JP4860030B2 - 信号制御パラメータ設計方法および装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、道路交通分野、計測制御分野に係り、特に道路交通管制における信号制御、交通管理または運用に利用するための信号制御パラメータ設計方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
道路交通信号制御に関する従来技術は、文献「交通信号の手引」（社団法人交通工学研究会、平成６年７月）に示される方法が一般的に用いられる。従来の信号制御パラメータ設計においては、まず、交通量と飽和交通流率から求めた交通量の最大交通量に対する割合である飽和度または負荷率なる値を用いて信号の一巡する周期であるサイクル長を決定する。青時間の分配比にあたるスプリットについては、負荷率の比によってサイクル長から損失時間を除いた青時間の分配比率として決定したり、あるいは、旅行時間の比に基づいてスプリットを決定する方法がある。青信号開始時刻のずれであるオフセットについては、同上文献に示されるように、隣接する交差点間で通過できる時間帯である通過帯による設計や交差点での待ち時間や停止回数による遅れ時間最適化の設計手法がある。また、従来の信号制御パラメータ設計手法においては、サイクルサブエリア（以下、サブエリア）と呼ぶ同一サイクル長で制御を行なうエリアを構成する。このため、予め重要交差点を１つ含む単位エリアを構成しておき、重要交差点の交通状況、例えば重要交差点のサイクル長によって、この単位エリアの連結や切り離しによる構成を行なう。構成したエリア内では同じサイクル長が適用され、同エリア内でオフセットが考慮される。
【０００３】
一方、特開平７−１５２９９３号公報に記載された道路交通信号制御装置では、車両の通過台数と実測された旅行時間および目標旅行時間とを用いて、サイクル長、スプリット、オフセットの設定や、制御対象領域を結合して得られるサブエリアにおける共通サイクル長を設定している。ここでは、交通量や旅行時間を用いた交通需要なる概念の値を設定し、この値を利用してサイクル長やスプリットを算出、サブエリアの共通サイクル長も同様に交通需要と旅行時間から求めている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の一般的な技術において、信号制御のための設定やパラメータは、サブエリアや、サイクル長、青時間またはその比に該当するスプリット、オフセット等を必要とするが、一環した指標に基づいて設定されているわけではない。前述したように、主に、サイクル長とスプリットは飽和度または負荷率に基づき、オフセットは通過帯や遅れ時間に基づく。サブエリアの場合、基本エリアの設計は技術者の経験的知識による部分が多く、その基本エリアの連結・切り離しは重要交差点のサイクル長による。このように、各パラメータ等は異なる指標によって設計されている。
【０００５】
また、サイクル長とスプリット設計については、サイクル長を求めた後、スプリットを算出するが、サイクル長算出は、非飽和の交通状況下での単独交差点における一様到着を仮定したWebsterの実験式に基づいており、かつ、使用される負荷率の算出には飽和交通流率を必要とするが、この値は各道路交通環境にも依存するため、別途算定される必要がある。同様に、サブエリアについては、重要交差点の選定やそれを含む単位エリアを決定する必要があるが、明確な指針は策定されておらず、設計時のボトルネックとなっている。加えて、構成したサブエリア間のオフセットは考慮されていないため、この間で交通流が適切に制御されるとは限らない。また、単位エリアの連結により新たなサブエリアが構成された場合には、重要交差点に代表されてサイクル長が決定されるため、他交差点の交通状況に対して適当とは言えない場合もある。
【０００６】
また、オフセットに関する従来の設計手法では、一般にグローバルな最適解を求め、これに対してオフセットを変化させていくため、その過程において、オフセット追従やオフセットが逆転するオフセット反転と呼ばれる問題が発生する。交通状況は時々刻々と変化するため、追従時に適当ではないオフセットになる可能性もある。
【０００７】
さらに、前述した従来技術の後者では、交通需要なる指標によりサイクル長、スプリットを決定するが、基本的に前者同様、飽和度に基づくものであり、旅行時間は補正に相当するものとしている。また、サブエリアを考慮しており、共通サイクル長の決定やオフセット設定、サブエリア間オフセットについては、前者同様の問題が生じる。
【０００８】
本発明は、これらの問題を解決するものであり、交通状況に応じて、同様の交通流データやこれによる指標に基づいて各交差点の制御パラメータを導出し、異なるサイクル長の場合を含め、道路網における他の交差点との動作の連係を図り、交通流の円滑化を行なうための道路交通における信号制御パラメータ設計方法および装置を提供することを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の信号制御パラメータ設計方法は、道路交通網において信号制御を行なうためのパラメータを設計する信号制御パラメータ設計方法であって、信号機を設置する交差点を通過する交通流の旅行速度および通過距離を用いて、通過方向および信号制御パターンである信号現示の青時間と、青信号開始時刻から次の青信号開始時刻までの信号周期時間であるサイクル長を算出するとともに、隣接交差点間における旅行速度が任意の速度より小さいほど０に近づく旅行速度に関する重みと、隣接交差点間の距離が任意の距離より大きいほど０に近づく隣接交差点間の距離に関する重みとを用いて、それぞれ前記サイクル長から求めたずらし幅と、隣接交差点からの交通流が停止せずに走行できる時間帯である通過帯の有効性を表現し、隣接交差点との青信号開始時刻のずれを表すオフセットを算出することを特徴とするものである。この方法により、旅行速度と距離に基づいて、各信号制御パラメータを一元的に決定できることとなる。
【００１０】
また、本発明の信号制御パラメータ設計方法は、上記方法において、交差点を通過する交通流の旅行速度および通過距離による旅行時間に応じて、通過方向および信号現示の青時間を算出する処理を含むことを特徴とするものである。この方法により、通過方向や同一現示における実際の交通状況を計るサービス指標である旅行時間に対応して、青時間を算出できることとなる。
【００１１】
また、本発明の信号制御パラメータ設計方法は、上記方法において、算出した青時間と、黄時間や全赤時間を含めて他に必要な信号表示時間を積算し、青信号開始時刻から次の青信号開始時刻までの信号周期時間であるサイクル長を算出する処理を含むことを特徴とするものである。この方法により、サービス指標である旅行時間による青時間と黄・全赤時間の合計の損失時間等に応じて、交差点におけるサイクル長を算出できることとなる。
【００１２】
また、本発明の信号制御パラメータ設計方法は、上記方法において、一定の調整幅内で各交差点における青信号開始時刻をずらし、隣接交差点間における旅行速度が任意の速度より小さいほど０に近づく旅行速度に関する重みと、隣接交差点間の距離が任意の距離より大きいほど０に近づく隣接交差点間の距離に関する重みと、制御が確立する前の隣接交差点間の青信号開始時間差とを用い、隣接交差点との青信号開始時刻のずれを表すオフセットと隣接交差点からの交通流が停止せずに走行できる時間帯である通過帯や交差点での待ち時間である遅れ時間を、一定の制御周期内において算出し、最適な通過帯幅や遅れ時間になる青信号開始時刻のずれであるオフセットを決定する処理を含むことを特徴とするものである。この方法により、旅行速度または旅行時間に基づいてオフセットを決定することが可能となり、さらに、同じまたは異なるサイクル長の場合を含め、サブエリアを考慮することなく、道路網における交差点間で相互に連係して制御することが可能となる。
【００１３】
本発明の信号制御パラメータ設計装置は、道路交通網において信号制御を行なうためのパラメータを設計する信号制御パラメータ設計装置であって、交差点を通過する交通流の旅行速度および通過距離を用いて、通過方向および信号制御パターンである信号現示の青時間と、青信号開始時刻から次の青信号開始時刻までの信号周期時間であるサイクル長を算出するとともに、隣接交差点間における旅行速度が任意の速度より小さいほど０に近づく旅行速度に関する重みと、隣接交差点間の距離が任意の距離より大きいほど０に近づく隣接交差点間の距離に関する重みとを用いて、それぞれ前記サイクル長から求めたずらし幅と、隣接交差点からの交通流が停止せずに走行できる時間帯である通過帯の有効性を表現し、隣接交差点との青信号開始時刻のずれを表すオフセットを算出する処理部を備えた構成を有する。この構成により、旅行速度と距離に基づいて、各信号制御パラメータを一元的に決定できることとなる。
【００１４】
また、本発明の信号制御パラメータ設計装置は、上記構成において、制御部が、交差点を通過する交通流の旅行速度と通過距離による旅行時間に応じて、通過方向および信号現示の青時間を算出する青時間算出手段を備えた構成を有する。この構成により、通過方向や同一現示における実際の交通状況を計るサービス指標である旅行時間に対応して、青時間を算出できることとなる。
【００１５】
また、本発明の信号制御パラメータ設計装置は、上記構成において、処理部が、算出した青時間と、黄時間や全赤時間を含めて他に必要な信号表示時間を積算し、青信号開始時刻から次の青信号開始時刻までの信号周期時間であるサイクル長を算出するサイクル長算出手段を備えた構成を有する。この構成により、サービス指標である旅行時間による青時間と黄・全赤時間の合計の損失時間等に応じて、交差点におけるサイクル長を算出できることとなる。
【００１６】
また、本発明の信号制御パラメータ設計装置は、上記構成において、制御部が、一定の調整幅内で各交差点における青信号開始時刻をずらし、隣接交差点間における旅行速度が任意の速度より小さいほど０に近づく旅行速度に関する重みと、隣接交差点間の距離が任意の距離より大きいほど０に近づく隣接交差点間の距離に関する重みと、制御が確立する前の隣接交差点間の青信号開始時間差とを用い、隣接交差点との青信号開始時刻のずれを表すオフセットと隣接交差点からの交通流が停止せずに走行できる時間帯である通過帯や交差点での待ち時間である遅れ時間を、一定の制御周期内において算出し、最適な通過帯幅や遅れ時間になる青信号開始時刻のずれであるオフセットを決定するオフセット算出手段を備えた構成を有する。この構成により、旅行速度または旅行時間に基づいてオフセットを決定することが可能となり、さらに、同じまたは異なるサイクル長の場合を含め、サブエリアを考慮することなく、道路網における交差点間で相互に連係して制御することが可能となる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施の形態における信号制御パラメータ設計装置の全体構成を示す。図１（ａ）において、道路１は、隣接交差点間における一走行方向の接続道路に該当するリンクを含むものであり、本実施の形態では、説明のために一本の幹線道路とそれに交差する道路による構成とする。交差点２は対象道路網における交差点を、また信号機３は交差点２に設置された信号機をそれぞれ単純に模式化したものであり、交差点２を通過する車両の流入する各方向に向けて設置されているものとする（図では省略して一つのみ示している）。車両感知器４は、道路１上の任意地点に設置され、本実施の形態では、リンクに対する交通流データの速度または車両の通過時刻を計測可能なものとする。ここでは、全リンク上に１つずつ設置されていると仮定する。この車両感知器４の交通流データから、速度を計測可能な場合には５分間平均速度［ｍ／秒］を、通過時刻の場合には処理部５において隣接感知器４の通過時刻の差と距離から、同様に当該地点の５分間平均速度を求めておく。以下では、この速度を、交差点を通過する交通流や交差点間のリンクの速度として用いる。車両感知器４が交通量、占有時間を計測可能なものの場合、適当な平均車長、例えば予め時間帯によって設定した平均車長を用いて、交通量［台／５分］に平均車長［ｍ］を乗じた後、５分間占有時間［秒］で除して平均速度［ｍ／秒］を求めておけばよい。また、サイクルや青時間に同期して計測した交通流データを用いることも可能である。図１（ｂ）において、処理部５は、信号制御パラメータ設計等を行うものであり、青時間算出手段６、サイクル長算出手段７、オフセット算出手段８およびメモリ９等を備え、マイクロコンピュータにより構成されている。処理部５では、処理部５内のプログラムメモリに格納されるプログラムに従って、信号機３および車両感知器４の計測値や信号制御パラメータに基づき処理を実行する。青時間算出手段６は、通過方向および信号現示の青時間を算出する。サイクル長算出手段７は、交差点での信号周期時間であるサイクル長を算出する。オフセット算出手段８は、旅行速度と距離による重みと青時間開始時間差から隣接交差点からの交通流が停止せずに走行できる時間帯である通過帯幅や交差点での待ち時間である遅れ時間を最適にするよう、青信号開始時刻のずれを表すオフセットを決定する。
【００１８】
次に、本実施の形態における処理部５の動作について説明する。今、車両が道路１上を走行し、各車両感知器４の設置地点での交通流データとして、交通量と占有時間が車両感知器４により計測され、処理部５側に送られるものとする。本実施の形態では、５分毎に処理部５が実行され、送られてきた計測値から、各地点i(=1,2,…)の時点 t における旅行速度Ｖi(t)の交通流データを得る。このデータは、t-1〜tまでの５分間平均旅行速度である。ここで、例えばt+1〜t+2の予測速度を用いてもよい。処理部５は、この速度データと、今現在、交差点２の信号機３に設定し、処理部５において保持されている信号制御パラメータに基づいて、上記各手段６、７、８を実行し、信号制御パラメータである青時間、サイクル長、オフセットを決定、新たなパラメータとして処理部５に保持し、かつ、各信号機３に送信する。処理部５には、過去一定期間の算出したパラメータや、パラメータ算出に必要なデータがメモリ９に格納されているものとする。以下、現時点をtとし、５分周期で動作し、t時点での算出パラメータはt+1時点に適用するものとして各手段６、７、８の動作について説明する。
【００１９】
図２は青時間算出手段６の処理フローを示す。まず、メモリ９から、各地点データ、ここでは、現時点tの交差点 k(=1,2,…)、交差点kに対する流入リンクj(=1,2,…)における旅行速度Ｖkj(t)[ｍ／秒]を読み込む（Ｓ１１）。この後、予め、メモリ９に設定されている通過距離Ｄ［ｍ］を読み込む（Ｓ１２）。これは、信号制御の対象とする距離であり、リンク長や交通状況といった道路交通環境や制限速度等から任意に決定しておく。以下では、例えば全交差点について同様に４００［ｍ］とする。速度と通過距離を用いて、各流入方向の青時間Ｇkj(t)［秒］を式（１）によって導出する（Ｓ１３）。
Ｇkj(t)＝Ｄ／Ｖkj(t) （１）
【００２０】
この処理を信号制御を行なう交差点の全ての流入リンクに対して行なう（Ｓ１４）。次に、信号制御パターンである現示のための青時間を導出する。本実施の形態では、道路の直交する交差点のため、２現示（p=1,2 ）として、交差点k において同現示で青で流入できる方向の青時間の大きい方をその現示pの青時間Ｇkp(t) ［秒］とする。つまり、現示pの青時間は、式（２）によって導出する（Ｓ１５）。ここで、Ｇklは交差点kでの現示pに含まれる流入リンクlの青時間であり、l∈jである。
Ｇkp(t)＝max1Ｇkl(t) （２）
【００２１】
以上の処理を信号制御を行なう交差点の全ての現示に対して行ない（Ｓ１６）、得られた現示の青時間Ｇkp(t)［秒］はメモリ９に保持する（Ｓ１７）。現示に右折を含む場合には右折方向の地点間旅行速度等から右折青時間を算出すればよい。
【００２２】
図３はサイクル長算出手段７の処理フローを示す。メモリ９から、上記処理で算出した交差点kの現示pの青時間Ｇkp(t)を読み込む（Ｓ２１）。次に、ここでは、損失時間として黄時間Ｙ［秒］と全赤時間Ｒ［秒］を読み込み（Ｓ２２）、続いて、サイクル長の最小時間Ｃmin［秒］と最大時間Ｃmax［秒］を読み込む（Ｓ２３）。本実施の形態では、これらの時間は共通の値として予めメモリ９に設定されているものとする。一般に、黄や全赤時間は速度や交差点幅により標準的な値が定められており、例えば、以下では簡単にＹ＝3［秒］、Ｒ＝2［秒］とする。サイクル長の最小・最大時間は現示数や歩行者の待ち時間等から定められ、例えば、以下ではＣmin＝30［秒］、Ｃmax＝150［秒］とする。これらの時間から、交差点kのサイクルＣk［秒］をサイクル長算出処理によって算出する（Ｓ２４）。
【００２３】
サイクル長算出処理の演算は次のとおりである。ここでは、まず、単純に式 （３）のように各時間を加算し、総時間Ｃks(t)［秒］を求める。ＹＲは、式（４）による本実施の形態での黄・全赤時間の合計による損失時間である。
Ｃks(t)＝ΣpＧkp(t)＋ＹＲ （３）
ＹＲ＝Σp(Ｙp＋Ｒp ) （４）
【００２４】
この総時間Ｃks(t)がＣmin以上かつＣmax以下を満たすとき、この値をサイクル長として採用し、Ｃk(t)をＣks(t)とする。この総時間Ｃks(t)がＣmin以上かつＣmax以下を満たさないならば、現示の青時間を再調整する。Ｃks(t)がＣmin未満ならば、満たない分を現示の青時間で分配し、加算、更新し、サイクル長Ｃk(t)をＣminとする。その処理は式（５）および式（６）による。
ΔＣ＝Ｃmin−Ｃks(t) （５）
Ｇ'kp(t)＝Ｇkp(t)＋ΔＣ×（Ｇkp(t)／Σp Ｇkp(t)） （６）
【００２５】
同様に、Ｃks(t)がＣmaxより大きいならば、過剰分を現示の青時間で分配、減算し更新する。処理は式（７）および式（８）による。つまり、サイクル長Ｃk(t) をＣmaxとする。
ΔＣ＝Ｃks(t)−Ｃmax （７）
Ｇ'kp(t)＝Ｇkp(t)＋ΔＣ×（Ｇkp(t)／Σp Ｇkp(t)） （８）
【００２６】
以上のサイクル長算出処理を各交差点について行ない（Ｓ２５）、処理後、更新した青時間Ｇ'kp(t)をＧkp(t)としてメモリ９に格納し（Ｓ２６）、サイクル長Ｃk(t)をメモリ９に格納する（Ｓ２７）。
【００２７】
図４および図５はオフセット算出手段８の処理フローを示す。メモリ９から、現時点tにおける交差点kの各リンクの旅行速度Ｖkj(t)と各リンクの距離Ｌkjを読み込み（Ｓ３１）、次に現在の運用されているオフセットＯk(t-1)を読み込む（Ｓ３２）。引き続いて、現時点で算出した交差点k、現示pの青時間Ｇkp(t)と、黄時間や全赤時間等による損失時間、算出したサイクル長Ｃk(t)を読み込む（Ｓ３３）。本実施の形態では、これらの値を用いて、新たなオフセットを生成し、隣接交差点からの走行車両が当該交差点で停止せずに通過できる時間帯である通過帯を最大化するようにオフセットを設定する。以下では、本道路網について共通な基準時点からのずれによってオフセットを表現するものとして説明する。また、ここでのオフセットでは、サイクル長の異なる交差点間を考慮し、一定の制御周期（本実施の形態では５分間）内の最初の青信号開始時刻のずれを扱う。
【００２８】
本実施の形態では、オフセットと通過帯の算出に用いる速度による重みＷVと距離による重みＷLを定義する。図６は速度による重みＷVの具体例を示す。この例では、任意の速度より小さいほど重み ＷV が０に近づく。ここでは、全ての交差点に同じ重みを適用するが、交差点毎に持ってもよい。また、この重みは、予めシミュレーション等により適当な値に設定しておけばよい。図７は距離による重みＷLの具体例を示す。この例では、任意の距離より大きいほど重みＷLが０に近づく。これは、距離が大きいほど車両が分散したり到達に時間を必要とするため、通過帯が有効でなくなることを考慮したものである。重みが１で一定ならば、通過帯は距離に関わらず評価される。ここでは、全ての交差点に同じ重みを適用するが、リンク毎に持ってもよい。この重みも、予めシミュレーション等により適当な値に設定しておくことが可能である。
【００２９】
オフセットの生成・算出は、これらの重みや読み込んだ速度等を用いて行なう。ここでは、次のオフセット生成処理による。まず、乱数により交差点k(=1,2,…)から任意個数、例えばk以下の交差点を選択する。その交差点のサイクルの開始時刻を一定の時間幅内で乱数によりずらす。例えば、運用中のサイクル長Ｃk(t-1)を基準として、この±12.5％の可変範囲内（これを±ΔＯmax(ΔＯmaxは0.0より大)とする）で乱数によりずらし、幅ΔＯkcを決定し、前後させる。これによるオフセットは、現在の運用中のオフセットＯk(t-1) を初期値Ｏ"k(t)とすると、式（９）および式（１０）のように表わすことができる。
Ｏ"k(t)＝Ｏk(t-1) （９）
Ｏ'k(t)＝Ｏ"k(t)＋ΔＯkc(t) （１０）
【００３０】
本実施の形態では、これを基盤として、旅行速度に応じた重みＷVを用いてオフセットを求める。オフセットは、隣接あるいは系統を構成する信号交差点の制御に関わる。このため、本実施の形態では、流入リンクの速度Ｖkj(t)から、交差点間に対してボトルネックとなっているリンクの速度を求める。ここでは、最小速度によって代表させ、その速度のリンクを介して接続する隣接交差点kminとのオフセットとの差をも考慮し、この差と速度による重みを上記のオフセット生成に適用し、新たなオフセットを得る。これらの処理は次のとおりである。最小速度を式（１１)から求めると、重みはＷV(Ｖkmin)となる。
Ｖkmin＝minjＶkj(t) （１１）
【００３１】
以下では、この重みと、式（１２）による最小速度のリンクを介して接続する隣接交差点kminのオフセットとの差と、±ΔＯmaxの間で乱数により発生するずらし幅ΔＯkc(t)とを用いて、式（１３）、式（１４）、式（１５）、式（１６）、式（１７）および式（１８）によって新たなオフセットＯ'k(t) を生成する。式（１３）は、オフセットの差と乱数によるずらし幅の重みを用いた結合である。式（１４）は、Ｏ"k(t)とずらし幅により得られるオフセットである。式（１５）、式（１６）、式（１７）、式（１８）は、得られたオフセットを最大可変幅により補正するためのものである。
【００３２】
設定したＷVは、任意速度よりＶkminが小さいほど０に近づく。よって、本実施の形態の場合、乱数によるが、隣接する交差点間で速度が小さい程、いわゆる同時オフセットに近いものとなる。また、重みが１で一定ならば、乱数項のみ反映される。このように、重みにより戦略的なオフセット設定が可能となる。また、上記式では、ΔＯkw(t)を求める過程において、ΔＯkmin(t)とΔＯkc(t)の値を直接用いているが、重みの影響を同等にするため、これらの値を正規化しておいて処理してもよい。以上がオフセット生成処理である。
【００３３】
通過帯は、以下の通過帯算出処理による。選択された任意個数の交差点については、オフセット算出処理による新たなオフセットＯ'k(t)、それ以外の交差点は運用中のオフセットＯk(t-1)、青時間Ｇkp(t)とサイクル長Ｃk(t)、黄Ｙ・全赤Ｒ時間による損失時間、流入リンクの旅行速度Ｖkj(t)をt+1で適用したとして、一定の制御周期内ここでは５分間つまりt+1〜t+2での隣接交差点との通過帯を求め、この通過帯に距離Ｌkjによる重みＷL(Ｌkj)を適用して通過帯を算出する。重みを用いた各流入リンクにおける通過帯は式（１９）となる。この通過帯を全ての交差点について求め、式（２０）によって合計する。
Ｂ'kj(t)＝Ｂkj(t)×ＷL(Ｌkj) （１９）
Ｂall＝ΣkΣjＢ'kj(t) （２０）
【００３４】
以上が通過帯算出処理となる。図８は上記通過帯算出処理について、交差点７１（k）と一隣接交差点 ７２（k-1）と間の一つの流入リンク７３（j）に対して、算出した、青時間７４（Ｇkp(t)）、サイクル長７５（Ｃk(t)）、オフセット７６（Ｏ'k(t)）と、リンクの旅行速度７７（Ｖkj(t)）と距離７８（Ｌkj）による、通過帯７９（Ｂkj(t)）の算出過程を示したものである。隣接交差点７２の通過帯を通過した交通流の当該交差点７１への到達開始または終了時刻は、隣接交差点７２の通過帯の開始または終了時刻にリンクの距離７８を旅行速度７７で除した時間を加算すれば求められ、交差点７１のt+1〜t+2での通過帯７９は、これら到達開始および終了時刻間と、オフセット７６とサイクル長７５と青時間７４から決まる青開始時刻と終了時刻間との重複部分を求めればよい。この各流入リンクについての通過帯算出を全交差点にて行ない、重みＷL を用いた通過帯合計を求める。なお、図８では便宜的に、実施の形態での基準時点からのオフセットではなく、交差点k-1との相対オフセットを示している。
【００３５】
これらのオフセット生成処理と通過帯算出処理による一連の処理は次のようになる。まず、運用中のオフセットＯk(t-1)をt+1で適用するとし、Ｏk(t-1)をＯ"k(t)としてメモリ９に格納する（Ｓ３４）。これはＯ"k(t)の初期値である。この後、運用中のオフセットＯk(t-1)、算出した青時間Ｇkp(t)とサイクル長Ｃk(t)、黄Ｙ・全赤Ｒ時間による損失時間、流入リンクの旅行速度Ｖkj(t)をt+1以降でのサイクル開始時点で適用したとし、通過帯算出処理と同様に、一定の制御周期内、ここではt+1〜t+2の５分間での隣接交差点との通過帯を求め、通過帯に距離による重みＷLを適用、積算して、この重みとの演算による通過帯を全ての交差点について求め合計する。これを評価用の通過帯幅合計Ｂmaxとしてメモリ９に保持しておく（Ｓ３５）。続いて、オフセットＯ"k(t)、リンクの旅行速度Ｖkj(t)をt+1以降でのサイクル開始時点で適用するとし、これを基準に、速度の重みＷVを適用したオフセット算出処理により新たなオフセットＯ'k(t)を生成する（Ｓ３６）。生成後、オフセットＯ'k(t)、青時間Ｇkp(t)とサイクル長Ｃk(t) 、黄Ｙ・全赤Ｒ時間による損失時間、リンク旅行速度Ｖkj(t)をt+1以降でのサイクル開始時点で適用するとし、一定の制御周期内（t+1〜t+2の５分間）での全交差点の隣接交差点との通過帯の合計Ｂallを、前述の通過帯算出処理によって求める（Ｓ３７）。本実施の形態では、このＢallが大きくなればよいものとし、Ｂall＞Ｂmaxなる場合、ＢallをＢmaxとして更新、そのＢallと共に、オフセットＯ'k(t)を新たなＯ"k(t)として更新、メモリ９に保持し、逆に大きくならないならば、そのオフセットＯ'k(t)を破棄する（Ｓ３８、Ｓ３９、Ｓ４０）。このオフセット生成と通過帯算出処理によるＳ３６〜Ｓ４０を任意の試行回数分繰り返し行ない（Ｓ４１）、最終的にメモリ９に保持されている最もＢallが大きくなった場合のＯ"k(t)を採用し、新たなオフセットＯk(t)としてメモリ９に格納する（Ｓ４２）。ここでは、Ｂallを通過帯の合計として評価したが、他に、各交差点の通過帯の最小値が最大になるオフセットを採用するといった評価でもよい。その場合には、通過帯算出処理におけるＢallの算出について、式（２０）を式（２１）とし、同様に、評価用Ｂmaxの初期値を式（２１）による最小値として、上記演算を行なえばよい。また、通過帯以外に、遅れ時間によるといった場合には、交差点での待ち時間を用いて、これの合計あるいは各交差点での最大値の最小化を図ればよい。
Ｂall＝mink minj Ｂ'kj(t) （２１）
【００３６】
これらの各手段実行後、処理部５は、次の時点t+1において、メモリ９に格納されている黄や全赤時間や、新たに求めた青時間、サイクル長、オフセットからなる、各交差点毎の全ての信号制御パラメータを、各信号側に送信し制御を行なう。以上の動作を、５分間隔にて繰り返す。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、任意の道路網について、各交差点毎に時々刻々と変化する実際の道路交通状況に適応して、逐次、青時間やサイクル長といった信号制御パラメータを得られるので、より早く的確に道路交通を円滑にし、渋滞を緩和できるという効果が得られる。これまで勘案されていなかったサイクル長の異なる部分でも、隣接交差点からの流入を考慮してオフセットを設計し制御することができ、より柔軟な制御を図れる。また、オフセット追従等の従来制御における問題を解消し、サブエリアがなくとも対応できることから、信号制御パラメータ設計に係るコストを低減することも可能である。以上から、交通状況の変化に応じた信号制御パラメータによる交通流制御を行なうことができ、社会資本である道路の有効利用を図り、むだ時間を削減し、交通環境の改善に寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態における信号制御パラメータ設計装置の信号機配置図（ａ）と機能ブロック図（ｂ）
【図２】本発明の実施の形態における青時間算出手段の処理フロー図
【図３】本発明の実施の形態におけるサイクル長算出手段の処理フロー図
【図４】本発明の実施の形態におけるオフセット算出手段の処理フロー図
【図５】本発明の実施の形態におけるオフセット算出手段の処理フロー図（続き）
【図６】本実施の形態における速度による重み特性図
【図７】本実施の形態における距離による重み特性図
【図８】本実施の形態における通過帯算出における概念図
【符号の説明】
１ 道路またはリンク
２ 交差点
３ 信号機
４ 車両感知器
５ 処理部
６ 青時間算出手段
７ サイクル長算出手段
８ オフセット算出手段
９ メモリ
【発明の属する技術分野】
本発明は、道路交通分野、計測制御分野に係り、特に道路交通管制における信号制御、交通管理または運用に利用するための信号制御パラメータ設計方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
道路交通信号制御に関する従来技術は、文献「交通信号の手引」（社団法人交通工学研究会、平成６年７月）に示される方法が一般的に用いられる。従来の信号制御パラメータ設計においては、まず、交通量と飽和交通流率から求めた交通量の最大交通量に対する割合である飽和度または負荷率なる値を用いて信号の一巡する周期であるサイクル長を決定する。青時間の分配比にあたるスプリットについては、負荷率の比によってサイクル長から損失時間を除いた青時間の分配比率として決定したり、あるいは、旅行時間の比に基づいてスプリットを決定する方法がある。青信号開始時刻のずれであるオフセットについては、同上文献に示されるように、隣接する交差点間で通過できる時間帯である通過帯による設計や交差点での待ち時間や停止回数による遅れ時間最適化の設計手法がある。また、従来の信号制御パラメータ設計手法においては、サイクルサブエリア（以下、サブエリア）と呼ぶ同一サイクル長で制御を行なうエリアを構成する。このため、予め重要交差点を１つ含む単位エリアを構成しておき、重要交差点の交通状況、例えば重要交差点のサイクル長によって、この単位エリアの連結や切り離しによる構成を行なう。構成したエリア内では同じサイクル長が適用され、同エリア内でオフセットが考慮される。
【０００３】
一方、特開平７−１５２９９３号公報に記載された道路交通信号制御装置では、車両の通過台数と実測された旅行時間および目標旅行時間とを用いて、サイクル長、スプリット、オフセットの設定や、制御対象領域を結合して得られるサブエリアにおける共通サイクル長を設定している。ここでは、交通量や旅行時間を用いた交通需要なる概念の値を設定し、この値を利用してサイクル長やスプリットを算出、サブエリアの共通サイクル長も同様に交通需要と旅行時間から求めている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の一般的な技術において、信号制御のための設定やパラメータは、サブエリアや、サイクル長、青時間またはその比に該当するスプリット、オフセット等を必要とするが、一環した指標に基づいて設定されているわけではない。前述したように、主に、サイクル長とスプリットは飽和度または負荷率に基づき、オフセットは通過帯や遅れ時間に基づく。サブエリアの場合、基本エリアの設計は技術者の経験的知識による部分が多く、その基本エリアの連結・切り離しは重要交差点のサイクル長による。このように、各パラメータ等は異なる指標によって設計されている。
【０００５】
また、サイクル長とスプリット設計については、サイクル長を求めた後、スプリットを算出するが、サイクル長算出は、非飽和の交通状況下での単独交差点における一様到着を仮定したWebsterの実験式に基づいており、かつ、使用される負荷率の算出には飽和交通流率を必要とするが、この値は各道路交通環境にも依存するため、別途算定される必要がある。同様に、サブエリアについては、重要交差点の選定やそれを含む単位エリアを決定する必要があるが、明確な指針は策定されておらず、設計時のボトルネックとなっている。加えて、構成したサブエリア間のオフセットは考慮されていないため、この間で交通流が適切に制御されるとは限らない。また、単位エリアの連結により新たなサブエリアが構成された場合には、重要交差点に代表されてサイクル長が決定されるため、他交差点の交通状況に対して適当とは言えない場合もある。
【０００６】
また、オフセットに関する従来の設計手法では、一般にグローバルな最適解を求め、これに対してオフセットを変化させていくため、その過程において、オフセット追従やオフセットが逆転するオフセット反転と呼ばれる問題が発生する。交通状況は時々刻々と変化するため、追従時に適当ではないオフセットになる可能性もある。
【０００７】
さらに、前述した従来技術の後者では、交通需要なる指標によりサイクル長、スプリットを決定するが、基本的に前者同様、飽和度に基づくものであり、旅行時間は補正に相当するものとしている。また、サブエリアを考慮しており、共通サイクル長の決定やオフセット設定、サブエリア間オフセットについては、前者同様の問題が生じる。
【０００８】
本発明は、これらの問題を解決するものであり、交通状況に応じて、同様の交通流データやこれによる指標に基づいて各交差点の制御パラメータを導出し、異なるサイクル長の場合を含め、道路網における他の交差点との動作の連係を図り、交通流の円滑化を行なうための道路交通における信号制御パラメータ設計方法および装置を提供することを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の信号制御パラメータ設計方法は、道路交通網において信号制御を行なうためのパラメータを設計する信号制御パラメータ設計方法であって、信号機を設置する交差点を通過する交通流の旅行速度および通過距離を用いて、通過方向および信号制御パターンである信号現示の青時間と、青信号開始時刻から次の青信号開始時刻までの信号周期時間であるサイクル長を算出するとともに、隣接交差点間における旅行速度が任意の速度より小さいほど０に近づく旅行速度に関する重みと、隣接交差点間の距離が任意の距離より大きいほど０に近づく隣接交差点間の距離に関する重みとを用いて、それぞれ前記サイクル長から求めたずらし幅と、隣接交差点からの交通流が停止せずに走行できる時間帯である通過帯の有効性を表現し、隣接交差点との青信号開始時刻のずれを表すオフセットを算出することを特徴とするものである。この方法により、旅行速度と距離に基づいて、各信号制御パラメータを一元的に決定できることとなる。
【００１０】
また、本発明の信号制御パラメータ設計方法は、上記方法において、交差点を通過する交通流の旅行速度および通過距離による旅行時間に応じて、通過方向および信号現示の青時間を算出する処理を含むことを特徴とするものである。この方法により、通過方向や同一現示における実際の交通状況を計るサービス指標である旅行時間に対応して、青時間を算出できることとなる。
【００１１】
また、本発明の信号制御パラメータ設計方法は、上記方法において、算出した青時間と、黄時間や全赤時間を含めて他に必要な信号表示時間を積算し、青信号開始時刻から次の青信号開始時刻までの信号周期時間であるサイクル長を算出する処理を含むことを特徴とするものである。この方法により、サービス指標である旅行時間による青時間と黄・全赤時間の合計の損失時間等に応じて、交差点におけるサイクル長を算出できることとなる。
【００１２】
また、本発明の信号制御パラメータ設計方法は、上記方法において、一定の調整幅内で各交差点における青信号開始時刻をずらし、隣接交差点間における旅行速度が任意の速度より小さいほど０に近づく旅行速度に関する重みと、隣接交差点間の距離が任意の距離より大きいほど０に近づく隣接交差点間の距離に関する重みと、制御が確立する前の隣接交差点間の青信号開始時間差とを用い、隣接交差点との青信号開始時刻のずれを表すオフセットと隣接交差点からの交通流が停止せずに走行できる時間帯である通過帯や交差点での待ち時間である遅れ時間を、一定の制御周期内において算出し、最適な通過帯幅や遅れ時間になる青信号開始時刻のずれであるオフセットを決定する処理を含むことを特徴とするものである。この方法により、旅行速度または旅行時間に基づいてオフセットを決定することが可能となり、さらに、同じまたは異なるサイクル長の場合を含め、サブエリアを考慮することなく、道路網における交差点間で相互に連係して制御することが可能となる。
【００１３】
本発明の信号制御パラメータ設計装置は、道路交通網において信号制御を行なうためのパラメータを設計する信号制御パラメータ設計装置であって、交差点を通過する交通流の旅行速度および通過距離を用いて、通過方向および信号制御パターンである信号現示の青時間と、青信号開始時刻から次の青信号開始時刻までの信号周期時間であるサイクル長を算出するとともに、隣接交差点間における旅行速度が任意の速度より小さいほど０に近づく旅行速度に関する重みと、隣接交差点間の距離が任意の距離より大きいほど０に近づく隣接交差点間の距離に関する重みとを用いて、それぞれ前記サイクル長から求めたずらし幅と、隣接交差点からの交通流が停止せずに走行できる時間帯である通過帯の有効性を表現し、隣接交差点との青信号開始時刻のずれを表すオフセットを算出する処理部を備えた構成を有する。この構成により、旅行速度と距離に基づいて、各信号制御パラメータを一元的に決定できることとなる。
【００１４】
また、本発明の信号制御パラメータ設計装置は、上記構成において、制御部が、交差点を通過する交通流の旅行速度と通過距離による旅行時間に応じて、通過方向および信号現示の青時間を算出する青時間算出手段を備えた構成を有する。この構成により、通過方向や同一現示における実際の交通状況を計るサービス指標である旅行時間に対応して、青時間を算出できることとなる。
【００１５】
また、本発明の信号制御パラメータ設計装置は、上記構成において、処理部が、算出した青時間と、黄時間や全赤時間を含めて他に必要な信号表示時間を積算し、青信号開始時刻から次の青信号開始時刻までの信号周期時間であるサイクル長を算出するサイクル長算出手段を備えた構成を有する。この構成により、サービス指標である旅行時間による青時間と黄・全赤時間の合計の損失時間等に応じて、交差点におけるサイクル長を算出できることとなる。
【００１６】
また、本発明の信号制御パラメータ設計装置は、上記構成において、制御部が、一定の調整幅内で各交差点における青信号開始時刻をずらし、隣接交差点間における旅行速度が任意の速度より小さいほど０に近づく旅行速度に関する重みと、隣接交差点間の距離が任意の距離より大きいほど０に近づく隣接交差点間の距離に関する重みと、制御が確立する前の隣接交差点間の青信号開始時間差とを用い、隣接交差点との青信号開始時刻のずれを表すオフセットと隣接交差点からの交通流が停止せずに走行できる時間帯である通過帯や交差点での待ち時間である遅れ時間を、一定の制御周期内において算出し、最適な通過帯幅や遅れ時間になる青信号開始時刻のずれであるオフセットを決定するオフセット算出手段を備えた構成を有する。この構成により、旅行速度または旅行時間に基づいてオフセットを決定することが可能となり、さらに、同じまたは異なるサイクル長の場合を含め、サブエリアを考慮することなく、道路網における交差点間で相互に連係して制御することが可能となる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施の形態における信号制御パラメータ設計装置の全体構成を示す。図１（ａ）において、道路１は、隣接交差点間における一走行方向の接続道路に該当するリンクを含むものであり、本実施の形態では、説明のために一本の幹線道路とそれに交差する道路による構成とする。交差点２は対象道路網における交差点を、また信号機３は交差点２に設置された信号機をそれぞれ単純に模式化したものであり、交差点２を通過する車両の流入する各方向に向けて設置されているものとする（図では省略して一つのみ示している）。車両感知器４は、道路１上の任意地点に設置され、本実施の形態では、リンクに対する交通流データの速度または車両の通過時刻を計測可能なものとする。ここでは、全リンク上に１つずつ設置されていると仮定する。この車両感知器４の交通流データから、速度を計測可能な場合には５分間平均速度［ｍ／秒］を、通過時刻の場合には処理部５において隣接感知器４の通過時刻の差と距離から、同様に当該地点の５分間平均速度を求めておく。以下では、この速度を、交差点を通過する交通流や交差点間のリンクの速度として用いる。車両感知器４が交通量、占有時間を計測可能なものの場合、適当な平均車長、例えば予め時間帯によって設定した平均車長を用いて、交通量［台／５分］に平均車長［ｍ］を乗じた後、５分間占有時間［秒］で除して平均速度［ｍ／秒］を求めておけばよい。また、サイクルや青時間に同期して計測した交通流データを用いることも可能である。図１（ｂ）において、処理部５は、信号制御パラメータ設計等を行うものであり、青時間算出手段６、サイクル長算出手段７、オフセット算出手段８およびメモリ９等を備え、マイクロコンピュータにより構成されている。処理部５では、処理部５内のプログラムメモリに格納されるプログラムに従って、信号機３および車両感知器４の計測値や信号制御パラメータに基づき処理を実行する。青時間算出手段６は、通過方向および信号現示の青時間を算出する。サイクル長算出手段７は、交差点での信号周期時間であるサイクル長を算出する。オフセット算出手段８は、旅行速度と距離による重みと青時間開始時間差から隣接交差点からの交通流が停止せずに走行できる時間帯である通過帯幅や交差点での待ち時間である遅れ時間を最適にするよう、青信号開始時刻のずれを表すオフセットを決定する。
【００１８】
次に、本実施の形態における処理部５の動作について説明する。今、車両が道路１上を走行し、各車両感知器４の設置地点での交通流データとして、交通量と占有時間が車両感知器４により計測され、処理部５側に送られるものとする。本実施の形態では、５分毎に処理部５が実行され、送られてきた計測値から、各地点i(=1,2,…)の時点 t における旅行速度Ｖi(t)の交通流データを得る。このデータは、t-1〜tまでの５分間平均旅行速度である。ここで、例えばt+1〜t+2の予測速度を用いてもよい。処理部５は、この速度データと、今現在、交差点２の信号機３に設定し、処理部５において保持されている信号制御パラメータに基づいて、上記各手段６、７、８を実行し、信号制御パラメータである青時間、サイクル長、オフセットを決定、新たなパラメータとして処理部５に保持し、かつ、各信号機３に送信する。処理部５には、過去一定期間の算出したパラメータや、パラメータ算出に必要なデータがメモリ９に格納されているものとする。以下、現時点をtとし、５分周期で動作し、t時点での算出パラメータはt+1時点に適用するものとして各手段６、７、８の動作について説明する。
【００１９】
図２は青時間算出手段６の処理フローを示す。まず、メモリ９から、各地点データ、ここでは、現時点tの交差点 k(=1,2,…)、交差点kに対する流入リンクj(=1,2,…)における旅行速度Ｖkj(t)[ｍ／秒]を読み込む（Ｓ１１）。この後、予め、メモリ９に設定されている通過距離Ｄ［ｍ］を読み込む（Ｓ１２）。これは、信号制御の対象とする距離であり、リンク長や交通状況といった道路交通環境や制限速度等から任意に決定しておく。以下では、例えば全交差点について同様に４００［ｍ］とする。速度と通過距離を用いて、各流入方向の青時間Ｇkj(t)［秒］を式（１）によって導出する（Ｓ１３）。
Ｇkj(t)＝Ｄ／Ｖkj(t) （１）
【００２０】
この処理を信号制御を行なう交差点の全ての流入リンクに対して行なう（Ｓ１４）。次に、信号制御パターンである現示のための青時間を導出する。本実施の形態では、道路の直交する交差点のため、２現示（p=1,2 ）として、交差点k において同現示で青で流入できる方向の青時間の大きい方をその現示pの青時間Ｇkp(t) ［秒］とする。つまり、現示pの青時間は、式（２）によって導出する（Ｓ１５）。ここで、Ｇklは交差点kでの現示pに含まれる流入リンクlの青時間であり、l∈jである。
Ｇkp(t)＝max1Ｇkl(t) （２）
【００２１】
以上の処理を信号制御を行なう交差点の全ての現示に対して行ない（Ｓ１６）、得られた現示の青時間Ｇkp(t)［秒］はメモリ９に保持する（Ｓ１７）。現示に右折を含む場合には右折方向の地点間旅行速度等から右折青時間を算出すればよい。
【００２２】
図３はサイクル長算出手段７の処理フローを示す。メモリ９から、上記処理で算出した交差点kの現示pの青時間Ｇkp(t)を読み込む（Ｓ２１）。次に、ここでは、損失時間として黄時間Ｙ［秒］と全赤時間Ｒ［秒］を読み込み（Ｓ２２）、続いて、サイクル長の最小時間Ｃmin［秒］と最大時間Ｃmax［秒］を読み込む（Ｓ２３）。本実施の形態では、これらの時間は共通の値として予めメモリ９に設定されているものとする。一般に、黄や全赤時間は速度や交差点幅により標準的な値が定められており、例えば、以下では簡単にＹ＝3［秒］、Ｒ＝2［秒］とする。サイクル長の最小・最大時間は現示数や歩行者の待ち時間等から定められ、例えば、以下ではＣmin＝30［秒］、Ｃmax＝150［秒］とする。これらの時間から、交差点kのサイクルＣk［秒］をサイクル長算出処理によって算出する（Ｓ２４）。
【００２３】
サイクル長算出処理の演算は次のとおりである。ここでは、まず、単純に式 （３）のように各時間を加算し、総時間Ｃks(t)［秒］を求める。ＹＲは、式（４）による本実施の形態での黄・全赤時間の合計による損失時間である。
Ｃks(t)＝ΣpＧkp(t)＋ＹＲ （３）
ＹＲ＝Σp(Ｙp＋Ｒp ) （４）
【００２４】
この総時間Ｃks(t)がＣmin以上かつＣmax以下を満たすとき、この値をサイクル長として採用し、Ｃk(t)をＣks(t)とする。この総時間Ｃks(t)がＣmin以上かつＣmax以下を満たさないならば、現示の青時間を再調整する。Ｃks(t)がＣmin未満ならば、満たない分を現示の青時間で分配し、加算、更新し、サイクル長Ｃk(t)をＣminとする。その処理は式（５）および式（６）による。
ΔＣ＝Ｃmin−Ｃks(t) （５）
Ｇ'kp(t)＝Ｇkp(t)＋ΔＣ×（Ｇkp(t)／Σp Ｇkp(t)） （６）
【００２５】
同様に、Ｃks(t)がＣmaxより大きいならば、過剰分を現示の青時間で分配、減算し更新する。処理は式（７）および式（８）による。つまり、サイクル長Ｃk(t) をＣmaxとする。
ΔＣ＝Ｃks(t)−Ｃmax （７）
Ｇ'kp(t)＝Ｇkp(t)＋ΔＣ×（Ｇkp(t)／Σp Ｇkp(t)） （８）
【００２６】
以上のサイクル長算出処理を各交差点について行ない（Ｓ２５）、処理後、更新した青時間Ｇ'kp(t)をＧkp(t)としてメモリ９に格納し（Ｓ２６）、サイクル長Ｃk(t)をメモリ９に格納する（Ｓ２７）。
【００２７】
図４および図５はオフセット算出手段８の処理フローを示す。メモリ９から、現時点tにおける交差点kの各リンクの旅行速度Ｖkj(t)と各リンクの距離Ｌkjを読み込み（Ｓ３１）、次に現在の運用されているオフセットＯk(t-1)を読み込む（Ｓ３２）。引き続いて、現時点で算出した交差点k、現示pの青時間Ｇkp(t)と、黄時間や全赤時間等による損失時間、算出したサイクル長Ｃk(t)を読み込む（Ｓ３３）。本実施の形態では、これらの値を用いて、新たなオフセットを生成し、隣接交差点からの走行車両が当該交差点で停止せずに通過できる時間帯である通過帯を最大化するようにオフセットを設定する。以下では、本道路網について共通な基準時点からのずれによってオフセットを表現するものとして説明する。また、ここでのオフセットでは、サイクル長の異なる交差点間を考慮し、一定の制御周期（本実施の形態では５分間）内の最初の青信号開始時刻のずれを扱う。
【００２８】
本実施の形態では、オフセットと通過帯の算出に用いる速度による重みＷVと距離による重みＷLを定義する。図６は速度による重みＷVの具体例を示す。この例では、任意の速度より小さいほど重み ＷV が０に近づく。ここでは、全ての交差点に同じ重みを適用するが、交差点毎に持ってもよい。また、この重みは、予めシミュレーション等により適当な値に設定しておけばよい。図７は距離による重みＷLの具体例を示す。この例では、任意の距離より大きいほど重みＷLが０に近づく。これは、距離が大きいほど車両が分散したり到達に時間を必要とするため、通過帯が有効でなくなることを考慮したものである。重みが１で一定ならば、通過帯は距離に関わらず評価される。ここでは、全ての交差点に同じ重みを適用するが、リンク毎に持ってもよい。この重みも、予めシミュレーション等により適当な値に設定しておくことが可能である。
【００２９】
オフセットの生成・算出は、これらの重みや読み込んだ速度等を用いて行なう。ここでは、次のオフセット生成処理による。まず、乱数により交差点k(=1,2,…)から任意個数、例えばk以下の交差点を選択する。その交差点のサイクルの開始時刻を一定の時間幅内で乱数によりずらす。例えば、運用中のサイクル長Ｃk(t-1)を基準として、この±12.5％の可変範囲内（これを±ΔＯmax(ΔＯmaxは0.0より大)とする）で乱数によりずらし、幅ΔＯkcを決定し、前後させる。これによるオフセットは、現在の運用中のオフセットＯk(t-1) を初期値Ｏ"k(t)とすると、式（９）および式（１０）のように表わすことができる。
Ｏ"k(t)＝Ｏk(t-1) （９）
Ｏ'k(t)＝Ｏ"k(t)＋ΔＯkc(t) （１０）
【００３０】
本実施の形態では、これを基盤として、旅行速度に応じた重みＷVを用いてオフセットを求める。オフセットは、隣接あるいは系統を構成する信号交差点の制御に関わる。このため、本実施の形態では、流入リンクの速度Ｖkj(t)から、交差点間に対してボトルネックとなっているリンクの速度を求める。ここでは、最小速度によって代表させ、その速度のリンクを介して接続する隣接交差点kminとのオフセットとの差をも考慮し、この差と速度による重みを上記のオフセット生成に適用し、新たなオフセットを得る。これらの処理は次のとおりである。最小速度を式（１１)から求めると、重みはＷV(Ｖkmin)となる。
Ｖkmin＝minjＶkj(t) （１１）
【００３１】
以下では、この重みと、式（１２）による最小速度のリンクを介して接続する隣接交差点kminのオフセットとの差と、±ΔＯmaxの間で乱数により発生するずらし幅ΔＯkc(t)とを用いて、式（１３）、式（１４）、式（１５）、式（１６）、式（１７）および式（１８）によって新たなオフセットＯ'k(t) を生成する。式（１３）は、オフセットの差と乱数によるずらし幅の重みを用いた結合である。式（１４）は、Ｏ"k(t)とずらし幅により得られるオフセットである。式（１５）、式（１６）、式（１７）、式（１８）は、得られたオフセットを最大可変幅により補正するためのものである。
設定したＷVは、任意速度よりＶkminが小さいほど０に近づく。よって、本実施の形態の場合、乱数によるが、隣接する交差点間で速度が小さい程、いわゆる同時オフセットに近いものとなる。また、重みが１で一定ならば、乱数項のみ反映される。このように、重みにより戦略的なオフセット設定が可能となる。また、上記式では、ΔＯkw(t)を求める過程において、ΔＯkmin(t)とΔＯkc(t)の値を直接用いているが、重みの影響を同等にするため、これらの値を正規化しておいて処理してもよい。以上がオフセット生成処理である。
【００３３】
通過帯は、以下の通過帯算出処理による。選択された任意個数の交差点については、オフセット算出処理による新たなオフセットＯ'k(t)、それ以外の交差点は運用中のオフセットＯk(t-1)、青時間Ｇkp(t)とサイクル長Ｃk(t)、黄Ｙ・全赤Ｒ時間による損失時間、流入リンクの旅行速度Ｖkj(t)をt+1で適用したとして、一定の制御周期内ここでは５分間つまりt+1〜t+2での隣接交差点との通過帯を求め、この通過帯に距離Ｌkjによる重みＷL(Ｌkj)を適用して通過帯を算出する。重みを用いた各流入リンクにおける通過帯は式（１９）となる。この通過帯を全ての交差点について求め、式（２０）によって合計する。
Ｂ'kj(t)＝Ｂkj(t)×ＷL(Ｌkj) （１９）
Ｂall＝ΣkΣjＢ'kj(t) （２０）
【００３４】
以上が通過帯算出処理となる。図８は上記通過帯算出処理について、交差点７１（k）と一隣接交差点 ７２（k-1）と間の一つの流入リンク７３（j）に対して、算出した、青時間７４（Ｇkp(t)）、サイクル長７５（Ｃk(t)）、オフセット７６（Ｏ'k(t)）と、リンクの旅行速度７７（Ｖkj(t)）と距離７８（Ｌkj）による、通過帯７９（Ｂkj(t)）の算出過程を示したものである。隣接交差点７２の通過帯を通過した交通流の当該交差点７１への到達開始または終了時刻は、隣接交差点７２の通過帯の開始または終了時刻にリンクの距離７８を旅行速度７７で除した時間を加算すれば求められ、交差点７１のt+1〜t+2での通過帯７９は、これら到達開始および終了時刻間と、オフセット７６とサイクル長７５と青時間７４から決まる青開始時刻と終了時刻間との重複部分を求めればよい。この各流入リンクについての通過帯算出を全交差点にて行ない、重みＷL を用いた通過帯合計を求める。なお、図８では便宜的に、実施の形態での基準時点からのオフセットではなく、交差点k-1との相対オフセットを示している。
【００３５】
これらのオフセット生成処理と通過帯算出処理による一連の処理は次のようになる。まず、運用中のオフセットＯk(t-1)をt+1で適用するとし、Ｏk(t-1)をＯ"k(t)としてメモリ９に格納する（Ｓ３４）。これはＯ"k(t)の初期値である。この後、運用中のオフセットＯk(t-1)、算出した青時間Ｇkp(t)とサイクル長Ｃk(t)、黄Ｙ・全赤Ｒ時間による損失時間、流入リンクの旅行速度Ｖkj(t)をt+1以降でのサイクル開始時点で適用したとし、通過帯算出処理と同様に、一定の制御周期内、ここではt+1〜t+2の５分間での隣接交差点との通過帯を求め、通過帯に距離による重みＷLを適用、積算して、この重みとの演算による通過帯を全ての交差点について求め合計する。これを評価用の通過帯幅合計Ｂmaxとしてメモリ９に保持しておく（Ｓ３５）。続いて、オフセットＯ"k(t)、リンクの旅行速度Ｖkj(t)をt+1以降でのサイクル開始時点で適用するとし、これを基準に、速度の重みＷVを適用したオフセット算出処理により新たなオフセットＯ'k(t)を生成する（Ｓ３６）。生成後、オフセットＯ'k(t)、青時間Ｇkp(t)とサイクル長Ｃk(t) 、黄Ｙ・全赤Ｒ時間による損失時間、リンク旅行速度Ｖkj(t)をt+1以降でのサイクル開始時点で適用するとし、一定の制御周期内（t+1〜t+2の５分間）での全交差点の隣接交差点との通過帯の合計Ｂallを、前述の通過帯算出処理によって求める（Ｓ３７）。本実施の形態では、このＢallが大きくなればよいものとし、Ｂall＞Ｂmaxなる場合、ＢallをＢmaxとして更新、そのＢallと共に、オフセットＯ'k(t)を新たなＯ"k(t)として更新、メモリ９に保持し、逆に大きくならないならば、そのオフセットＯ'k(t)を破棄する（Ｓ３８、Ｓ３９、Ｓ４０）。このオフセット生成と通過帯算出処理によるＳ３６〜Ｓ４０を任意の試行回数分繰り返し行ない（Ｓ４１）、最終的にメモリ９に保持されている最もＢallが大きくなった場合のＯ"k(t)を採用し、新たなオフセットＯk(t)としてメモリ９に格納する（Ｓ４２）。ここでは、Ｂallを通過帯の合計として評価したが、他に、各交差点の通過帯の最小値が最大になるオフセットを採用するといった評価でもよい。その場合には、通過帯算出処理におけるＢallの算出について、式（２０）を式（２１）とし、同様に、評価用Ｂmaxの初期値を式（２１）による最小値として、上記演算を行なえばよい。また、通過帯以外に、遅れ時間によるといった場合には、交差点での待ち時間を用いて、これの合計あるいは各交差点での最大値の最小化を図ればよい。
Ｂall＝mink minj Ｂ'kj(t) （２１）
【００３６】
これらの各手段実行後、処理部５は、次の時点t+1において、メモリ９に格納されている黄や全赤時間や、新たに求めた青時間、サイクル長、オフセットからなる、各交差点毎の全ての信号制御パラメータを、各信号側に送信し制御を行なう。以上の動作を、５分間隔にて繰り返す。
【００３７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、任意の道路網について、各交差点毎に時々刻々と変化する実際の道路交通状況に適応して、逐次、青時間やサイクル長といった信号制御パラメータを得られるので、より早く的確に道路交通を円滑にし、渋滞を緩和できるという効果が得られる。これまで勘案されていなかったサイクル長の異なる部分でも、隣接交差点からの流入を考慮してオフセットを設計し制御することができ、より柔軟な制御を図れる。また、オフセット追従等の従来制御における問題を解消し、サブエリアがなくとも対応できることから、信号制御パラメータ設計に係るコストを低減することも可能である。以上から、交通状況の変化に応じた信号制御パラメータによる交通流制御を行なうことができ、社会資本である道路の有効利用を図り、むだ時間を削減し、交通環境の改善に寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態における信号制御パラメータ設計装置の信号機配置図（ａ）と機能ブロック図（ｂ）
【図２】本発明の実施の形態における青時間算出手段の処理フロー図
【図３】本発明の実施の形態におけるサイクル長算出手段の処理フロー図
【図４】本発明の実施の形態におけるオフセット算出手段の処理フロー図
【図５】本発明の実施の形態におけるオフセット算出手段の処理フロー図（続き）
【図６】本実施の形態における速度による重み特性図
【図７】本実施の形態における距離による重み特性図
【図８】本実施の形態における通過帯算出における概念図
【符号の説明】
１ 道路またはリンク
２ 交差点
３ 信号機
４ 車両感知器
５ 処理部
６ 青時間算出手段
７ サイクル長算出手段
８ オフセット算出手段
９ メモリ
Claims (8)
- 道路交通網において信号制御を行なうためのパラメータを設計する信号制御パラメータ設計方法であって、信号機を設置する交差点を通過する交通流の旅行速度および通過距離を用いて、通過方向および信号制御パターンである信号現示の青時間と、青信号開始時刻から次の青信号開始時刻までの信号周期時間であるサイクル長を算出するとともに、隣接交差点間における旅行速度が任意の速度より小さいほど０に近づく旅行速度に関する重みと、隣接交差点間の距離が任意の距離より大きいほど０に近づく隣接交差点間の距離に関する重みとを用いて、それぞれ前記サイクル長から求めたずらし幅と、隣接交差点からの交通流が停止せずに走行できる時間帯である通過帯の有効性を表現し、隣接交差点との青信号開始時刻のずれを表すオフセットを算出することを特徴とする信号制御パラメータ設計方法。
- 交差点を通過する交通流の旅行速度および通過距離による旅行時間に応じて、通過方向および信号現示の青時間を算出する処理を含むことを特徴とする請求項１記載の信号制御パラメータ設計方法。
- 算出した青時間と、黄時間や全赤時間を含めて他に必要な信号表示時間を積算し、青信号開始時刻から次の青信号開始時刻までの信号周期時間であるサイクル長を算出する処理を含むことを特徴とする請求項１または２記載の信号制御パラメータ設計方法。
- 一定の調整幅内で各交差点における青信号開始時刻をずらし、隣接交差点間における旅行速度が任意の速度より小さいほど０に近づく旅行速度に関する重みと、隣接交差点間の距離が任意の距離より大きいほど０に近づく隣接交差点間の距離に関する重みと、制御が確立する前の隣接交差点間の青信号開始時間差とを用い、隣接交差点との青信号開始時刻のずれを表すオフセットと隣接交差点からの交通流が停止せずに走行できる時間帯である通過帯や交差点での待ち時間である遅れ時間を、一定の制御周期内において算出し、最適な通過帯幅や遅れ時間になる青信号開始時刻のずれであるオフセットを決定する処理を含むことを特徴とする請求項１または２または３記載の信号制御パラメータ設計方法。
- 道路交通網において信号制御を行なうためのパラメータを設計する信号制御パラメータ設計装置であって、信号機を設置する交差点を通過する交通流の旅行速度および通過距離を用いて、通過方向および信号制御パターンである信号現示の青時間と、青信号開始時刻から次の青信号開始時刻までの信号周期時間であるサイクル長を算出するとともに、隣接交差点間における旅行速度が任意の速度より小さいほど０に近づく旅行速度に関する重みと、隣接交差点間の距離が任意の距離より大きいほど０に近づく隣接交差点間の距離に関する重みとを用いて、それぞれ前記サイクル長から求めたずらし幅と、隣接交差点からの交通流が停止せずに走行できる時間帯である通過帯の有効性を表現し、隣接交差点との青信号開始時刻のずれを表すオフセットを算出する処理部を備えたことを特徴とする信号制御パラメータ設計装置。
- 前記処理部が、交差点を通過する交通流の旅行速度および通過距離による旅行時間に応じて、通過方向および信号現示の青時間を算出する青時間算出手段を備えたことを特徴とする請求項５記載の信号制御パラメータ設計装置。
- 前記処理部が、算出した青時間と、黄時間や全赤時間を含めて他に必要な信号表示時間を積算し、青信号開始時刻から次の青信号開始時刻までの信号周期時間であるサイクル長を算出するサイクル長算出手段を備えたことを特徴とする請求項５または６記載の信号制御パラメータ設計装置。
- 前記処理部が、一定の調整幅内で各交差点における青信号開始時刻をずらし、隣接交差点間における旅行速度が任意の速度より小さいほど０に近づく旅行速度に関する重みと、隣接交差点間の距離が任意の距離より大きいほど０に近づく隣接交差点間の距離に関する重みと、制御が確立する前の隣接交差点間の青信号開始時間差とを用い、隣接交差点との青信号開始時刻のずれを表すオフセットと隣接交差点からの交通流が停止せずに走行できる時間帯である通過帯や交差点での待ち時間である遅れ時間を、一定の制御周期内において算出し、最適な通過帯幅や遅れ時間になる青信号開始時刻のずれであるオフセットを決定するオフセット算出手段を備えたことを特徴とする請求項５または６または７記載の信号制御パラメータ設計装置。
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