JP5343637B2 - 信号制御装置 - Google Patents

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Description

この発明は、交差点に設置されている信号機の現示表示を制御する信号制御装置に関する。
従来、信号制御装置は、設定されている信号制御パラメータに基づいて、交差点に設置されている信号機の現示表示を制御している。信号制御パラメータには、サイクル、スプリット、オフセット等がある。サイクルは信号灯器の1周期の時間であり、スプリットは1サイクル(1周期)に占める各現示の割合である。また、オフセットは、交差点間のサイクル開始タイミングの差である。
信号制御パラメータは、設置されている交差点の交通状況に応じて適正に設定する必要がある。具体的に言えば、信号制御パラメータは、交差点において各方向に進行する車両群に対して、赤時間が長すぎず、また、青時間が短すぎないように、交通需要や、飽和交通流率を考慮してバランス良く設定する必要がある。飽和交通流率とは、簡単に言うと、単位時間当たりに、交差点を通過できる車両の最大台数である。この飽和交通流率は、交通条件、道路条件、天候条件等によって異なるほか、通過する車両の大きさと性能、運転手の技量、さらには地域特性によっても異なることが知られている(非特許文献1参照)。このことから、飽和交通流率は、非特許文献1にも記載されているように、実測結果に基づくことが好ましい。また、特許文献1では、プローブ車載機が搭載されている2台の車両との無線通信により、その車両の走行軌跡を取得することによって、これら2台の車両に挟まれた通過車両の台数を実測し、飽和交通流率を含む交通流パラメータを算出することを提案している。
特開2007−241429号公報
「改訂 交通信号の手引き」(社)交通工学研究会 編集・発行. 丸善(株)・ 平成 18年7月
しかしながら、交差点の流入リンク(流入路)における信号待ち車両(停止車両)の台数の増加にともなって、単位時間あたりに交差点を通過する車両の台数(交通流率)が低下することがある。すなわち、交通流率は、交差点の流入リンクにおける信号待ち車両の台数の増加にともなって低下することがある。このような現象が生じる原因は、青信号に変わってから、最後尾車両が発進するまでの時間が長くなることである。具体的には、信号待ちの最後尾車両の発進が遅れることで、上流側の交差点を通過して当該流入リンクに流入してきた車両が、この最後尾車両に追いついてしまう。このため、この追いついた車両は、最後尾車両に追突するのを避けるために減速する。また、この追いついた車両の後続車両も、前方車両に追突するのを避けるために減速する。これにより、当該流入リンクにおける車両の平均速度が低下する。その結果、当該流入リンクの旅行時間が増大し、今回の青信号の間に、交差点を通過することができる車両の台数が減少する。また、交差点を通過できなかった車両は、捌け残り車両として流入リンク内に残るので、当該流入リンクにおいて信号待ちで停止する車両が増大していき、渋滞を発生させる。
このような渋滞の発生を抑える方法としては、青時間を延長することが考えられる。しかし、隣接する交差点では、車両が交差点毎に停止、発進を繰り返さないように、信号制御パラメータのサイクルを同じにしている。また、オフセットについても、ほぼ同じにしている。したがって、上述した青時間を延長する方法では、サイクルを変化させないためには、延長した青時間だけ、交差側の青時間を短縮することになる。このため、この青時間を延長する方法は、交差側の交通需要が比較的小さい交差点であれば特に問題は生じないが、交差側においてもある程度の交通需要がある交差点では、交差側で渋滞を発生させることになる。
この発明の目的は、交差点で停止する信号待ち車両の台数を制限することによって、渋滞の発生を抑制するとともに、渋滞が発生した場合には、発生した渋滞を適正に緩和できる信号制御装置を提供することにある。
この発明の信号制御装置は、上記目的を達するために、以下のように構成している。
この信号制御装置では、推定手段が交差点の下流側に位置する下流交差点のリンクにおける、信号待ちで停止している停止車両群の行列長を推定する。この停止車両群の行列長は、最後尾車両の位置を得ることで推定できる。最後尾車両の位置は、例えば、撮像装置を用い、下流交差点のリンクを撮像している撮像画像を取り込み、この撮像画像を処理することで得られる。また、下流交差点のリンク上の感知位置において、車両の通過を感知する感知器、および、車両に搭載されているプローブ車載機と無線通信を行う無線通信端末を用いて、最後尾車両の位置を得ることもできる。具体的には、無線通信端末を介して、プローブ車載機を搭載している車両の走行軌跡を取得し、この車両について下流交差点のリンク上の停止位置を得る。また、このプローブ車載機を搭載している車両以降に感知位置を通過した通過車両台数を得る。すなわち、このプローブ車載機を搭載している車両の後ろに停止している車両の台数を得る。そして、平均車長を用いて、最後尾車両の位置を算出する。このようにすれば、プローブ車載機の搭載率が低い場合でも、最後尾車両の位置を精度良く推定できる。さらには、下流交差点のリンクに流入した車両の台数と、下流交差点を通過した車両の台数と、を感知器で感知し、これらの台数の差分と、平均車長を用いて、最後尾車両の位置を算出し、得ることもできる。
また、判定手段が、推定手段で推定された下流交差点のリンクにおける停止車両群の行列長が予め定めた閾値長さを超えているかどうかを判定する。この閾値長さは、青信号に変わり、上流側に位置する交差点を通過して下流交差点のリンクに流入してきた車両が、当該リンクにおいて、信号待ちで停止している最後尾車両に対して追突を避けるために減速することになる長さの最小値(最後尾車両に対して追突を避けるために減速しなくてもよい長さの最大値)付近にすればよい。すなわち、閾値長さは、交差点における下流交差点へ流入する直進車両に対するスプリットの開始にともなって発進した、当該交差点において信号待ちで停止していた先頭車両の推定走行軌跡と、下流交差点のリンクにおける、信号待ちで停止している停止車両群の各車両の推定走行軌跡と、に基づいて得られた、前記先頭車両が追いつく前記停止車両群に属する車両の停止位置によって定めればよい。
そして、判定手段が下流交差点のリンクにおける停止車両群の行列長が予め定めた長さを超えていると判定した場合、スプリット制御手段が、この下流交差点へ流入する直進車両に対するスプリットを小さくする(対応する現示を短縮する。)。スプリット制御手段は、下流交差点へ流入する直進車両に対するスプリットを小さくする度合を、推定手段が推定した下流交差点のリンクにおける停止車両群の行列長と、閾値長さと、の差分の大きさに応じて調整する。これにより、下流交差点のリンクに流入する車両の台数が減少し、下流交差点のリンクで停止する信号待ち車両の台数(行列長の長さ)が抑えられる。したがって、下流交差点のリンクにおける車両の平均速度の低下が抑えられる。すなわち、下流交差点の交通流率の低下が抑えられ、渋滞の発生が抑制できるとともに、渋滞が発生した場合には、発生した渋滞を適正に緩和できる。
この発明によれば、下流交差点の交通流率の低下が抑えられ、渋滞の発生が抑制できるとともに、渋滞が発生した場合には、発生した渋滞を適正に緩和できる。
この発明の実施形態である信号制御装置が適用される道路網を示す概略図である。 信号制御装置の主要部の構成を示す図である。 交差点Bの流入リンクにおける信号待ち停止車両の行列長を算出する方法を説明する図である。 信号制御装置の動作を示すフローチャートである。 交差点Aの主現示のスプリットの変更による、交差点Bの流入リンクにおける信号待ち停止車両の行列長の変化を示す図である。
以下、この発明の実施形態である信号制御装置について説明する。
まず、最初に、この発明の実施形態にかかる信号制御装置を適用する道路網について説明する。図1は、この発明の実施形態である信号制御装置が適用される道路網を示す概略図である。図1では、2つの交差点(交差点A、および交差点B)を示している。各交差点A,Bには、車両の進行方向毎に、信号機10(図では、1つしか示していない。)が設置されている。また、各交差点A,Bには、設置されている信号機10の現示表示を制御する信号制御装置1(1a,1b)が設けられている。ここでは、交差点Bが、所謂ボトルネックの交差点である。この交差点Bの交通流率が低下すると、この交差点Bを含む周辺道路網で渋滞が発生しやすくなる。言い換えれば、交差点Bの交通流率の低下を抑えることによって、渋滞の発生の抑制や、発生した渋滞の緩和が行える。
この発明の実施形態にかかる信号制御装置1aは、交差点Aに設置されている信号機10の現示表示を制御し、交差点Bにおける交通流率の低下を抑える。信号制御装置1bについては、この発明にかかる構成を備えたものであってもよいし、公知の構成によるものであってもよい。
信号制御装置1aは、設定されている信号制御パラメータに基づいて、交差点Aの信号機10の現示表示を制御する。信号制御装置1bは、設定されている信号制御パラメータに基づいて、交差点Bの信号機10の現示表示を制御する。信号制御装置1aに設定されている信号制御パラメータのサイクルと、信号制御装置1bに設定されている信号制御パラメータのサイクルと、は同じである。また、交差点Aにおいて、交差点Aを通過して、交差点Bの流入リンクに流入する直進車両に対する現示の開始タイミング(青時間の開始タイミング)と、交差点Bにおいて、交差点A側から交差点Bの流入リンクに流入した車両に対する現示の開始タイミングとは、ほぼ同じタイミングである。
なお、交差点A,Bにおける各現示のスプリット等は、周辺道路網における交通需要に応じて定めればよく、同じであってもよいし、異なっていてもよい。ここでは、交差点Aにおいて、交差点Aを通過して、交差点Bの流入リンクに流入する直進車両に対する現示のスプリットは、交差点Bにおいて、交差点A側から交差点Bの流入リンクに流入した車両に対する現示のスプリット以上であるものとする。
また、以下の説明では、交差点Aにおいて、交差点Aを通過して、交差点Bの流入リンクに流入する直進車両(交差点Aでの右左折により、交差点Bの流入リンクに流入しない車両も含む。)に対する現示を交差点Aの主現示と言い、交差する側の車両に対する現示を交差点Aの交差側現示と言う。交差点Bにおいて、交差点A側から交差点Bの流入リンクに流入した車両に対する現示を交差点Bの主現示と言い、交差する側の車両に対する現示を交差点Bの交差側現示と言う。
また、交差点Bの流入リンクには、車両の通過を感知する感知器11が設けられている。感知器11としては、金属感応型(ループ式、磁気式等)、固体感応型(超音波式、レーダ式等)等が公知である。この感知器11の感知位置は、交差点Aに近い位置である。また、交差点Bの出口側には、通過する車両に搭載されているプローブ車載機と無線通信を行う無線通信端末12が設けられている。プローブ車載機は、公知のように、搭載されている車両について、位置、速度、時刻等の走行データを収集する装置である。現状、プローブ車載機を搭載している車両(以下、プローブ車両と言う。)は、主にタクシー、バス等の公共交通にかかる車両であるが、一般車両への普及も進んでいる。
図2は、この発明の実施形態である信号制御装置の主要部の構成を示す図である。この発明の実施形態である信号制御装置1aは、制御部2と、感知信号入力部3と、走行データ入力部4と、表示制御部5と、記憶部6と、通信部7と、を備えている。信号制御装置1aは、交差点Aに設置されている信号機10毎に、その現示表示を制御する。制御部2は、信号制御装置1a本体各部の動作を制御する。感知信号入力部3は、接続されている感知器11の出力である車両感知信号が入力される。車両感知信号は、感知位置における車両の有無を示す信号である。この感知信号により、感知位置を通過した車両の台数を得ることができる。
走行データ入力部4は、接続されている無線通信端末12を介して、プローブ車両に搭載されているプローブ車載機が収集した走行データを取得する。表示制御部5は、交差点Aに設置されている各信号機10の現示表示を制御する。記憶部6は、設定されている信号制御パラメータや、動作時に使用する各種データを記憶している。また、後述するスプリット制御を行うかどうかの判定に用いる、交差点Bの流入リンクにおける信号待ち停止車両の行列長の閾値等も記憶している。通信部7は、図示していない交通管制センタとの間におけるデータ通信を行う。
この信号制御装置1aは、交差点Bの流入リンクにおけるプローブ車両の停止位置、および、このプローブ車両以降に感知器11の感知位置を通過した車両の台数に基づいて、交差点Bの流入リンクにおける最後尾車両の位置を推定する。信号制御装置1は、無線通信端末12を介して、交差点Bの流入リンクに信号待ちで停止しているプローブ車両に搭載されているプローブ車載機から、このプローブ車両の走行データを取得する。信号制御装置1は、取得した走行データを処理し、このプローブ車両が感知器11の感知位置を通過した時刻を得る。また、感知器11から入力された感知信号を用いて、プローブ車両が感知位置を通過した時刻以降に、この感知位置を通過した車両の台数を得る。そして、最後尾車両の停止位置を、平均車長Lを用いて、
最後尾車両の位置=(プローブ車両の停止位置)
+(プローブ車両以降に感知位置を通過した車両の台数)
×(平均車長L+停止時における前方車両との車間距離)
により推定する。交差点Bの流入リンクにおける信号待ち停止車両の行列長は、交差点Bの停止線から、推定した最後尾車両の位置までの長さとすればよい。
信号制御装置1aは、推定した交差点Bの流入リンクにおける信号待ち停止車両の行列長が、予め定められている閾値を超えているかどうかを判定する。交差点Bの流入リンクにおける信号待ち停止車両の行列長の閾値は、交差点Bの流入リンクで停止している信号待ちの最後尾車両に対して、上流側の交差点Aを通過して当該リンクに流入してきた直進車両が追突を避けるために減速することになる長さの最小値(最後尾車両に対する追突を避けるために減速しなくてもよい長さの最大値)付近に設定される。
この閾値は、実際に計測することによって、道路状況に応じた値に設定できるが、以下の方法で算出してもよい。図3は、交差点Bの流入リンクにおける信号待ち停止車両の行列長の閾値を算出する方法を説明する図である。図3では、交差点Aの主現示の開始タイミングと、交差点Bの主現示の開始タイミングと、は同じタイミングである。また、ここでは説明を簡単にするため、各車両の走行時の走行速度を一定速度Vとし、停止状態から、この一定速度Vに達するまでの加速期間における速度変動については考慮していない。
図3に示す発進波は、交差点Bの流入リンクにおける、発進車両の位置(発進位置)と、発進時刻と、の関係を示す直線である。この発進波は、発進位置をX(交差点Bの流入リンクの停止線位置からの距離)とすると、
X=α×T
αは、発進波の伝播速度、
Tは、交差点Bの主現示の開始タイミングからの経過時間、
で表される。
また、図3には、この交差点Aで信号待ちで停止していた先頭車両(交差点Aの先頭車両)の走行軌跡を示している。この先頭車両の走行速度も、一定速度Vである。この先頭車両の位置は、交差点Bの流入リンクの停止線位置からの距離をYとすると、
Y=link−V×T
linkは、交差点Aの停止線(交差点Bの流入リンクに流入する直進車両に対する停止線)と、交差点Bの停止線(交差点Bの流入リンクから交差点Bに流入する車両に対する停止線)との距離、
Vは、先頭車両の速度、
Tは、交差点Aの主現示の開始タイミングからの経過時間(ここでは、交差点Bの主現示の開始タイミングからの経過時間と等しい。)、
で表される。
交差点Bの流入リンクで信号待ちで停止している最後尾車両の位置が、図3に示す発進波と、交差点Aの先頭車両の走行軌跡と、の交点よりも交差点B側であれば、交差点Aの先頭車両は、交差点Bの流入リンクで、追突を避けるために減速しなくてよい。したがって、交差点Bの流入リンクにおける信号待ち停止車両の行列長の閾値limitは、
limit=α×link/(α+V)
とすればよい。
なお、ここでは、交差点Aにおいて信号待ちで停止している先頭車両と、交差点Bの流入リンクで停止している最後尾車両と、の車間距離については、考慮していないので、実際には、上記limitは、この方法で算出される値よりも、車間距離の分だけ短くなる。また、交差点Aの主現示の開始タイミングT1(青信号の開始タイミング)と、交差点Bの主現示の開始タイミングT2と、が異なるタイミングである場合には、この時間差をβ(β=T2−T1)とすれば、
X=α×T
Y=link−V×(T+β)
となり、
limit=α×(link+V×β)/(α+V)
とすればよい。
信号制御装置1aは、推定した交差点Bの流入リンクにおける信号待ち停止車両の行列長が、予め定められている閾値(limit)を超えていると、交差点Aの主現示のスプリットを小さくする。これにより、交差点Aを通過して、交差点Bの流入リンクに流入する直進車両の台数が減少する。したがって、交差点Bの流入リンクにおける信号待ちの停止車両の行列長が短くなる。
なお、信号制御装置1aは、交差点Aの主現示のスプリットを小さくした場合、ここでカットした時間は、交差側現示や、右折専用現示等に割り振り、サイクルを一定に保つ。また、図1に示すように、無線通信端末12は、交差点Bの出口側に設置されているので、実際には、1サイクル前の最後尾車両の位置を算出することになる。すなわち、1サイクル前の最後尾車両の位置に基づいて、信号機10の現示表示を制御する。
図4は、この発明の実施形態である信号制御装置の動作を示すフローチャートである。信号制御装置1aは、交差点Bの流入リンクにおける信号待ち停止車両の行列長を推定する推定タイミングになるのを待っている(s1)。信号制御装置1aは、推定タイミングになると、交差点Bの流入リンクにおける信号待ち停止車両の行列長を推定する(s2)。この推定タイミングは、交差点Aの主現示の開始タイミングの直前とするのが好ましい。その理由は、交差点Aで右左折して交差点Bの流入リンクに流入した車両も加えて、交差点Bの流入リンクにおける停止車両の行列長を推定できるからである。s2にかかる行列長の推定は、上述した処理で行われる。
信号制御装置1aは、s2で推定した行列長が、予め定められている閾値を超えているかどうかを判定する(s3)。信号制御装置1は、s2で推定した行列長が閾値を超えていなければ、今回のサイクルにおける交差点Aの主現示のスプリットを設定されている信号制御パラメータの値に保持し(s4)、s1に戻る。
信号制御装置1は、s2で推定した行列長が閾値を超えていれば、今回のサイクルにおける交差点Aの主現示のスプリットを小さくする度合を算出する(s5)。s5では、例えば、交差点Bの流入リンクにおける信号待ち停止車両の行列長(s2で推定した行列長)と、閾値と、の差分に、予め定めた比例定数γを乗じた値を、スプリットを小さくする度合として算出する。また、交差点Bの流入リンクにおける信号待ち停止車両の行列長と、閾値と、の差分の大きさで区分したステップ毎に、交差点Aの主現示のスプリットを予め設定しておき、該当する差分の大きさに応じたスプリットを選択するようにしてもよい。さらには、交差点Bの流入リンクにおける信号待ち停止車両の行列長と、閾値と、の差分に応じて、このスプリットを短縮する時間を算出してもよい。
なお、いずれの場合も、s2で推定した行列長と、閾値と、の差分が大きくなるにつれて、交差点Aの主現示のスプリット(交差点Aの主現示の時間)が小さくなる。
信号制御装置1aは、s5で算出した度合に基づいて、今回のサイクルにおける交差点Aの主現示のスプリットを変更する(s6)。信号制御装置1aは、s4、またはs6にかかる処理が完了すると、s1に戻り、上述した処理を繰り返す。
このように、この信号制御装置1aは、交差点Bの流入リンクにおける信号待ち停止車両の行列長が、上流側の交差点Aを通過して当該リンクに流入してきた直進車両が追突を避けるために減速することになる長さを超えると、交差点Bの流入リンクに流入する直進車両の台数を減少させる。例えば、通常時の信号制御パラメータであれば、図5(A)に示すように、今回のサイクルで交差点Aを通過して交差点Bの流入リンクに流入できる車両Zが、交差点Aの主現示のスプリットを小さくしたことで、図5(B)に示すように、今回のサイクルで交差点Aを通過できず、交差点Aの手前で停止する。したがって、交差点Bの流入リンクにおける信号待ち停止車両の行列長が抑えられる。交差点Bの交通流率の低下が抑えられ、渋滞の発生が抑制できるとともに、渋滞が発生した場合には、発生した渋滞の緩和が適正に行える。
また、信号制御装置1aは、交差点Bの流入リンクを撮像する撮像装置を用い、この撮像装置の撮像画像を処理して、交差点Bの流入リンクで停止している先頭車両、および最後尾車両の位置を検出し、この先頭車両から最後尾車両までの長さを、交差点Bの流入リンクにおける信号待ち停止車両の行列長として推定する構成としてもよい。
なお、上記処理で交差点Aの主現示のスプリットを小さくした場合、交差点Bから交差点Aに向かって走行する車両に対する現示のスプリットも小さくなる。その結果、交差点Aで信号待ちで停止する車両が増大し、反対方向で渋滞が発生させることにもなる。そこで、
(交差点Aの青短縮時間×交差点Aの飽和交通量)>
(交差点Bの青時間×交差点Bの飽和交通量の改善率)
の条件が満足するかどうかによって、s5、およびs6にかかる処理を行うかどうかを制限してもよい。これにより、交差点Aから交差点Bの方向に走行する車両、および交差点Bから交差点Aの方向に走行する車両を考慮した信号制御が行える。
また、流入リンクにおける信号待ち車両の行列長は、この流入リンクを撮像している撮像している撮像画像を取り込んで、行う構成としてもよい。
1a−信号制御装置
2−制御部
3−感知信号入力部
4−走行データ入力部
5−表示制御部
6−記憶部
10−信号機
11−感知器
12−無線通信端末

Claims (3)

  1. 設定されている信号制御パラメータに基づいて、交差点に設置されている信号機の現示表示を制御する信号制御装置において、
    前記交差点の下流側に位置する下流交差点のリンクにおける、信号待ちで停止している停止車両群の行列長を推定する推定手段と、
    前記推定手段が推定した前記下流交差点のリンクにおける停止車両群の行列長が予め定めた閾値長さを超えているかどうかを判定する判定手段と、
    前記判定手段が前記下流交差点のリンクにおける停止車両群の行列長が前記閾値長さを超えていると判定した場合に、前記下流交差点へ流入する直進車両に対するスプリットを小さくするスプリット制御手段と、を備え、
    前記スプリット制御手段は、前記下流交差点へ流入する直進車両に対するスプリットを小さくする度合を、前記推定手段が推定した前記下流交差点のリンクにおける停止車両群の行列長と、前記閾値長さと、の差分の大きさに応じて調整し、
    前記閾値長さは、前記交差点における前記下流交差点へ流入する直進車両に対するスプリットの開始にともなって発進した、当該交差点において信号待ちで停止していた先頭車両の推定走行軌跡と、前記下流交差点のリンクにおける、信号待ちで停止している停止車両群の各車両の推定走行軌跡と、に基づいて得られた、前記先頭車両が追いつく前記停止車両群に属する車両の停止位置によって定めている、信号制御装置。
  2. 前記推定手段は、前記下流交差点のリンクにおける停止車両群の最後尾車両の位置を判断することで、この停止車両群の行列長を推定する、請求項1に記載の信号制御装置。
  3. 前記下流交差点のリンク上の感知位置において、車両の通過を感知する感知器の感知信号が入力される感知信号入力手段と、
    前記下流交差点のリンク上の車両に搭載されているプローブ車載機と無線通信を行う無線通信端末を介して、その車両の走行軌跡を取得する走行軌跡取得手段と、を備え、
    前記推定手段は、前記走行軌跡取得手段が走行軌跡を取得したプローブ車載機を搭載している車両の停止位置、および、このプローブ車載機を搭載している車両以降に前記感知位置を通過した通過車両の台数に基づいて、前記下流交差点のリンクにおける停止車両群の最後尾車両の位置を判断する、請求項2に記載の信号制御装置。
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