JP6372753B2 - 交通信号制御装置および交通信号制御方法 - Google Patents

交通信号制御装置および交通信号制御方法 Download PDF

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Description

本発明は、車両感知器より取得した情報に基づいて、信号機を制御するための制御指令情報を生成する交通信号制御装置および交通信号制御方法に関する。
従来、交通管理システムでは、円滑な交通流の確保、交通安全の確保、交通公害の抑制などを目的として、対象とする道路網の交通状況に基づいて、交差点に設置された信号機を制御する交通信号制御が行われている。多数の交差点を有する都市街路網などでは、隣接する複数の信号機を関連づけて制御する広域制御が実施され、この広域制御では、複数の交差点をグループ化したサブエリア（交差点群の最小単位）毎に最適な制御パラメータを用いて交通信号の動作が制御される。
そのようなサブエリアは、朝・夕のラッシュ時や休日などの交通状況の変化に応じて再構成（結合または非結合を選択）されることで、より適切な交通信号制御が可能となる。サブエリアの再構成については、例えば、熟練技術者が経験的にサブエリアを再構成したり、サブエリア毎に設定されたサイクル長が近いサブエリア同士を結合して１つのサブエリアとしたりする手法などが存在する。
一方、上記のような直感的な手法では、道路網における車両の遅れや停止などが考慮されないため、円滑な交通流を確保することが難しい場合がある。そこで、車両の遅れや停止などを考慮してサブエリアを再構成するための従来技術として、例えば、交通信号の系統制御において、交通状況に応じて各サブエリアにおけるサイクル長を計算し、隣接する２つのサブエリアをそれぞれのサイクル長で系統制御した場合の評価値Ａと、隣接する２つのサブエリアをサイクル長が長い方のサイクル長で結合した場合の評価値Ｂとを算出し、評価値Ａが評価値Ｂよりも大きければ、２つのサブエリアを結合するようにした交通信号制御装置が知られている（特許文献１参照）。
特開２０００−２５９９８５号公報
ところで、上記特許文献１に記載された従来技術による交通信号制御装置では、交通の乱れ（遅れ、停止）を評価するためのシミュレーションの実行時間として、サイクル長が長い方の交差点のサイクル長と、サイクル長が短い方の交差点のサイクル長との最小公倍数となる秒数を設定している。
しかしながら、そのような両サイクル長の最小公倍数となる時間は、制御指令情報（信号制御パラメータ）の生成間隔（例えば、５分）と比べてかなり大きくなる（例えば、制御指令情報の生成間隔の数倍になる）ため、リアルタイム性に欠けて実際の交通状況に対応できず、交通状況を正しく評価できない場合がある。
本発明は、このような従来技術の課題を鑑みて案出されたものであり、交通信号制御におけるサブエリアの再構成を実際の交通状況に応じて適切に実行可能とした交通信号制御装置および交通信号制御方法を提供することを主目的とする。
本発明の交通信号制御装置は、所定の制御対象エリアにおいて、複数の交差点をサブエリアとしてグループ化し、所定周期で生成した制御指令情報にて前記サブエリア毎に信号機の動作を制御する交通信号制御装置であって、前記制御対象エリアにおける前記制御指令情報、車両感知器からの感知器情報、及び前記信号機の動作実績情報を取得する交通情報取得部と、前記サブエリア間の結合および非結合に関する複数のサイクル長の候補をそれぞれ設定するサイクル長候補設定部と、前記サイクル長の候補の各々について、前記制御指令情報、前記感知器情報、及び前記信号機の動作実績情報に基づく交通流シミュレーションにより、前記サブエリア間の結合および非結合の可否を判定するための指標値を算出する指標値算出部と、前記指標値に基づき前記サブエリア間の結合または非結合を決定するサブエリア構成決定部とを備え、前記指標値算出部は、前記サブエリア間の非結合の可否を判定するための指標値を算出する場合に、当該指標値の算出対象である２つのサブエリアに対して設定された前記サイクル長の候補のうちより大きなサイクル長の候補に基づき、前記交通流シミュレーションにおいて前記信号機の信号表示の一巡に相当する信号サイクルのシミュレーションを予め設定された所定回数だけ実行した後を起点として、前記所定周期に相当する時間を超えた直後に終了した信号サイクルまでのシミュレーションから前記指標値を算出することを特徴とする。
本発明によれば、交通信号制御におけるサブエリアの再構成を実際の交通状況に応じて適切に実行することが可能となる。
実施形態に係る交通信号制御装置を備えた交通管理システムの概略を示す構成図 制御対象エリアにおけるサブエリア構成の一例を示す説明図 交通信号制御装置によるサブエリア設定の処理を示すフロー図 図３中のステップＳＴ１０２における入力データ生成部の処理の詳細を示すフロー図 図３中のステップＳＴ１０３においてサイクル長候補設定部によって設定されたサイクル長候補データの一例を示す説明図 図３中のステップＳＴ１０４における指標値算出部による処理の詳細を示すフロー図 指標値算出部によるサブエリア間の結合に関する指標値の算出方法を示す説明図 指標値算出部によるサブエリア間の非結合に関する指標値の算出方法を示す説明図 図３中のステップＳＴ１０５におけるサブエリア構成決定部による処理の詳細を示すフロー図
上記課題を解決するためになされた第１の発明は、所定の制御対象エリアにおいて、複数の交差点をサブエリアとしてグループ化し、所定周期で生成した制御指令情報にて前記サブエリア毎に信号機の動作を制御する交通信号制御装置であって、前記制御対象エリアにおける前記制御指令情報、車両感知器からの感知器情報、及び前記信号機の動作実績情報を取得する交通情報取得部と、前記サブエリア間の結合および非結合に関する複数のサイクル長の候補をそれぞれ設定するサイクル長候補設定部と、前記サイクル長の候補の各々について、前記制御指令情報、前記感知器情報、及び前記信号機の動作実績情報に基づく交通流シミュレーションにより、前記サブエリア間の結合および非結合の可否を判定するための指標値を算出する指標値算出部と、前記指標値に基づき前記サブエリア間の結合または非結合を決定するサブエリア構成決定部とを備え、前記指標値算出部は、前記サブエリア間の非結合の可否を判定するための指標値を算出する場合に、当該指標値の算出対象である２つのサブエリアに対して設定された前記サイクル長の候補のうちより大きなサイクル長の候補に基づき、前記交通流シミュレーションにおいて前記信号機の信号表示の一巡に相当する信号サイクルのシミュレーションを予め設定された所定回数だけ実行した後を起点として、前記所定周期に相当する時間を超えた直後に終了した信号サイクルまでのシミュレーションから前記指標値を算出することを特徴とする。
この第１の発明に係る交通信号制御装置によれば、サブエリア間の非結合の可否を判定するための指標値を算出する場合に、予め設定された所定回数の信号サイクルのシミュレーションの実行後（すなわち、交通流シミュレーションによる交通状況が定常状態となった後）を起点として、制御指令情報の生成周期に相当する時間を超えた直後に終了した信号サイクルまでのシミュレーションから指標値を算出するため、サブエリア間の非結合の可否を判定するための指標値を比較的短い時間で適切に算出することが可能となり、その結果、交通信号制御におけるサブエリアの再構成を実際の交通状況に応じて適切に実行することが可能となる。
また、第２の発明では、上記第１の発明において、前記指標値算出部は、前記信号機の動作実績情報から前記指標値の算出対象である前記サブエリア間のサイクル開始の時刻差の情報を取得し、当該サイクル開始の時刻差に基づく前記交通流シミュレーションにより、当該サブエリア間の非結合の可否を判定するための指標値を算出することを特徴とする。
この第２の発明に係る交通信号制御装置によれば、指標値の算出対象である２つのサブエリアのサイクル開始の時刻差を考慮した適切な交通流シミュレーションによりサブエリア間の非結合を決定することが可能となる。
また、第３の発明では、上記第１または第２の発明において、前記指標値は、前記指標値の算出対象である前記サブエリア間のリンクおよび当該２つのサブエリア内の交差点のリンクに関する遅れ時間および停止回数の線形和を前記サイクル長の候補で除した値を含むことを特徴とする。
この第３の発明に係る交通信号制御装置によれば、適切な指標値を用いてサブエリア間の結合または非結合を容易に決定することが可能となる。
また、第４の発明では、上記第１から第３の発明のいずれかにおいて、前記サブエリア構成決定部は、前記指標値の算出対象である前記サブエリア間のリンクに対する交通状態量を算出し、当該交通状態量の大きい順にしたがって複数の前記サブエリア間の結合または非結合を決定することを特徴とする。
この第４の発明に係る交通信号制御装置によれば、適切な順序でサブエリア間の結合または非結合を決定することが可能となり、サブエリアが閉ループ状に再構成されるなどの不都合を容易に回避することができる。
また、第５の発明では、上記第１から第４の発明のいずれかにおいて、前記指標値算出部は、前記交通流シミュレーションにより前記サブエリア間の結合の可否を判定するための指標値を算出する場合に、前記指標値の算出対象である２つのサブエリアに設定された前記サイクル長の候補に基づき、前記交通流シミュレーションにおいて前記信号機の信号表示の一巡に相当する信号サイクルのシミュレーションを予め設定された所定回数だけ実行し、その最後に実行した信号サイクルのシミュレーションから前記指標値を算出することを特徴とする。
この第５の発明に係る交通信号制御装置によれば、サブエリア間の結合の可否を判定するための指標値を算出する場合に、予め設定された所定回数の信号サイクルのシミュレーションを実行し、その最後に実行した信号サイクルのシミュレーションから指標値を算出するため、サブエリア間の結合の可否を判定するための指標値を比較的短い時間で適切に算出することが可能となり、その結果、交通信号制御におけるサブエリアの再構成を実際の交通状況に応じて適切に実行可能となる。
また、第６の発明は、所定の制御対象エリアにおいて、複数の交差点をサブエリアとしてグループ化し、所定周期で生成した制御指令情報にて前記サブエリア毎に信号機の動作を制御する交通信号制御方法であって、前記制御対象エリアにおける前記制御指令情報、車両感知器からの感知器情報、及び前記信号機の動作実績情報を取得する交通情報取得ステップと、前記サブエリア間の結合および非結合に関する複数のサイクル長の候補をそれぞれ設定するサイクル長候補設定ステップと、前記サイクル長の候補の各々について、前記制御指令情報、前記感知器情報、及び前記信号機の動作実績情報に基づく交通流シミュレーションにより、前記サブエリア間の結合および非結合の可否を判定するための指標値を算出する指標値算出ステップと、前記指標値に基づき前記サブエリア間の結合または非結合を決定するサブエリア構成決定ステップとを有し、前記指標値算出ステップは、前記サブエリア間の非結合の可否を判定するための指標値を算出する場合に、当該指標値の算出対象である２つのサブエリアに対して設定された前記サイクル長の候補のうちより大きなサイクル長の候補に基づき、前記交通流シミュレーションにおいて前記信号機の信号表示の一巡に相当する信号サイクルのシミュレーションを予め設定された所定回数だけ実行した後を起点として、前記所定周期に相当する時間を超えた直後に終了した信号サイクルまでのシミュレーションから前記指標値を算出することを特徴とする交通信号制御方法である。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る交通信号制御装置５を備えた交通管理システム１の概略を示す構成図であり、図２は、制御対象エリアにおけるサブエリア構成の一例を示す説明図である。
交通管理システム１は、所定の地域毎に配置されて交通管制（交通安全の確保や交通渋滞の解消等のための管理）を行うためのシステムである。図１に示すように、交通管理システム１には、道路網の適所に配置された複数の車両感知器２の検出情報や、道路網を走行する車両（図示せず）に搭載されたセンサおよび計測機器から発信される情報の収集および分析を行うことにより、交通状況に応じて信号機４の動作を制御する交通信号制御装置５が設けられている。
ここでは説明を省略するが、交通管理システム１は、交通信号制御に限らず、交通情報の提供や交通情報収集等の他の公知の処理を実行することが可能である。また、交通管理システム１には、中央装置としての交通信号制御装置５と協働することにより、車両感知器２、信号機４、路側通信装置及び交通情報板（ともに図示せず）などを直接制御可能な下位レベルの装置（信号制御下位装置、端末制御装置等）を設けることが可能である。
車両感知器２は、超音波、マイクロ波、及び赤外線などを利用することにより、路上における車両の存在や通過を検出する周知の装置である。車両感知器２による検出結果は、交通信号制御装置５において交通信号制御に用いられる交通量などの情報として利用される。また、車両感知器２には、通信用の車載器を備えた車両との間で光（赤外線等）を利用して双方向通信を行うことが可能な光学式車両感知器（光ビーコン等）が含まれる。通信用の車載器を備えた車両は、道路において光学式車両感知器が配置された場所を通過する際に、自身の車両ＩＤ（識別番号）と共に、走行した所定区間（すなわち、走行距離）における旅行時間（例えば、前回、別の光学式車両感知器の場所を通過した時刻からの経過時間）の情報（以下、アップリンク情報という。）を車載器から光学式車両感知器に対して送信することができる。
また、道路を走行する車両には、搭載されたセンサおよび計測機器等からのプローブ情報をインターネット等のネットワークや道路上に設置されたビーコン等を介して交通信号制御装置５に対して送信可能な無線通信装置を備えるものが存在する。プローブ情報には、車両の位置、速度、燃費、運転操作等に関する情報が含まれる。また、無線通信装置としては、車両に搭載される通信装置（例えば、カーナビゲーションシステム）だけでなく、運転者や同乗者が携帯する携帯電話、タブレットＰＣその他の携帯通信端末などを用いることができる。
信号機４は、主として交差点に配置され、道路を走行する車両の進行や停止を指示する周知の装置であり、その動作は、交通信号制御装置５から送信される制御指令情報に基づいて制御される。なお、ここでの信号機４は、信号灯器のみならず、交通信号制御装置５からの制御指令情報に基づき信号灯器の動作を制御するための信号制御機を含むものとする。
交通信号制御装置５は、交通信号の系統制御を行うことが可能であり、制御対象エリアの各交差点に設置された各信号機４の動作（青、黄、赤等の表示）を交通状況に応じて遠隔制御するべく、交通状況に関する各種情報に基づき各信号機４に対する制御指令情報（スプリット、サイクル長、オフセット等の信号制御パラメータを含む）を所定周期（ここでは、５分間隔）で生成する。交通信号制御装置５は、交通信号制御に用いられる各種情報を取得して記憶する交通情報取得部１０と、この交通情報取得部１０に記憶された情報に基づき、サブエリアを再構成する処理（演算等）のための入力データを生成する入力データ生成部１１と、この入力データ生成部１１で生成された入力データに基づく情報処理を実行することにより、既存のサブエリアを再構成するサブエリア構成決定部１２と、サブエリア構成決定部１２によるサブエリアの再構成処理において生成された各種制御データを記憶する制御データ記憶部１３とを有する。交通信号制御装置５の構成は、例えば、汎用の情報処理装置（ＰＣ等）のＣＰＵに所定の制御プログラムを実行させることによって実現可能である。
交通情報取得部１０には、車両感知器２および車両からそれぞれ取得された車両感知器情報（ここでは、プローブ情報を含む。）１５が格納される。また、交通情報取得部１０には、過去に信号機４に適用された信号制御パラメータを含む制御指令情報１６と、信号機４の動作結果（信号サイクルの開始時刻、各信号色の表示時間など）の情報を含む実行現示情報（信号機の動作実績情報）１７とが格納される。なお、図示は省略するが、交通情報取得部１０は、制御対象エリアに設定されている既存のサブエリアの情報や、道路網の幾何構造（道路網を構成する各区間の方向、幅、長さ、接続状態等）の情報などの交通信号の系統制御に必要な各種情報を取得し、メモリ等に格納することが可能である。交通情報取得部１０については、取得する情報の種類やその取得方法は本実施形態で示すものに限定されず、取得した各種情報またはそれらの組み合わせから、少なくとも後に詳述する制御対象エリアにおけるサブエリアの再構成を実行可能であればよい。
サブエリア構成決定部１２は、制御対象エリアに設定された既存のサブエリアについて、交通状況の変化に応じて円滑な交通流の確保（ここでは、遅れ時間および停止回数の低減）を目的としてサブエリア間の再構成（結合または非結合）を決定することが可能である。サブエリア構成決定部１２には、入力データ生成部１１からの入力データに基づき、サブエリア間の各リンク（交差点を結ぶ道路）に関し、当該サブエリア間の結合および非結合に関する複数のサイクル長の候補をそれぞれ設定するサイクル長候補設定部２１と、入力データ生成部１１からの入力データおよびサイクル長候補設定部２１からのサイクル長の候補のデータに基づき、サブエリア間の再構成の可否を判定するための指標値を算出する指標値算出部２２とが設けられている。
本実施形態において、制御対象エリアは、交通信号制御装置５によって制御される信号機４が設置された複数の交差点を含む所定のエリアとして設定される。本実施形態では説明を容易とするために、制御対象エリアは、図２に模式的に示すように互いに所定の間隔をおいて南北に走る４本の一般道路（図中に直線で示す）と、互いに所定の間隔をおいて東西に走る３本の一般道路（図中に直線で示す）との交差点（図中に○印で示す１８箇所のノード）を含むエリアとする。ここでは、制御対象エリアにおける全ての交差点には、信号機４が設置されているものとする。また、ここでは１つの制御対象エリアのみを示しているが、複数の制御対象エリアが存在する構成も可能である。
また、図２は、制御対象エリアにおいて６つのサブエリアＳ１〜Ｓ６が設定された例を示している。これらのサブエリアＳ１〜Ｓ６は、交通管理システム１において系統的に制御される信号機が設置された交差点群の最小単位を構成する既存のサブエリアである。サブエリアＳ１〜Ｓ６では、制御対象エリアの交通状況の変化（例えば、朝・夕の出勤時間や休日における道路の混雑・渋滞等）に応じて、互いに隣接するサブエリア間のリンクＬ１〜Ｌ１１に関し、当該サブエリア間の再構成（すなわち、サブエリア間の結合または非結合）が実施される。ここで、サブエリアの再構成における「結合」とは、対をなすサブエリア（サブエリア間）に同一のサイクル長が割り当てられて１つのサブエリアとして扱われることを意味する。また、「非結合」とは、対をなすサブエリアにそれぞれ異なるサイクル長が割り当てられて個別のサブエリアとして扱われる（従前のサイクル長と同一のサイクル長が割り当てられる現状維持の場合を含む）ことを意味する。
なお、実際の対象エリアにおける各道路の種類や配置、交差点の構造（十字路、Ｔ字路等）や配置、信号機の設置位置、サブエリアの構成（直線型、Ｔ字型、Ｌ字型、十字型等）や配置については、図２に示した制御対象エリアに比べてより複雑となり、また、対象エリアの範囲についても実際には図２に示したものとは異なるが、その場合でも、交通信号制御装置５による交通信号制御（本発明による既存のサブエリアの再構成を含む）を同様に適用可能である。
制御データ記憶部１３には、後に詳述するように、入力データ生成部１１によって生成された各種データや、サイクル長候補設定部２１および指標値算出部２２によって設定または算出された各種データが格納される。
図３は、交通信号制御装置５によるサブエリアの再設定の処理を示すフロー図である。交通信号制御装置５では、交通情報取得部１０が、サブエリアの再設定の処理に必要な情報として車両感知器情報１５、制御指令情報１６及び実行現示情報１７をそれぞれ取得する（ＳＴ１０１）。なお、ステップＳＴ１０１における情報取得のタイミングは特に限定されるものではなく、交通情報取得部１０は、車両感知器２や信号機４（信号制御機）等から必要な情報を適宜取得し、メモリ等に格納しておくことが可能である。
次に、入力データ生成部１１が、車両感知器情報１５、制御指令情報１６、及び実行現示情報１７から、サブエリアの再構成処理を行うための入力データを生成する（ＳＴ１０２）。ここで生成されたデータは、後述するサイクル開始時刻差データ３１、車両感知器データ３２、及び信号制御パラメータ３３として制御データ記憶部１３に格納される。
次に、サブエリア構成決定部１２が、サイクル長候補設定部２１によって、サブエリア間の結合および非結合に関する複数のサイクル長の候補をそれぞれ設定する（ＳＴ１０３）。ここで、サブエリアの結合に関するサイクル長の候補は、対をなすサブエリアに対して共通（１つ）のサイクル長の候補として設定され、サブエリアの非結合に関するサイクル長の候補は、対をなすサブエリアに対して１組（２つ）のサイクル長の候補として設定される。また、ここで設定されたデータは、後述するサイクル長候補データ３５として制御データ記憶部１３に格納される。
次に、サブエリア構成決定部１２が、指標値算出部２２によって、サブエリア間の結合および非結合の可否を判定するための指標値を算出する（ＳＴ１０４）。ここで算出されたデータは、後述する指標値データ３７として制御データ記憶部１３に格納される。続いて、サブエリア構成決定部１２は、その算出した指標値に基づきサブエリア間の結合または非結合を順次決定し、これによりサブエリアの再構成を実行する（ＳＴ１０５）。ここで再構成されたサブエリアに関するデータは、後述するサブエリア再構成データ３９として制御データ記憶部１３に格納される。このステップＳＴ１０５の処理対象であるサブエリア間の結合または非結合が実行された後は、その再構成されたサブエリアに基づき、サイクル長の候補の設定（ＳＴ１０３）および指標値の算出（ＳＴ１０４）が再度実行される。これらのステップＳＴ１０３〜ＳＴ１０５は、最終的に未処理のサブエリアがなくなるまで（ＳＴ１０６：Ｙｅｓ）、繰り返し実行される。
図４は、図３中のステップＳＴ１０２における入力データ生成部１１の処理の詳細を示すフロー図である。入力データ生成部１１は、実行現示情報１７から各サブエリア間のサイクル開始の時刻差を含むサイクル開始時刻差データ３１を算出する（ＳＴ２０１）。このサイクル開始の時刻差は、各サブエリアにおける信号機の信号表示（通常は、青、黄、赤）の一巡に相当する信号サイクルの青信号の開始タイミングの差として算出することができる。
次に、入力データ生成部１１は、制御指令情報１６から信号制御パラメータ３３を取得する（ＳＴ２０２）。この信号制御パラメータ３３には、各サブエリアに対して設定されたサイクル長、スプリット、オフセットのデータが含まれており、また、これらのデータは、各サブエリア間のリンクＬ１〜Ｌ１１および各サブエリア内のリンク（図２中に破線で示された部位を参照）に対応づけられて制御データ記憶部１３に格納される。
次に、入力データ生成部１１は、車両感知器情報１５から車両感知器データ３２を取得する（ＳＴ２０３）。この車両感知器データ３２には、車両の存在状況、車両の走行台数、車両の速度、車種、車両の行列長、所定区間の旅行時間などのデータが含まれており、また、これらのデータは、各サブエリア間のリンクＬ１〜Ｌ１１および各サブエリア内のリンクに対応づけられて制御データ記憶部１３に格納される。
なお、入力データ生成部１１によるデータの生成や取得のタイミングは、図４に示した場合に特に限定されるものではなく、交通情報取得部１０からの各情報の取得状況に応じて適宜必要なデータの生成や取得を行うことが可能である。
図５は、図３中のステップＳＴ１０３においてサイクル長候補設定部２１によって設定されるサイクル長候補データの一例を示す説明図である。
サイクル長候補設定部２１は、サイクル長の候補の設定に際し、制御対象エリアに設定されたサブエリアに関する情報を交通情報取得部１０から予め取得し、互いに隣接するサブエリア間の各リンクの情報に基づき、再構成の対象となるサブエリア間（リンクＬ１〜Ｌ１１で接続されたサブエリアの対）を特定する。その後、サイクル長候補設定部２１は、対をなすサブエリアの各々に対し、サブエリア間の結合および非結合に関する複数のサイクル長の候補を設定する。サイクル長候補設定部２１は、サイクル長の候補を設定に際し、設定するサイクル長の候補の範囲（最大値、最小値）に関する情報と、その範囲におけるサイクル長の候補の時間間隔の情報とを交通情報取得部１０から予め取得しておく。
サブエリア間の結合に関しては、図５（Ａ）に示すように、ｍ個のサイクル長の候補（ＣＡ１、ＣＡ２、・・・、ＣＡｍ−１、ＣＡｍ）が設定される。これらｍ個のサイクル長の候補は、所定の時間間隔（例えば、５ｓｅｃまたは１０ｓｅｃ刻み）で設定される。また、ｍ個のサイクル長の候補の範囲としては、信号制御方式にパターン選択制御方式を採用する場合には、選択されているモード（例えば、閑散（１００ｓｅｃ）、平常（１２０〜１４０ｓｅｃ）、混雑（１５０〜１８０ｓｅｃ））に対応して設定されているサイクル長の範囲を用いることができる。また、制御信号制御方式にＭＯＤＥＲＡＴＯを採用する場合には、ｍ個のサイクル長の候補の範囲として、ＭＯＤＥＲＡＴＯ用のサイクル長範囲（例えば、９０〜１８０ｓｅｃ）を用いることができる。
また、サブエリア間の非結合に関しては、図５（Ｂ）に示すように、対をなすサブエリアに対してｎ組のサイクル長の候補（（ＣＢ１、ＣＣ１）、（ＣＢ２、ＣＣ２）、・・・、（ＣＢｎ−１、ＣＣｎ−１）、（ＣＢｎ、ＣＣｎ））が設定される。これらｎ組のサイクル長の候補は、上述と同様のサイクル長の範囲内において所定の時間間隔（例えば、５ｓｅｃまたは１０ｓｅｃ）で設定されたサイクル長の全ての組み合わせから構成することができる。
図５（Ａ）、（Ｂ）に示すようなサブエリア間の結合および非結合に関する複数のサイクル長の候補の設定は、サブエリア間のリンクＬ１〜Ｌ１１によって特定される全ての処理対象（対をなすサブエリア）に対して順次実行される。設定されたサイクル長のデータは、サイクル長候補データ３５として制御データ記憶部１３に格納される。
図６は、図３中のステップＳＴ１０４における指標値算出部２２による処理の詳細を示すフロー図であり、図７および図８は、それぞれ指標値算出部２２によるサブエリア間の結合および非結合に関する指標値の算出方法を示す説明図である。
指標値算出部２２は、入力データ生成部１１によって生成・取得されたサイクル開始時刻差データ３１、車両感知器データ３２、及び信号制御パラメータ３３を制御データ記憶部１３から取得し（ＳＴ３０１）、続いて、サイクル長候補設定部２１によって生成されたサイクル長候補データ３５を制御データ記憶部１３から取得する（ＳＴ３０２）。
次に、指標値算出部２２は、取得したサイクル開始時刻差データ３１、車両感知器データ３２、信号制御パラメータ３３、及びサイクル長候補データ３５に基づく交通流シミュレーションを実行することにより、サブエリア間の結合および非結合を決定するための指標値ＰＩをそれぞれ算出する（ＳＴ３０３、ＳＴ３０４）。
ここで、指標値算出部２２による交通流シミュレーションでは、交通流モデルとしてＴＲＡＮＳＹＴ（A Traffic Network Study Tool）を用いることができるが、これに限らず他の公知の交通流モデルを用いることも可能である。指標値ＰＩは、処理対象（対をなすサブエリア）におけるサブエリア内のリンクおよびサブエリア間のリンクに関して算出された遅れ時間（ここでは、車両１台当たりの遅れ時間）Ｔｄおよび停止回数（ここでは、車両１台当たりの信号により停止した回数）Ｃｓの線形和として算出される。指標値ＰＩにおける遅れ時間Ｔｄおよび停止回数Ｃｓの線形和は、それぞれ適切な重み係数を付加した重みつき線形和とすることができる。
なお、対面通行の道路（往復の通行が可能な道路）に対してサブエリアが設定されている場合には、当該サブエリアに関する指標値ＰＩは、上りおよび下り（一方向およびその逆方向）の遅れ時間Ｔｄおよび停止回数Ｃｓに基づき算出することができる。また、このように算出した指標値ＰＩは、サイクル長（サイクル長の候補）で除することにより、正規化するとよい。なお、指標値ＰＩには、遅れ時間Ｔｄおよび停止回数Ｃｓ以外に、交通状況に関わる他のパラメータを導入してもよい。
図７に示すように、処理対象である２つのサブエリア間（ここでは、図２中のリンクＬ１で特定されるサブエリアＳ１、Ｓ２間）の結合に関する指標値の算出では、時刻Ｔ０から時刻Ｔ１まで信号表示の一巡に相当する信号サイクル（すなわち、サイクル長ＣＡ）のシミュレーションを予め設定された所定回数Ｎ１だけ実行し、その最後に実行した信号サイクルのシミュレーションを指標値ＰＩの算出対象とする。図７では、サブエリアＳ１、Ｓ２における代表的交差点の信号サイクルを示している（図８も同様）。ここで、交通流シミュレーションに用いられるサイクル長ＣＡには、図５（Ａ）に示したサイクル長の候補ＣＡ１、ＣＡ２、・・・、ＣＡｍ−１、ＣＡｍが順次設定され、各サイクル長の候補に対する指標値ＰＩが算出される。
なお、所定回数Ｎ１（Ｔ１−Ｔ０時間）は、シミュレーションのアイドリング時間に相当し、交通流シミュレーションによる交通状況が定常状態となる時間を目処に設定可能である。また、交通流シミュレーションに必要とされる他のパラメータ（例えば、各リンクの法定速度、各リンクにおける車線の数、車線の幅員および右折レーンの有無等）については、交通情報取得部１０によって予め格納されたデータを用いることができる。オフセットおよびスプリットについては、信号制御パラメータ３３における従前の値を用いることができる。
図８に示すように、２つのサブエリア（ここでは、図２中のリンクＬ６で特定されるサブエリアＳ３、Ｓ４間）間の非結合に関する指標値の算出では、サブエリアＳ３について、サイクル長ＣＢ（２つのサブエリアＳ３、Ｓ４に対して設定されたサイクル長の候補のうちより大きなサイクル長の候補）に基づき、交通流シミュレーションにおいて時刻Ｔ０から時刻Ｔ２まで信号機の信号表示の一巡に相当する信号サイクルのシミュレーションを予め設定された所定回数Ｎ２だけ実行し、その実行後（時刻Ｔ２）を起点として、制御指令情報の生成周期に相当する時間Ｔｘを超えた直後に終了した信号サイクル（時刻Ｔ４）までのシミュレーションを指標値ＰＩの算出対象とする。
一方、サブエリアＳ４については、時刻Ｔ０からサブエリアＳ３、Ｓ４間のサイクル開始時刻差だけ遅れた時刻Ｔ１から時刻Ｔ２まで、サイクル長ＣＣ（他方のサイクル長の候補）に基づきシミュレーションを実行し、その実行後（時刻Ｔ２）の時刻Ｔ３に最初に開始される信号サイクルを起点として、制御指令情報の生成周期に相当する時間Ｔｘを超えた直後に終了した信号サイクル（時刻Ｔ５）までのシミュレーション結果を関する指標値ＰＩの算出対象とする。
ここで、サイクル長ＣＢには、図５（Ｂ）に示したｎ組のサイクル長の候補（ＣＢ１、ＣＣ１）、（ＣＢ２、ＣＣ２）、・・・、（ＣＢｎ−１、ＣＣｎ−１）、（ＣＢｎ、ＣＣｎ）におけるＣＢ１、ＣＢ２、・・・、ＣＢｎ−１、ＣＢｎが順次設定され、各サイクル長の候補に対する指標値ＰＩが算出される。同様に、サイクル長ＣＣには、サイクル長ＣＢの場合と同様に、図５（Ｂ）に示したｎ組のサイクル長の候補におけるＣＣ１、ＣＣ２、・・・、ＣＣｎ−１、ＣＣｎが順次設定され、各サイクル長の候補に対する指標値ＰＩが算出される。なお、所定回数Ｎ２（Ｔ２−Ｔ０時間）は、シミュレーションのアイドリング時間に相当し、交通流シミュレーションによる交通状況が定常状態となる時間を目処に設定することが可能である。
また、ここでは、上流のサブエリアＳ３から下流のサブエリアＳ４に向かう交通について指標値ＰＩを算出した例を示したが、上流のサブエリアＳ４から下流のサブエリアＳ３に向かう交通についても同様に指標値ＰＩを算出可能である。ただし、上流のサブエリアＳ４から下流のサブエリアＳ３に向かう交通については、サイクル開始時刻差が上述の例とは異なる。
このように、サブエリア間の非結合（分離）の可否を判定するための指標値を算出する場合に、予め設定された所定回数Ｎ２の信号サイクルのシミュレーションの実行後（すなわち、交通流シミュレーションによる交通状況が定常状態となった後）を起点として、制御指令情報の生成周期Ｔｘに相当する時間を超えた直後に終了した信号サイクルまでのシミュレーションから指標値を算出する構成とすることで、サブエリア間の非結合の可否を判定するための指標値を比較的短い時間で適切に算出することが可能となり、その結果、交通信号制御におけるサブエリアの再構成を実際の交通状況に応じて適切に実行することが可能となる。
図９は、図３中のステップＳＴ１０５におけるサブエリア構成決定部１２による処理の詳細を示す説明図である。サブエリア構成決定部１２は、まず、結合または非結合の対象となるサブエリア間の各リンクＬ１〜Ｌ１１について交通状態量Ｓｑを算出する（ＳＴ４０１）。交通状態量Ｓｑは、次の式（１）による交通量と占有率の加重和または式（２）による正規化された交通量および占有率の大きい方として算出することが可能である。
Figure 0006372753
 但し、
α、β：定数
Ｑ：車両感知器による計測交通量
Ｏｃ：車両感知器による計測占有率
Ｑ'：基準交通量（交通量の正規化用定数）
Ｏｃ'：基準占有率（占有率の正規化用定数）
次に、サブエリア構成決定部１２は、処理対象（サブエリアの対）に関し、ステップＳＴ４０１で算出された交通状態量Ｓｑが最大となる処理対象を決定する（ＳＴ４０２：Ｙｅｓ）。続いて、サブエリア構成決定部１２は、ステップＳＴ４０２で決定された処理対象に関し、指標値算出部２２によって算出された指標値データ３７を参照し、指標値ＰＩが最小となるサブエリア長の候補を決定する（ＳＴ４０３）。なお、別法として、上述のように指標値算出部２２が処理対象に対する全ての指標値ＰＩを算出することなく、ステップＳＴ４０３において、メタヒューリスティクス（ランダム探索法、遺伝的アルゴリズム、焼きなまし法など）などの手法を用いて、指標値ＰＩを最小化するサブエリア長の候補を探索するようにしてもよい。
次に、サブエリア構成決定部１２は、ステップＳＴ４０３において決定されたサブエリア長の候補を用いてサブエリアの再構成を実行する（ＳＴ４０４）。このサブエリアの再構成は、ステップＳＴ４０３における最小の指標値ＰＩが結合に関するものである場合には、サブエリア間を結合する処理を実行し、最小の指標値ＰＩが非結合に関するものである場合には、サブエリア間の非結合の処理を実行する。サブエリア間の非結合については、対をなすサブエリアにそれぞれ従前とは異なるサイクル長が割り当てられる場合と、従前のサイクル長と同一のサイクル長が割り当てられる場合（現状維持）とがある。
次に、サブエリア構成決定部１２は、ステップＳＴ４０４でサブエリアが結合される場合には、その結合によって制御対象エリア内にサブエリアのループ（環状の結合）が形成されるか否かを判定する（ＳＴ４０５）。ここで、サブエリア構成決定部１２は、サブエリアのループが形成されていると判断すると（Ｙｅｓ）、前回のステップＳＴ４０４における処理を取り消す（ＳＴ４０６）。そして、サブエリア構成決定部１２は、前回の処理対象を除いて交通状態量Ｓｑが最大となる処理対象を再び決定し（ＳＴ４０２：Ｙｅｓ）、その後は、上述と同様に、指標値ＰＩが最小となるサブエリア長の候補決定し（ＳＴ４０３）、その決定された処理対象の再構成を実行する（ＳＴ４０４）。
一方、サブエリア構成決定部１２は、ステップＳＴ４０５において、サブエリアのループが形成されていないと判断すると（Ｎｏ）、未処理の処理対象（サブエリア対）が存在するか否かを判定し（ＳＴ４０７）、最終的に全ての処理対象の処理が完了するまで（ＳＴ４０７：Ｙｅｓ）、上述のステップＳＴ４０２〜ＳＴ４０５（ＳＴ４０６）が繰り返し実行される。再構成されたサブエリアのデータは、サブエリア再構成データ３９として制御データ記憶部１３に格納され、交通管理システム１において新たに生成される制御指令情報は、その再構成されたサブエリアに基づき生成される。なお、ステップＳＴ４０７において、未処理の処理対象が存在する場合に、ステップＳＴ４０１に戻って同様の処理を実行する構成も可能である。
以上、本発明を特定の実施形態に基づいて説明したが、これらの実施形態はあくまでも例示であって、本発明はこれらの実施形態によって限定されるものではない。なお、上記実施形態に示した本発明に係る交通信号制御装置および交通信号制御方法の各構成要素は、必ずしも全てが必須ではなく、少なくとも本発明の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜取捨選択することが可能である。
本発明に係る交通信号制御装置および交通信号制御方法は、交通信号制御におけるサブエリアの再構成を実際の交通状況に応じて適切に実行可能とし、車両感知器より取得した情報に基づいて、信号機を制御するための制御指令情報を生成する交通信号制御装置および交通信号制御方法などとして有用である。
１ 交通管理システム
２ 車両感知器
４ 信号機
５ 交通信号制御装置
１０ 交通情報取得部
１２ サブエリア構成決定部
１５ 車両感知器情報
１６ 制御指令情報
１７ 実行現示情報（信号機の動作実績情報）
２１ サイクル長候補設定部
２２ 指標値算出部
３１ サイクル開始時刻差データ
３２ 車両感知器データ
３３ 信号制御パラメータ
３５ サイクル長候補データ
３７ 指令値データ
３８ サブエリア再構成データ
Ｌ１〜Ｌ１１ サブエリア間リンク
Ｓ１〜Ｓ６ サブエリア

Claims (6)

  1. 所定の制御対象エリアにおいて、複数の交差点をサブエリアとしてグループ化し、所定周期で生成した制御指令情報にて前記サブエリア毎に信号機の動作を制御する交通信号制御装置であって、
    前記制御対象エリアにおける前記制御指令情報、車両感知器からの感知器情報、及び前記信号機の動作実績情報を取得する交通情報取得部と、
    前記サブエリア間の結合および非結合に関する複数のサイクル長の候補をそれぞれ設定するサイクル長候補設定部と、
    前記サイクル長の候補の各々について、前記制御指令情報、前記感知器情報、及び前記信号機の動作実績情報に基づく交通流シミュレーションにより、前記サブエリア間の結合および非結合の可否を判定するための指標値を算出する指標値算出部と、
    前記指標値に基づき前記サブエリア間の結合または非結合を決定するサブエリア構成決定部と
    を備え、
    前記指標値算出部は、前記サブエリア間の非結合の可否を判定するための指標値を算出する場合に、当該指標値の算出対象である２つのサブエリアに対して設定された前記サイクル長の候補のうちより大きなサイクル長の候補に基づき、前記交通流シミュレーションにおいて前記信号機の信号表示の一巡に相当する信号サイクルのシミュレーションを予め設定された所定回数だけ実行した後を起点として、前記所定周期に相当する時間を超えた直後に終了した信号サイクルまでのシミュレーションから前記指標値を算出することを特徴とする交通信号制御装置。
  2. 前記指標値算出部は、前記信号機の動作実績情報から前記指標値の算出対象である前記サブエリア間のサイクル開始の時刻差の情報を取得し、当該サイクル開始の時刻差に基づく前記交通流シミュレーションにより、当該サブエリア間の非結合の可否を判定するための指標値を算出することを特徴とする請求項１に記載の交通信号制御装置。
  3. 前記指標値は、前記指標値の算出対象である前記サブエリア間のリンクおよび当該２つのサブエリア内の交差点のリンクに関する遅れ時間および停止回数の線形和を前記サイクル長の候補で除した値を含むことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の交通信号制御装置。
  4. 前記サブエリア構成決定部は、前記指標値の算出対象である前記サブエリア間のリンクに対する交通状態量を算出し、当該交通状態量の大きい順にしたがって複数の前記サブエリア間の結合または非結合を決定することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の交通信号制御装置。
  5. 前記指標値算出部は、前記交通流シミュレーションにより前記サブエリア間の結合の可否を判定するための指標値を算出する場合に、前記指標値の算出対象である２つのサブエリアに設定された前記サイクル長の候補に基づき、前記交通流シミュレーションにおいて前記信号機の信号表示の一巡に相当する信号サイクルのシミュレーションを予め設定された所定回数だけ実行し、その最後に実行した信号サイクルのシミュレーションから前記指標値を算出することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の交通信号制御装置。
  6. 所定の制御対象エリアにおいて、複数の交差点をサブエリアとしてグループ化し、所定周期で生成した制御指令情報にて前記サブエリア毎に信号機の動作を制御する交通信号制御方法であって、
    前記制御対象エリアにおける前記制御指令情報、車両感知器からの感知器情報、及び前記信号機の動作実績情報を取得する交通情報取得ステップと、
    前記サブエリア間の結合および非結合に関する複数のサイクル長の候補をそれぞれ設定するサイクル長候補設定ステップと、
    前記サイクル長の候補の各々について、前記制御指令情報、前記感知器情報、及び前記信号機の動作実績情報に基づく交通流シミュレーションにより、前記サブエリア間の結合および非結合の可否を判定するための指標値を算出する指標値算出ステップと、
    前記指標値に基づき前記サブエリア間の結合または非結合を決定するサブエリア構成決定ステップと
    を有し、
    前記指標値算出ステップは、前記サブエリア間の非結合の可否を判定するための指標値を算出する場合に、当該指標値の算出対象である２つのサブエリアに対して設定された前記サイクル長の候補のうちより大きなサイクル長の候補に基づき、前記交通流シミュレーションにおいて前記信号機の信号表示の一巡に相当する信号サイクルのシミュレーションを予め設定された所定回数だけ実行した後を起点として、前記所定周期に相当する時間を超えた直後に終了した信号サイクルまでのシミュレーションから前記指標値を算出することを特徴とする交通信号制御方法。
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