JP6334687B2 - 正確な自動車道路速度制御を行う方法およびコンピュータプログラム製品 - Google Patents
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Description
前記自動車道路を複数の区間に分割するステップであって、各区間は、離散的な速度値の形式でVSL制御設定を示すように構成された1個以上の可変速度制限(VSL)地点を含む、分割するステップと、
VSL制御設定のすべての可能な組合せを含む各区間の初期解空間を定義し、制約に基づく、および/または、巨視的交通分析に基づく縮小方式を適用することにより、各区間の初期解空間を縮小するステップと、
結果として得られる残留解空間に基づいて、反復的解探索を実行することにより、それぞれの区間の前記VSL地点によって示されるVSL制御設定の組合せを解の組合せとして評価するステップであって、該反復的解探索では、VSL制御設定の組合せの選択された候補サブセットに対して、制限された数の微視的シミュレーションとともに巨視的シミュレーションが適用される、評価するステップと
を備える。
Size(S)=f(nmic,n1区間内のVSL組合せ,n区間)
自動車道路区間iが、過去の速度制限提案(S1,S2,...,SY)を有するY個のVSL地点を含むとする。安全性の理由から、および、ある速度セットから別の速度セットへの滑らかな遷移を容易にするために、新たな速度制限提案(S1′,S2′,...,SY′)に複数の制約を課すことができる。例えば、同じVSL地点からの速度提案は、滑らかな遷移を促進するため、Xkm/hよりも大きく相違しないようにしてもよい。というのは、(非特許文献6で評価されているように)過去の値からの変動が大きい速度ほど運転者が速度提案を守らない可能性が高いからである。滑らかな遷移の要件から外れるVSL値を含むVSL組合せは解セットから除外される。
速度制限提案は、すべての車両が、VSL地点から提案される速度制限を、次のVSL地点に到達する前に守ることができることを保証すべきである。例えば、あるVSL地点jで提案される速度がSPjであり、車両が速度SP0でその下流領域に入る場合、その車両は、次のVSL地点j+1に到達する前に加速/減速することによって提案速度SPjに調整することができるべきである。
この段階では、計算量的に安価な方法を用いてVSL組合せのパフォーマンスを無制御のケースのパフォーマンスと比較することにより、VSL組合せは拒否される。例えば、現在の交通条件を考慮して無制御ケースの微視的シミュレーションを実行し、全遅延Duを計算する。そして、自由流条件下でのVSLケースφ:{Sφ1,Sφ2,...,SφY}の全遅延を、検査対象の区間の所望の速度とVSL組合せφに従う車両の規定速度との差の総計として推定し、それが無制御ケースの遅延よりも大きい場合、当該VSLケースを拒否する。
この方法では、VSL地点の各下流領域に対する巨視的交通パラメータの過去の(履歴の)検出を収集し、平均速度と対応する交通密度との間の関係を近似する関数、平均速度=f(密度)、を定める。
最良の場合、自動車道路は、自動車道路交通に対するVSL提案の効果を把握するために1つの区間としてモデル化される。しかし、計算量的な制約により、自動車道路は複数の区間に分割される場合があり、区間数が多くなるほど、他の自動車道路区間に対するVSL提案の効果の理解が困難になる。このような事態はVSL制御手法に対して問題を生じる可能性がある。というのは、ある区間に対する最適なVSL解が、その区間での遅延および燃費を改善する一方、近隣区間および自動車道路全体での交通条件を悪化させるかもしれないからである。
ObjF(S1,S2,...,SY)=遅延(S1,S2,...,SY)+α×燃費(S1,S2,...,SY)+β×汚染物質排出(S1,S2,...,SY)
ただし、α,βは重みである。目的が、1つのパラメータ(すなわち全遅延)を最小化し、燃費をX2%、汚染物質をX3%低減することである場合、ラグランジュ緩和法のような他の方法を適用して目的関数に制約を導入することができる。
初期サブセットが、各VSL地点に対するすべての自動車道路車線で同じ速度制限を設定するVSL組合せを返す巨視的最適化によりVSL組合せを定義することにより、生成される。この方法では、巨視的交通モデルが適用され、自動車道路区間は、現在の交通量および期待される流入量/流出量が与えられた孤立した区間として扱われる。2次以上のモデルを適用した後、最適化基準(すなわち全所要運行時間の最小化)に基づいてVSL値が設定される。VSL値は、全車線で同一であり、VSL地点間でのみ異なる(S1,...,S1,...,S2,...,S2,...,SY,...,SY)。その後、合流(merge)車線や集散(collector)車線での減速のようなわずかな変更を適用することによって、巨視的最適化に基づくVSL解に基づいて新たなVSL組合せが生成される。生成されるVSL設定の例として(S1,...,S1−ε1,...,S2,...,S2−ε2,...,SY,...,SY−εY)∈S″が挙げられる。ただし、(ε1,ε2,...,εY)∈Z≧0,(ε1,ε2,...,εY)≦εlim(単位km/h)であり、確率分布によって生成可能である。
初期サブセットを定義した後、VSLケースのパフォーマンスの近似に対して計算量的に低コストの方法を適用し、いくつかのVSLケースを初期サブセットから除外する。残りのVSLケースに対して、各VSLケースのパフォーマンスを特徴づける目的関数の値を微視的シミュレーションによって計算する。初期母集団のパフォーマンスの一例は次の通りである。
残留初期母集団Si″→Si,res″から、第1世代の交叉段階が開始され、新たな子が生成される。ただし、すべての子は解空間S″に属する。3親交叉(three-parent crossover)、2点交叉、一様および半一様交叉等のようなさまざまな交叉型が適用可能である。生成される子をパフォーマンス近似方法によりテストし、低パフォーマンスの子を拒否する。次世代は、前世代の優良メンバーと、計算量的に低コストのパフォーマンス近似方法でパフォーマンスチェックを通過した子を含む。
その後、新世代の子に突然変異を適用する。突然変異技法は、速度の置換(すなわち{S1,S2,...,Sn}→{S2,S1,...,Sn})により速度値をランダムに変更してもよい。
最後に、VSL制御ケースが微視的シミュレーションにより実行され結果が受容可能解空間内にあるとき、または、微視的シミュレーション数が目標計算時間を逸脱したとき(新世代の数がしきい値αより大きく、受容可能解が見つからない)、新しい候補サブセットの生成は終了する。
Claims (23)
- 自動車道路速度制御を行う方法において、
分割手段が前記自動車道路を複数の区間に分割し、各区間は、離散的な速度値の形式でVSL制御設定を示すように構成された1個以上の可変速度制限(VSL)地点を含み、
縮小手段が、VSL制御設定のすべての可能な組合せを含む各区間の初期解空間を定義し、制約に基づく、および/または、巨視的交通分析に基づく縮小方式を適用することにより、各区間の初期解空間を縮小し、
評価手段が、結果として得られる残留解空間に基づいて、反復的解探索を実行することにより、それぞれの区間の前記VSL地点によって示されるVSL制御設定の組合せを解の組合せとして評価し、該反復的解探索では、VSL制御設定の組合せの選択された候補サブセットに対して、制限された数の微視的シミュレーションとともに巨視的シミュレーションが適用される、
ことを特徴とする、自動車道路速度制御を行う方法。 - 前記区間が、重複のない隣接する自動車道路区画の形式で生成されることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 自動車道路の区間への分割は、前記VSL地点のVSL制御設定が更新されようとするたびに実行されることを特徴とする請求項1または2に記載の方法。
- 目標計算時間は、VSL更新が実行されるべき時刻に基づいて決定されることを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1項に記載の方法。
- 推定手段が、相異なる区間の微視的シミュレーションを実行するのに要する時間を、現在の交通条件に基づいて推定することを特徴とする請求項1ないし4のいずれか1項に記載の方法。
- 前記区間の長さが、自動車道路における現在の交通量、目標計算時間、微視的シミュレーションの所要時間および所望の正確さのレベルの少なくとも1つのパラメータを考慮して動的に調整されることを特徴とする請求項1ないし5のいずれか1項に記載の方法。
- 前記制約に基づく縮小方式が、安全性、実用性および/または実行可能性のチェックに基づくことを特徴とする請求項1ないし6のいずれか1項に記載の方法。
- 前記制約に基づく縮小方式が、過去のVSL制御設定との両立性に基づいてVSL制御設定をチェックする方式を含むことを特徴とする請求項1ないし7のいずれか1項に記載の方法。
- 前記制約に基づく縮小方式が、VSL制御設定の自己整合性をチェックする方式を含むことを特徴とする請求項1ないし8のいずれか1項に記載の方法。
- 前記制約に基づく縮小方式が、VSL制御設定のパフォーマンスを無制御のケースのパフォーマンスと比較する方式を含むことを特徴とする請求項1ないし9のいずれか1項に記載の方法。
- 前記巨視的交通分析に基づく縮小方式が、履歴データに対して実行される分析に基づいて、平均速度と交通密度との間の関係を規定し、現在の交通条件によって期待されるよりも高い速度値を含むVSL制御設定の組合せを拒否する方式を含むことを特徴とする請求項1ないし10のいずれか1項に記載の方法。
- 前記巨視的交通分析に基づく縮小方式が、境界条件分析を実行することにより、ある区間に適用されたときに他の区間の交通条件を悪化させるVSL制御設定の組合せを除去する方式を含むことを特徴とする請求項1ないし11のいずれか1項に記載の方法。
- 前記残留解空間内で無制御のケースよりも良好なパフォーマンスを有するVSL制御設定のすべての組合せを含む受容可能解空間が規定されることを特徴とする請求項1ないし12のいずれか1項に記載の方法。
- 受容可能解空間が、意図されるパフォーマンス基準を指定する目的関数を解くことによって求められることを特徴とする請求項1ないし13のいずれか1項に記載の方法。
- 前記パフォーマンス基準が、遅延、燃費および汚染物質排出のパラメータの少なくとも1つを考慮することを特徴とする請求項14に記載の方法。
- 前記反復的解探索が、前記残留解空間からVSL制御設定の組合せの初期候補サブセットを選択し、該初期候補サブセットに第1回の微視的シミュレーションを適用するステップを含むことを特徴とする請求項1ないし15のいずれか1項に記載の方法。
- 前記初期候補サブセットのサイズが、目標計算時間、微視的シミュレーションの推定実行時間、および前記初期解空間のサイズに依存して制限されることを特徴とする請求項16に記載の方法。
- 前記反復的解探索が、微視的シミュレーションフィードバックに基づいて、後続の候補サブセットを選択し、該後続の候補サブセットに次回の微視的シミュレーションを適用するステップを含むことを特徴とする請求項16または17に記載の方法。
- 前記微視的シミュレーションを適用する前に、既に検査したVSL制御設定の組合せよりも明らかに悪いVSL制御設定の組合せを除外するために、解近似方式が前記反復的解探索の各回に適用されることを特徴とする請求項16ないし18のいずれか1項に記載の方法。
- 前記反復的解探索は、検査対象の候補サブセットに属するVSL制御設定の組合せが前記受容可能解空間内にある解を返したとき、または、所定の最大数の候補サブセットを検査したときに終了されることを特徴とする請求項16ないし19のいずれか1項に記載の方法。
- 前記候補サブセット選択が、遺伝的アルゴリズムを適用することによって実行されることを特徴とする請求項16ないし20のいずれか1項に記載の方法。
- 前記候補サブセット選択に関連して交叉および/または突然変異技法が適用されることを特徴とする請求項16ないし21のいずれか1項に記載の方法。
- 自動車道路速度制御を行う装置としてコンピュータを機能させるプログラムであって、
前記自動車道路を複数の区間に分割する手段であって、各区間は、離散的な速度値の形式でVSL制御設定を示すように構成された1個以上の可変速度制限(VSL)地点を含む、分割する機能と、
VSL制御設定のすべての可能な組合せを含む各区間の初期解空間を定義し、制約に基づく、および/または、巨視的交通分析に基づく縮小方式を適用することにより、各区間の初期解空間を縮小する機能と、
結果として得られる残留解空間に基づいて、反復的解探索を実行することにより、それぞれの区間の前記VSL地点によって示されるVSL制御設定の組合せを解の組合せとして評価する手段であって、該反復的解探索では、VSL制御設定の組合せの選択された候補サブセットに対して、制限された数の微視的シミュレーションとともに巨視的シミュレーションが適用される、評価する機能と、
を前記コンピュータに実現することを特徴とするプログラム。
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