JP3729937B2 - 交通管制装置及び管制方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、道路等に使用する交通信号機の制御を行なう交通管制装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
交通管制装置による交通信号機の制御は、制御エリア（同期して動作する一連の交差点群）毎に、サイクル長（交通信号機の動作周期）、オフセット（基準交差点に対する動作の遅れ）、および、スプリット（道路の各方向に対する青時間の配分比率）という３種の制御パラメータを使用して行なわれる。従って、道路交通を円滑かつ安全に制御するためには、上記各制御パラメータ、及び制御エリアを適切に決定する必要がある。
【０００３】
従来、制御パラメータを決定する方法のひとつとしては、ＴＲＡＮＳＹＴ法がある。この方法では、道路網全体をひとつの制御エリアとして、全てのリンク（交差点をその終端とする単方向交通流が存在する道路、すなわち、交差点に流入する片側の車線）の車両挙動シミュレーションを行ない、その結果得られた遅れ時間を評価関数として、探索手法のひとつである山登り法を適用することにより、遅れ時間を最小化するオフセット及びスプリットを得るようにしている。この方法の詳細は、「交通信号の手引」（社団法人交通工学研究会、平成６年７月、ｐｐ．１３５〜１３７）に記載されている。
【０００４】
また、制御エリアの構成（以下、制御エリア構成という）を決定する方法のひとつとして、あらかじめ各交差点にサイクル長の初期値を設定し、サイクル長が許容差以下で類似している隣接交差点を順次結合していき、最終的に得られた交差点の各群をそれぞれ制御エリアとし、各制御エリアに属する交差点のサイクル長のうち最大のものを制御エリア全体のサイクル長とする方法がある。この方法の詳細は、「交通管制装置」（特公平４−１３７５９号公報）に記載されている。
【０００５】
更に、制御エリア構成と制御パラメータとを同時に決定する方法として、各信号区間において、複数のサイクル長、複数のオフセット、および制御エリアの接続／分離状況の可能な組合せについての遅れ時間を求め、動的計画法を適用することにより、その遅れ時間を最小化するような制御エリア、サイクル長、及びオフセットを得る方法がある。この方法の詳細は、「系統制御路線のサブエリヤ分割と系統周期の最適化」（土木学会論文報告集、第２８５号１９７９年５月、ｐｐ．１０１〜１０８）に詳しく記載されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の技術には、以下に述べるような数々の問題が残されていた。すなわち、それらは、
（１）上記３種の制御パラメータ、及び制御エリア構成の全てを最適化対象としてそれら全てを同時に最適化することは出来ない。また、制御パラメータと制御エリアとを統合し１の処理対象として取り扱う枠組を用いていないため、それらの表現方法、評価方法、及び最適化方法がそれぞれ従来技術により異なっており、単純に複数の方法を組合わせて処理することが困難であるという問題があった。
【０００７】
（２）上記従来技術の処理手順とデータ構造は、３種の制御パラメータ、及び制御エリア構成の任意の組合せからなる最適化対象に依存する部分と依存しない部分とに分離されていないため、最適化対象毎にその構造、値域、及び制約条件を考慮しながら最適化方法を適用する必要があり、評価方法、及び最適化方法を適用するに当たり、その調整と拡張が容易ではないという問題があった。
【０００８】
（３）従来技術は、取り扱う道路網として小規模な道路網とか直線状の道路を想定しており、大規模かつ複雑な道路網に対しては、最適化方法の適用に伴う計算量の爆発的増大とか、局所最適値に捕捉されてしまう可能性があるという問題があった。
【０００９】
本発明は、上記従来の問題を解決するためになされたもので、任意の道路網について、最適な制御パラメータ及び制御エリア構成が同時に得られ、評価方法と最適化方法の調整と拡張が容易であり、大規模かつ複雑な道路網に対しても適用可能な交通管制装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明による交通管制装置は、表現手段、構成手段、評価手段、及び最適化手段を備え、交差点に関し、制御パラメータ及び制御エリア構成に関する属性を表現する記号からなる列（数値列、または記号群）の枠組を定めて初期値を割り振り、その数値列を制御パラメータ及び制御エリア構成に変換し、現実の交通状況の評価または交通シミュレーションによる交通状況の評価により制御パラメータ及び制御エリア構成を評価する評価関数を算出し、その評価関数による評価を最良とする数値列を選択して、最適な制御パラメータ及び制御エリア構成を得るようにしたものである。
【００１１】
第１に、表現手段は、交差点（ここで、交差点はリンク上の信号機のある点を含むものとする）における交通信号機の配置状況と、交差点と道路の物理的接続関係とに基づき、制御パラメータの値と制御エリアを構成する交差点の接続状況とに関する属性を表す記号を任意に組合せた記号群を収容する枠組を定めるものである。その記号群は、道路網全体の制御パラメータと制御エリア構成とを一括して表現するものであり、以下の処理に当たり、最初、その記号群に初期値を挿入する（後述する）。
【００１２】
第２に、構成手段は、上記表現手段に示す記号群の任意のものを、交差点における交通信号機の配置状況、及び交差点と道路の物理的接続関係に従い、各記号に対応する制御パラメータ及び制御エリア構成に変換するようにしたものである。
【００１３】
第３に、評価手段は、道路上の車両の挙動から得られる遅れ時間と交通量とに基づく評価値と、制御エリア内の交差点と道路の位置関係と、制御エリアの物理的形状に基づく評価値等とを用いて、ひとつまたは複数の制御エリアからなる道路網全体について、制御パラメータ及び制御エリア構成の良好性を同時に評価して評価関数を算出するようにしたものである。
【００１４】
第４に、最適化手段は、制御パラメータの値、及び制御エリアを構成する交差点の接続状況を表現した任意の記号群を操作して制御パラメータと制御エリア構成との良好性を同時に評価する評価方法を用いて、評価関数から最も良好な記号の組合せを得るようにしたものである。
【００１５】
上記表現手段、構成手段、評価手段、及び最適化手段を用いることにより、３種の制御パラメータ、及び制御エリア構成の任意な組合せからなる最適化対象を一括して取り扱い、同時に最適化することを可能とした。また、処理手段全体を、最適化対象に特化した（処理に最適化対象を必要とする）評価手段、最適化対象に依存しない（処理に最適化対象を必要としない）最適化手段とそのなかだちとなる表現手段及び構成手段に分離することにより、評価手段及び最適化手段の調整と拡張とを容易に行なえるようにした。更に、最適化手段における記号群の操作について、最適化対象の構造、値域、及び制約を考慮することなく、道路網の規模とか最適化の目的に応じて、任意の操作方法を用いることができるようにしたものである。
【００１６】
上記本発明による交通管制装置によれば、任意の道路網について、最適な制御パラメータと制御エリア構成とが同時に得られ、評価方法と最適化方法の調整と拡張が容易であり、大規模かつ複雑な道路網に対しても適用可能な交通管制装置を得ることができる。
【００１７】
また、本発明による交通管制方法は、交差点における交通信号機の配置状況及び交差点と道路の物理的接続関係に基づき、制御パラメータの値と制御エリアを構成する交差点の接続状況とに関する属性を表す記号を任意に組合せた記号群を用いて、道路網全体の制御パラメータと制御エリア構成とを一括して表現し、上記記号群のうち任意のものを、交差点における交通信号機の配置状況及び交差点と道路の物理的接続関係に基づき、各記号に対応する制御パラメータ及び制御エリア構成に変換し、道路上の車両の挙動から得られる遅れ時間及び交通量に基づく評価値と、制御エリア内の交差点と道路の位置関係と、制御エリアの物理的形状に基づく評価値とを用いて、１つまたは複数の制御エリアからなる道路網全体について、制御パラメータ及び制御エリア構成の良好性を同時に評価し、上記記号群の処理または操作と上記評価とを繰返し行ない、道路網全体の最適な制御パラメータ及び制御エリア構成を設定するようにしたものである。
【００１８】
上記本発明による交通管制方法により、３種の制御パラメータと制御エリア構成の任意の組合せからなる最適化対象を一括して取り扱い、同時に最適化することを可能にし、上記記号群の処理または操作方法及び評価について、調整と拡張とを容易に行なうことができるようにし、更に、道路網の規模とか最適化の目的に応じて任意の操作方法を用いることができるようにしたものである。
【００１９】
上記本発明による交通管制方法によれば、任意の道路網について、最適な制御パラメータと制御エリア構成とが同時に得られ、評価方法と最適化方法の調整と拡張が容易であり、大規模かつ複雑な道路網に対しても適用可能な交通管制方法を得ることができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、交通流データ及び道路網データを入力して得られた道路上の車両の挙動から得られる遅れ時間と交通量とに基づく評価値と、制御エリア内の交差点と道路の位置関係と、制御エリアの物理的形状に基づく評価値とを用いて、ひとつまたは複数の制御エリアからなる道路網全体につき制御パラメータ及び制御エリア構成の良好性を同時に評価する評価手段を備えるようにしたものであり、任意の制御エリアにより構成され、任意の制御パラメータを設定された道路網全体について、その制御パラメータと制御エリア構成の良好性を一意に評価できるという作用を有する。
【００２１】
本発明の請求項２に記載の発明は、交通流データ及び道路網データを入力し、交通流データ及び道路網データを入力して得られた交差点における信号機の配置状況及び交差点と道路の物理的接続関係に基づき、制御パラメータの値及び制御エリアを構成する交差点の接続状況に関する属性を表す記号を任意に組合せた記号群を割り当て、道路網全体の制御パラメータ及び制御エリア構成を一括して表現する枠を設ける表現手段と、前記表現手段を備え制御パラメータの設定及び制御エリア構成のどちらか一方または両方を行なうようにしたことを特徴とする交通管制装置に備えられ、前記枠に割り当てた記号群のうち任意のものの値を、交差点における信号機の配置状況及び交差点と道路の物理的接続関係に基づき、前記記号群に対応する制御パラメータ及び制御エリア構成に変換する構成手段と、前記請求項１に記載の評価手段と、交通流データ及び道路網データを入力して得られた制御パラメータの値及び制御エリアを構成する交差点の接続状況を表現した任意の記号群を操作し、制御パラメータ及び制御エリア構成の良好性を同時に評価する評価方法を用い、その評価方法に従い最も良好な記号の組合せを得る最適化手段とを備え、制御パラメータと制御エリアのいずれかあるいは両方を出力するようにしたものであり、道路網全体の制御パラメータと制御エリア構成とを、一括してあらかじめ決めた値域と配置を持つ記号群に相互変換が可能な方法で対応させ、道路網全体の制御パラメータと制御エリア構成とを一意に評価する評価方法を用いて、最適化手段を適用することにより、最適な制御パラメータと制御エリア構成とが同時に得られ、評価方法と最適化方法の調整と拡張が容易であり、大規模かつ複雑な道路網に対しても適用可能な交通管制方法を得ることができるという作用を有する。
【００２２】
本発明の請求項３に記載の発明は、交通流データ及び道路網データを入力して得られた交差点における信号機の配置状況及び交差点と道路の物理的接続関係に基づき、制御パラメータの値及び制御エリアを構成する交差点の接続状況に関する属性を表す記号を任意に組合せた記号群を割り当て、道路網全体の制御パラメータと制御エリア構成とを一括して表現する枠を設け、前記枠に割り当てた記号群のうち任意のものの値を、交差点における信号機の配置状況及び交差点と道路の物理的接続関係に基づき、前記記号群に対応する制御パラメータと制御エリア構成とに変換し、道路上の車両の挙動から得られる遅れ時間と交通量とに基づく評価値と、制御エリア内の交差点と道路の位置関係と、制御エリアの物理的形状に基づく評価値とを用いて、ひとつまたは複数の制御エリアからなる道路網全体につき制御パラメータと制御エリア構成の良好性を同時に評価し、その結果に基づき記号群を操作して前記各工程を繰返し行なう各工程からなり、道路網全体の最適な制御パラメータおよび制御エリア構成を設定するようにしたものであり、道路網全体の制御パラメータと制御エリア構成とを、一括してあらかじめ決めた値域と配置を持つ記号群に相互変換が可能な方法で対応させ、道路網全体の制御パラメータと制御エリア構成とを一意に評価する評価方法を用いて、記号群の操作と評価を繰返し行なうことにより、最適な制御パラメータと制御エリア構成とを同時に得ることができるという作用を有する。
【００２６】
以下、添付図面、図１乃至図８に基づき、本発明の一実施の形態を詳細に説明する。図１は本発明の一実施の形態における交通管制装置の構成を概略示すブロック図、図２は図１に示す実施の形態における交差点の属性からそれを示す記号群を表現する表現手段の概念を示す図、図３は図１に示す実施の形態における表現手段の動作を示すフローチャート、図４は図１に示す実施の形態における記号群の各記号から交差点の属性を得る構成手段の概念を示す図、図５は図１に示す実施の形態における構成手段の動作を示すフローチャート、図６は図１に示す実施の形態における構成手段の動作を示すフローチャート（続き）、図７は図１に示す実施の形態における評価手段の動作を示すフローチャート、図８は図１に示す実施の形態における交通管制装置により表現手段、構成手段、評価手段、及び最適化手段を処理して最適な制御パラメータと制御エリア構成とを同時に得る動作を示すフローチャートである。
【００２７】
先ず、図１を参照して、本実施の形態における交通管制装置の構成について詳細に説明する。図１において、１００は交通流データ１２０及び道路網データ１３０を入力して処理し制御パラメータ１４０及び制御エリア構成１５０を出力する処理手段、１１１は制御パラメータ及び制御エリア構成を表す記号群を割り当てる枠組を定める表現手段、１１２は任意の記号群からそれに対応する制御パラメータ及び制御エリア構成に変換する構成手段、１１３は車両の挙動とか道路の各種状況を評価して制御パラメータ及び制御エリア構成の良好性を同時に評価する評価手段、１１４は任意の記号群を操作して制御パラメータ及び制御エリア構成の良好性を同時に評価し、最も良好な記号の組み合わせを得る最適化手段である。尚、上記各手段はハードウェアで構成しても、ソフトウェアで構成してもよい。
【００２８】
また、交通流データ１２０及び道路網データ１３０は処理手段１１０に対する入力データであり、最適な制御パラメータ１４０及び制御エリア構成１５０は処理手段１１０の出力として得られるものである。なお、本実施の形態において、交通流データ１２０はリンクに対する流入交通量と他のリンクから当該リンクに対する流入率とから、また道路網データ１３０は交差点位置、リンク距離、及びリンク容量から構成したが、一部のデータを省略しても良いし、他のデータを追加しても良い。
【００２９】
次に、図２を参照して、本実施の形態における表現手段で使用する各構成要素及び表現手段の概念について説明する。すなわち、道路網２１０上の全ての制御パラメータと制御エリア構成とを同一の枠組で表現するために、道路網の構成要素である交差点Ｎ２１１に着目して、交差点Ｎの属する制御エリアのサイクル長２２１、交差点Ｎのオフセット２２２、各道路に対する可変ステップ長Ａ２２３及びＢ２２４、及び周囲の他の交差点との制御エリアの接続状況を示す接続フラグＡ２２５及びＢ２２６の４種の情報を、その交差点Ｎの属性２２０と定義する。
【００３０】
ここで、可変ステップ長Ａ２２３及びＢ２２４は、各道路に割り当てられる青時間であり、スプリットと完全に対応する。この属性を、一定の規則で１０進数の１次元数値列を格納する枠２３１上に配置するものとし、先ず各属性の記号を割り当てるその記号の種類及び数と大きさとを定める。そこで、割り当てられた属性を識別する識別ラベル２３２を付加して、その数値列をもって制御パラメータと制御エリアの表現２３０とする。
【００３１】
次に、図３を参照して、本実施の形態における表現手段の動作について詳細に説明する。道路網上の全ての交差点について（ステップ３０１）、適当な順番で交差点をひとつずつ選択し（ステップ３０２）、以下４つの処理を行なう。まず、交差点のサイクル長を数値列の数値（または記号）２桁に割り当て、割り当てられた数値列上の位置に、どの交差点のサイクル長が割り当てられているかを識別するための識別ラベルを付加する（ステップ３０３）。
【００３２】
同様に、交差点のオフセットを数値列の数値２桁に割り当て設定し、割り当てられた数値列上の位置に、どの交差点のオフセットが割り当てられているかを識別するための識別ラベルを付加する（ステップ３０４）。各交差点につき、各道路に対応する可変ステップ長を選択し（ステップ３０６）、数値列の数値２桁に割り当て設定し、割り当てられた数値列上の位置に、どの交差点のどの道路に対する可変ステップ長が割り当てられているかを識別するための識別ラベルを付加する（ステップ３０７）。可変ステップ長はひとつの交差点に対して複数存在しても良いので、全ての可変ステップ長に対して、上記の割り当てと識別ラベル付加の処理を繰返して行なう（ステップ３０５）。
【００３３】
交差点の、他の交差点との制御エリアの接続状況を示す接続フラグを選択し（ステップ３１０）、数値列の数値１桁に割り当て設定し、割り当てられた数値列上の位置に、どの交差点の接続フラグが割り当てられているかを識別するための識別ラベルを付加する（ステップ３１１）。接続フラグは、ひとつの交差点に対して複数存在しても良いので、全ての接続フラグに対して、上記の割り当てと識別ラベルの付加処理を繰返して行なう（ステップ３０９）。以上により、道路網上の全ての制御パラメータと制御エリアを、数値列上に表現することが可能となる。
【００３４】
なお、交差点の属性としてサイクル長、オフセット、可変ステップ長のみを用いても良く、その場合、この数値列は道路網上の全ての制御パラメータを表現したものとなり、制御パラメータのみを最適化対象とすることができる。逆に、交差点の属性として接続フラグのみを用いても良く、その場合、この数値列は道路網上の全ての制御エリアを表現したものとなり、制御エリア構成のみを最適化対象とすることができる。
【００３５】
また、ここでは１０進数の数値列を用いたが、数値列全体で値域が同一かつ不変であれば、その他の数値や記号の１次元列とか多次元列を用いても良い。割り当てを行なう交差点の選択順序とか各属性を割り当てる桁数および位置についても任意に定めることができる。尚、サイクル長、オフセット、可変ステップ長（スプリット）等属性の内容は、上記従来技術で述べたものの他、他の要素を加味することもできる。
【００３６】
次に、図４を参照して、本実施の形態における構成手段の機能の概要について説明する。すなわち、上記表現手段により識別ラベル４１０が付加された枠内に収容された任意の数値列（初期値または適当に操作された数値の数値列）４２０について、付加されている全ての識別ラベルの位置と、識別ラベルの内容に基づいて、交差点の各属性の情報（サイクル長、オフセット、可変ステップ長、および、接続フラグの４種の情報）に応じた変換方法４３０（例えば、あらかじめ決めた値域に合うよう定数倍する等）を用い、それぞれの数値を各属性に変換して、対応する交差点Ｎ４４０に設定する。
【００３７】
その後、設定された接続フラグを用いて、制御エリアを生成し、それぞれの制御エリアにおいて、基準となる交差点を選択し、そのサイクル長を制御エリアのサイクル長とする。以上のようにして、数値列をそれに対応する制御パラメータおよび制御エリア構成に変換する。
【００３８】
次に、図５及び図６を参照して、構成手段の動作について詳細に説明する。すなわち、道路網上の全ての交差点について（ステップ５０１）、適当な順番で交差点をひとつずつ選択し（ステップ５０２）、以下の処理を繰返し実行する。まず、数値列に付加された識別ラベルのうち、当該交差点のサイクル長を示しているものを選択する（ステップ５０３）。その識別ラベルに対応する１０進数２桁の数値を数値列から読み込み（ステップ５０４）、あらかじめ決めたサイクル長の値域に収まるように適当な変換（例えば、桁数を増減する）を施して（ステップ５０５）、サイクル長に変換する。得られたサイクル長を、当該交差点のサイクル長として設定する（ステップ５０６）。
【００３９】
数値列に付加された識別ラベルのうち、当該交差点の接続フラグを示しているものを選択する（ステップ５０７）。その識別ラベルに対応する１０進数１桁の数値を数値列から読み込み（ステップ５０８）、０か１のいずれかの値になるよう適当な変換を施して、接続フラグに変換する（ステップ５０９）。得られた接続フラグを、当該交差点の接続フラグとして設定する（ステップ５１０）。接続フラグは、ひとつの交差点に対して複数存在しても良いので、全ての接続フラグを示す識別ラベルに対して、上記の読み込み、変換、および設定の処理を繰返して行なう。以上を全ての交差点について繰返し、数値列の数値に基づいて、全ての交差点のサイクル長と接続フラグを設定する。
【００４０】
全ての交差点について、接続フラグの値を参照しながら、当該交差点と、値が１である（この例では、１は接続しているということを示す）接続フラグに対応する他の交差点とが、同一の制御エリアに属するように、制御エリアを生成する（ステップ５１２）。全ての制御エリアについて、一定の規則（あらかじめ各交差点に一意に付加されている一連番号の一番小さいもの等何らかの規則を定める）により基準となる交差点を選択し、その交差点のサイクル長を制御エリア全体のサイクル長として設定する（ステップ５１３）。
【００４１】
次に、引続き、図６に示すフローチャートを参照して、構成手段の動作について説明を続行する。道路網上の全ての交差点について（ステップ５１４）、適当な順番で交差点をひとつずつ選択し（ステップ５１５）、以下の処理を繰返し行なう。数値列に付加された識別ラベルのうち、当該交差点のオフセットを示しているものを選択する（ステップ５１６）。その識別ラベルに対応する１０進数２桁の数値を数値列から読み込み（ステップ５１７）、あらかじめ決めたオフセットの値域に収まるように適当な変換を施して、オフセットに変換する（ステップ５１８）。得られたオフセットを、当該交差点のオフセットとして設定する（ステップ５１９）。
【００４２】
数値列に付加された識別ラベルのうち、当該交差点の可変ステップ長を示しているものを選択し（ステップ５２０）、その識別ラベルに対応する１０進数２桁の数値を数値列から読み込む（ステップ５２１）。可変ステップ長は、ひとつの交差点に対して複数存在しても良いので、存在する全ての可変ステップ長を示す識別ラベルについて、上記を繰返し行ない、全ての数値を読み込む。
【００４３】
上記の全ての数値につき、その大きさの比率に応じて青時間を配分し、あらかじめ定めた可変ステップ長の値域に収まるように適当な変換を施して、それぞれの可変ステップ長に変換する（ステップ５２２）。得られた可変ステップ長を、当該交差点のそれぞれの道路に対応する可変ステップ長として設定する（ステップ５２３）。以上を全ての交差点について繰返し、数値列の数値に基づいて、全ての交差点のオフセットと可変ステップ長を設定する。
【００４４】
なお、ここでは１０進数の数値列を用いたが、表現手段で定義した数値列と値域が同一かつ等長であれば、その他の数値や記号の１次元列や多次元列を用いても良い。数値を各属性に変換する方法については、各属性の値域と制約条件（例えば、サイクル長が０秒は不可など）を満たしていれば、任意に定めることができる。
【００４５】
次に、図７を参照して、評価手段の動作について詳細に説明する。すなわち、制御パラメータ及び制御エリア構成を用いて、各交通状況に基づき、評価関数を算出する。まず、道路網上の全てのリンクの交通量と遅れ時間とに基づき、道路網全体における車両１台あたりの遅れ時間を算出し、遅れ時間に基づく評価値とする（ステップ６０１）。この評価値は、値が小さいほど良好とする。
【００４６】
また、制御エリア内のリンクのリンク距離は、小さいほど良好である。そこで、道路網全ての制御エリアについて、その内部のリンクのリンク距離がどれだけ小さいかを定量的に評価し、リンク距離に基づく評価値とする（ステップ６０２）。この評価値は、値が小さいほど良好とする。ただし、同一制御エリア内に含まれるべき最大のリンク距離とか、別の制御エリアに分割できる最小のリンク距離等に対する制約条件を設け、この制約条件を満たさない場合には、評価値の値を無限大とすることができる。
【００４７】
制御エリアの形状は、−、＋、Ｔ、またはＬ字形であるのが良好である。そこで、道路網の全ての制御エリアについて、その形状が−、＋、Ｔ、またはＬ字形とどれだけ近似しているのかを定量的に評価し、制御エリア形状に基づく評価値とする（ステップ６０３）。この評価値は、値が小さいほど良好とする。ただし、制御エリアを構成する交差点全てについて、−、＋、Ｔ、またはＬ字形から外れて位置付けできる交差点の最大の割合についての制約条件を設け、この制約条件を満たさない場合には、評価値の値を無限大とすることができる。
【００４８】
制御エリアを構成する交差点の個数は、５個程度とするのが良好である。そこで、道路網全ての制御エリアについて、それを構成する交差点の個数が５個とどれだけ近似しているかを定量的に評価し、交差点数に基づく評価値とする（ステップ６０４）。この評価値は、値が小さいほど良好とする。
【００４９】
以上で算出した４つの評価値を適当な方法で結合して（例えば、＋、×等による）ひとつの評価関数とする（ステップ６０５）。後に、この評価関数を用いて、道路網全体の制御パラメータと制御エリア構成との良好性を同時に評価することができる。この評価関数を構成する４つの評価値とも、値が小さいほど良好であるから、評価関数の値が小さいほど道路網全体の制御パラメータと制御エリア構成が良好であることを示す。
【００５０】
なお、ここでは４つの評価値を組合せて評価関数を構成したが、より少ない評価値の組合せで評価関数を構成しても良い。逆に、サイクル長やリンク容量などに基づく他の評価値を組合せて評価関数を構成しても良い。また、各評価値の算出方法、定量化方法、定数、および、評価関数の結合方法については、任意に定めることができる。
【００５１】
次に、図８を参照して、本実施の形態における交通管制装置全体の動作について説明する。すなわち、それは、交通流データ及び道路網データ等を入力して、上記表現手段、構成手段、及び評価手段を用い、更に最適化手段を用いて、最適な制御パラメータ及び制御エリア構成を得るようにしたものである。
【００５２】
まず、上記表現手段を実行して、道路網上の全ての制御パラメータ及び制御エリア構成を識別ラベルを用いて数値列の枠上に表現する（ステップ７０１）。すなわち、最適化に用いる数値列（枠）を用意し、後の操作のため、その枠の各数値に任意の初期値を設定する（ステップ７０２）。その初期値は如何なる数でもよい。すなわち、任意の定数を用いても良いし、乱数を用いても良く、また、数値列はひとつでも良いし、複数用意しても良い。
【００５３】
以下の４つの処理（すなわち、構成手段の実行、評価手段の実行、最適化手段の実行、及び数値列の操作）を、終了条件を満たすまで繰返し実行する（ステップ７０３）。終了条件は、繰返し回数でも良いし、評価関数の値または値の推移に基づく条件でも良く、任意に定めることができる。ステップ７０３において、終了条件を満たしていない場合、上記構成手段を実行し、各数値列をそれに対応する制御パラメータおよび制御エリア構成に変換する（ステップ７０４）。この制御パラメータ及び制御エリア構成を用いて上記評価手段を実行し、各数値列に対応する評価関数の値を算出する（ステップ７０５）。
【００５４】
そこで、任意の記号群を操作して算出した評価関数の値に基づき（制御パラメータおよび制御エリア構成の良好性を評価する評価方法により）、良好な数値列を選択する（ステップ７０６）。ここで、選択の対象とする数値列は、過去の時点で得られたものであっても良いし、現時点の複数の数値列であっても良い。また、選択の方法は評価関数を最小にするものを選択する等、任意に定めることができる。次に、数値列の数値を適当な方法（例えば、記号を適当な値（乱数で出した値でもよい）に変換するなど）により操作して次の手段に対する準備を行う（ステップ７０７）。しかし、操作を行なう数値列の選択方法とか数値の操作方法は、任意に定めることができる。
【００５５】
終了条件を満たした時点で、構成手段と評価手段を更に実行し（ステップ７０８、７０９）、最終時点における数値列の評価を行なう。算出した評価関数の値に基づき、最適化手段において最も良好な数値列をひとつ選択する（ステップ７１０）。ここで、選択の対象とする数値列は、過去の時点で得られたものであっても良いし、現時点の複数の数値列であっても良い。こうして得られた数値列について、構成手段を実行し（ステップ７１１）、最適な道路網全体の制御パラメータと制御エリア構成とを得ることができる。
【００５６】
なお、最適化手段における数値列の操作方法として、値域が同一であらかじめ決めた個数の数値により構成される固定長の数値列と、数値列の数値の任意の組合せに対し評価値を算出する評価関数とを用い、評価関数を最小化する数値列を得ることができる任意の最適化方法または準最適化方法を用いることができる。例えば、全探索法、山登り法、ランダム探索法、焼き鈍し法、または、遺伝的アルゴリズムに基づく方法を適用することができる。
【００５７】
【発明の効果】
本発明による交通管制装置および管制方法は、以上説明したように構成し、特に、任意の道路網について、最適な制御パラメータ及び制御エリア構成が同時に得られるようにし、交通事情の変化に応じて交通信号機の制御を最適化するようにしたことにより、道路交通を円滑にし、交通流の制御を最適にすることができるので、渋滞が緩和されて道路の有効利用を図ることができる。しかも、道路交通の円滑化により、交通全体における燃料消費量を低減させることができるので、エネルギーの有効活用や、大気汚染の防止にも役立つ。
【００５８】
また、本発明による交通管制装置および管制方法は、以上説明したように構成し、特に、３種の制御パラメータと制御エリア構成の任意の組合せからなる最適化対象に依存する部分と依存しない部分とに処理を分離するようにしたことにより、評価手段と最適化手段の調整及び拡張が容易となるため、交通制御及び最適化における理論の発展に合わせて、高精度の評価方法とか効率の良い最適化方法の導入に柔軟に対応することができる。加えて、収束の速い最適化方法とか収束特性の良い最適化方法など、複数の最適化方法を選択的に適用することができるようにしたため、道路網の規模とか複雑性に応じて、また早急に結果が必要な場合や、時間をかけても高品質な結果を必要とする場合など、最適化の目的に応じて自由に使い分けることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態における交通管制装置の構成を概略示すブロック図
【図２】図１に示す実施の形態における交差点の属性からそれを示す記号群を表現する表現手段の概念を示す図
【図３】図１に示す実施の形態における表現手段の動作を示すフローチャート
【図４】図１に示す実施の形態における記号群の各記号から交差点の属性を得る構成手段の概念を示す図
【図５】図１に示す実施の形態における構成手段の動作を示すフローチャート
【図６】図１に示す実施の形態における構成手段の動作を示すフローチャート（続き）
【図７】図１に示す実施の形態における評価手段の動作を示すフローチャート
【図８】図１に示す実施の形態における交通管制装置により表現手段、構成手段、評価手段、及び最適化手段を処理して最適な制御パラメータと制御エリア構成とを同時に得る動作を示すフローチャート
【符号の説明】
１００ 処理手段
１１１ 処理手段を構成する表現手段
１１２ 処理手段を構成する構成手段
１１３ 処理手段を構成する評価手段
１１４ 処理手段を構成する最適化手段
１２０ 処理手段の入力となる交通流データ
１３０ 処理手段の入力となる道路網データ
１４０ 処理手段により出力される最適な制御パラメータ
１５０ 処理手段により出力される最適な制御エリア構成
２１０ 道路網
２１１ 道路網内の交差点Ｎ
２２０ 交差点Ｎの属性
２２１ 交差点Ｎの属性のひとつであるサイクル長
２２２ 交差点Ｎの属性のひとつであるオフセット
２２３、２２４ 交差点Ｎの属性のひとつである可変ステップ長
２２５、２２６ 交差点Ｎの属性のひとつである接続フラグ
２３０ 制御パラメータと制御エリア構成の表現
２３１ 数値列
２３２ 数値列に付加された識別ラベル
３０１〜３１３ 表現手段の動作を示すフローチャートの各ステップ
４１０ 数値列に付加された識別ラベル
４２０ 任意の数値が設定された数値列
４３０ 数値列上の数値からサイクル長、オフセット、可変ステップ長、および接続フラグへの変換方法
４４０ 交差点Ｎ
５０１〜５２４ 構成手段の動作を示すフローチャートの各ステップ
６０１〜６０５ 評価手段の動作を示すフローチャートの各ステップ
７０１〜７１１ 最適化手段の動作を示すフローチャートの各ステップ
【発明の属する技術分野】
本発明は、道路等に使用する交通信号機の制御を行なう交通管制装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
交通管制装置による交通信号機の制御は、制御エリア（同期して動作する一連の交差点群）毎に、サイクル長（交通信号機の動作周期）、オフセット（基準交差点に対する動作の遅れ）、および、スプリット（道路の各方向に対する青時間の配分比率）という３種の制御パラメータを使用して行なわれる。従って、道路交通を円滑かつ安全に制御するためには、上記各制御パラメータ、及び制御エリアを適切に決定する必要がある。
【０００３】
従来、制御パラメータを決定する方法のひとつとしては、ＴＲＡＮＳＹＴ法がある。この方法では、道路網全体をひとつの制御エリアとして、全てのリンク（交差点をその終端とする単方向交通流が存在する道路、すなわち、交差点に流入する片側の車線）の車両挙動シミュレーションを行ない、その結果得られた遅れ時間を評価関数として、探索手法のひとつである山登り法を適用することにより、遅れ時間を最小化するオフセット及びスプリットを得るようにしている。この方法の詳細は、「交通信号の手引」（社団法人交通工学研究会、平成６年７月、ｐｐ．１３５〜１３７）に記載されている。
【０００４】
また、制御エリアの構成（以下、制御エリア構成という）を決定する方法のひとつとして、あらかじめ各交差点にサイクル長の初期値を設定し、サイクル長が許容差以下で類似している隣接交差点を順次結合していき、最終的に得られた交差点の各群をそれぞれ制御エリアとし、各制御エリアに属する交差点のサイクル長のうち最大のものを制御エリア全体のサイクル長とする方法がある。この方法の詳細は、「交通管制装置」（特公平４−１３７５９号公報）に記載されている。
【０００５】
更に、制御エリア構成と制御パラメータとを同時に決定する方法として、各信号区間において、複数のサイクル長、複数のオフセット、および制御エリアの接続／分離状況の可能な組合せについての遅れ時間を求め、動的計画法を適用することにより、その遅れ時間を最小化するような制御エリア、サイクル長、及びオフセットを得る方法がある。この方法の詳細は、「系統制御路線のサブエリヤ分割と系統周期の最適化」（土木学会論文報告集、第２８５号１９７９年５月、ｐｐ．１０１〜１０８）に詳しく記載されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の技術には、以下に述べるような数々の問題が残されていた。すなわち、それらは、
（１）上記３種の制御パラメータ、及び制御エリア構成の全てを最適化対象としてそれら全てを同時に最適化することは出来ない。また、制御パラメータと制御エリアとを統合し１の処理対象として取り扱う枠組を用いていないため、それらの表現方法、評価方法、及び最適化方法がそれぞれ従来技術により異なっており、単純に複数の方法を組合わせて処理することが困難であるという問題があった。
【０００７】
（２）上記従来技術の処理手順とデータ構造は、３種の制御パラメータ、及び制御エリア構成の任意の組合せからなる最適化対象に依存する部分と依存しない部分とに分離されていないため、最適化対象毎にその構造、値域、及び制約条件を考慮しながら最適化方法を適用する必要があり、評価方法、及び最適化方法を適用するに当たり、その調整と拡張が容易ではないという問題があった。
【０００８】
（３）従来技術は、取り扱う道路網として小規模な道路網とか直線状の道路を想定しており、大規模かつ複雑な道路網に対しては、最適化方法の適用に伴う計算量の爆発的増大とか、局所最適値に捕捉されてしまう可能性があるという問題があった。
【０００９】
本発明は、上記従来の問題を解決するためになされたもので、任意の道路網について、最適な制御パラメータ及び制御エリア構成が同時に得られ、評価方法と最適化方法の調整と拡張が容易であり、大規模かつ複雑な道路網に対しても適用可能な交通管制装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明による交通管制装置は、表現手段、構成手段、評価手段、及び最適化手段を備え、交差点に関し、制御パラメータ及び制御エリア構成に関する属性を表現する記号からなる列（数値列、または記号群）の枠組を定めて初期値を割り振り、その数値列を制御パラメータ及び制御エリア構成に変換し、現実の交通状況の評価または交通シミュレーションによる交通状況の評価により制御パラメータ及び制御エリア構成を評価する評価関数を算出し、その評価関数による評価を最良とする数値列を選択して、最適な制御パラメータ及び制御エリア構成を得るようにしたものである。
【００１１】
第１に、表現手段は、交差点（ここで、交差点はリンク上の信号機のある点を含むものとする）における交通信号機の配置状況と、交差点と道路の物理的接続関係とに基づき、制御パラメータの値と制御エリアを構成する交差点の接続状況とに関する属性を表す記号を任意に組合せた記号群を収容する枠組を定めるものである。その記号群は、道路網全体の制御パラメータと制御エリア構成とを一括して表現するものであり、以下の処理に当たり、最初、その記号群に初期値を挿入する（後述する）。
【００１２】
第２に、構成手段は、上記表現手段に示す記号群の任意のものを、交差点における交通信号機の配置状況、及び交差点と道路の物理的接続関係に従い、各記号に対応する制御パラメータ及び制御エリア構成に変換するようにしたものである。
【００１３】
第３に、評価手段は、道路上の車両の挙動から得られる遅れ時間と交通量とに基づく評価値と、制御エリア内の交差点と道路の位置関係と、制御エリアの物理的形状に基づく評価値等とを用いて、ひとつまたは複数の制御エリアからなる道路網全体について、制御パラメータ及び制御エリア構成の良好性を同時に評価して評価関数を算出するようにしたものである。
【００１４】
第４に、最適化手段は、制御パラメータの値、及び制御エリアを構成する交差点の接続状況を表現した任意の記号群を操作して制御パラメータと制御エリア構成との良好性を同時に評価する評価方法を用いて、評価関数から最も良好な記号の組合せを得るようにしたものである。
【００１５】
上記表現手段、構成手段、評価手段、及び最適化手段を用いることにより、３種の制御パラメータ、及び制御エリア構成の任意な組合せからなる最適化対象を一括して取り扱い、同時に最適化することを可能とした。また、処理手段全体を、最適化対象に特化した（処理に最適化対象を必要とする）評価手段、最適化対象に依存しない（処理に最適化対象を必要としない）最適化手段とそのなかだちとなる表現手段及び構成手段に分離することにより、評価手段及び最適化手段の調整と拡張とを容易に行なえるようにした。更に、最適化手段における記号群の操作について、最適化対象の構造、値域、及び制約を考慮することなく、道路網の規模とか最適化の目的に応じて、任意の操作方法を用いることができるようにしたものである。
【００１６】
上記本発明による交通管制装置によれば、任意の道路網について、最適な制御パラメータと制御エリア構成とが同時に得られ、評価方法と最適化方法の調整と拡張が容易であり、大規模かつ複雑な道路網に対しても適用可能な交通管制装置を得ることができる。
【００１７】
また、本発明による交通管制方法は、交差点における交通信号機の配置状況及び交差点と道路の物理的接続関係に基づき、制御パラメータの値と制御エリアを構成する交差点の接続状況とに関する属性を表す記号を任意に組合せた記号群を用いて、道路網全体の制御パラメータと制御エリア構成とを一括して表現し、上記記号群のうち任意のものを、交差点における交通信号機の配置状況及び交差点と道路の物理的接続関係に基づき、各記号に対応する制御パラメータ及び制御エリア構成に変換し、道路上の車両の挙動から得られる遅れ時間及び交通量に基づく評価値と、制御エリア内の交差点と道路の位置関係と、制御エリアの物理的形状に基づく評価値とを用いて、１つまたは複数の制御エリアからなる道路網全体について、制御パラメータ及び制御エリア構成の良好性を同時に評価し、上記記号群の処理または操作と上記評価とを繰返し行ない、道路網全体の最適な制御パラメータ及び制御エリア構成を設定するようにしたものである。
【００１８】
上記本発明による交通管制方法により、３種の制御パラメータと制御エリア構成の任意の組合せからなる最適化対象を一括して取り扱い、同時に最適化することを可能にし、上記記号群の処理または操作方法及び評価について、調整と拡張とを容易に行なうことができるようにし、更に、道路網の規模とか最適化の目的に応じて任意の操作方法を用いることができるようにしたものである。
【００１９】
上記本発明による交通管制方法によれば、任意の道路網について、最適な制御パラメータと制御エリア構成とが同時に得られ、評価方法と最適化方法の調整と拡張が容易であり、大規模かつ複雑な道路網に対しても適用可能な交通管制方法を得ることができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、交通流データ及び道路網データを入力して得られた道路上の車両の挙動から得られる遅れ時間と交通量とに基づく評価値と、制御エリア内の交差点と道路の位置関係と、制御エリアの物理的形状に基づく評価値とを用いて、ひとつまたは複数の制御エリアからなる道路網全体につき制御パラメータ及び制御エリア構成の良好性を同時に評価する評価手段を備えるようにしたものであり、任意の制御エリアにより構成され、任意の制御パラメータを設定された道路網全体について、その制御パラメータと制御エリア構成の良好性を一意に評価できるという作用を有する。
【００２１】
本発明の請求項２に記載の発明は、交通流データ及び道路網データを入力し、交通流データ及び道路網データを入力して得られた交差点における信号機の配置状況及び交差点と道路の物理的接続関係に基づき、制御パラメータの値及び制御エリアを構成する交差点の接続状況に関する属性を表す記号を任意に組合せた記号群を割り当て、道路網全体の制御パラメータ及び制御エリア構成を一括して表現する枠を設ける表現手段と、前記表現手段を備え制御パラメータの設定及び制御エリア構成のどちらか一方または両方を行なうようにしたことを特徴とする交通管制装置に備えられ、前記枠に割り当てた記号群のうち任意のものの値を、交差点における信号機の配置状況及び交差点と道路の物理的接続関係に基づき、前記記号群に対応する制御パラメータ及び制御エリア構成に変換する構成手段と、前記請求項１に記載の評価手段と、交通流データ及び道路網データを入力して得られた制御パラメータの値及び制御エリアを構成する交差点の接続状況を表現した任意の記号群を操作し、制御パラメータ及び制御エリア構成の良好性を同時に評価する評価方法を用い、その評価方法に従い最も良好な記号の組合せを得る最適化手段とを備え、制御パラメータと制御エリアのいずれかあるいは両方を出力するようにしたものであり、道路網全体の制御パラメータと制御エリア構成とを、一括してあらかじめ決めた値域と配置を持つ記号群に相互変換が可能な方法で対応させ、道路網全体の制御パラメータと制御エリア構成とを一意に評価する評価方法を用いて、最適化手段を適用することにより、最適な制御パラメータと制御エリア構成とが同時に得られ、評価方法と最適化方法の調整と拡張が容易であり、大規模かつ複雑な道路網に対しても適用可能な交通管制方法を得ることができるという作用を有する。
【００２２】
本発明の請求項３に記載の発明は、交通流データ及び道路網データを入力して得られた交差点における信号機の配置状況及び交差点と道路の物理的接続関係に基づき、制御パラメータの値及び制御エリアを構成する交差点の接続状況に関する属性を表す記号を任意に組合せた記号群を割り当て、道路網全体の制御パラメータと制御エリア構成とを一括して表現する枠を設け、前記枠に割り当てた記号群のうち任意のものの値を、交差点における信号機の配置状況及び交差点と道路の物理的接続関係に基づき、前記記号群に対応する制御パラメータと制御エリア構成とに変換し、道路上の車両の挙動から得られる遅れ時間と交通量とに基づく評価値と、制御エリア内の交差点と道路の位置関係と、制御エリアの物理的形状に基づく評価値とを用いて、ひとつまたは複数の制御エリアからなる道路網全体につき制御パラメータと制御エリア構成の良好性を同時に評価し、その結果に基づき記号群を操作して前記各工程を繰返し行なう各工程からなり、道路網全体の最適な制御パラメータおよび制御エリア構成を設定するようにしたものであり、道路網全体の制御パラメータと制御エリア構成とを、一括してあらかじめ決めた値域と配置を持つ記号群に相互変換が可能な方法で対応させ、道路網全体の制御パラメータと制御エリア構成とを一意に評価する評価方法を用いて、記号群の操作と評価を繰返し行なうことにより、最適な制御パラメータと制御エリア構成とを同時に得ることができるという作用を有する。
【００２６】
以下、添付図面、図１乃至図８に基づき、本発明の一実施の形態を詳細に説明する。図１は本発明の一実施の形態における交通管制装置の構成を概略示すブロック図、図２は図１に示す実施の形態における交差点の属性からそれを示す記号群を表現する表現手段の概念を示す図、図３は図１に示す実施の形態における表現手段の動作を示すフローチャート、図４は図１に示す実施の形態における記号群の各記号から交差点の属性を得る構成手段の概念を示す図、図５は図１に示す実施の形態における構成手段の動作を示すフローチャート、図６は図１に示す実施の形態における構成手段の動作を示すフローチャート（続き）、図７は図１に示す実施の形態における評価手段の動作を示すフローチャート、図８は図１に示す実施の形態における交通管制装置により表現手段、構成手段、評価手段、及び最適化手段を処理して最適な制御パラメータと制御エリア構成とを同時に得る動作を示すフローチャートである。
【００２７】
先ず、図１を参照して、本実施の形態における交通管制装置の構成について詳細に説明する。図１において、１００は交通流データ１２０及び道路網データ１３０を入力して処理し制御パラメータ１４０及び制御エリア構成１５０を出力する処理手段、１１１は制御パラメータ及び制御エリア構成を表す記号群を割り当てる枠組を定める表現手段、１１２は任意の記号群からそれに対応する制御パラメータ及び制御エリア構成に変換する構成手段、１１３は車両の挙動とか道路の各種状況を評価して制御パラメータ及び制御エリア構成の良好性を同時に評価する評価手段、１１４は任意の記号群を操作して制御パラメータ及び制御エリア構成の良好性を同時に評価し、最も良好な記号の組み合わせを得る最適化手段である。尚、上記各手段はハードウェアで構成しても、ソフトウェアで構成してもよい。
【００２８】
また、交通流データ１２０及び道路網データ１３０は処理手段１１０に対する入力データであり、最適な制御パラメータ１４０及び制御エリア構成１５０は処理手段１１０の出力として得られるものである。なお、本実施の形態において、交通流データ１２０はリンクに対する流入交通量と他のリンクから当該リンクに対する流入率とから、また道路網データ１３０は交差点位置、リンク距離、及びリンク容量から構成したが、一部のデータを省略しても良いし、他のデータを追加しても良い。
【００２９】
次に、図２を参照して、本実施の形態における表現手段で使用する各構成要素及び表現手段の概念について説明する。すなわち、道路網２１０上の全ての制御パラメータと制御エリア構成とを同一の枠組で表現するために、道路網の構成要素である交差点Ｎ２１１に着目して、交差点Ｎの属する制御エリアのサイクル長２２１、交差点Ｎのオフセット２２２、各道路に対する可変ステップ長Ａ２２３及びＢ２２４、及び周囲の他の交差点との制御エリアの接続状況を示す接続フラグＡ２２５及びＢ２２６の４種の情報を、その交差点Ｎの属性２２０と定義する。
【００３０】
ここで、可変ステップ長Ａ２２３及びＢ２２４は、各道路に割り当てられる青時間であり、スプリットと完全に対応する。この属性を、一定の規則で１０進数の１次元数値列を格納する枠２３１上に配置するものとし、先ず各属性の記号を割り当てるその記号の種類及び数と大きさとを定める。そこで、割り当てられた属性を識別する識別ラベル２３２を付加して、その数値列をもって制御パラメータと制御エリアの表現２３０とする。
【００３１】
次に、図３を参照して、本実施の形態における表現手段の動作について詳細に説明する。道路網上の全ての交差点について（ステップ３０１）、適当な順番で交差点をひとつずつ選択し（ステップ３０２）、以下４つの処理を行なう。まず、交差点のサイクル長を数値列の数値（または記号）２桁に割り当て、割り当てられた数値列上の位置に、どの交差点のサイクル長が割り当てられているかを識別するための識別ラベルを付加する（ステップ３０３）。
【００３２】
同様に、交差点のオフセットを数値列の数値２桁に割り当て設定し、割り当てられた数値列上の位置に、どの交差点のオフセットが割り当てられているかを識別するための識別ラベルを付加する（ステップ３０４）。各交差点につき、各道路に対応する可変ステップ長を選択し（ステップ３０６）、数値列の数値２桁に割り当て設定し、割り当てられた数値列上の位置に、どの交差点のどの道路に対する可変ステップ長が割り当てられているかを識別するための識別ラベルを付加する（ステップ３０７）。可変ステップ長はひとつの交差点に対して複数存在しても良いので、全ての可変ステップ長に対して、上記の割り当てと識別ラベル付加の処理を繰返して行なう（ステップ３０５）。
【００３３】
交差点の、他の交差点との制御エリアの接続状況を示す接続フラグを選択し（ステップ３１０）、数値列の数値１桁に割り当て設定し、割り当てられた数値列上の位置に、どの交差点の接続フラグが割り当てられているかを識別するための識別ラベルを付加する（ステップ３１１）。接続フラグは、ひとつの交差点に対して複数存在しても良いので、全ての接続フラグに対して、上記の割り当てと識別ラベルの付加処理を繰返して行なう（ステップ３０９）。以上により、道路網上の全ての制御パラメータと制御エリアを、数値列上に表現することが可能となる。
【００３４】
なお、交差点の属性としてサイクル長、オフセット、可変ステップ長のみを用いても良く、その場合、この数値列は道路網上の全ての制御パラメータを表現したものとなり、制御パラメータのみを最適化対象とすることができる。逆に、交差点の属性として接続フラグのみを用いても良く、その場合、この数値列は道路網上の全ての制御エリアを表現したものとなり、制御エリア構成のみを最適化対象とすることができる。
【００３５】
また、ここでは１０進数の数値列を用いたが、数値列全体で値域が同一かつ不変であれば、その他の数値や記号の１次元列とか多次元列を用いても良い。割り当てを行なう交差点の選択順序とか各属性を割り当てる桁数および位置についても任意に定めることができる。尚、サイクル長、オフセット、可変ステップ長（スプリット）等属性の内容は、上記従来技術で述べたものの他、他の要素を加味することもできる。
【００３６】
次に、図４を参照して、本実施の形態における構成手段の機能の概要について説明する。すなわち、上記表現手段により識別ラベル４１０が付加された枠内に収容された任意の数値列（初期値または適当に操作された数値の数値列）４２０について、付加されている全ての識別ラベルの位置と、識別ラベルの内容に基づいて、交差点の各属性の情報（サイクル長、オフセット、可変ステップ長、および、接続フラグの４種の情報）に応じた変換方法４３０（例えば、あらかじめ決めた値域に合うよう定数倍する等）を用い、それぞれの数値を各属性に変換して、対応する交差点Ｎ４４０に設定する。
【００３７】
その後、設定された接続フラグを用いて、制御エリアを生成し、それぞれの制御エリアにおいて、基準となる交差点を選択し、そのサイクル長を制御エリアのサイクル長とする。以上のようにして、数値列をそれに対応する制御パラメータおよび制御エリア構成に変換する。
【００３８】
次に、図５及び図６を参照して、構成手段の動作について詳細に説明する。すなわち、道路網上の全ての交差点について（ステップ５０１）、適当な順番で交差点をひとつずつ選択し（ステップ５０２）、以下の処理を繰返し実行する。まず、数値列に付加された識別ラベルのうち、当該交差点のサイクル長を示しているものを選択する（ステップ５０３）。その識別ラベルに対応する１０進数２桁の数値を数値列から読み込み（ステップ５０４）、あらかじめ決めたサイクル長の値域に収まるように適当な変換（例えば、桁数を増減する）を施して（ステップ５０５）、サイクル長に変換する。得られたサイクル長を、当該交差点のサイクル長として設定する（ステップ５０６）。
【００３９】
数値列に付加された識別ラベルのうち、当該交差点の接続フラグを示しているものを選択する（ステップ５０７）。その識別ラベルに対応する１０進数１桁の数値を数値列から読み込み（ステップ５０８）、０か１のいずれかの値になるよう適当な変換を施して、接続フラグに変換する（ステップ５０９）。得られた接続フラグを、当該交差点の接続フラグとして設定する（ステップ５１０）。接続フラグは、ひとつの交差点に対して複数存在しても良いので、全ての接続フラグを示す識別ラベルに対して、上記の読み込み、変換、および設定の処理を繰返して行なう。以上を全ての交差点について繰返し、数値列の数値に基づいて、全ての交差点のサイクル長と接続フラグを設定する。
【００４０】
全ての交差点について、接続フラグの値を参照しながら、当該交差点と、値が１である（この例では、１は接続しているということを示す）接続フラグに対応する他の交差点とが、同一の制御エリアに属するように、制御エリアを生成する（ステップ５１２）。全ての制御エリアについて、一定の規則（あらかじめ各交差点に一意に付加されている一連番号の一番小さいもの等何らかの規則を定める）により基準となる交差点を選択し、その交差点のサイクル長を制御エリア全体のサイクル長として設定する（ステップ５１３）。
【００４１】
次に、引続き、図６に示すフローチャートを参照して、構成手段の動作について説明を続行する。道路網上の全ての交差点について（ステップ５１４）、適当な順番で交差点をひとつずつ選択し（ステップ５１５）、以下の処理を繰返し行なう。数値列に付加された識別ラベルのうち、当該交差点のオフセットを示しているものを選択する（ステップ５１６）。その識別ラベルに対応する１０進数２桁の数値を数値列から読み込み（ステップ５１７）、あらかじめ決めたオフセットの値域に収まるように適当な変換を施して、オフセットに変換する（ステップ５１８）。得られたオフセットを、当該交差点のオフセットとして設定する（ステップ５１９）。
【００４２】
数値列に付加された識別ラベルのうち、当該交差点の可変ステップ長を示しているものを選択し（ステップ５２０）、その識別ラベルに対応する１０進数２桁の数値を数値列から読み込む（ステップ５２１）。可変ステップ長は、ひとつの交差点に対して複数存在しても良いので、存在する全ての可変ステップ長を示す識別ラベルについて、上記を繰返し行ない、全ての数値を読み込む。
【００４３】
上記の全ての数値につき、その大きさの比率に応じて青時間を配分し、あらかじめ定めた可変ステップ長の値域に収まるように適当な変換を施して、それぞれの可変ステップ長に変換する（ステップ５２２）。得られた可変ステップ長を、当該交差点のそれぞれの道路に対応する可変ステップ長として設定する（ステップ５２３）。以上を全ての交差点について繰返し、数値列の数値に基づいて、全ての交差点のオフセットと可変ステップ長を設定する。
【００４４】
なお、ここでは１０進数の数値列を用いたが、表現手段で定義した数値列と値域が同一かつ等長であれば、その他の数値や記号の１次元列や多次元列を用いても良い。数値を各属性に変換する方法については、各属性の値域と制約条件（例えば、サイクル長が０秒は不可など）を満たしていれば、任意に定めることができる。
【００４５】
次に、図７を参照して、評価手段の動作について詳細に説明する。すなわち、制御パラメータ及び制御エリア構成を用いて、各交通状況に基づき、評価関数を算出する。まず、道路網上の全てのリンクの交通量と遅れ時間とに基づき、道路網全体における車両１台あたりの遅れ時間を算出し、遅れ時間に基づく評価値とする（ステップ６０１）。この評価値は、値が小さいほど良好とする。
【００４６】
また、制御エリア内のリンクのリンク距離は、小さいほど良好である。そこで、道路網全ての制御エリアについて、その内部のリンクのリンク距離がどれだけ小さいかを定量的に評価し、リンク距離に基づく評価値とする（ステップ６０２）。この評価値は、値が小さいほど良好とする。ただし、同一制御エリア内に含まれるべき最大のリンク距離とか、別の制御エリアに分割できる最小のリンク距離等に対する制約条件を設け、この制約条件を満たさない場合には、評価値の値を無限大とすることができる。
【００４７】
制御エリアの形状は、−、＋、Ｔ、またはＬ字形であるのが良好である。そこで、道路網の全ての制御エリアについて、その形状が−、＋、Ｔ、またはＬ字形とどれだけ近似しているのかを定量的に評価し、制御エリア形状に基づく評価値とする（ステップ６０３）。この評価値は、値が小さいほど良好とする。ただし、制御エリアを構成する交差点全てについて、−、＋、Ｔ、またはＬ字形から外れて位置付けできる交差点の最大の割合についての制約条件を設け、この制約条件を満たさない場合には、評価値の値を無限大とすることができる。
【００４８】
制御エリアを構成する交差点の個数は、５個程度とするのが良好である。そこで、道路網全ての制御エリアについて、それを構成する交差点の個数が５個とどれだけ近似しているかを定量的に評価し、交差点数に基づく評価値とする（ステップ６０４）。この評価値は、値が小さいほど良好とする。
【００４９】
以上で算出した４つの評価値を適当な方法で結合して（例えば、＋、×等による）ひとつの評価関数とする（ステップ６０５）。後に、この評価関数を用いて、道路網全体の制御パラメータと制御エリア構成との良好性を同時に評価することができる。この評価関数を構成する４つの評価値とも、値が小さいほど良好であるから、評価関数の値が小さいほど道路網全体の制御パラメータと制御エリア構成が良好であることを示す。
【００５０】
なお、ここでは４つの評価値を組合せて評価関数を構成したが、より少ない評価値の組合せで評価関数を構成しても良い。逆に、サイクル長やリンク容量などに基づく他の評価値を組合せて評価関数を構成しても良い。また、各評価値の算出方法、定量化方法、定数、および、評価関数の結合方法については、任意に定めることができる。
【００５１】
次に、図８を参照して、本実施の形態における交通管制装置全体の動作について説明する。すなわち、それは、交通流データ及び道路網データ等を入力して、上記表現手段、構成手段、及び評価手段を用い、更に最適化手段を用いて、最適な制御パラメータ及び制御エリア構成を得るようにしたものである。
【００５２】
まず、上記表現手段を実行して、道路網上の全ての制御パラメータ及び制御エリア構成を識別ラベルを用いて数値列の枠上に表現する（ステップ７０１）。すなわち、最適化に用いる数値列（枠）を用意し、後の操作のため、その枠の各数値に任意の初期値を設定する（ステップ７０２）。その初期値は如何なる数でもよい。すなわち、任意の定数を用いても良いし、乱数を用いても良く、また、数値列はひとつでも良いし、複数用意しても良い。
【００５３】
以下の４つの処理（すなわち、構成手段の実行、評価手段の実行、最適化手段の実行、及び数値列の操作）を、終了条件を満たすまで繰返し実行する（ステップ７０３）。終了条件は、繰返し回数でも良いし、評価関数の値または値の推移に基づく条件でも良く、任意に定めることができる。ステップ７０３において、終了条件を満たしていない場合、上記構成手段を実行し、各数値列をそれに対応する制御パラメータおよび制御エリア構成に変換する（ステップ７０４）。この制御パラメータ及び制御エリア構成を用いて上記評価手段を実行し、各数値列に対応する評価関数の値を算出する（ステップ７０５）。
【００５４】
そこで、任意の記号群を操作して算出した評価関数の値に基づき（制御パラメータおよび制御エリア構成の良好性を評価する評価方法により）、良好な数値列を選択する（ステップ７０６）。ここで、選択の対象とする数値列は、過去の時点で得られたものであっても良いし、現時点の複数の数値列であっても良い。また、選択の方法は評価関数を最小にするものを選択する等、任意に定めることができる。次に、数値列の数値を適当な方法（例えば、記号を適当な値（乱数で出した値でもよい）に変換するなど）により操作して次の手段に対する準備を行う（ステップ７０７）。しかし、操作を行なう数値列の選択方法とか数値の操作方法は、任意に定めることができる。
【００５５】
終了条件を満たした時点で、構成手段と評価手段を更に実行し（ステップ７０８、７０９）、最終時点における数値列の評価を行なう。算出した評価関数の値に基づき、最適化手段において最も良好な数値列をひとつ選択する（ステップ７１０）。ここで、選択の対象とする数値列は、過去の時点で得られたものであっても良いし、現時点の複数の数値列であっても良い。こうして得られた数値列について、構成手段を実行し（ステップ７１１）、最適な道路網全体の制御パラメータと制御エリア構成とを得ることができる。
【００５６】
なお、最適化手段における数値列の操作方法として、値域が同一であらかじめ決めた個数の数値により構成される固定長の数値列と、数値列の数値の任意の組合せに対し評価値を算出する評価関数とを用い、評価関数を最小化する数値列を得ることができる任意の最適化方法または準最適化方法を用いることができる。例えば、全探索法、山登り法、ランダム探索法、焼き鈍し法、または、遺伝的アルゴリズムに基づく方法を適用することができる。
【００５７】
【発明の効果】
本発明による交通管制装置および管制方法は、以上説明したように構成し、特に、任意の道路網について、最適な制御パラメータ及び制御エリア構成が同時に得られるようにし、交通事情の変化に応じて交通信号機の制御を最適化するようにしたことにより、道路交通を円滑にし、交通流の制御を最適にすることができるので、渋滞が緩和されて道路の有効利用を図ることができる。しかも、道路交通の円滑化により、交通全体における燃料消費量を低減させることができるので、エネルギーの有効活用や、大気汚染の防止にも役立つ。
【００５８】
また、本発明による交通管制装置および管制方法は、以上説明したように構成し、特に、３種の制御パラメータと制御エリア構成の任意の組合せからなる最適化対象に依存する部分と依存しない部分とに処理を分離するようにしたことにより、評価手段と最適化手段の調整及び拡張が容易となるため、交通制御及び最適化における理論の発展に合わせて、高精度の評価方法とか効率の良い最適化方法の導入に柔軟に対応することができる。加えて、収束の速い最適化方法とか収束特性の良い最適化方法など、複数の最適化方法を選択的に適用することができるようにしたため、道路網の規模とか複雑性に応じて、また早急に結果が必要な場合や、時間をかけても高品質な結果を必要とする場合など、最適化の目的に応じて自由に使い分けることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態における交通管制装置の構成を概略示すブロック図
【図２】図１に示す実施の形態における交差点の属性からそれを示す記号群を表現する表現手段の概念を示す図
【図３】図１に示す実施の形態における表現手段の動作を示すフローチャート
【図４】図１に示す実施の形態における記号群の各記号から交差点の属性を得る構成手段の概念を示す図
【図５】図１に示す実施の形態における構成手段の動作を示すフローチャート
【図６】図１に示す実施の形態における構成手段の動作を示すフローチャート（続き）
【図７】図１に示す実施の形態における評価手段の動作を示すフローチャート
【図８】図１に示す実施の形態における交通管制装置により表現手段、構成手段、評価手段、及び最適化手段を処理して最適な制御パラメータと制御エリア構成とを同時に得る動作を示すフローチャート
【符号の説明】
１００ 処理手段
１１１ 処理手段を構成する表現手段
１１２ 処理手段を構成する構成手段
１１３ 処理手段を構成する評価手段
１１４ 処理手段を構成する最適化手段
１２０ 処理手段の入力となる交通流データ
１３０ 処理手段の入力となる道路網データ
１４０ 処理手段により出力される最適な制御パラメータ
１５０ 処理手段により出力される最適な制御エリア構成
２１０ 道路網
２１１ 道路網内の交差点Ｎ
２２０ 交差点Ｎの属性
２２１ 交差点Ｎの属性のひとつであるサイクル長
２２２ 交差点Ｎの属性のひとつであるオフセット
２２３、２２４ 交差点Ｎの属性のひとつである可変ステップ長
２２５、２２６ 交差点Ｎの属性のひとつである接続フラグ
２３０ 制御パラメータと制御エリア構成の表現
２３１ 数値列
２３２ 数値列に付加された識別ラベル
３０１〜３１３ 表現手段の動作を示すフローチャートの各ステップ
４１０ 数値列に付加された識別ラベル
４２０ 任意の数値が設定された数値列
４３０ 数値列上の数値からサイクル長、オフセット、可変ステップ長、および接続フラグへの変換方法
４４０ 交差点Ｎ
５０１〜５２４ 構成手段の動作を示すフローチャートの各ステップ
６０１〜６０５ 評価手段の動作を示すフローチャートの各ステップ
７０１〜７１１ 最適化手段の動作を示すフローチャートの各ステップ
Claims (3)
- 交通流データ及び道路網データを入力して得られた道路上の車両の挙動から得られる遅れ時間と交通量とに基づく評価値と、制御エリア内の交差点と道路の位置関係と、制御エリアの物理的形状に基づく評価値とを用いて、ひとつまたは複数の制御エリアからなる道路網全体につき制御パラメータ及び制御エリア構成の良好性を同時に評価する評価手段を備えることを特徴とする交通管制装置。
- 交通流データ及び道路網データを入力し、交通流データ及び道路網データを入力して得られた交差点における信号機の配置状況及び交差点と道路の物理的接続関係に基づき、制御パラメータの値及び制御エリアを構成する交差点の接続状況に関する属性を表す記号を任意に組合せた記号群を割り当て、道路網全体の制御パラメータ及び制御エリア構成を一括して表現する枠を設ける表現手段と、前記表現手段を備え制御パラメータの設定及び制御エリア構成のどちらか一方または両方を行なうようにしたことを特徴とする交通管制装置に備えられ、前記枠に割り当てた記号群のうち任意のものの値を、交差点における信号機の配置状況及び交差点と道路の物理的接続関係に基づき、前記記号群に対応する制御パラメータ及び制御エリア構成に変換する構成手段と、前記請求項１に記載の評価手段と、交通流データ及び道路網データを入力して得られた制御パラメータの値及び制御エリアを構成する交差点の接続状況を表現した任意の記号群を操作し、制御パラメータ及び制御エリア構成の良好性を同時に評価する評価方法を用い、その評価方法に従い最も良好な記号の組合せを得る最適化手段とを備え、制御パラメータと制御エリアのいずれかあるいは両方を出力することを特徴とする交通管制装置。
- 交通流データ及び道路網データを入力して得られた交差点における信号機の配置状況及び交差点と道路の物理的接続関係に基づき、制御パラメータの値及び制御エリアを構成する交差点の接続状況に関する属性を表す記号を任意に組合せた記号群を割り当て、道路網全体の制御パラメータと制御エリア構成とを一括して表現する枠を設け、前記枠に割り当てた記号群のうち任意のものの値を、交差点における信号機の配置状況及び交差点と道路の物理的接続関係に基づき、前記記号群に対応する制御パラメータと制御エリア構成とに変換し、道路上の車両の挙動から得られる遅れ時間と交通量とに基づく評価値と、制御エリア内の交差点と道路の位置関係と、制御エリアの物理的形状に基づく評価値とを用いて、ひとつまたは複数の制御エリアからなる道路網全体につき制御パラメータと制御エリア構成の良好性を同時に評価し、その結果に基づき記号群を選択及び操作して前記各工程を繰返し行なう各工程からなり、道路網全体の最適な制御パラメータおよび制御エリア構成を設定することを特徴とする交通管制方法。
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