JP2009110042A - リンクコスト算出装置及び方法、経路誘導システム、並びに、コンピュータプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】 停止・発進による車速の変動を考慮した車両走行の実態により近いリンクコストを算出することができる、リンクコスト算出装置を提供する。
【解決手段】 交差点Ｊ１，Ｊ２を含むリンクのリンクコストを算出するためのリンクコスト算出装置４において、リンクを走行する車両５が当該リンクの下流交差点Ｊ２において停止する停止回数Ｐを推定し、この推定された停止回数Ｐに基づいてリンクコストを算出するようにする。
【選択図】 図２

Description

本発明は、交差点を含むリンクのリンクコストを算出するためのリンクコスト算出装置及び方法と、この方法を実行するためのコンピュータプログラム、並びに、その装置を利用した経路誘導システムに関する。

道路の旅行時間データは、道路の渋滞を把握したり、最適経路を計算したりするために必要である。この道路の旅行時間は、時々刻々と変化するものであるため、リアルタイムで現時の旅行時間データを把握することが重要である。
このため、各車両が実際に走行した道路の旅行時間データを、車両感知器や光ビーコンで集積し、多数の旅行時間データに基づいてリンクごとの旅行時間を演算処理して、関係機関や車両に配信する旅行時間提供システムが既に提案されている（特許文献１及び２参照）。

そして、各リンクごとの旅行時間を受信した車両においては、そのリンクごとの旅行時間をリンクコストとして採用し、自身の出発地から目的地までのリンクコスト（総旅行時間）が最小となる経路を探索し、最短時間で目的地に到着できる経路をドライバに提示するようになっている。
特開２００６−３４４００６号公報 特開２００４−１０１５０４号公報

一方、自動車の二酸化炭素排出量の低減が地球温暖化対策として重要視されていることから、交通混雑状況下における車両挙動と燃料消費量（二酸化炭素排出量）の関係を実走行実験に基づいて定式化し、自動車の燃料消費量を、走行距離、走行時間、車速変動特性の三要素によって定量評価する推定モデルが報告されている（非特許文献１）。
「都市部道路交通における自動車の二酸化炭素排出量推定モデル」 土木学会論文集 No.695/IV-54,PP125-136,2002.1

上記の通り、非特許文献１に記載の燃料消費量の推定モデルによれば、車両の燃料消費量をその走行距離、走行時間、車速変動特性の三要素によって定量評価できる。
このため、上記推定モデルで定義される燃料消費量をリンクコストとして採用すれば、自身の出発地から目的地までのリンクコスト（総燃料消費量）が最小となる経路を探索することにより、燃料消費量が最も少ない経路をドライバに提示可能な経路誘導システムを構築できる筈である。

しかしながら、従来の旅行時間提供システムでは、多数の旅行時間データの平均値でリンクごとの旅行時間をリンクコストとして定義するようになっているので、上記推定モデルを特定するための三要素を正確に反映することができない。
すなわち、リンクの旅行時間の平均値が分かれば、燃料消費量の推定モデルを特定するための三要素のうち、走行距離と走行時間を特定することはできるが、停止・発進による車両の車速変動特性を適切に特定することができず、燃料消費量をリンクコストとした経路誘導システムを構築することができない。

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、停止・発進による車速の変動を考慮した車両走行の実態により近いリンクコストを算出することができるリンクコスト算出装置等を提供することを目的とする。

本発明のリンクコスト算出装置（請求項１）は、交差点を含むリンクのリンクコストを算出するためのリンクコスト算出装置であって、前記リンクを走行する車両が当該リンクの下流交差点において停止する停止回数を推定する推定手段と、推定された前記停止回数に基づいて前記リンクコストを算出する算出手段とを備えていることを特徴とする。

本発明のリンクコスト算出装置によれば、推定手段が、リンクを走行する車両が当該リンクの下流交差点において停止する停止回数を推定し、算出手段が、その推定された停止回数に基づいてリンクコストを算出するので、停止・発進による車速の変動を考慮した車両走行の実態により近いリンクコストを提供することができる。
このため、後述する実施形態でも述べるように、例えば車速変動特性を必要とする燃料消費量をもリンクコストとして採用できるようになり、リンクコストを用いた経路誘導システムの汎用性を向上させることができる。

本発明のリンクコスト算出装置において、前記推定手段は、具体的には、前記下流交差点における待ち行列台数と当該下流交差点における捌け台数に基づいて、前記停止回数の推定処理を行うことができる（請求項２）。より具体的には、「停止回数＝待ち行列台数／捌け台数」として推定することができ、この計算式は、下流交差点における信号待ちによる停止回数の平均値を表している。
また、上記推定処理は、前記下流交差点における待ち行列台数が当該下流交差点における１回の信号サイクル中の前記捌け台数よりも大きいことを条件として行うことが望ましい（請求項３）。その理由は、かかる条件下では、下流交差点で車両が必ず停止することになるからである。

また、本発明のリンクコスト算出装置において、前記推定手段は、前記リンクの上流交差点を青で通過した時に当該リンクの下流交差点を青で通過できる確率に基づいて、前記停止回数の推定処理を行うことができる（請求項４）。
より具体的には、「停止回数＝１−リンクの上流交差点を青で通過した時に当該リンクの下流交差点を青で通過できる確率（期待値）」として推定することができ、この計算式は、上流交差点を青で通過した時に下流交差点に赤で到達する確率（期待値）を表している。
また、上記推定処理は、前記下流交差点における待ち行列台数が当該下流交差点における１回の信号サイクル中の捌け台数以下であり（請求項９）、かつ、前記上流交差点における信号サイクル長が前記下流交差点における信号サイクル長と同じであることを条件として行うことが望ましい（請求項６）。その理由は、下流交差点での待ち行列台数が捌け台数以下の場合には、当該下流交差点において１サイクルで必ず待ち行列が解消され、この場合に各信号サイクル長が同じであれば、上流交差点と下流交差点での信号切り替えタイミングの差が各サイクルで一定になって、上記計算式に基づく推定がより確実に成立することになるからである。

この場合、更に具体的には、前記推定手段は、次の式（１）に基づいて前記停止回数の推定処理を行うことができる（請求項５）。
Ｐ＝１−〔min（t1＋G1，t2＋G2）− max（t1，t2）〕／G1 ……（１）
ただし、
Ｐ：停止回数
t1：上流交差点の青信号開始時刻
t2：下流交差点の青信号開始時刻に車両がリンク終点を通過するためのリンク始点の出発時刻
G1：上流交差点の青信号時間
G2：下流交差点の青信号時間

更に、本発明のリンクコスト算出装置において、前記推定手段は、前記下流交差点の青信号時間と信号サイクル長に基づいて、前記停止回数の推定処理を行うことができる（請求項７）。より具体的には、「停止回数＝１−下流交差点の青信号時間／下流交差点の信号サイクル長」として推定することができ、この計算式は、下流交差点に車両が赤で到達する確率（期待値）を表している。
また、上記推定処理は、前記下流交差点における待ち行列台数が当該下流交差点における１回の信号サイクル中の捌け台数以下であり（請求項９）、かつ、前記上流交差点における信号サイクル長が前記下流交差点における信号サイクル長と同じでないことを条件として行うことが望ましい（請求項８）。その理由は、下流交差点での待ち行列台数が捌け台数以下の場合には、当該下流交差点において１サイクルで必ず待ち行列が解消され、この場合に各信号サイクル長が同じでないならば、上流交差点と下流交差点での信号切り替えタイミングの差がサイクルごとに変化し、上記計算式に基づく推定がより確実に成立することになるからである。

本発明の経路探索システム（請求項１０）は、上記リンクコスト算出装置（請求項１〜９のいずれか）と、各リンクごとに算出された前記リンクコストを用いて、前記車両の出発地から目的地までの経路を探索する経路探索装置とを備えていることを特徴とする。
この経路探索システムによれば、リンクコスト算出装置が、停止・発進による車速の変動を考慮した車両走行の実態により近いリンクコストを提供するので、例えば車速変動特性を必要とする燃料消費量をリンクコストとして採用できるようになる。このため、自身の出発地から目的地までのリンクコスト（総燃料消費量）が最小となる経路を探索することにより、燃料消費量が最も少ない経路をドライバに提示できるようになる。

上記経路探索システムは、インフラ側装置と、この装置と通信可能な車載装置とから構成することができる。
この場合、前記リンクコスト算出装置を前記インフラ側装置に組み込み、前記経路探索装置を前記車載装置に組み込むことにしてもよいし（請求項１１）、前記リンクコスト算出装置と経路探索装置をいずれも前記インフラ側装置に組み込むようにしてもよい（請求項１２）。また、前記リンクコスト算出装置の前記推定手段を前記インフラ側装置に組み込み、同算出装置の前記算出手段と前記経路探索装置を前記車載装置に組み込むようにしてもよい（請求項１３）。

本発明のコンピュータプログラム（請求項１４）は、本発明のリンクコスト算出装置（請求項１）をコンピュータに実行させるためのプログラムであり、当該算出方法と同様の作用効果を奏する。
本発明のリンクコスト算出方法（請求項１５）は、本発明のリンクコスト算出装置（請求項１）が行う方法であり、当該算出装置と同様の作用効果を奏する。

以上の通り、本発明によれば、リンクを走行する車両が当該リンクの下流交差点において停止する停止回数を推定し、推定された停止回数に基づいてリンクコストを算出するので、停止・発進による車速の変動を考慮した車両走行の実態により近いリンクコストを提供することができる。

以下、添付図面を参照しながら、本発明の実施形態を詳細に説明する。
〔システムの全体構成〕
図１は、本発明を採用した交通信号制御システムの全体構成を示している。
図１に示すように、本実施形態の交通信号制御システムは、交通信号機１、車載装置２（図２参照）、路上装置３、中央装置４、車載装置２を搭載した車両５などを含む。

この交通信号制御システムは、また、中央装置４が各リンクごとに算出したリンクコストを車載装置２に提供し、そのリンクコストを用いて、車両５の出発地から目的地までのリンクコストが最小となる経路を車載装置２が探索する経路探索システムとしての機能も併有する。
図１では、図示を簡略化するために、各交差点Ｊｉに信号灯器１ｂが１つだけ描写されているが、実際の各交差点Ｊｉには、例えば図２に示すように、互いに交差する道路の上り下り用として４つの信号灯器１ｂが設置されている。

また、図１に示すように、本実施形態では、中央装置４が管轄する制御エリアの道路構造は、南北方向の道路ＲＭと、東西方向の道路ＲＳとから構成されているものする。
更に、図２に示すように、道路ＲＭは、北行きの上り線ＲＭ１と南行きの下り線ＲＭ２とを備え、道路ＲＳは、東行きの上り線ＲＳ１と西行きの下り線ＲＳ２とを備えているものとする。

各交通信号機１の端末制御装置１ａは、複数の交差点Ｊｉ（ｉ＝１〜１２）のそれぞれに設置され、電話回線等の通信回線６を介してルータ７に接続されている。このルータ７は交通管制センター内の中央装置４に接続され、中央装置４は、制御エリア内の交差点Ｊｉの各交通信号機１とＬＡＮ（Local Area Network）を構成している。
従って、中央装置４は、各交通信号機１と双方向通信が可能であり、各交通信号機１は他の交通信号機１とも双方向通信が可能である。なお、中央装置４は、交通管制センターではなく道路上に設置してもよい。

路上装置３は、各交差点Ｊｉの下流側の近傍に上下線ごとに配置されており、通信回線６を介して前記ルータ７に接続されている。従って、中央装置４は、これらの各路上装置３とも双方向通信が可能である。
この路上装置３は、光ビーコンやＤＳＲＣ（Dedicated Short Range Communication：専用狭域通信）等の狭域通信装置よりなり、車両５に搭載された車載装置２との間で各種情報を無線通信することができる。

車載装置２は、車両５が路上装置３を通過する際に、自身の車両ＩＤ等をアップリンク情報として路上装置３に無線送信する。路上装置３は、各車両５からアップリンクの受信時刻を自身の路上装置ＩＤと上記車両ＩＤと関連づけて記憶し、これらのＩＤ付きの受信時刻の情報（以下、時刻情報Ｓ１という。）を中央装置４に送信する。
他方、中央装置４は、各路上装置３からの時刻情報Ｓ１を受信して蓄積し、蓄積した時刻情報Ｓ１に基づいて、リンクごとの旅行時間や燃料消費量よりなるリンクコストを算出する。なお、中央装置４が行うリンクコストの算出方法については後述する。

また、中央装置４は、渋滞情報等の交通情報Ｓ２を一定周期ごと（例えば、５分ごと）に各路上装置３に送信し、各路上装置３は、受信した交通情報Ｓ２をダウンリンク情報として車載装置２に無線送信し、各車両５の車載装置２はこの交通情報Ｓ２を受信する。
なお、リンクとは、隣接する交差点Ｊｉ間の道路区間のことをいう。従って、本実施形態では、ある特定の路上装置３から次の路上装置３までの距離のことを意味し、一つのリンク内には必ず一つの交差点Ｊｉが含まれるものとする。

〔中央装置〕
図３は、中央装置４の構成を示すブロック図である。
図３に示すように、中央装置４は、制御部４０１、表示部４０２、通信部４０３、記憶部４０４及び操作部４０５を含んでいる。
中央装置４の制御部４０１は、ワークステーション（ＷＳ）やパーソナルコンピュータ（ＰＣ）等よりなり、交通信号機１や路上装置３からの各種の交通情報の収集・処理（演算）・記録、信号制御及び情報提供を統括的に行う。中央装置４の制御部４０１は、内部バスを介して上記ハードウェア各部と繋がっており、これら各部の動作も制御する。

中央装置４の制御部４０１は、自身のネットワークに属する交差点Ｊｉの交通信号機１に対して、同一道路上の交通信号機１群を調整する系統制御や、この系統制御を道路網に拡張した広域制御（面制御）を行うものであり、交通状況に応じて信号制御パラメータ（スプリット、サイクル長及びオフセット等）を設定する交通感応制御を行う。
また、中央装置４の制御部４０１は、自身の制御エリア内にあるリンクコスト（旅行時間や燃料消費量）を算出するが、この算出方法については後述する。

中央装置４の通信部４０３は、通信回線６を介してＬＡＮ側と接続された通信インタフェースであり、渋滞情報を含む交通情報Ｓ２等を各路上装置３に送信するとともに、所定時間ごとの信号灯器１ｂの灯色切り替えタイミング等に関する信号制御指令Ｓ３と、自身が行う交通制御の種別に関する制御種別情報Ｓ４とを各交通信号機１に送信している。
この信号制御指令Ｓ３と信号種別情報Ｓ４は、信号制御パラメータの演算周期（例えば、１．０〜２．５分）ごとに送信され、交通情報Ｓ２は例えば５分ごとに送信される。

中央装置４の記憶部４０４は、ハードディスクや半導体メモリ等から構成されており、後述するリンクコスト（旅行時間や燃料消費量）の算出や各種の交通感応制御に用いる信号制御パラメータの演算プログラム等を記憶している。
また、中央装置４の記憶部４０４は、制御部４０１が生成した前記信号制御指令Ｓ３、交通情報Ｓ２及び制御種別情報Ｓ４と、ＬＡＮ側から取得した時刻情報Ｓ１を一時的に記憶する。

中央装置４の表示部４０２は、自身が管理するエリアの道路地図と、この道路地図上のすべての交通信号機１や路上装置３等の位置が表示された表示画面により構成され、中央オペレータに渋滞や事故等の交通状況や、制御エリア内で発生した大規模事故や地震等の災害を報知するものである。
中央装置４の操作部４０５は、キーボードやマウス等の入力インタフェースよりなり、この操作部４０５によって中央オペレータが上記表示部４０２に対する表示切り替え操作等を行えるようになっている。

〔交通信号機〕
図２は、制御エリアに含まれる各交通信号機１の全体構成を示す模式図である。
図２に示すように、本実施形態の交通信号機１は、道路ＲＭの上下線ＲＭ１，ＲＭ２及び道路ＲＳの上下線ＲＳ１，ＲＳ２のそれぞれに設置された４つの信号灯器１ｂと、この信号灯器１ｂと通信回線８を介して接続された端末制御装置１ａとを備えている。
端末制御装置１ａは、中央装置４から信号制御指令Ｓ３を受信し、当該信号制御指令Ｓ３に基づいて、各信号灯器１ｂの青、黄、赤及び右折矢等の各信号灯の点灯、消灯及び点滅を制御する。

図４は、上記端末制御装置１ａの構成を示すブロック図である。
図４に示すように、端末制御装置１ａは、制御部１０１、灯器駆動部１０２、通信部１０３及び記憶部１０４を含んでいる。
端末制御装置１ａの制御部１０１は、一又は複数のマイクロコンピュータから構成されている。制御部１０１には、内部バスを介して灯器駆動部１０２、通信部１０３及び記憶部１０４が接続され、制御部１０１はこれらのハードウェア各部の動作を制御する。

この端末制御装置１ａの制御部１０１は、中央装置４が交通感応制御を行った結果の出力である信号制御指令Ｓ３に従って各信号灯器１ｂを駆動し、その指令Ｓ３に基づく所定のタイミングで各信号灯器１ｂの信号灯色を切り替える。
灯器駆動部１０２は、半導体リレー（図示せず）を備え、上記制御部１０１からの制御信号基づいて、複数の信号灯器１ｂの青色灯、黄色灯、赤色灯それぞれに対応して各色の信号灯に供給される交流電圧（ＡＣ１００Ｖ）又は直流電圧をオン／オフする。

端末制御装置１ａの通信部１０３は、中央装置４及び路上装置３との間で有線通信を行う通信インタフェースであり、信号制御指令Ｓ３及び制御種別情報Ｓ４を中央装置４から受信し、車両感知器（図示せず）がある場合はその感知信号も受信する。なお、通信部１０３は、中央装置４や路上装置３と無線通信するものであってもよい。
端末制御装置１ａの記憶部１０４は、ハードディスクや半導体メモリ等から構成されており、通信部１０３が受信した交通情報Ｓ２、信号制御指令Ｓ３、制御種別情報Ｓ４等を記憶する。

〔車載装置〕
車両５に搭載された車載装置２は、路上装置３との間で各種情報を無線通信する通信機能と、搭乗者が設定した目的地に案内するナビゲーション機能（経路探索機能）を有する。図５は、その車載装置２の構成を示すブロック図である。
図５に示すように、車載装置２は、ＧＰＳ処理部２０１、方位センサ２０２、車速取得部２０３、通信部２０４、記憶部２０５、操作部２０６、表示部２０７、音声出力部２０８及び処理部２０９等を含んでいる。

ＧＰＳ処理部２０１は、ＧＰＳ衛星からのＧＰＳ信号を受信し、ＧＰＳ信号に含まれる時刻情報、ＧＰＳ衛星の軌道、測位補正情報等に基づいて、車両５の位置（緯度、経度及び高度）を計測する。
方位センサ２０２は、光ファイバジャイロなどで構成されており、車両５の方位及び角速度を計測する。車速取得部２０３は、車速センサ（図示せず）が車輪の角速度を検出することにより計測した車両５の速度データを取得する。

車載装置２の通信部２０４は、路上装置３と無線で双方向通信する通信インタフェースであり、車両５が交差点Ｊｉに向かって走行中に路上装置３の狭域通信領域に入ると、その路上装置３が送信する交通情報Ｓ２等のダウンリンク情報を受信し、自身の車両ＩＤ等を含むアップリンク情報を路上装置３に送信する。
車載装置２の記憶部２０５は、ハードディスクや半導体メモリ等から構成されており、通信部２０４が受信した交通情報Ｓ２等を記憶する。また、記憶部２０５は、道路地図データを記憶している。

この道路地図データには、交差点ＩＤと交差点の位置とを対応付けた交差点データ、リンクＩＤと、リンクの始点・終点・補間点（道路が折れ曲がる地点に対応）それぞれの位置と、リンクの始点に接続するリンクのリンクＩＤと、リンクの終点に接続するリンクのリンクＩＤと、リンクコストとを対応付けたリンクデータなどから構成されている。
リンクコストは、例えば、リンクとその終点に接続するリンクの組み合わせの数だけ用意されており、リンクの始点に進入してから当該リンクの終点を退出し、次に接続するリンクの始点に進入するまでに要するコスト（旅行時間や燃料消費量）が設定されている。
すなわち、リンクコストには、リンクの始点から終点までを走行するのに要するコストと、リンクの終点から次のリンクの始点までを走行するのに要するコスト、つまり、交差点を通過するのに要するコストが含まれている。

車載装置２の操作部２０６は、タッチパネルやボタン等から構成されており、ドライバを含む車両５の搭乗者が目的地の設定等を行えるようになっている。
車載装置２の表示部２０７は、車両５のダッシュボード部分に取り付けられたモニタ装置（図示せず）よりなり、処理部２０９が作成した画像データを搭乗者に表示する。また、音声出力部２０８は、処理部２０９が作成した音声データをスピーカー（図示せず）から出力する。

車載装置２の処理部２０９は、１又は複数のマイクロコンピュータ等から構成されており、ＧＰＳ処理部２０１、方位センサ２０２、車速取得部２０３、通信部２０４、記憶部２０５、操作部２０６、表示部２０７、音声出力部２０８の各処理を制御する。
また、処理部２０９は、ＧＰＳ処理部２０１が計測した車両５の位置、方位センサ２０２が計測した車両５の方位及び角速度、車速取得部２０３が取得した車両５の速度の各データ、記憶部２０５に記憶している道路地図データに基づいてマップマッチング処理を行い、道路地図データのリンク上における車両５の位置を求める。

〔中央装置によるリンクコストの算出と提供〕
次に、図２及び図６を参照しつつ、中央装置４の制御部４０１が実行するリンクコストの算出及び提供について説明する。本実施形態では、中央装置４の制御部４０１は、リンクコストとして旅行時間と燃料消費量とを算出する。
なお、この処理は、中央装置４の記憶部４０４に格納されたコンピュータプログラムを制御部４０１が実行することによって行われる。

〔旅行時間の算出〕
各リンクの旅行時間Ｕは、当該リンクを通行する多数の車両５の旅行時間データの平均値である。すなわち、図２に示すように、例えばある道路ＲＳの上り線ＲＳ１について、交差点Ｊ１と交差点Ｊ２に挟まれるリンクＬ１を考え、このリンクＬ１の始点をＰ１、同リンクＬ１の終点をＰ２とすると、リンクＬ１の旅行時間Ｕは、地点Ｐ１及び地点Ｐ２を通過する多数の車両５から得られた旅行時間データの平均値として算出される。

換言すると、中央装置４の制御部４０１は、多数の車両５と路車間通信した各路上装置３からの時刻情報Ｓ１に基づいて、路上装置ＩＤ及び車両ＩＤごとの旅行時間データを常時通信部４０３から取得し、これらの旅行時間データを総平均することによって各リンクごとの旅行時間Ｕを算出する。

〔燃料消費量の算出〕
〔算出に必要なパラメータ〕
中央装置４は、各交差点Ｊｉ（ｉ＝１〜１２）の交通信号機１を統括制御するものであるから、中央装置４の記憶部４０４は、上流交差点Ｊ１についての信号サイクル長Ｃ１、そのサイクル中の各ステップの長さ、及び、各ステップにおける各信号灯器１ｂの灯色の情報を記憶している。
また、中央装置４の記憶部４０４は、下流交差点Ｊ２についても、その信号サイクル長Ｃ２、そのサイクル中の各ステップの長さ、及び、各ステップにおける各信号灯器１ｂの灯色の情報を記憶している。

更に、中央装置４の記憶部４０４は、上流交差点Ｊ１と下流交差点Ｊ２とのオフセットＡ（上流交差点Ｊ１の第１ステップの開始時刻に対する下流交差点Ｊ２の第１ステップの開始時刻の時間差）を記憶しており、予め設定された定数として、地点Ｐ１から地点Ｐ２までの標準走行時間Ｔと、地点Ｐ２における飽和交通流率ｓと、単位待ち行列長当たりの車両台数ｍを記憶している。

また、中央装置４の制御部４０１は、路側装置３から受信する時刻情報Ｓ１に基づき、下流交差点Ｊ２におけるリンクＬ１方向の待ち行列長Ｌを常時取得している。
そこで、中央装置４の制御部４０１は、上流交差点Ｊ１及び下流交差点Ｊ２の信号情報に基づいて、リンクＬ１の上流側の信号灯器１ｂの青信号時間Ｇ１と、下流側の信号灯器１ｂの青信号時間Ｇ２を算出する。

〔停止回数の推定〕
次に、中央装置４の制御部４０１は、次の推定ロジックに基づき、下流交差点Ｊ２における車両５の停止回数Ｐを推定する。
なお、この場合の停止回数Ｐは、数学的には、車両５がリンクＬ１の下流交差点Ｊ２で停止する回数の期待値のことを意味する。

（１） ｍＬ＞ｓＧ２の場合
上記不等式において、左辺のｍ×Ｌは、下流交差点Ｊ２における待ち行列台数を意味し、ｓ×Ｇ２は、下流交差点Ｊ２における車両５の捌け台数を意味する。そして、前者（待ち行列台数）が後者（捌け台数）よりも大きい場合には、リンクＬ１の下流側地点Ｊ２において、下流交差点Ｊ２の１回の信号サイクル中で待ち行列Ｌが解消できず、車両５は下流交差点Ｊ２において必ず停止することになる。
そこで、この場合、中央装置４の制御部４０１は、リンクＬ１での車両５の停止回数Ｐを、ｍＬをｓＧ２で除した値、すなわち、Ｐ＝ｍＬ／ｓＧ２として推定する。この計算式は、下流交差点Ｊ２における信号待ちによる停止回数Ｐの平均値を表す。

（２） ｍＬ≦ｓＧ２の場合
この場合は、待ち行列台数ｍＬが捌け台数ｓＧ２以下であるから、下流交差点Ｊ２の１回の信号サイクルで待ち行列Ｌが解消される。このため、車両５が下流交差点Ｊ２において停止するか否かを、更に詳細に検討する必要がある。
そこで、中央装置４の制御部４０１は、上流交差点Ｊ１における信号サイクル長Ｃ１と、下流交差点Ｊ２における信号サイクル長Ｃ２とが同じか否かで場合分けし、各場合ごとにて停止回数Ｐを推定する。

ｉ） Ｃ１＝Ｃ２の場合
この場合、上流交差点Ｊ１と下流交差点Ｊ２の信号灯器１ｂの切り替えタイミングの差が各サイクルで一定となるので、オフセットＡを考慮して、以下の手順で停止回数Ｐを推定する。
図６は、この場合の停止回数Ｐの推定方法を説明するための、交差点Ｊ１，Ｊ２間の距離ｘ、走行時間ｔ及び信号サイクルＣ１，Ｃ２の関係を示すグラフである。図６において、横軸は交差点Ｊ１から交差点Ｊ２に至るまでの距離ｘを示し、縦軸はその距離ｘを車両５が走行する時間ｔを示している。また、図６において、二本線は赤信号時間を示し、その間の空白は青信号時間を示している。

図６に示すように、上流交差点Ｊ１における青信号開始時刻をｔ１とすると、上流交差点Ｊ１における青信号終了時刻はｔ１＋Ｇ１となる。
一方、下流交差点Ｊ２の青信号開始時刻に車両５が地点Ｐ２（リンク終点）に到着するための、地点Ｐ１（リンク始点）の出発時刻をｔ２とすると、その出発時刻ｔ２は、オフセットＡとリンクＬ１の標準走行時間Ｔを用いて演算することができる。
また、下流交差点Ｊ２の青信号終了時刻に車両５が地点Ｐ２（リンク終点）に到着するための、地点Ｐ１（リンク始点）の出発時刻は、ｔ２＋Ｇ２で求めることができる。

そして、この場合、中央装置４の制御部４０１は、下流交差点Ｊ２における車両５の停止回数Ｐを、以下の式（１）で推定する。
Ｐ＝１−〔min（t1＋G1，t2＋G2）− max（t1，t2）〕／G1 ……（１）
なお、上記式（１）において、min（ ）は括弧内でいずれか小さい方を選択することを意味し、max（ ）は括弧内でいずれか大きい方を選択することを意味する。

上記式（１）において、右辺第２項は、リンクＬ１の始点Ｐ１を青で通過した車両５が当該リンクＬ１の終点Ｐ２を青で通過できる確率（期待値）を意味し、従って、上記式（１）で定義される停止回数Ｐは、下流交差点Ｊ１が青信号の間に地点Ｐ１を出発した車両５が、地点Ｐ２において下流交差点Ｊ２の赤信号に出合う確率（期待値）を意味することになる。

ｉｉ） Ｃ１≠Ｃ２の場合
この場合は、各交差点Ｊ１，Ｊ２の信号切り替えタイミングの差はサイクルごとに変化するため，停止回数Ｐは、地点Ｐ２に到着した車両５が下流交差点Ｊ２の赤信号に出合う確率であると考えられる。
従って、この場合、中央装置４の制御部４０１は、次の式（２）によって停止回数Ｐを推定する。
Ｐ＝１−Ｇ２／Ｃ２ …… （２）
なお、上記計算式（２）は、下流交差点に車両５が赤で到達する確率（期待値）を表している。

〔燃料消費量の算出式〕
中央装置４の制御部４０１は、地点Ｐ１から地点Ｐ２へ走行するのに要する燃料消費量Ｑを、その地点Ｐ１，Ｐ２間の旅行時間Ｕ、走行距離Ｄ及び停止回数Ｐを用いて、次の式（３）によって算出する。制御部４０１は、かかる燃料消費量Ｑを、各リンクごとに算出する。
Ｑ＝ａＵ＋ｂＤ＋ｃＰ …… （３）

ここで、上記式（３）は、前記非特許文献１に記載された算出式（当該文献１の式（８））と実質的に同じであり、その非特許文献１の式（８）における右辺第３項を、「ｃＰ」に置き換えたものである。車両５の標準的な走行速度をｖとすると、１回の停止当たりで０からｖへの加速が１回発生するから、かかる置き換えが可能となる。
なお、前記した非特許文献１の推定モデルに従うならば、上記式（３）の各係数ａ，ｂ，ｃの値は、ぞれぞれ、ａ＝０．３、ｂ＝０．０２８、ｃ＝０．０５６ｖ²である。もっとも、各係数ａ，ｂ，ｃの値はかかる数値に限定されるものではない。
また、車載装置２が送信するアップリンク情報に大型車、中型車及び小型車等の型式区別や、ガソリン車及びディーゼル車等の型式区別を含ませておき、上記式（３）に基づく燃料消費量Ｑをその型式区別ごとに算出することにしてもよく、この場合には、上記式（３）の各係数ａ，ｂ，ｃとして型式区分ごとに異なる値が用いられる。

〔リンクコストの提供〕
中央装置４の制御部４０１は、算出した各リンクごとの旅行時間Ｕと燃料消費量Ｑを交通情報Ｓ２に含め、通信部４０３から各路側装置３に送信する。このリンクコストを受信した路側装置３は、対応する車両ＩＤ（型式区別）を有する車両５の車載装置２に対して、上記旅行時間や燃料消費量よりなるリンクコストを送信する。

〔車載装置での経路探索〕
上記リンクコストを受信した車載装置２の処理部２０９は、そのリンクごとの旅行時間Ｕや燃料消費量Ｑをリンクコストとして採用して経路探索を行う。
すなわち、車載装置２の処理部２０９は、自身の出発地から目的地までのリンクコスト（総旅行時間ΣＵ又は総燃料消費量ΣＱ）が最小となる経路を、最短経路問題を解くためのアルゴリズムであるダイクストラ法等に基づいて探索し、最短時間又は最小燃料で目的地に到着できる経路を、表示部２０７や音声出力部２０８を通じてドライバに提示する。

以上の通り、本実施形態の交通信号制御システム（経路探索システム）によれば、中央装置４の制御部４０１が、リンクを走行する車両５が当該リンクの下流交差点Ｊ２において停止する停止回数Ｐを推定し、その推定された停止回数Ｐに基づいてリンクコストの１つである燃料消費量Ｑを算出するので、停止・発進による車速の変動を考慮した車両走行の実態により近い燃料消費量Ｑを提供することができる。
このため、車載装置２において、車速変動特性を必要とする燃料消費量Ｑをリンクコストとして採用でき、リンクコストを用いた経路誘導システムの汎用性を向上させることができる。

〔他の実施形態〕
上記実施形態では、路上装置３が光ビーコン等の狭域通信装置より構成されていたが、この路上装置３としては中・広域通信装置３Ａ（図２参照）を利用してもよい。
かかる通信装置３Ａは、無線ＬＡＮやＷｉＭＡＸ（World Interoperability for Microwave Access）或いは携帯電話機等よりなり、車両５に搭載された車載装置２との間で各種情報を比較的広範囲で無線通信することができる。

この場合、路側装置３Ａの設置位置では車両５の通過位置（リンクの始点Ｐ１及び終点Ｐ２）を特定できなくなるので、車載装置２の通信部２０４から、自身の車両ＩＤ、時刻情報及び位置情報をリアルタイム（例えば、０．１〜１．０秒周期）に通信装置３Ａに送信させ、それらの情報を各通信装置３Ａから中央装置４に送信させて旅行時間データ等の時間情報を収集するようにすればよい。
また、通信の回数を削減するため，時刻情報Ｓ１及び位置情報をリアルタイムで記憶部に蓄積しておき，時間や走行距離等，あらかじめ設定した条件を満たすごとに自身の車両ＩＤと共にまとめて送信するようにしてもよい。

また、上記実施形態では、インフラ側装置である中央装置４で算出したリンクごとのリンクコスト（旅行時間Ｕや燃料消費量Ｑ）を車載装置２に提供し、この車載装置２側において当該リンクコストに基づく経路探索を行っているが、その経路探索についても、インフラ側装置である中央装置４で行い、その探索結果を車載装置２に提供することにしてもよい。また、インフラ側である中央装置４の制御部４０１で停止回数Ｐの推定までを行ってその結果を車載装置２に提供し、車載装置２の処理部２０９が、取得した停止回数Ｐに基づいてリンクごとのリンクコストを算出し、目的地までの経路探索を行うようにしてもよい。この場合には、リンクコスト算出装置の構成要素（推定手段と算出手段）のうち、推定手段がインフラ側装置に属しかつ算出手段が車載装置２に属することになる。

更に、中央装置４がリンクコスト（旅行時間Ｕや燃料消費量Ｑ）の算出及び提供を行う場合に限らず、ＬＡＮに含まれる複数の交通信号機１が、中央装置４による制御とは別個のグループ単位でのリンクコストの算出及び提供を行う場合にも適用することができる。
この場合には、リンクコスト（旅行時間Ｕや燃料消費量Ｑ）の算出及び提供を、中央装置４の制御部４０１ではなく、同じ制御グループ内の一つの端末制御装置１ａの制御部１０１に行わせることになる。

上記実施形態はすべて例示であり本発明の範囲を制限するものではない。本発明の範囲は、上記実施形態ではなく特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲の構成と均等の範囲内での変更が含まれる。

交通信号制御システム（経路探索システム）の概要を示す模式図である。 交通信号機の概要を示す模式図である。 中央装置の構成を示すブロック図である。 端末制御装置の構成を示すブロック図である。 車載装置の構成を示すブロック図である。 交差点間の距離、走行時間及び信号サイクルの関係を示すグラフである。

符号の説明

１ 交通信号機
１ａ 端末制御装置
１ｂ 信号灯器
１０１ 制御部
１０２ 灯器駆動部
１０３ 通信部
１０４ 記憶部
１０５ 無線通信部
２ 車載装置
２０１ ＧＰＳ処理部
２０２ 方位センサ
２０３ 車速取得部
２０４ 通信部（送信手段）
２０５ 記憶部
２０６ 操作部
２０７ 表示部
２０８ 音声出力部
２０９ 処理部
３ 路上装置
４ 中央装置（リンクコスト算出装置）
４０１ 制御部（推定手段、算出手段）
４０２ 表示部
４０３ 通信部
４０４ 記憶部
４０５ 操作部
５ 車両
Ｊｉ 交差点
Ｓ１ 時刻情報
Ｓ２ 交通情報
Ｓ３ 信号制御指令
Ｓ４ 制御種別情報

Claims (15)

1. 交差点を含むリンクのリンクコストを算出するためのリンクコスト算出装置であって、
   前記リンクを走行する車両が当該リンクの下流交差点において停止する停止回数を推定する推定手段と、
   推定された前記停止回数に基づいて前記リンクコストを算出する算出手段とを備えていることを特徴とするリンクコスト算出装置。
2. 前記推定手段は、前記下流交差点における待ち行列台数と当該下流交差点における捌け台数に基づいて、前記停止回数の推定処理を行う請求項１に記載のリンクコスト算出装置。
3. 前記推定手段は、前記下流交差点における待ち行列台数が当該下流交差点における１回の信号サイクル中の前記捌け台数よりも大きいことを条件として、前記推定処理を行う請求項２に記載のリンクコスト算出装置。
4. 前記推定手段は、前記リンクの上流交差点を青で通過した車両が当該リンクの下流交差点を青で通過できる確率に基づいて、前記停止回数の推定処理を行う請求項１に記載のリンクコスト算出装置。
5. 前記推定手段は、次の式（１）に基づいて前記停止回数の推定処理を行う請求項４に記載のリンクコスト算出装置。
   Ｐ＝１−〔min（t1＋G1，t2＋G2）− max（t1，t2）〕／G1 ……（１）
   ただし、
   Ｐ：停止回数
   t1：上流交差点の青信号開始時刻
   t2：下流交差点の青信号開始時刻に車両がリンク終点を通過するためのリンク始点の出発時刻
   G1：上流交差点の青信号時間
   G2：下流交差点の青信号時間
6. 前記推定手段は、前記上流交差点における信号サイクル長が前記下流交差点における信号サイクル長と同じであることを条件として、前記推定処理を行う請求項４又は５に記載のリンクコスト算出装置。
7. 前記推定手段は、前記下流交差点の青信号時間と信号サイクル長に基づいて、前記停止回数の推定処理を行う請求項１に記載のリンクコスト算出装置。
8. 前記推定手段は、前記上流交差点における信号サイクル長が前記下流交差点における信号サイクル長と同じでないことを条件として、前記推定処理を行う請求項７に記載のリンクコスト算出装置。
9. 前記推定手段は、前記下流交差点における待ち行列台数が当該下流交差点における１回の信号サイクル中の捌け台数以下であることを条件として、前記推定処理を行う請求項４〜８のいずれか１項に記載のリンクコスト算出装置。
10. 請求項１〜９のいずれか１項に記載のリンクコスト算出装置と、
    各リンクごとに算出された前記リンクコストを用いて、前記車両の出発地から目的地までの経路を探索する経路探索装置とを備えていることを特徴とする経路誘導システム。
11. インフラ側装置と、この装置と通信可能な車載装置とを備えており、
    前記リンクコスト算出装置が前記インフラ側装置に組み込まれ、前記経路探索装置が前記車載装置に組み込まれている請求項１０に記載の経路誘導システム。
12. インフラ側装置と、この装置と通信可能な車載装置とを備えており、
    前記リンクコスト算出装置と前記経路探索装置がいずれも前記インフラ側装置に組み込まれている請求項１０に記載の経路誘導システム。
13. インフラ側装置と、この装置と通信可能な車載装置とを備えており、
    前記リンクコスト算出装置の前記推定手段が前記インフラ側装置に組み込まれ、同算出装置の前記算出手段と前記経路探索装置が前記車載装置に組み込まれている請求項１０に記載の経路誘導システム。
14. 交差点を含むリンクのリンクコストを算出する処理をコンピュータに実行させるためのコンピュータプログラムであって、
    前記リンクを走行する車両が当該リンクの下流交差点において停止する停止回数を推定するステップと、
    推定された前記停止回数に基づいて前記リンクコストを算出するステップとを備えていることを特徴とするコンピュータプログラム。
15. 交差点を含むリンクのリンクコストを算出する方法であって、
    前記リンクを走行する車両が当該リンクの下流交差点において停止する停止回数を推定し、推定された前記停止回数に基づいて前記リンクコストを算出することを特徴とするリンクコスト算出方法。

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