JP2011048754A - 交通状況解析装置、交通状況解析プログラム及び交通状況解析方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】交通状況解析装置は、近似曲線算出部が、予め定められたエリア単位ごとに、そのエリア内に存在する車両台数と、そのエリアを通過する車両の走行車両数を示すエリア交通状態情報の関係を、上に凸となる関数で示した近似曲線を算出する。混雑指数算出部が、近似曲線との位置関係に基づいてそのエリアの通行困難度を示す混雑指数を算出する。
【選択図】図2
Description
各地の道路情報データは、交通情報システムで定期的に収集され、収集された情報が基本データとなる。
これまでに提供されている交通情報は、車載のカーナビゲーション装置などを受信機とするVICS(Vehicle Information and Communication System)による提供や、放送メディアを介しての提供がある(例えば、非特許文献1参照)。また、VICSで提供される情報は、インターネットに接続された配信サーバによっても提供されており、インターネットに接続された端末装置や携帯電話端末装置からの要求に応じて取得することができる。
また、提供される情報の表示は、テレビモニタに表示可能な解像度によって制限される表現力の制約がある。そのため、地図を模式化して対象路線を示し、その対象路線の表示色を変更して混雑状況を表示する方法で提供されている。
つまり、放送による情報提供では、車載のカーナビゲーション装置のように、移動方向に応じた重みづけを行った方向を表示することはできず、また、携帯電話端末などのように、操作を行って必要な情報を要求することもできず、放送された情報表示を参照することが要求される。すなわち、放送メディアを介した情報提供では、表示する情報の対象エリアを特定することができないことから、広域な範囲を提供することが必要とされる。これまでの提供方法では、広域な範囲を提供しながら、主要幹線道路以外の情報提供を行うことが行えないという問題がある。
これにより、交通状況解析装置は、主要幹線道路などの情報に限られることなく交通状況の提供を行うことが可能となる。
図1は、本実施形態における交通状況解析装置の概略構成図である。
この図に示される交通状況解析装置100は、交通情報システム200から提供される交通状況データを定期的に取得して、その時々の交通状況を解析する。
交通情報システム200は、提供する交通状況データの収集を定められた周期で定期的に行う。交通情報システム200が提供する交通状況データは、解析対象範囲に含まれる道路の交通状況を示す情報であり、例えば、路側などに配置されるトラフィックカウンターで収集された情報や、走行状況を検出する機能を有する車両(プローブカー)が検出した実際の走行状況に基づいて通知された情報を含む情報である。
また、集計対象エリア情報取得部111は、対象エリアごとに、そのエリアに関係する路線との対応付けを行う。その対応付け方法の詳細は、後述することとする。
また、情報取得部121は、エリア情報記憶部112に記憶された対象範囲の地図情報、路線情報、交通状況解析を行う単位を示す対象エリアを定める情報、及び、その対象エリアと路線の対応付けを示す情報を参照し、解析を行う範囲に係る情報を取得する。
そして、情報取得部121は、上記の情報に基づいて、対象エリアを通過する車両の台数並びに通過にかかる所要時間情報を取得する。
また、エリア集計QK状態値算出部122は、対象エリアごとに算出されたエリア集計QK状態値をエリア集計QK状態値記憶部131に記録する。エリア集計QK状態値記憶部131への記録は、エリア集計QK状態値の算出に応じて行われ、情報取得部121によって取得された情報に応じた時間情報が付加されて時系列的に行われる。
変化指数算出部124は、2次元正規分布パラメータ変換部133によって導かれる2次元正規分布と、乖離量算出部123によって算出された、エリア混雑指数と、近似曲線からの乖離量から、変化の度合いを示すエントロピー情報量を示す変化指数を算出する。
混雑指数出力部125は、算出されたエリアごとの混雑指数と変化指数を、段階的に設定された出力形態に適応させてそれぞれ出力する。
集計QK近似曲線部132は、エリア集計QK状態値記憶部131によって記憶されたエリアごとのエリア集計QK状態値を参照し、エリアごとに集計QK近似曲線を算出する。集計QK近似曲線の算出方法の詳細は、後述することとする。
2次元正規分布パラメータ変換部133は、エリア集計QK状態値記憶部131に記憶されたエリア集計QK状態値を時間帯ごとに、集計QK近似曲線に沿って射影変換して、2次元正規分布のパラメータを算出する。
図2は、一本の道路におけるエリア交通流状態について示す図である。
図2(a)は、2車線の道路に車両が通行している状態をモデル化して示した平面図である。この道路の左側から進入する車両は、車間距離が保たれ、走行が容易な状態が示される。この道路の右側半分に示される状態では、渋滞が発生し車両間隔が狭くなり、車両の速度が低下した状態が示される。さらに車両間隔が狭くなる状態になると停車状態に移行して、交通量が極端に低下した状態となる。つまり、車両間隔が十分に保たれる状態にあるときには、交通量は、車両台数に応じて高くなる。一方、車両間隔が十分に保たれない状態に移行すると、交通量は、車両台数に応じて低下する。
この道路が有する最大性能、すなわち最大の交通量を示す容量になるまでは、車両の密度が高くなるほど交通量が高くなり、その状態では渋滞は発生せず、自由に走行可能な状態が保たれた状態を示す。一方、ある密度を超えると、渋滞が発生し、単位距離あたりの車両台数が多くなって速度が低下することにより、交通量は低下する。
このグラフに示される、原点とグラフ上の任意の点(例えば、点A)を結んだ線分の傾きは、渋滞が発生した状態の平均速度を示す。渋滞が発生している状態では、さらに車両台数が増加すると、密度の上昇に伴い速度が低下して交通量も低下する。そのため、線分の傾きによって示される傾きが小さくなり、平均速度が低下する。
図3(a)は、格子状に配置された道路ネットワークを示す平面図である。この図に示される各道路は、それぞれ片側1車線の対面通行の道路である。
この図に示される道路ネットワークにおいては、一部の道路に混雑が生じると、その道路の流動性が低下することで、他の道路を通行しようとする交通まで阻害してしまう。そのため、混雑が発生した道路に車両が流入できず、流入しようとする車両が交差点手前で流入を待つこととなり、その交差点の前方には、車両が少なく渋滞のない道路が生じる。
このような道路の性能を限界まで使うことなく、一部の道路での渋滞によりエリア全体の流動性が低下している状況があり得ることから、エリア全体の流動性は、そのエリアに含まれる道路を全て限界性能まで使用した場合よりも小さくなる。
このグラフでは、縦軸が集計交通量、横軸は、エリア内の全ての走行車両台数を示す。縦軸に示す集計交通量は、エリア内の全ての道路の交通量の合計を示す。
グラフG20は、理想的な状態で道路が使用された場合の、道路の限界性能を示し、グラフ21は、実際の道路の利用条件に基づいた限界性能を示す。
また、グラフG21は、実際の道路の利用条件に基づいた値をそれぞれ集計するため、走行車両台数のいずれにおいても、理想的な状態のグラフG20より、低い値がグラフG21によって示される。また、グラフG20のピークを示す走行車両台数より、グラフG21のピークを示す走行車両台数は小さな値を示す。
図4は、交通状態の非日常性を示す図である。
図4は、3車線の高速道路で観測された交通量の変動を示す。
このグラフでは、縦軸が交通量(pcu/時)、すなわち単位時間当たりの通過台数を示し、横軸が密度(pcu/km)、すなわち単位距離あたりの走行台数を示す。
散布図で示された図4のグラフは、図2(b)のグラフに対応する。
交通量は、密度が75(pcu/km)に達するまでは、単調に増加する傾向を示す。また、交通量は、密度が75(pcu/km)を越えると減少する傾向を示し、ばらつきが大きくなる。そして、密度が75(pcu/km)から150(pcu/km)までの範囲では、プロットの分布が密集していることから、この密度範囲の渋滞が日常的に発生していることが示される。
さらに、密度が高くなり150(pcu/km)を越えると、プロットの分布は粗くなり、発生する頻度は少なくなるが時々渋滞が発生していることから、非日常的な渋滞が発生していることが示される。
図5は、混雑度の分布を地図にマッピングして示す図である。
各エリアの交通状況は、方眼で示される単位ごとに、「混雑なし」、「やや混雑」、「混雑」及び「渋滞」の各段階で判定され、それぞれの段階に応じた濃度で表示される。この図では、各エリアの濃度が濃いほど流動性が低下し渋滞が発生していることが示される。
この図に示されるように、隣接するエリアが同じ段階の濃度で示される混雑度であれば、関連する渋滞がエリアをまたいで発生していることが示される。この混雑度をエリアに分割して示すことにより、渋滞の面的な広がりを確認することができる。
図6は、交通状態の分布を地図にマッピングして示す図である。
各エリアの交通状況は、方眼で示される単位ごとに、「通常状態」、「通常よりやや混雑」及び「通常より混雑」の各段階で判定され、それぞれの段階に応じた濃度で表示される。この図では、各エリアの濃度が濃いほど通常より流動性が低下し渋滞が発生していることが示される。
この図に示されるように、隣接するエリアと同じ段階の濃度で示される交通状況であれば、関連する渋滞がエリアをまたいで発生し、通常より流動性が低下した渋滞が発生していることが示される。また、より混雑度が高い渋滞が発生しているエリアの周囲には、その渋滞に関連する渋滞が発生し影響を受けている。
図6による交通状態の表示を、前述の混雑度の表示(図5)と組み合わせて参照することにより、通常時の渋滞の状況を認知している道路利用者は、通常時の渋滞との比較を容易に行うことができる。
図7は、エリアと道路の関係を示す図である。この図において四角で示されるエリアは、例えば、デジタル地図における2次メッシュについて、縦横を(10×10)に分割した範囲を示し、1km(キロメートル)四方で区切られた地域メッシュ(3次メッシュ)を集計単位とする。
この図に示す、エリア(地域メッシュ)の外側に位置するノードN1と、エリアの内側に位置するノードN2からN5を示す。各ノードは、各ノード間を接続する道路を定義する際の分割点を示す。
各リンクは、それぞれ方向性を有して定義される。両端のノードがこのエリア内に含まれる場合には、そのノード間を接続する各リンクが両方向ともこのエリアに属すると定義され、片方のノードがこのエリア内に含まれる場合には、下流となるノードが含まれる方向のリンクがこのエリアに属すると定義される。すなわち、エリア内を移動する車両と、エリアに流入する車両が、このエリアの対象車両として定義される。
さらに、高速道路などを解析の対象外として扱うことにより処理の簡素化することができる。これにより、インターチェンジが有るエリアと、無いエリアとで処理を統一した処理を行うことができ、解析結果の連続性も確保しやすいものとなる。
図8は、エリアごとの集計QKを示す図である。
この図に示されるグラフは、エリア内の走行車両台数とそれらの走行車両の集計交通量の関係を示すグラフである。
このグラフでは、縦軸が集計交通量(台km/時)、横軸は、エリア内の全ての走行車両台数(台)を示す。縦軸に示す集計交通量は、エリア内の全ての道路の交通量の合計を示す。
このグラフに示される2種類の散布図は、それぞれ平日と、休日(土曜を含む。以下、特に明示しない場合には、合わせて「休日」という。)とに分類して示される。また、各プロットは、時間帯別に集計された結果を示す。この図に示す例では、1時間ごとに集計した結果である。
平日と休日とでは、台数の分布、集計交通量の分布とも異なる傾向を示す。実際の平日と休日の交通量の傾向が異なった傾向を示すことを、この図で再現できる。
集計交通量Qは、(各リンクjの長さ)と(プローブ通過台数njτ)の積を集計して求められる。集計交通量Qは、式(1)として示される。
また、エリア存在台数Kは、(リンクjの時刻τにおける平均旅行時間Tjτ)と(プローブ通過台数njτ)の積を集計して求められる。エリア存在台数Kは、式(2)として示される。
図9は、図8に示した散布図からエリアごとの集計QK近似曲線を示す図である。
この図に示されるグラフは、エリア内の走行車両台数とそれらの走行車両の集計交通量の関係を示すグラフである。
このグラフでは、縦軸が集計交通量(台km/時)、横軸は、エリア内の全ての走行車両台数(台)を示す。縦軸に示す集計交通量は、エリア内の全ての道路の交通量の合計を示す。
近似曲線G31は、平日のプロットの散布図から導かれ、近似曲線G32は、休日のプロットの散布図から導かれる。
近似曲線G31とG32は、それぞれのプロットの散布状態に基づいて、原点をとおり上に凸の2次曲線で近似した例である。
この図に示されるように平日と休日を示す近似曲線G31とG32は、明らかに異なる傾向を示す近似曲線として示される。
原点を通る2次曲線は、集計交通量をy、エリア存在台数をxで定義すると、式(3)として示される。
この近似曲線について、最小二乗法を用いて評価すると、式(4)として示される評価式を定義でき、その値が最小となる条件を算出する。
図10は、2次関数からパラメトリック空間への変換を示す図である。
この図に示されるグラフは、原点を通る2次元曲線を示すグラフである。
このグラフでは、縦軸がy、横軸がxを示す。このグラフに示される原点を通る2次曲線は、式(10)として示される。
式(10)は、前述の式(3)に相当し、QK曲線を示す。
2次関数で示されたQK曲線は、パラメータtを媒介して、式(11)のように示される。
式(11)で示されるQK近似曲線を、スケールファクタsiで各QKプロット(xi, yi)を通るように変形することにより式(12)として示される。
式(13)に基づいて、点(xi, yi) を通るようにスケーリングされた曲線上の点を示すパラメータti及びsiを示すと式(14)として示される。
また、距離diは、平均的なQK曲線からの乖離の度合いを示すので、非日常性を示す指標とすることができる。
図11(a)と(b)は、平日と休日の混雑指数と乖離量の関係をそれぞれ示したものである。
それぞれのグラフにおいて、縦軸がQK曲線からの乖離量dを示し、横軸が混雑指数tを示す。
このグラフに示される散布図のプロットは、それぞれ集計交通量を基に4時間単位で集計された集計結果に基づいて示される。
縦軸の値が「0」から離れるにつれ、近似曲線からの乖離が大きくなることが示される。
図11(a)に示される平日の分布では、夜間(22時)から早朝(6時)までの分布にばらつきが少なく、また、他の時間の分布は、日によって乖離量に差があるが似た傾向を示している。
一方、図11(b)に示される休日の分布では、平日と同じように夜間(22時)から早朝(6時)までの分布にばらつきが少ないが、他の時間の分布は、ばらついた傾向が示される。
各QKプロットiに対して求めたパラメータ(ti, di)を、時間帯別にt-d平面にプロットし、2次元正規分布確率密度関数P(t,d)のパラメータ(μt, μd,σt 2, σd 2, ρ)を求める。
事象生起確率分布Pを導く式を、式(17)に示す。
エントロピー情報量IJを導く式は、式(21)となる。
図12は、交通状況解析処理の手順における初期化処理の手順を示すフローチャートである。
集計対象エリア情報登録部111は、入力された集計対象エリアを特定するエリア情報を、デジタル地図の領域を予め分割した地域情報メッシュに対応づけを行ってエリア情報記憶部112に記録する。対象とするすべてのエリアに対応するエリア情報の記録を完了すると初期化処理を終了する(ステップS11)。
情報取得部121は、対象エリアにおける時刻tでのリンク通過台数とリンク所要時間情報を取得する。すなわち、情報取得部121は、交通情報システム200から提供される交通状況データを予め定められた周期にしたがったタイミング(時刻t)において取得する。また、情報取得部121は、エリア情報記憶部112に記憶された対象範囲の地図情報、路線情報、交通状況解析を行う単位を示す対象エリアを定めるエリア情報、及び、その対象エリアと路線の対応付けを示す情報を参照し、解析を行う範囲に係る情報を取得する。そして、情報取得部121は、上記の情報に基づいて、対象エリアを通過する車両の台数並びに通過にかかる所要時間情報を取得する(ステップS21)。
また、エリア集計QK状態値算出部122は、対象エリアごとに算出されたエリア集計QK状態値をエリア集計QK状態値記憶部131に記録する。エリア集計QK状態値記憶部131への記録は、エリア集計QK状態値の算出に応じて行われ、情報取得部121によって取得された情報に応じた時間情報が付加されて時系列的に記録する(ステップS22)。
情報取得部121は、装置内部に備える計時部からの指示により、所定の時刻になったことを検出すると、ステップS21からの処理を繰り返す。解析処理の終了が指示された場合には、処理を終了する(ステップS26)。
乖離量算出部123は、算出したエリア集計QK状態値をエリア集計QK状態値記憶部131に記録し、記憶されているデータの更新処理を行う。この更新処理は、ステップS21におけるデータ取得に応じて行われ、ステップS23の演算結果が反映される(ステップS31)。
これにより、交通状況解析装置100は、主要幹線道路などの情報に限られることなくエリアごとに交通状況の提供を行うことが可能となる。
これにより、交通状況解析装置100は、算出される変化指数を参照することにより平常時との差を検出できる。
これにより、交通状況解析装置100は、近似曲線を2次曲線として扱うことにより、処理の負荷を低減しつつ、算出される変化指数を参照することにより平常時との差を検出できる。
これにより、集計QK近似曲線部132は、対象エリアの道路を単位時間当たりに走行する車両の総走行時間で示される集計交通密度からエリア交通状態情報を導くことができる。
これにより、集計QK近似曲線部132は、対象エリアの道路を単位時間当たりに走行する車両の総走行距離で示される集計交通量からエリア交通状態情報を導くことができる。
これにより、混雑指数又は変化指数の段階的な表示とすることにより、表示された内容の判別を容易とすることができる。
これにより、地図上に示された混雑指数又は変化指数の情報を、段階的な表示としたエリアの色又は濃度の違いによって示すことにより、表示された内容の判別を容易とすることができる。
変化指数算出部124は、基準とする上に凸となる関数を2次曲線で近似するとして示したが、例えば、上に凸の三角形状を示す折れ線によって示される関数、或いは、渋滞領域だけを下に凸となる単調減少関数で近似する関数としても良い。渋滞領域とは、上に凸の関数の最大値を示す点より右側の領域、つまり、山の右側の領域である。
また、エリアごとに集計した交通量の変化の特徴を、平日と休日に分けて示したが、必要に応じて曜日ごと、期間ごとなどに分類することも可能である。また、時間帯ごとの分類についても任意の時間で分類することができる。
また、集計単位とするエリアは、デジタル地図に応じた分割を地域メッシュとして例示したに過ぎず、任意の形状、大きさを選択することができ、それぞれのエリアが同一の形状や同一の大きさとすることに制限されることはない。
111 集計対象エリア情報取得部
112 エリア情報記憶部
121 情報取得部
122 エリア集計QK状態値算出部
123 乖離量算出部
124 変化指数算出部
125 混雑指数出力部
131 エリア集計QK状態値記憶部
132 集計QK近似曲線部
133 2次元正規分布パラメータ変換部
Claims (9)
- 予め定められたエリア単位ごとに、該エリア内に存在する車両台数と、該エリアを通過する車両の走行車両数を示すエリア交通状態情報の関係を、上に凸となる関数で示した近似曲線を算出する近似曲線算出部と、
該近似曲線との位置関係に基づいて該エリアの通行困難度を示す混雑指数を算出する混雑指数算出部と、
を備えることを特徴とする交通状況解析装置。 - 基準とする前記上に凸となる関数で示した近似曲線と前記エリア交通状態情報との差から変化指数を算出する変化指数算出部と、
を備えることを特徴とする請求項1に記載の交通状況解析装置。 - 前記近似曲線算出部は、
前記上に凸となる関数で示した近似曲線を、近似曲線を2次曲線として算出する
ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の交通状況解析装置。 - 前記近似曲線算出部は、
前記エリア交通状態情報を、前記エリアにおいて対象道路として選定した道路を単位時間当たりに走行する車両の総走行時間で示される集計交通密度とする
ことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれかに記載の交通状況解析装置。 - 前記近似曲線算出部は、
前記エリア交通状態情報を、前記エリアにおいて対象道路として選定した道路を単位時間当たりに走行する車両の総走行距離で示される集計交通量とする
ことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれかに記載の交通状況解析装置。 - 前記エリアごとの前記混雑指数又は前記変化指数の変化を段階的な指標で出力する混雑指数出力部と、
を備えることを特徴とする請求項1から請求項5のいずれかに記載の交通状況解析装置。 - 前記混雑指数出力部は、
前記エリアを地図上にマッピングし、前記エリアごとに導かれた混雑指数又は前記変化指数から導かれた段階的な指標に基づいて前記エリアの色又は濃度の違いによって表示する
ことを特徴とする請求項1から請求項6のいずれかに記載の交通状況解析装置。 - 予め定められたエリア単位ごとに、該エリア内に存在する車両台数と、該エリアを通過する車両の走行車両数を示すエリア交通状態情報の関係を、上に凸となる関数で示した近似曲線で近似する手順と、
該近似曲線との位置関係に基づいて該エリアの通行困難度を示す混雑指数を算出する手順と、
をコンピュータに実施させることを特徴とする交通状況解析プログラム。 - 予め定められたエリア単位ごとに、該エリア内に存在する車両台数と、該エリアを通過する車両の走行車両数を示すエリア交通状態情報の関係を、上に凸となる関数で示した近似曲線で近似するステップと、
該近似曲線との位置関係に基づいて該エリアの通行困難度を示す混雑指数を算出するステップと、
を有することを特徴とする交通状況解析方法。
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