JP5182573B2 - 交通信号制御システム、信号制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、プローブ情報を活用して、交通信号制御システムのサブエリア構成を適切なものとすることが可能な交通信号制御システムに関する。

交通信号制御システムでは、近接する５交差点程度をひと括りのサブエリアとして、同じサブエリア内の信号機は同一のサイクル長（信号表示が一巡するのに要する時間）で動作させ、当該サブエリア内の信号機が青信号を表示している時間帯にこれらの信号機の設置された全ての交差点を、できるだけ多くの車両が通過できるように、信号機間の信号表示開始時刻に適切なオフセットを持たせる系統制御を行うのが一般的である。

例えば、図１のように道路Ｒ１上に連続して存在する交差点Ａ乃至交差点Ｄを１つのサブエリアとして、各交差点に設置される信号機１Ａ乃至信号機１Ｄを系統制御する場合、図４のようにオフセット図上に交差点間の距離に応じて信号機を配置し、下り方向（交差点Ａから交差点Ｄに向かう方向を下り方向とする）の交通流が円滑になるように、各信号機の青信号（オフセット図上の空白部分）の開始時刻にオフセットを与えて、下り方向のスルーバンド（下り方向に進行する車両が、４つの交差点を信号待ち時間無しで通過できる時間帯幅）を確保することができる。
また、図５のように、下り方向と上り方向の双方向のスルーバンドを確保できるようなオフセットを与えてもよいし、図示しないが、上り方向のみのスルーバンドを確保することもできる。

このように、進行方向ごとの交通量や平均走行速度等に応じて、各サブエリア内の交差点間のオフセットを適宜決定することにより、交通流を円滑化することが可能となる。
このサブエリアの構成は、交通信号制御システムの管理者が実際の道路交通の状況を見て、経験的に決めるという方法が用いられている。具体的には、例えば、幹線道路上に連続して存在する交差点の場合であれば、交差点間の距離が所定以上離れたところをサブエリアの境界とし、離隔距離が一定以内の交差点を１つのサブエリアとするような方法が用いられる。
このサブエリアの構成を動的に変化させる方法として、サブエリアとサブエリアの境界で起こりうる交通流の乱れを低減するために、サイクル長の差が小さい近接するサブエリア同士を結合して１つのサブエリアとする方法等が提案されている（特許文献１参照）。

また、交通信号制御システムでは、道路状況に応じて各交差点の信号機に適切な信号表示時間を割り当てるために、所定の間隔毎に道路上に車両感知器を設置して車両の通過台数（交通量）や占有時間等を計測して常時交通状況を把握するようにしているが、近年は、車両感知器の設置されていない道路の交通情報を取得する等の目的で、車両が自身の走行軌跡に関するプローブ情報を生成して所定の周期毎にセンター側装置に送信し、センター側で複数の車両から送信されるプローブ情報を分析することにより、道路のリンク旅行時間等を取得するという方法も用いられるようになってきた（特許文献２参照）。

特許第３３２７２４３号公報 特開２００２−２５１６９８号公報

同じサブエリアに含まれる交差点の信号機に適切なオフセットを与えて系統的に制御するのは、多数の車両が、サブエリアに含まれる全ての交差点を連続して通過することを前提としているからである。
しかし、交通流は時間帯に応じて変動するから、時間帯によってはサブエリアに含まれる全ての交差点を連続して通過する車両の台数が少なくなり、一旦決定したサブエリアの構成が適切ではなくなるケースがある。
また、周辺地域の環境変化（新しい施設の建設、移転等）によってそれまでの交通流が変化し、サブエリアの構成を見直す必要に迫られることもある。

これまでのように、システムの管理者が経験的にサブエリア構成を決定する方法の場合、実際の道路状況に応じた適切なサブエリア構成となっていない場合があるという問題があった。また、そもそも、現地の交通状況を調査してサブエリアを変更する作業は非常に手間がかかる、ということも問題であった。

本発明は、上記のような点に鑑みてなされたものであり、サブエリアの構成を適切なものとすることが可能な交通信号制御システムを提供することを目的とする。

本発明にかかる交通信号制御システムは、制御対象エリア内の複数の信号機を複数のサブエリアにグループ化し、一のサブエリアに属する信号機が複数の場合にこれらの信号機を同一のサイクル長で動作させるものであり、前記制御対象エリア内を走行する車両から当該車両の走行軌跡の情報であるプローブ情報を受信する通信装置と、複数の車両から受信したプローブ情報に基づいて前記制御対象エリア内の走行経路のうち割合の大きい１又は複数の代表走行経路を抽出する代表走行経路抽出手段と、抽出された前記代表走行経路がサブエリアの境界を通過する回数が小さくなるようにサブエリア構成を決定するサブエリア構成決定手段とを備えている（請求項１）。

この発明によれば、制御対象エリア内の車両の走行経路の状況を、プローブ情報を基に把握してサブエリア構成を決定するため、連続して通過する割合の多い交差点の信号機を系統的に制御し、多くの車両ができるだけ信号待ちせずに制御対象エリアを通過できるようになる。また、従来のように、システム管理者が現地の交通状況を調査して経験的にサブエリア構成を決定する場合に比べて、客観性の高い構成とすることが可能になる。また、走行経路状況の変動にも柔軟に対応することが可能になる。
なお、ここにいう走行経路とは、制御対象エリア内において多数の車両が走行する経路を指すものとする。この走行経路は制御対象エリア内に複数存在する場合もある。
また、プローブ情報を受信する通信装置は、道路脇に設けておいても良いし、ビル等の建物の屋上等に設置しておいても良く、車両との間で通信可能であれば良い。
なお、本発明にかかる交通信号制御システムに用いられ、前記サブエリア構成決定手段を備えるサブエリア構成決定装置（請求項２）、コンピュータを前記サブエリア構成決定装置として動作させるためのコンピュータプログラム（請求項３）、及び、本発明に対応するサブエリア構成の決定方法（請求項４）も大変有用である。

この場合、前記走行経路状況取得手段に、受信した複数のプローブ情報に基づいて前記制御対象エリア内の注目交差点における車両の進行方向の割合の推定値を算出する進行方向割合算出手段を備えさせておき、前記サブエリア構成決定手段が、前記進行方向割合の推定値に基づいて、前記注目交差点に設置される信号機と当該注目交差点に隣接する交差点に設置される信号機とを同一のサブエリアに配するか否か決定すると良い。
この方法によれば、進行方向の割合が変動する交差点に着目するため、サブエリアの境界をどこに設定するのかを適切に決定することが可能になる。

また、前記走行経路状況取得手段に、前記制御対象エリア内の走行経路のうち割合の大きい１又は複数の代表走行経路を抽出する代表走行経路抽出手段を備えさせるとともに、前記サブエリア構成決定手段に、予め複数のサブエリア構成のパタンを記憶する記憶手段と、抽出された前記代表走行経路がサブエリアの境界を通過する回数を前記記憶手段が記憶したサブエリア構成のパタン毎に算出するサブエリア境界通過回数算出手段とを備えさせ、当該サブエリア境界通過回数が最小となるサブエリア構成のパタンを選択することもできる。
できるだけサブエリアの境界をまたいで走行する回数を低減する構成とすることで、車両が信号待ちしなければならなくなる確率を低減し、円滑な走行を支援することが可能となる。

なお、本発明のサブエリア構成決定手段によって決定されるサブエリア構成に基づいて、同一サブエリア内の信号機を同一のサイクル長で動作させるように指示する信号制御装置は、交通信号制御システムにとって大変有用である。

以上のように、本発明の交通信号制御システムによれば、交通状況を的確に把握して、サブエリア構成を適切なものとすることができるようになる。

（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本発明に係る交通信号制御システムの信号機が設置された交差点の地理的関係を示す模式図である。

〔システムの全体構成〕
図１のように、道路Ｒ１上には４つの交差点Ａ乃至交差点Ｄが連続して存在しており、交差点Ｃにおいて道路Ｒ１と交差する道路Ｒ２上には交差点Ｅが存在している。
そして、これらの交差点には、それぞれ信号機１Ａ乃至信号機１Ｅが設置されており、各交差点に向かって進行する車両に対して通行権の有無を表示する。なお、信号機１Ａ乃至信号機１Ｅは、通信回線を通じて交通管制センターに設置された信号制御装置３Ｂ（図７）の中央装置と接続されており、データを送受信することができるようになっている。前記中央装置は、交通状況等に応じて、逐次各信号機１Ａ乃至信号機１Ｅに対して信号制御に関する指示を与える機能を備えている。

これらの道路Ｒ１やＲ２上を走行する車両の中には、当該車両の走行軌跡の情報であるプローブ情報を作成し、路上通信装置宛に送信する機能を備えているものがある。
このプローブ情報とは、車両が通過した地点の位置（緯度・経度）とその地点の通過時刻とを離散的にサンプリングして時系列に並べたものであり、例えば図６に示すようなデータ形式である。図６の例では、サンプリングされる各地点において、位置や時刻の情報以外に、車両に搭載される方向指示器やワイパー等の各機器の動作状態や、各種センサのセンシング情報等が含まれており、車両の搭載する機能等において適宜こういった情報を付加することができる。

道路Ｒ１やＲ２上を含む周辺道路上には、図７のように路上通信装置２と通信アンテナ２Ａが設置されており、これらの路上通信装置２は車両の車載機が作成したプローブ情報を無線で受信することができるようになっている。
これらの路上通信装置２は、ルータ等の通信装置を介して交通管制センターに設置されたプローブ情報収集装置３Ａに対してプローブ情報を送信する。これにより、プローブ情報収集装置３Ａは、この周辺地域を走行する多数の車両からプローブ情報を収集することが可能となる。

〔交通管制センターの信号制御装置３Ｂと各交差点の信号機の基本動作〕
信号制御装置３Ｂは、各交差点の信号機１Ａ等に対して、通常、１サイクル毎に信号制御指令情報を送信している。この信号制御指令情報には１サイクル分の信号表示についての指示が含まれている。具体的には、１サイクルの長さであるサイクル長、交差する各方路に割り当てる青時間の割合（スプリット）、サイクルの開始時刻と基準時刻とのズレ（オフセット）や地点感応制御の実行可否に関する指示等が含まれている。
信号制御指令情報を受信した信号機１Ａ等は、１サイクルの開始直前の時点で到着している最新の信号制御指令情報に基づいて、当該１サイクルにおける信号制御プランを決定し、当該信号制御プランに含まれる各信号灯色の表示時間に従って各信号灯器を制御する。
なお、１サイクルとは、信号機の表示が一巡する期間のことを指し、通常は主道路側に対して青信号の表示を開始した時から、再び主道路側に対して青信号の表示を開始する直前までの期間をいう。

本発明の信号制御装置３Ｂは、制御の対象である複数の信号機をサブエリアに分割してメモリに記憶している。具体的には、サブエリアの管理番号毎に、当該サブエリアに含まれる信号機の識別番号（交差点番号）をリスト化して記憶している。
そして、同一のサブエリアに含まれる信号機に対して送信される信号制御指令情報のサイクル長は同一の値に設定される。また、同一サブエリア内の信号機に与えられるオフセットは、既に説明した通り、路線の平均車両走行速度や交差点間の距離に応じて予め記憶されており、その記憶値を信号制御指令情報に設定する。なお、方路ごとの青時間の長さ（スプリット）についても、同一のサブエリア内の信号機に対しては同一の長さを指定する。

〔サブエリア構成の決定方法〕
次に、プローブ情報収集装置３Ａによって収集されたプローブ情報を用いて信号制御装置３Ｂがサブエリア構成を決定する方法について説明する。
プローブ情報収集装置３Ａは、既述の通り、交通管制センターに設置されており、交差点Ａ乃至交差点Ｅを含む周辺地域を走行する車両の車載機が送信するプローブ情報を収集する機能を備えている。この場合、走行する車両の全てがプローブ情報を作成して送信する機能を有する車載機を搭載しているとは限らないが、搭載率が所定以上（たとえば１割程度）であれば、収集したプローブ情報に基づいておおよその交通流を把握することが可能である。なお、前記車載機には、車両に取り付けられるカーナビゲーション装置や搭乗者が保持する携帯端末装置等が含まれ、車両等の移動体のプローブ情報を作成して外部出力する機能を備えていればどのようなものであっても良い。

まず、プローブ情報収集装置３Ａは、収集した全てのプローブ情報のうち、道路Ｒ１上を下り方向に走行しているものを選定する。そして、単位時間毎に、その進行方向別の割合を算出する。
この例では簡単のため、道路Ｒ１上を直進して交差点Ａ乃至交差点Ｄを連続して通過する車両（タイプＰとする）と、道路Ｒ１上を交差点Ａから交差点Ｃまで直進し、交差点Ｃで左折して交差点Ｅを通過する車両（タイプＱとする）との２つのタイプが大半を占め、これ以外の進路をとる車両（例えば交差点Ｃで右折する車両等）の割合は無視できる程度に小さいものとする。

図２は、前記タイプＰ（実線）とタイプＱ（破線）の割合を時系列にプロットしたグラフである。このように、プローブ情報によって得られた車両の進行経路別の割合に関する情報は、所定のタイミング（例えば５分毎）で信号制御装置３Ｂに通知される。
なお、プローブ情報を作成して路上通信装置に対して送信可能な車両の割合が所定以上（例えば１割以上）であれば、収集されるプローブ情報に基づいて得られる前記進行経路別の割合は、全ての車両についての進行経路別の割合と近似していると考えられるため、ここでは、プローブ情報に基づいて得られる前記進行経路別の割合を全ての車両についての進行経路別の割合の推定値として活用する。
信号制御装置３Ｂは、受信したこの割合等に基づいてサブエリア構成を決定し、同一のサブエリアに属する信号機を系統的に制御する。

この図２のグラフの前半の時間帯Ｘでは、タイプＱの車両の割合がタイプＰよりも大きく、道路Ｒ１を下り方向に走行する車両の多くは交差点Ｃで左折して交差点Ｅに進むということが分かる。
このようにタイプＰよりもタイプＱの割合が所定以上大きい場合、信号制御装置３Ｂは、交差点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｅの順番で連続して通過する車両の割合が多いのであるから、これら４つの交差点を系統的に制御し、信号機１Ａ、１Ｂ、１Ｃの３台の信号機が道路Ｒ１の下り方向進行車両に対して表示する青信号の時刻と、信号機１Ｅが道路Ｒ２の東向き進行車両に対して表示する青信号の時刻に適切なオフセットを設けて制御すれば、この地域の交通流が円滑となる、と判断する。そしてその判断に応じて、図３の（ａ）に示すように、交差点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｅの４つの交差点を少なくとも同一のサブエリアとすると決定し、信号機１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、および１Ｅを系統的に制御する。

もし、交差点Ｅを交差点Ａ等とは異なるサブエリアとした場合、道路Ｒ１上を下り方向に進行した車両は交差点Ｃで左折した後、交差点Ｅで信号待ちしなければいけなくなるケースが多くなる。この場合、交差点Ｅから西方向にできる信号待ち行列が交差点Ｃまで延びて、交差点Ｃ近傍で渋滞を引き起こす可能性が高い。
そこで、交差点Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｅの４つの交差点を連続して順番に通過可能なように青信号の時刻にオフセットを与えておくことで、交差点Ｅでの信号待ち車両の台数を減少させ、交差点Ｃ付近での渋滞発生を未然に防ぐことができるようになる。

なお、この場合、交差点Ｄをこれら４つの交差点とは異なるサブエリアとするか、同じサブエリアとするかについては、交差点Ｄよりもさらに下り方向側に存在する道路Ｒ１上の交差点も含めた交通状況を考慮して決定することができる。
例えば、交差点Ｄよりも下り方向にある交差点と交差点Ｄとを連続して通過する車両の割合が所定以上であれば、交差点Ｄは交差点Ｃ等と同一のサブエリアとするよりも、下り方向にある交差点と同一のサブエリアとする方が望ましい。
また、交差点Ｄよりも下り方向にある交差点と交差点Ｄとを連続して通過する車両の割合も小さい場合には、交差点Ｄは他の交差点との結びつきが小さいから、交差点Ｄを交差点Ｃなどと同一のサブエリアとしても良いし、交差点Ｄのみを１つのサブエリアとする方法でも良い。
一方、交差点Ｅから交差点Ｃに進行して交差点Ｃを左折して交差点Ｄに流入する車両の割合が大きいといった場合には、交差点Ｄを交差点ＣやＥと同じサブエリアとする方がよい。

同様に、図２のグラフの中央付近の時間帯Ｙのように、タイプＰとタイプＱの車両の割合がほぼ同じ程度であれば、交差点Ｄと交差点Ｅの双方を含めた交差点Ａ乃至交差点Ｅの５つの交差点を１つのサブエリアとすることが望ましい（図３（ｂ））。また、図２のグラフの後半の時間帯ＺのようにタイプＰの割合が大きいのであれば、交差点Ａ乃至交差点Ｄの４つを１つのサブエリアとすることが望ましく、交差点Ｅに結びつきの強い交差点が他にあるのであれば、交差点Ｅはその交差点と同じサブエリアにする方が良い（図３（ｃ））。

なお、サブエリア構成を変更した場合、異なるサブエリアに属することとなった信号機はサイクル長やオフセット（青信号の表示開始時刻）を動的に変更する必要がある。一般的な交通管制システムでは、急激に信号機のサイクル長やオフセットを変更すると、ドライバが混乱して交通の安全が損なわれる可能性があるため、一定の割合ずつ徐々に変更するといった方法が用いられる（このように徐々に変更する動作をオフセット追従という）。例えば、サイクル長を３０秒短縮したい場合に、１サイクルで一気に３０秒縮めるのではなく、１０秒ずつ３サイクルに分けて徐々に縮めるといった方法が用いられる。
仮に、プローブ情報によって得られる交通状況に応じて、信号制御装置３Ｂが頻繁にサブエリア構成を変更すると、サブエリア構成を変更した時間帯の前後において、サブエリアの変更を強いられる信号機がオフセット追従動作を頻繁に繰り返すことになるため、その影響でかえって交通流が円滑ではなくなり、渋滞が発生する可能性がある。

そこで、信号制御装置３Ｂは、サブエリア構成を変更したら、少なくとも数サイクル〜十数サイクルの間はその構成を維持するようにすることが望ましい。
また、大幅な構成変更を行うのではなく、例えば、限られた交差点のみを対象にして、構成を変更する方法でも良い。例えば、交差点Ｄを交差点Ｃと同じサブエリアとするか別のサブエリアとするかのみを判断し、それ以外の周辺のサブエリア構成は変更しないといった方法でも良いし、予め用意した複数のサブエリア構成のパタンのどれを選定するかを随時決定するといった方法でも良い。

例えば、図８のように制御対象エリア内にある９つの交差点を４つのサブエリアに分割したパタン（ａのパタン）と５つのサブエリアに分割したパタン（ｂのパタン）の２つのパタンを記憶している場合を考える。
この場合、プローブ情報収集装置３Ａによる走行経路状況の分析の結果、走行経路１のように左端の３つの交差点を連続して通過する車両と、走行経路２のように制御対象エリア内で１度ずつ右左折して通過する車両の割合が多い場合、ａのパタンでサブエリアを構成した場合、走行経路１は２つのサブエリアを通過し、走行経路２は３つのサブエリアを通過することになる。
つまり、制御対象エリア内における代表的な走行経路について、サブエリアをまたぐ回数は合計３回となる。

一方、ｂのパタンでサブエリアを構成した場合には、走行経路１は１つのサブエリア内を通過し、走行経路２は２つのサブエリアを通過することになり、サブエリアをまたぐ回数は合計１回となる。
同一のサブエリア内を走行する場合には系統的に制御されているために信号待ちを強いられる可能性が低いのに対し、異なるサブエリア間をまたいで走行する場合には、その地点で信号待ちしなければならない可能性が高くなる。したがって、この例では、信号制御装置３Ｂは、ｂのパタンを採用してサブエリアを構成する。このようにすれば、車両がサブエリアをまたいで走行する回数が少なくなるため、ａのパタンに比べて制御対象エリア内での信号待ちの回数を少なくすることができ制御対象エリア内の交通流を円滑なものとすることが可能になる。

このように、プローブ情報予め記憶しておいた複数のサブエリア構成のパタンの中から、現在の走行経路の傾向に最も適した構成を選定するといった方法を採用することも可能である。

なお、本発明における信号制御装置３Ｂや信号機１Ａ等は、１の筐体によって実現されていても良いし、複数の筐体の組み合わせによって実現されても良い。また、これらは、それぞれ１つのコンピュータによって実現されていても良いし、複数のコンピュータを組み合わせて実現されていても良い。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明に係る交通信号制御システムの信号機が設置された交差点の地理的関係を示す模式図である。 プローブ情報に基づいて得られる走行経路別の車両台数の割合の推移の一例を示す図である。 （ａ）乃至（ｃ）は、サブエリア構成の一例を示す図である。 下り方向のスルーバンドを確保するようなオフセットを与えたオフセット図の一例を示す図である。 下り方向と上り方向の双方のスルーバンドを確保するようなオフセットを与えたオフセット図の一例を示す図である。 プローブ情報の一例を示す図である。 本発明の交通信号制御システムのうち、プローブ情報の収集に関わる機器構成の一例を示す図である。 （ａ）及び（ｂ）は、予め記憶するサブエリア構成のパタンの一例を示す図である。

符号の説明

１Ａ乃至１Ｅ 信号機
２ 路上通信装置
２Ａ 通信アンテナ
３Ａ プローブ情報収集装置
３Ｂ 信号制御装置
４ 中央ルータ

Claims (4)

1. 制御対象エリア内の複数の信号機を複数のサブエリアにグループ化し、一のサブエリアに属する信号機が複数の場合にこれらの信号機を同一のサイクル長で動作させる交通信号制御システムであって、
   前記制御対象エリア内を走行する車両から当該車両の走行軌跡の情報であるプローブ情報を受信する通信装置と、
   複数の車両から受信したプローブ情報に基づいて前記制御対象エリア内の走行経路のうち割合の大きい１又は複数の代表走行経路を抽出する代表走行経路抽出手段と、
   抽出された前記代表走行経路がサブエリアの境界を通過する回数が小さくなるようにサブエリア構成を決定するサブエリア構成決定手段とを備えること
   を特徴とする交通信号制御システム。
2. 請求項１に記載の交通信号制御システムに用いられ、前記サブエリア構成決定手段を備えることを特徴とするサブエリア構成決定装置。
3. コンピュータを、請求項２に記載のサブエリア構成決定装置として動作させるためのコンピュータプログラム。
4. 制御対象エリア内の複数の信号機を複数のサブエリアにグループ化し、一のサブエリアに属する信号機が複数の場合にこれらの信号機を同一のサイクル長で動作させる交通信号制御システムにおけるサブエリア構成の決定方法であって、
   前記制御対象エリア内を走行する車両の走行軌跡の情報であるプローブ情報に基づいて前記制御対象エリア内の走行経路のうち割合の大きい１又は複数の代表走行経路を抽出するステップと、
   抽出された前記代表走行経路がサブエリアの境界を通過する回数が小さくなるようにサブエリア構成を決定するステップとを備えること
   を特徴とする方法。

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