行距離、の少なくとも１つを算出する手順とを含む、交差点における車両挙動の予測プログラム。

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