以下、本実施の形態について図面を参照しながら説明する。なお、同じ構成要素及び処理には全図面を通して同じ符合を付与し、重複する説明を省略するものとする。
図1は、本実施の形態に係る管制システム1のシステム構成例を示す図である。管制システム1は、管制システム1による管制対象となる車両7、それぞれ経路6に沿って設置される複数の無線通信装置3及び収集装置9、並びに管制装置10を含み、各々の無線通信装置3及び収集装置9は、通信網5を通じて管制装置10と接続されている。
車両7が備える運転に関する機能である運転機能の相違により、車両7は複数の種類に分類される。例えば車両7のうち、無線設備を備え、走行中に例えば最も近い場所に設置されている何れか1つの無線通信装置3に無線接続することで、通信網5を通じて管制装置10とデータ通信を行う車両7はコネクテッド車両に分類され、無線設備を備えておらず、管制装置10とデータ通信を行うことができない車両7は非コネクテッド車両に分類される。
無線通信装置3は、コネクテッド車両と管制装置10の間のデータ中継装置としての役割を果たす。無線通信装置3は、コネクテッド車両との無線通信が可能な範囲内であればその設置場所に制約はないが、例えば車道と並走して設けられた歩道や車道の中央分離帯、及び信号設備のように、車道からできるだけ近い場所に設置されることが好ましい。また、無線通信装置3の設置台数に制約はない。
通信網5は、無線通信装置3及び収集装置9で収集した車両7の各種情報を管制装置10に伝送すると共に、管制装置10で生成されたコネクテッド車両の管制情報を、管制装置10が指定した無線通信装置3に伝送する。管制情報は管制装置10からの指示によってすべての無線通信装置3に伝送され、各々のコネクテッド車両に通知されることもある。なお、通信網5は、有線回線であっても無線回線であってもよい。
管制装置10は、車両7同士の交通効率を低下させることなく、車両7同士が接触する危険性が認められる予め定めた範囲(以降、「干渉範囲」という)まで接近するような箇所、すなわち、干渉地点Xで干渉を回避させる交通管制を行う装置である。ここで「干渉」とは、車両7同士が接触する状況を示すだけでなく、車両7同士が干渉範囲まで接近する状況をいう。
管制装置10は、管制対象となる各々の車両7から、車両7の状態を表す移動体情報を受信し、各々の車両7が行う移動に関する判断を制約する制約条件(以降、「仮想交通ルール」という)を、車両7同士が干渉地点Xで干渉しないように制約条件の受信機能を有する車両7毎に生成して、制約条件の受信機能を有する各車両7に送信する。
車両7の状態とは、車両7の動き、車両7に対して行われた制御内容、及び車両7に備わっている各機能の動作状況等、計測及び収集可能な車両7に関する項目を項目毎に表した情報の集合体である。
なお、管制装置10が車両7に送信する仮想交通ルールは、車両7の管制情報の一例であり、詳細内容については後ほど説明する。
管制装置10は、コネクテッド車両であれば無線通信装置3を通じて移動体情報を受信することができるが、非コネクテッド車両の場合には無線設備を備えていないため、無線通信装置3を通じて移動体情報を受信することができない。
したがって、管制装置10は、収集装置9を通じて非コネクテッド車両の移動体情報を取得する。
収集装置9は、例えば光学的に撮影を行う撮影ユニットやUWB(Ultra Wide Band)レーダ等を用いて、車線8における非コネクテッド車両や非コネクテッド車両周辺の交通環境を撮影または計測し、非コネクテッド車両に関する移動体情報を収集する装置である。
コネクテッド車両は、運転機能の相違により、遵守車両、準遵守車両、及び非遵守車両の3つの種類に分離される。
遵守車両とは、管制装置10から仮想交通ルールを受信し、車両7に取り付けられたセンサ等から得られる交通環境情報を参照しながら、受信した仮想交通ルールを満たし、かつ、車両7同士の干渉を自律的に回避するように、車両7自らの判断によって車両7を制御しながら走行する自動運転機能を備えた車両7のことである。なお、本実施の形態に係る自動運転とは、運転手ではなく自動運転機能が走行に関する責任を負うレベル3以上の区分に分類される運転を指す。
準遵守車両とは、管制装置10から仮想交通ルールを受信するが、遵守車両のように車両7自身が仮想交通ルールを満たすように走行を制御するのではなく、仮想交通ルールの伝達を受けた運転手が仮想交通ルールを満たし、かつ、車両7同士の干渉を回避するように自らの判断によってハンドルやアクセルを制御して走行する車両7のことである。
非遵守車両とは、無線通信装置3を通じて管制装置10に移動体情報を送信することはできるが、管制装置10から仮想交通ルールを受信することができない車両7のことである。
以降では、遵守車両、準遵守車両、非遵守車両、及び非コネクテッド車両を区別して説明する必要がない場合には総称して「車両7」と表し、区別して説明する場合には、それぞれ遵守車両7A、準遵守車両7B、非遵守車両7C、及び非コネクテッド車両7Dということにする。
管制装置10が管制情報によって指示した経路6に沿って車両7の移動が実現される度合い、または管制装置10が予測した経路6に沿って車両7の移動が実現される度合いを「遵守度」と呼び、遵守度が高い車両7ほど、管制装置10が指示した経路6、または管制装置10が予測した経路6に沿って移動する蓋然性が高くなる。なお、車両7の移動は仮想交通ルールによって制約されるため、遵守度を仮想交通ルールの遵守度、または移動に関する遵守度ということがある。
車両7において、遵守車両7Aの遵守度が最も高く、次に準遵守車両7Bの遵守度が高い。非遵守車両7Cにおける遵守度は準遵守車両7Bよりも低く、非コネクテッド車両7Dの遵守度は車両7の中で最も低い。すなわち、本実施の形態に係る車両7の種類は、各車両7の遵守度によって区分される。
図2は、遵守車両7Aの制御装置における機能構成例を示す図である。
図2に示すように、遵守車両7Aの制御装置は、位置推定部21A、状態管理部22A、無線通信部23A、局所経路計画部24、及び制御部25Aの各機能部と、車両走行ルート地図26を含む。
位置推定部21Aは遵守車両7Aの位置を推定する。具体的には、位置推定部21Aは、遵守車両7Aに取り付けられた例えばレーザレンジファインダやカメラのように、遵守車両7Aが走行する周辺環境の形状や、移動体である遵守車両7Aの移動路の一例である車線8上の状況を捉える外界センサから外形形状データを取得し、取得した外形形状データと、例えば予め用意している環境外形データ(自己位置推定用地図)をマッチングさせ、一致する地点を遵守車両7Aの現在位置として推定するマップマッチングを用いて遵守車両7Aの位置を推定する。位置推定部21Aにおける遵守車両7Aの位置の推定方法に制約はなく、例えばGPS(Global Positioning System)を用いた遵守車両7Aの位置の推定等、他の推定方法を用いてもよい。位置推定部21Aは、推定した遵守車両7Aの位置を位置情報として状態管理部22A及び局所経路計画部24に通知する。こうした位置推定部21Aは、本実施の形態に係る第1位置推定部に相当する。
状態管理部22Aは、例えばナンバー情報及び車体番号のように遵守車両7Aを一意に識別するために用いられる情報を含んだ車両固有情報を管理する。また、状態管理部22Aは、例えば位置情報によって表される車両7の位置、並びに、姿勢、速度、及び制御内容等を計測するセンサ(「内界センサ」と呼ばれる)や外界センサで取得した周囲の交通環境に関するセンサ値を時系列に沿って収集し、遵守車両7Aの状態として管理する。
状態管理部22Aは、車両固有情報と遵守車両7Aの状態を移動体情報として定期及び随時の少なくとも一方のタイミングで、無線通信部23A及び局所経路計画部24に通知する。こうした状態管理部22Aは、本実施の形態に係る第1状態管理部に相当する。
無線通信部23Aは、状態管理部22Aから受け付けた移動体情報を、無線通信装置3を通じて管制装置10に送信すると共に、無線通信装置3を通じて管制装置10から受信した管制情報を遅滞なく局所経路計画部24に通知する。こうした無線通信部23Aは、本実施の形態に係る第1無線通信部に相当する。
局所経路計画部24は、位置推定部21Aから受け付けた位置情報、状態管理部22Aから受け付けた移動体情報、無線通信部23Aから受け付けた管制情報、及び車両走行ルート地図26を用いて局所経路を計画し、制御部25Aに通知する。
局所経路計画部24は、遵守車両7Aが管制情報に含まれる仮想交通ルールを満たし、かつ、管制情報で指定された大域経路に沿って走行するという条件の下で、移動体情報に含まれる遵守車両7Aに取り付けられた外界センサの計測データから走行中の車道の状況を判断し、大域経路に対応した車道のどの位置を実際に走行しなければならないのかといった実経路を決定する。その上で、局所経路計画部24は、決定した実経路に沿って車両7を走行させるために従うべき各時刻における遵守車両7Aの速度や姿勢を設定する。
このように、遵守車両7Aが仮想交通ルールを満たしながら、管制装置10によって指定された大域経路に沿って走行するという条件の下で決定した実経路を「局所経路」と呼び、局所経路には、局所経路に従って遵守車両7Aを走行させるための制御内容が付加される。なお、大域経路の詳細内容については後ほど説明する。
車両走行ルート地図26は、遵守車両7Aが走行する車線8を表す地図情報を含んでおり、局所経路の決定や、局所経路に沿って遵守車両7Aを走行させるための各時刻における遵守車両7Aの制御内容の設定に用いられる。
制御部25Aは局所経路計画部24から局所経路を受け付けると、局所経路に含まれる制御内容に従って遵守車両7Aのハンドル、アクセル、ブレーキ等を制御し、局所経路に沿った遵守車両7Aの自律走行を実現する。
制御部25Aが実施した制御に伴うハンドル、アクセル、ブレーキ等の操作量といった遵守車両7Aの制御内容は、各種制御量を計測するそれぞれの内界センサを通じて状態管理部22Aに通知され、遵守車両7Aの状態として状態管理部22Aで管理される。
なお、遵守車両7Aは管制装置10から大域経路を受信しなくても、外界センサの計測データから走行中の車道の状況を判断し、仮想交通ルールを満たすような実経路を決定することができるが、ここでは一例として、遵守車両7Aは管制装置10から大域経路を受信して実経路、すなわち、局所経路を決定するものとする。
図3は、準遵守車両7Bの制御装置における機能構成例を示す図である。
図3に示すように、準遵守車両7Bの制御装置は、位置推定部21B、状態管理部22B、無線通信部23B、制御部25B、及び仮想交通ルール伝達部27を含む。
準遵守車両7Bは運転手が実経路を決定するため、遵守車両7Aのように局所経路計画部24及び車両走行ルート地図26は存在せず、その代わりに、仮想交通ルール伝達部27が存在する。
位置推定部21Bは、遵守車両7Aにおける位置推定部21Aと同様の方法により準遵守車両7Bの位置を推定し、推定した準遵守車両7Bの位置を位置情報として状態管理部22Bに通知する。こうした位置推定部21Bは、本実施の形態に係る第2位置推定部に相当する。
状態管理部22Bは、遵守車両7Aにおける状態管理部22Aと同様に、準遵守車両7Bの移動体情報の収集及び管理を行う。準遵守車両7Bの場合、運転手が準遵守車両7Bを制御するため、準遵守車両7Bの状態には、運転手が操作したハンドル、アクセル、ブレーキ等の操作量が含まれる。
また、状態管理部22Bは、管理する移動体情報を定期及び随時の少なくとも一方のタイミングで、無線通信部23Bに通知する。こうした状態管理部22Bは、本実施の形態に係る第2状態管理部に相当する。
無線通信部23Bは、状態管理部22Bから受け付けた移動体情報を、無線通信装置3を通じて管制装置10に送信すると共に、無線通信装置3を通じて管制装置10から受信した管制情報を遅滞なく仮想交通ルール伝達部27に通知する。こうした無線通信部23Bは、本実施の形態に係る第2無線通信部に相当する。
仮想交通ルール伝達部27は、無線通信部23Bを通じて管制装置10から受信した管制情報に含まれる仮想交通ルールをドライバに伝達する。準遵守車両7Bの運転手が仮想交通ルールを把握することができる方法であれば、仮想交通ルール伝達部27における仮想交通ルールの伝達方法に制約はなく、表示による伝達、音声による伝達、及び触覚による伝達の何れの方法を用いてもよく、また、複数の伝達方法を組み合わせて運転手に仮想交通ルールを伝達してもよい。こうした仮想交通ルール伝達部27は、本実施の形態に係る伝達部に相当する。
なお、準遵守車両7Bは管制装置10から大域経路を受信し、仮想交通ルール伝達部27で大域経路を仮想交通ルールと共に運転手に伝達して運転手の運転支援を行ってもよいが、ここでは一例として、準遵守車両7Bは管制装置10から大域経路を受信しないものとして説明を行う。
図4は、非遵守車両7Cの制御装置における機能構成例を示す図である。
図4に示すように、非遵守車両7Cの制御装置は、位置推定部21C、状態管理部22C、無線通信部23C、及び制御部25Cを含む。
非遵守車両7Cでは管制装置10から仮想交通ルールを受信することができないか、または、仮想交通ルールを受信しても仮想交通ルールを活用する機能を備えていないため、準遵守車両7Bから仮想交通ルール伝達部27を取り除いた構成となる。
位置推定部21Cは、遵守車両7Aにおける位置推定部21Aと同様の方法により非遵守車両7Cの位置を推定し、推定した非遵守車両7Cの位置を位置情報として状態管理部22Cに通知する。こうした位置推定部21Cは、本実施の形態に係る第3位置推定部に相当する。
状態管理部22Cは、準遵守車両7Bにおける状態管理部22Bと同様に、非遵守車両7Cの移動体情報の収集及び管理を行う。また、状態管理部22Cは、管理する移動体情報を定期及び随時の少なくとも一方のタイミングで、無線通信部23Cに通知する。こうした状態管理部22Cは、本実施の形態に係る第3状態管理部に相当する。
無線通信部23Cは、状態管理部22Cから受け付けた移動体情報を、無線通信装置3を通じて管制装置10に送信する。こうした無線通信部23Cは、本実施の形態に係る第3無線通信部に相当する。
なお、非遵守車両7Cは管制装置10から大域経路を受信し、受信した大域経路を運転手に伝達して運転手の運転支援を行うようにしてもよいが、ここでは一例として、非遵守車両7Cは管制装置10から大域経路を受信しないものとして説明を行う。
非遵守車両7Cは、管制装置10から仮想交通ルールを受信することができないか、または、仮想交通ルールを受信しても仮想交通ルールを活用する機能を備えていなければ自動運転機能を備えていてもよいが、ここでは一例として運転手が非遵守車両7Cを手動運転しているものとする。
なお、非コネクテッド車両7Dの場合、管制装置10とデータ通信を行わないため、どのような機能構成であっても構わない。
図5は、上述した遵守車両7A、準遵守車両7B、非遵守車両7C、及び非コネクテッド車両7Dが有する運転機能の相違をまとめた図である。
図5において、“〇”は対応する運転機能を備えていることを表し、“×”は対応する運転機能を備えていないことを表す。“〇/×”は対応する運転機能を備えていても備えていなくてもどちらでもよいことを表し、“-”は原則不要な運転機能であることを表す。
以降では、説明の便宜上、移動体情報を区別して説明する必要がある場合、遵守車両7Aの移動体情報を「移動体情報A」、準遵守車両7Bの移動体情報を「移動体情報B」、及び非遵守車両7Cの移動体情報を「移動体情報C」ということにする。
一方、図6は、収集装置9及び管制装置10の機能構成例を示す図である。図6に示すように、収集装置9はインフラセンサ9Aと状態検出部9Bを備える。
インフラセンサ9Aは、例えば光学的に撮影を行う撮影ユニットやUWBレーダ等であり、非コネクテッド車両7Dや非コネクテッド車両7D周辺の交通環境を撮影または計測する。インフラセンサ9Aは、撮影または計測して収集した非コネクテッド車両7Dの走行状態や交通環境に関する収集データを、状態検出部9Bに通知する。なお、インフラセンサ9Aは、例えば予め定めた間隔(以降、「収集間隔」という)毎に交通環境の撮影または計測を行うが、非コネクテッド車両7Dのような移動体を検出してから一定期間の間だけ、交通環境の撮影または計測を行うようにしてもよい。一例として、インフラセンサ9Aは、予め定めた収集間隔で画像を常時撮影しているカメラとする。収集間隔を短く設定していけば、インフラセンサ9Aが撮影する画像は動画となる。こうしたインフラセンサ9Aは、本実施の形態に係る収集センサに相当する。
状態検出部9Bは、インフラセンサ9Aから収集データを受け付けると、公知の画像処理によってインフラセンサ9Aが撮影した画像から非コネクテッド車両7Dの車両部分を抽出し、画像における非コネクテッド車両7Dの位置を、インフラセンサ9Aにおけるカメラ座標の位置から実際の車線8の形状を表す地図座標の位置に座標変換を行って、管制走行ルート地図19上における非コネクテッド車両7Dの位置を算出する。管制走行ルート地図19上における非コネクテッド車両7Dの位置が確定すれば、例えば2枚の画像から得られた非コネクテッド車両7Dの位置のずれと2枚の画像が撮影された時間差から、非コネクテッド車両7Dの速度が得られる。また、時系列に沿った非コネクテッド車両7Dの位置の変化から、非コネクテッド車両7Dがどのように移動しているのか追尾することができる。
このように、状態検出部9Bは、非コネクテッド車両7Dの位置、姿勢、及び速度といった非コネクテッド車両7Dの移動体情報を検出し、通信網5を通じて遅滞なく管制装置10に送信する。以降では、非コネクテッド車両7Dの移動体情報を「移動体情報D」ということがある。
収集装置9は、必ずしもインフラセンサ9Aと状態検出部9Bを備える必要はなく、例えばインフラセンサ9Aだけを備えてもよい。この場合、状態検出部9Bを備えた図示しない状態検出装置を通信網5に接続し、図示しない状態検出装置で各収集装置9から通知されるそれぞれの収集データを受け付けて、非コネクテッド車両7Dの移動体情報を検出すればよい。各々の収集装置9から状態検出部9Bが不要となるため、収集装置9に状態検出部9Bを含めるよりも収集装置9を小型化することができ、収集装置9の取り付けが容易になる。
収集装置9も無線通信装置3と同様に、例えば車道と並走して設けられた歩道や車道の中央分離帯、及び信号設備のように非コネクテッド車両7Dの移動体情報が得られる範囲に設置される。収集装置9におけるインフラセンサ9Aの撮影方向及び撮影される画像の範囲(画角)は固定であっても可変であってもよい。
次に、管制装置10の機能について説明する。
図6に示すように、管制装置10は、目的地設定部11、通信部12、大域経路計画部13、走行経路予測部14、干渉地点特定部15、移動体情報監視部16、管制制御ポリシー選択部17、及び仮想交通ルール生成部18の各機能部と、管制走行ルート地図19を含む。
通信部12は、遵守車両7A、準遵守車両7B、及び非遵守車両7Cの各々から無線通信装置3を通じて移動体情報を受信すると共に、後述する仮想交通ルール生成部18で生成した仮想交通ルールを含む管制情報を、管制情報の送信先として指定された各々の遵守車両7A及び準遵守車両7Bに送信する。通信部12は移動体情報を受信する受信部の一例であると共に、仮想交通ルールを送信する送信部の一例である。
遵守車両7Aは、管制装置10によって指定された大域経路に沿って走行する車両7であるため、管制装置10が大域経路を計画する必要がある。
そのため、目的地設定部11は、遵守車両7Aが向かおうとしている目的地と遵守車両7Aの車両固有情報を受け付け、遵守車両7Aの車両固有情報と目的地を対応付けて大域経路計画部13に通知する。
遵守車両7Aの目的地及び車両固有情報は管制装置10の操作者が目的地設定部11に設定してもよいが、遵守車両7Aから目的地を含む移動体情報を受信し、目的地設定部11が、受信した移動体情報に含まれる車両固有情報と目的地を対応付けて大域経路計画部13に通知してもよい。目的地設定部11は本実施の形態に係る設定部に相当する。
大域経路計画部13は、目的地設定部11から受け付けた遵守車両7Aの目的地、通信部12から受け付けた遵守車両7Aの移動体情報A、及び管制走行ルート地図19を用いて大域経路を計画する。大域経路計画部13は計画した大域経路を干渉地点特定部15に通知する。
図7は、大域経路の計画に用いられる管制走行ルート地図19の内容例を示す図である。管制走行ルート地図19は、交通規則が変化しない区間を最小単位とした、各区間における経路情報の集合によって表現される道路構造データベースである。
管制走行ルート地図19を構成する区間(図7の例の場合、地点K1から地点K2までの区間、地点K2から地点K3までの区間、地点K3から地点K7までの区間、地点K2から地点K5までの区間、地点K4から地点K5までの区間、及び地点K5から地点K6までの区間の6区間)には、それぞれ区間における制限速度、車線数、幅員、及び区間における車線が交差する場合に優先車線であるのか、それとも非優先車線であるのかといった車線優先度等の交通規則情報が設定されている。
更に、管制走行ルート地図19を構成する各区間は、仮想的に設定された経由点の集合である経由点列によって車両7の経路6を表している。経由点とは、経路6上における車両7の位置を表す指標の1つであり、各々の経由点には経由点IDが一意に設定されているため、経由点IDから経路6上における車両7の位置が特定される。
なお、管制走行ルート地図19には干渉地点Xを予め規定している干渉地点情報が含まれる。
図8は、干渉地点Xの例を示す図である。干渉地点Xには例えば図8(A)に示すように、優先車線8Aと非優先車線8Bが交差する交差点や、一般道や高速道路でみられるような、図8(B)に示す優先車線8Aと非優先車線8Bが合流する合流点が含まれる。干渉地点Xとは、車両7同士が干渉範囲まで接近するような箇所のことであるため、干渉地点Xは必ずしも点で表されるわけではなく、一定の大きさを有する領域で表されることもある。すなわち、干渉地点Xは干渉領域の一例である。
図9は、干渉地点情報の一例を示す図であり、干渉地点情報は、例えば干渉地点X毎に干渉地点Xを一意に識別するための干渉地点ID、干渉地点Xの位置、干渉地点Xに対応する経由点を一意に識別するための経由点ID、並びに、干渉地点Xの1つ手前の経由点の位置及び経由点IDを、同じ干渉地点Xを共有する優先車線8Aと非優先車線8Bのそれぞれについて規定した情報である。
前述した遵守車両7Aにおける車両走行ルート地図26も管制走行ルート地図19と同じ情報で構成されるが、車両走行ルート地図26は、遵守車両7Aが実際に走行する上で必要になる、管制走行ルート地図19には含まれない情報を含んでもよい。
なお、管制走行ルート地図19に必ずしも干渉地点情報が含まれている必要はなく、この場合、管制装置10は、管制走行ルート地図19に含まれる経由点列の情報から干渉地点情報を生成すればよい。また、管制走行ルート地図19は必ずしも管制装置10に含まれる必要はなく、管制装置10は、通信部12を通じて管制装置10とは異なる外部装置から管制走行ルート地図19を取得してもよい。
図6における大域経路計画部13は、目的地設定部11から受け付けた遵守車両7Aの車両固有情報と目的地、移動体情報Aに含まれる遵守車両7Aの位置情報と車両固有情報、及び管制走行ルート地図19に基づいて、遵守車両7A毎に管制走行ルート地図19上で遵守車両7Aの現在位置から目的地までの経路6である大域経路を探索する。すなわち、大域経路は、管制走行ルート地図19を構成する各区間の経由点列をつないだ経路6として表される。
図10は、共に遵守車両7Aである車両P及び車両Qの大域経路の一例を示す図である。複数の経路6の中から車両Pの現在位置と車両Pの目的地をつなぐ1つの経路6Pが車両Pの大域経路として選択され、車両Qの現在位置と車両Qの目的地をつなぐ1つの経路6Qが車両Qの大域経路として選択された状況を表している。
なお、大域経路計画部13における遵守車両7Aの大域経路の探索に用いる探索方法はどのような方法であってもよく、例えばダイクストラ探索といった公知の探索方法が用いられる。こうした大域経路計画部13は、本実施の形態に係る計画部に相当する。
遵守車両7Aであれば予め目的地が決められるため、管制装置10が主体となって大域経路計画部13で遵守車両7Aの大域経路を計画することができる。遵守車両7Aは大域経路に基づいて決定した局所経路を走行することから、管制装置10は自らが計画した大域経路によって、遵守車両7Aの経路6を知ることができる。
一方、準遵守車両7Bの場合、運転手が経路6を決定することから目的地が予め決められていないことがある。また、非遵守車両7Cも運転手が運転していれば準遵守車両7Bと同様に、運転手が経路6を決定することから目的地が予め決められていないことがある。更に、非コネクテッド車両7Dの場合、管制装置10とデータ通信を行うことができないため、管制装置10にはそもそも非コネクテッド車両7Dが向かおうとしている目的地を取得する手段がない。
したがって、管制装置10は大域経路計画部13で準遵守車両7B、非遵守車両7C、及び非コネクテッド車両7Dの大域経路を計画することができない。
その代わりに管制装置10は、走行経路予測部14で準遵守車両7B、非遵守車両7C、及び非コネクテッド車両7Dの走行経路を予測する。
具体的には、走行経路予測部14は、準遵守車両7B、非遵守車両7C、及び非コネクテッド車両7D(以降、「特定車両」という)における各々の移動体情報B、移動体情報C、及び移動体情報Dに含まれる位置情報と速度から走行経路を予測する。例えば走行経路予測部14は、特定車両の現在位置から特定の距離(例えば100m)までを移動体情報で示される速度で走行するものとし、特定の距離に対応する車線8の区間の経由点列をつないだ経路6を特定車両の走行経路として干渉地点特定部15に通知する。
しかしながら、特定車両の目的地は不明であるため、走行経路予測部14は、車線8が分岐する場合には大域経路と異なり、車線8が分岐する毎に枝分かれするすべての経路6の組み合わせを走行経路として取り扱う。
図11は、車両Pが特定車両である場合の走行経路の一例を示す図である。図11に示すように車両Pの走行先が2つに分岐している場合、走行経路予測部14は、車両Pが分岐点で何れの方向に分岐するか不明であるため、経路6P-1及び経路6P-2を共に車両Pの走行経路とする。こうした走行経路予測部14は、本実施の形態に係る予測部に相当する。
なお、既に説明したように、準遵守車両7Bの移動体情報B及び非遵守車両7Cの移動体情報Cは無線通信装置3を通じて取得され、非コネクテッド車両7Dの移動体情報Dは収集装置9を通じて取得される。
収集装置9で撮影される画像には非コネクテッド車両7D以外の種類の車両7も含まれる場合がある。この場合、収集装置9から取得した何れの移動体情報が非コネクテッド車両7Dの移動体情報Dであるのか区別がつかないことがある。したがって、走行経路予測部14は、例えば通信部12を通じて取得した移動体情報A、移動体情報B、及び移動体情報Cに含まれる何れかの位置情報と、収集装置9から取得した車両7の移動体情報に含まれる位置情報が一致していると認められる予め定めた範囲内まで接近している場合、収集装置9から通知された移動体情報によって表される車両7は、通信部12から取得した移動体情報によって表される遵守車両7A、準遵守車両7B、及び非遵守車両7Cの何れかであると判定し、非コネクテッド車両7Dの移動体情報Dと区別すればよい。
干渉地点特定部15は、大域経路計画部13から受け付けた遵守車両7Aの大域経路と、走行経路予測部14でそれぞれ予測した準遵守車両7B、非遵守車両7C、及び非コネクテッド車両7Dの走行経路に基づいて、各大域経路及び各走行経路における干渉地点Xを特定する。干渉地点特定部15は、特定した干渉地点Xを各車両7の大域経路または走行経路毎に管制制御ポリシー選択部17に通知する。また、干渉地点特定部15は、各車両7の経路6と各々の経路6における干渉地点Xを仮想交通ルール生成部18に通知する。
移動体情報監視部16は各車両7の移動体情報を収集し、車両7の状態を監視する。また、移動体情報監視部16は、車両7の種類の判定に用いられる車両7の状態に変化が生じた場合には、管制制御ポリシー選択部17に状態の変化を通知する。こうした移動体情報監視部16は、本実施の形態に係る監視部に相当する。
管制制御ポリシー選択部17は、干渉地点Xで干渉する車両7同士の運転機能及び移動体情報によって表される車両7の状態に応じて、予め用意している複数の管制制御ポリシーの中から、干渉地点Xで車両7同士が干渉しないように遵守車両7A及び準遵守車両7Bが従うべき仮想交通ルールの生成方針を規定した管制制御ポリシーを選択する。
管制制御ポリシーは、干渉地点Xでの干渉が予測される車両7同士の種類の組み合わせによって複数の管制制御ポリシーが存在するが、各々の管制制御ポリシーは、車両7同士が干渉地点Xで干渉しないように考えられた、次のような設計指針に基づいて設計されている。
<管制制御ポリシーの設計指針>
(設計指針1)干渉する車両7が遵守車両7A同士であれば、干渉地点Xを通過する予想通過時間(以降、「干渉時間t」という)が早い方の遵守車両7Aを優先する。
(設計指針2)干渉する車両7が遵守車両7Aとそれ以外の種類の車両7の場合、それ以外の種類の車両7を優先する。ただし、各々の車両7の干渉時間tを比較して、実際に干渉する度合いが低いとみなすことができる場合には、遵守車両7Aを優先してもよい。
(設計指針3)準遵守車両7Bは運転手が手動運転を行っている車両7であるが、運転手に仮想交通ルールが伝達されているため、干渉地点Xから離れた場所に位置する場合には余裕をもって仮想交通ルールに従った運転を行うことが可能であるため、遵守車両7Aとして取り扱う。
(設計指針4)遵守車両7A以外の種類の車両7が干渉地点Xに接近した場合には、優先車線8Aを走行する車両7を優先する。
図12は、上述した管制制御ポリシーの設計指針に基づいて実際に設計された管制制御ポリシーの例を示す図である。
図12では、干渉する2台の車両7を車両Pと車両Qで表し、車両Pの種類と車両Qの種類の組み合わせに対応した管制制御ポリシーが記載されている。
ポリシーIDが“1”の管制制御ポリシーは、干渉地点Xの予想通過時間が早い車両7を優先とする内容であり、設計指針1から得られたポリシー内容である。ポリシーIDが“2”の管制制御ポリシーは、車両Qが干渉地点Xから離れている場合には干渉地点Xの予想通過時間が早い車両7を優先し、車両Qが干渉地点Xに近い場合には車両Qを優先する内容であり、設計指針1、設計指針2、及び設計指針3から得られたポリシー内容である。ポリシーIDが“3a”及び“3b”の管制制御ポリシーは、共に干渉地点Xの予想通過時間が早い車両7を優先し、車両P、Qが干渉範囲まで接近する可能性がある場合には車両Qを優先する内容であり、設計指針2及び設計指針3から得られたポリシー内容である。ポリシーIDが“4”の管制制御ポリシーは、車両Pが干渉地点Xから離れている場合には干渉地点Xの予想通過時間が早い車両7を優先し、車両Pが干渉範囲まで近づいている場合には車両Pを優先する内容であり、設計指針1、設計指針2、及び設計指針3から得られたポリシー内容である。ポリシーIDが“5”の管制制御ポリシーは、車両P、Qが干渉地点Xから離れている場合には干渉地点Xの予想通過時間が早い車両7を優先し、車両P、Qが干渉範囲まで近づいている場合には優先車線8Aを走行する車両7を優先する内容であり、設計指針2、設計指針3、及び設計指針4から得られたポリシー内容である。
なお、車両Pが非遵守車両7Cで、車両Qが非遵守車両7Cまたは非コネクテッド車両7Dの組み合わせの場合、または車両P及び車両Qが共に非コネクテッド車両7Dの組み合わせの場合、管制装置10が仮想交通ルールを生成しても非遵守車両7C及び非コネクテッド車両7Dは仮想交通ルールに従って走行することができないため、対応する管制制御ポリシーは不要となる。
管制制御ポリシー選択部17は、選択した管制制御ポリシーを仮想交通ルール生成部18に通知する。
仮想交通ルール生成部18は、通信部12から受け付けた各車両7の移動体情報、大域経路計画部13から受け付けた各車両7の経路6、すなわち、大域経路と走行経路、各々の経路6における干渉地点X、及び管制制御ポリシー選択部17から受け付けた管制制御ポリシーを用いて、遵守車両7A及び準遵守車両7Bに対する仮想交通ルールを生成する。仮想交通ルール生成部18は、本実施の形態に係る生成部に相当する。
具体的には、仮想交通ルール生成部18は、遵守車両7Aの大域経路における干渉地点Xで干渉しあう遵守車両7Aと他の車両7について、各々の干渉地点Xにおける干渉時間tを推定し、各干渉地点Xにおいて、車両7同士の交通効率を低下させることなく干渉地点Xでの車両7同士の干渉が回避されるような通過優先順位を遵守車両7Aに対して規定する。
同様に、仮想交通ルール生成部18は、準遵守車両7Bの走行経路における干渉地点Xで干渉しあう準遵守車両7Bと他の車両7について、各々の干渉地点Xにおける干渉時間tを推定し、各干渉地点Xにおいて、車両7同士の交通効率を低下させることなく干渉地点Xでの車両7同士の干渉が回避されるような通過優先順位を準遵守車両7Bに対して規定する。
仮想交通ルール生成部18は、遵守車両7Aに対しては大域経路と仮想交通ルールを含んだ管制情報を生成し、準遵守車両7Bに対して仮想交通ルールを含んだ管制情報を生成し、通信部12に対して各々の遵守車両7A及び準遵守車両7Bと対応付けられた管制情報の送信依頼を行う。これにより、無線通信装置3から該当する遵守車両7A及び準遵守車両7Bに対して、各々の遵守車両7A及び準遵守車両7Bと対応付けられた管制情報が送信されることになる。
なお、仮想交通ルールについての詳細な生成方法については後ほど説明することにする。
次に、車両7の制御装置及び管制装置10における各々の電気系統の要部構成例について説明する。
図13は、管制装置10における電気系統の要部構成例を示す図である。図13に示すように、管制装置10は例えばコンピュータ30を用いて構成される。
コンピュータ30は、図6に示した管制装置10に係る各機能部の処理を担うプロセッサの一例であるCPU(Central Processing Unit)31、コンピュータ30を管制装置10として機能させる管制プログラムを記憶するROM(Read Only Memory)32、CPU31の一時的な作業領域として使用されるRAM(Random Access Memory)33、不揮発性メモリ34、及び入出力インターフェース(I/O)35を備える。そして、CPU31、ROM32、RAM33、不揮発性メモリ34、及びI/O35がバス36を介して各々接続されている。
不揮発性メモリ34は、不揮発性メモリ34に供給される電力が遮断されても、記憶したデータが維持される記憶装置の一例であり、例えば半導体メモリが用いられるが、ハードディスクを用いてもよい。また、不揮発性メモリ34は、必ずしもコンピュータ30に内蔵されている必要はなく、例えばUSBメモリやメモリカードのようにコンピュータ30に着脱可能な可搬型の記憶媒体を用いてもよい。
I/O35には、例えば通信ユニット37、入力ユニット38、及び表示ユニット39が接続される。
通信ユニット37は通信網5に接続され、無線通信装置3及び収集装置9や、通信網5と接続された外部装置との間でデータ通信を行う通信プロトコルを備える。
入力ユニット38は、管制装置10の操作者からの指示を受け付けてCPU31に通知するユニットであり、例えばボタン、タッチパネル、キーボード、及びマウス等が用いられる。指示が音声で行われる場合には、入力ユニット38としてマイクが用いられることがある。
表示ユニット39は、CPU31によって処理された情報を表示する装置であり、例えば液晶ディスプレイ、有機EL(Electro Luminescence)ディスプレイ、及びプロジェクタ等が用いられる。
管制装置10が無人のデータセンター等に設置されている場合のように情報の表示を必要としない状況では、表示ユニット39がI/O35に接続されないこともある。また、必要に応じてプリンタユニットのような他のユニットがI/O35に接続されることがある。
一方、図14は、非コネクテッド車両7Dを除く車両7の制御装置における電気系統の要部構成例を示す図である。車両7の制御装置も管制装置10と同様に、例えばコンピュータ40を用いて構成される。
コンピュータ40は、図2~図4にそれぞれ示した各種類の車両7の制御装置に係る各機能部の処理を担うプロセッサの一例であるCPU41、コンピュータ40を各種類の車両7に対応した制御装置として機能させる制御プログラムを記憶するROM42、CPU41の一時的な作業領域として使用されるRAM43、不揮発性メモリ44、及びI/O45を備える。そして、CPU41、ROM42、RAM43、不揮発性メモリ44、及びI/O45がバス46を介して各々接続されている。
I/O45には、例えば通信ユニット47、入力ユニット48、表示ユニット49、内界センサ51、外界センサ52、及び走行装置53が接続される。
通信ユニット47は無線通信装置3との間でデータ通信を行う通信プロトコルを備える。
入力ユニット48は、車両7の運転手からの指示を受け付けてCPU41に通知するユニットであり、例えばボタン、タッチパネル、及びポインティングデバイス等が用いられる。指示が音声で行われる場合には、入力ユニット48としてマイクが用いられることがある。
表示ユニット49は、CPU41によって処理された情報を表示する装置であり、例えば液晶ディスプレイ、有機ELディスプレイ、及びプロジェクタ等が用いられる。
走行装置53は、例えばハンドル、アクセル、及びブレーキのように車両7の走行状態に影響を与える操作装置の操作量を調整すると共に、操作量を車両7の状態としてCPU41に通知する装置であり、遵守車両7Aの場合、CPU41によって操作量が制御され、準遵守車両7Bの場合、運転手によって操作量が制御される。非遵守車両7Cの場合には自動運転機能を備えていてもいなくてもよいため、操作装置の操作量は運転モードに応じてCPU41によって制御されることもあれば、運転手によって制御されることもある。
なお、I/O45には、管制装置10から受信した管制情報の内容を音声で通知するスピーカーや、触覚によって通知するデバイスを接続してもよい。車両7が準遵守車両7Bの場合、運転手に管制情報を伝達する少なくとも1つのデバイスがI/O45に接続される。内界センサ51及び外界センサ52の機能については既に説明した通りであり、例えば準遵守車両7Bのように自動運転機能を備えていない車両7の場合、必ずしもI/O45に外界センサ52が接続されていないこともある。
次に、管制システム1における管制装置10の動作について詳細に説明する。
図15は、各車両7から移動体情報を受け付けた場合に、管制装置10のCPU31によって実行される管制処理の流れの一例を示すフローチャートである。
管制処理を規定する管制プログラムは、例えば管制装置10のROM32に予め記憶されている。管制装置10のCPU31は、ROM32に記憶される管制プログラムを読み込み、管制処理を実行する。
なお、以降では説明の便宜上、管制システム1の管制対象となる車両7が車両P及び車両Qの場合について管制装置10の動作について説明するが、管制対象となる車両7が3台以上の場合であっても、各々の車両7について同様の処理を行えばよい。
ステップS10において、CPU31は、移動体情報によって通知される車両7の運転機能に基づいて、車両Pと車両Qの種類を判定する。
ステップS20において、CPU31は、ステップS10で判定した車両P及び車両Qの少なくとも一方の種類が遵守車両7Aであるか否かを判定する。車両P及び車両Qの少なくとも一方が遵守車両7AであればステップS30に移行する。
ステップS30において、CPU31は、遵守車両7Aから受信した移動体情報に含まれる車両7の位置情報と、遵守車両7Aの目的地に基づいて、遵守車両7Aの大域経路を生成する。
一方、ステップS20の判定処理において車両P及び車両Qの何れも遵守車両7Aでないと判定された場合、ステップS30の処理を実行することなくステップS40に移行する。
ステップS40において、CPU31は、ステップS10で判定した車両P及び車両Qの少なくとも一方の種類が遵守車両7A以外であるか否か、すなわち、車両P及び車両Qの少なくとも一方の種類が特定車両であるか否かを判定する。車両P及び車両Qの少なくとも一方の種類が特定車両である場合には、ステップS50に移行する。
ステップS50において、CPU31は、特定車両から受信した移動体情報に含まれる特定車両の位置情報と特定車両の速度に基づいて、特定車両の走行経路を生成する。
なお、分岐点の手前の地点で特定車両の速度が減速した場合、分岐点を直進するよりも折れ曲がる蓋然性が高いことから、CPU31は、折れ曲がる方向に進む経路6だけを特定車両の走行経路として生成してもよい。
一方、ステップS40の判定処理において車両P及び車両Qの何れも特定車両でないと判定された場合、ステップS50の処理を実行することなくステップS60に移行する。
ステップS60において、CPU31は、車両Pの経路6を示す経由点が、車両Qの経路6を示す経由点から干渉範囲以内まで接近するような地点、すなわち、車両Pと車両Qの干渉地点Xを特定する。具体的には、CPU31は、ステップS30またはステップS50で取得した車両Pの大域経路若しくは走行経路(単に「車両Pの経路6」という)と、ステップS30またはステップS50で取得した車両Qの大域経路若しくは走行経路(単に「車両Qの経路6」という)が交差または合流する地点の経由点や、車両Pの経路6と車両Qの経路6が干渉範囲以内まで接近して並走するような領域の経由点を、車両Pと車両Qの干渉地点Xとして特定する。
なお、図9に示したような干渉地点情報を参照することができる場合、CPU31は、車両Pと車両Qの各々の経路6に、干渉地点情報で干渉地点Xとして設定されている同一の経由点が含まれていれば、当該経由点によって表される地点を車両Pと車両Qの干渉地点Xとしてもよい。
ステップS70において、CPU31は、ステップS60で特定した車両Pと車両Qの各干渉地点Xについて、車両Pと車両Qの干渉時間tを算出する。
干渉時間tは、車両P及び車両Qのそれぞれの現在位置から干渉地点Xまでの経路6に沿った距離(以降、「干渉地点Xまでの距離」という)と、車両P及び車両Qのそれぞれの速度から算出することができる。しかしながら、交通事情等により車両P及び車両Qは一定の速度で走行することができないため、実際には車両P及び車両Qの速度は変動する。
たとえば、“v”を車両P及び車両Qにおけるそれぞれの速度、“l”を干渉地点Xまでの距離、“α”及び“β”を車両P及び車両Qの速度変化に対応する正数のマージン、“ε”を他の値よりも0に近い正定数とすれば、車両P及び車両Qの速度の変動量を考慮した干渉地点Xにおける干渉時間tは(1)式で算出される。
なお、tbeginは車両P及び車両Qが最も早く干渉地点Xを通過する場合の時刻であり、tendは、車両P及び車両Qが最も遅く干渉地点Xを通過する場合の時刻である。このように、車両P及び車両Qの各干渉地点Xにおける干渉時間tは、tbegin以上tend未満の期間で表される。以降では、車両Pの干渉地点Xにおける干渉時間tを「干渉時間tp」と表し、車両Qの干渉地点Xにおける干渉時間tを「干渉時間tq」と表す。干渉時間tの算出方法は上記に限定されず、ドライバモデルや車両挙動モデルを用いた予測等を用いてもよい。
図16は、特定の干渉地点Xに対する車両Pの干渉時間tpと、車両Qの干渉時間tqの一例を示す図である。
このようにして、CPU31は各干渉地点Xについて、車両Pの干渉時間tp及び車両Qの干渉時間tqを算出する。
ステップS80において、CPU31は、干渉する車両Pと車両Qの種類の組み合わせに応じて、図12に示した管制制御ポリシーから対応する管制制御ポリシーを選択する。
ステップS90において、CPU31は、ステップS60で特定した車両Pと車両Qの各干渉地点Xにおける通過優先順位を設定する。
通過優先順位が上、すなわち、通過優先順位が優先に設定された車両7は、干渉地点Xを優先的に通過することができ、通過優先順位が下、すなわち、通過優先順位が非優先に設定された車両7は、通過優先順位が優先に設定された車両7の干渉地点Xにおける干渉時間tの間は、当該干渉地点Xに進入しないようにする制約が設定される。
このように、各干渉地点Xにおける通過優先順位と干渉時間tを対応付け、車両Pと車両Qが走行することができる時間と場所を制約することで、各干渉地点Xにおいて車両Pと車両Qの干渉が回避されることになる。
各干渉地点Xにおける通過優先順位と、通過優先順位が優先に設定された車両7の干渉時間tの対応付け、すなわち、通過優先順位が非優先に設定された車両7にとっての干渉地点Xへの進入禁止時間が仮想交通ルールとなる。仮想交通ルールは、車両7が干渉地点Xで他の車両7と干渉しないように、干渉時間tと干渉地点Xの位置情報を用いて車両7が走行することができる時間と場所を制約することから時空間制約の一例である。
以降では、干渉地点Xにおいて通過優先順位が優先に設定されているのか、それとも非優先に設定されているのかを表す状態を“sx”で表す。干渉地点Xにおける状態sxは“0”または“1”の値をとり、CPU31は、干渉地点Xにおいて車両Pが優先の場合には状態sx=0に設定し、車両Qが優先の場合には状態sx=1に設定する。
図17は、状態sx=0に設定された干渉地点Xでの仮想交通ルールを模式化した模式図である。
この場合、車両Pの干渉時間tpがtp
begin以上tp
end未満までの期間で表されるとすれば、車両Pは、干渉時間tpの間は干渉地点Xを車両Qに優先して通過することができる。しかしながら、車両Qは、干渉時間tpに干渉地点Xに進入すると車両Pと干渉する恐れがあるため、干渉時間tpの間は干渉地点Xへ進入しないようにする必要がある。
一方、図18は、状態sx=1に設定された干渉地点Xでの仮想交通ルールを模式化した模式図である。
この場合、車両Qの干渉時間tqがtq
begin以上tq
end未満までの期間で表されるとすれば、車両Qは、干渉時間tqの間は干渉地点Xを車両Pに優先して通過することができる。しかしながら、車両Pは、干渉時間tqに干渉地点Xに進入すると車両Qと干渉する恐れがあるため、干渉時間tqの間は干渉地点Xへ進入しないようにする必要がある。
すなわち、干渉地点Xでの通過優先順位が非優先に設定された車両7は、同じ干渉地点Xにおいて通過優先順位が優先に設定された車両7の干渉時間tに当該干渉地点Xへ進入しないようにすれば、車両7同士の干渉を回避して目的地まで到達することができる。
このように、仮想交通ルールは、干渉地点Xにおける状態sxと干渉地点Xにおける進入禁止時間(すなわち、干渉地点Xにおいて通過優先順位が優先に設定されている車両7の干渉時間t)の組み合わせを干渉地点X毎に設定した情報によって表される。
各干渉地点Xにおいて、車両P及び車両Qの通過優先順位をどのように決定するかは、管制制御ポリシーの内容を表す目的関数C(S)を評価することによって行われる。
目的関数C(S)は管制制御ポリシー毎に予め用意されており、不揮発性メモリ34に記憶される。CPU31は、ステップS80で選択した管制制御ポリシーと対応付けられた目的関数C(S)を用いて、車両P及び車両Qの通過優先順位を決定する。目的関数C(S)は、車両7が移動することによって発生する交通コストを表す関数である。交通コストとは、個々の車両7に対するコストだけでなく、車両7が走行することで他の車両7の走行に与える影響も加味したコストであり、車両7の交通効率を表す。
したがって、CPU31は、目的関数C(S)が最小となるような状態ベクトルSを設定する。目的関数C(S)が最小になれば交通コストも最小となるため、管制システム1が管制を行う範囲の交通効率が向上する。
なお、目的関数C(S)における“S”は管制システム1が管理する範囲内に車両Pと車両Qの干渉地点XがN地点(Nは正の整数)ある場合において、各干渉地点Xにおける状態sxの集合をベクトルとして表したものであり「状態ベクトル」と呼ばれる。状態ベクトルSは、S=(s1, s2,・・, si,・・,sN)で表される。
以降では、各管制制御ポリシーと対応付けられたそれぞれの目的関数C(S)を用いて、車両P及び車両Qの通過優先順位を決定する決定方法について説明する。
まず、車両P及び車両Qが共に遵守車両7Aである場合の干渉地点Xにおける通過優先順位の決定方法について説明する。
この場合、CPU31は、図12に示した管制制御ポリシーにおいてポリシーIDが“1”に対応した管制制御ポリシーの目的関数C1(S)を用いる。ポリシーIDが“1”に対応した管制制御ポリシーの目的関数C1(S)は例えば(2)式で表される。
ここで、Csingle(S)は、各干渉地点Xを通過する車両P及び車両Qに対する管制制御を特徴付けるコストである。Cconsistency(S)は、車両P及び車両Qに設定される通過優先順位の時間方向の一貫性に関するコストである。Cmulti(S)は、干渉地点X間の整合性や相互作用に関するコストである。ωc及びωmは、目的関数C1(S)に対してCconsistency(S)、及びCmulti(S)が与える影響度を調整するための重みである。
(2)式において、Csingle(S)は、各干渉地点Xを通過する車両7(この場合、車両P及び車両Q)に対して定義され、(3)式及び(4)式で表される。
すなわち、Csingle(S)は、干渉地点X毎に干渉地点Xにおける干渉時間tが早い車両7、すなわち、干渉地点Xの予想通過時間が早い車両7の通過優先順位を優先に設定した場合に低くなるような値をとる。
CPU31は、車両7が走行する車線8の優先度、車両7が走行する車線8における車列の長さや交通密度、車両7がこれまでに待機した時間、及び緊急車両などの車両7自身の優先度を考慮してCsingle(S)の重み付けを行ってもよい。例えば(4)式によれば、ある干渉地点Xiにおいて車両Pの通過優先順位が優先に設定されているにも関わらず、車両Pの干渉時間tpが車両Qの干渉時間tqより遅い場合、Csingle(si;tp,tq)は“1”に設定されるが、更に、車両Pが非優先道路を走行している場合には、Csingle(si;tp,tq)が1より大きい値となるように重み付けを行えばよい。
すなわち、本来、優先通過順位を優先に設定した方がよいと考えられる状況において、優先通過順位を非優先にするような設定、及び優先通過順位を非優先に設定した方がよいと考えられる状況において、優先通過順位を優先にするような設定を行った場合、CPU31は、Csingle(S)が大きくなるように重み付けを行ってもよい。
(2)式において、車両7に設定される通過優先順位の時間方向の一貫性に関するコストを表すCconsistency(S)は、(5)式及び(6)式で表される。
状態sxは、予め定めた時間単位(例えば1秒)毎に、時系列に沿ってその時点の移動体情報等を参考にしながら最適な値が設定されるが、sx
(T)は時刻Tの時点で設定した状態sxを表し、sx
(T-1)は時刻Tよりも1単位前の時刻に設定した状態sxを表す。
同じ車両7に関して通過優先順位を表す優先と非優先が頻繁に切り替わらない方が、車両7は車線8を効率よく走行することができる。したがって、Cconsistency(S)は、時系列に沿って繰り返し計算された時間的に隣り合う状態sxが同じ値であれば小さくなるように設定され、異なる値であれば大きくなるような値をとる。
ここでは一例として、1単位前の時刻に設定した状態sx
(T-1)との関係性から状態sx
(T)を設定した場合の一貫性に関するコストを算出したが、CPU31は、例えばM単位前(Mは2以上の正の整数)までの各時刻における状態sxとの関係性から状態sx
(T)を設定した場合の一貫性に関するコストを算出してもよい。具体的には、CPU31は、干渉地点X毎に現在時刻からM単位前までの期間で優先と非優先が切り替わった数を算出し、各干渉地点Xにおける優先と非優先の切り替わり回数が多くなるにつれてCconsistency(S)の値が大きくなるように、Cconsistency(S)を計算してもよい。
(2)式において、干渉地点X間の整合性や相互作用に関するコストを表すCmulti(S)は、(7)式及び(8)式で表される。
ここで、wi,jは2つの干渉地点Xi、Xjの協調度を表す値であり、wi,j≧0に設定される。干渉地点Xの協調度とは、一方の干渉地点Xの通過優先順位を他方の干渉地点Xの通過優先順位に連動させて同じ状態に設定した方がよいと考えられる度合いのことを表す。
wi,j=0は干渉地点Xi、Xjが協調する必要がないことを表し、wi,jが大きくなるにつれて2つの干渉地点Xi、Xjを協調して扱った方がよいことを表す。
図19は、複数の干渉地点Xを協調させて取り扱った方がよい例を示す図である。図19に示すように、非優先車線8Bを走行する車両Pが、他の車両7が走行する片側1車線の優先車線8Aを横切って直進する場合、車両Pは、干渉地点X1及び干渉地点X2を通過する必要がある。
こうした状況において、車両Pに対して干渉地点X1における状態s1を“0”に設定し、干渉地点X2における状態s2を“1”に設定すると、干渉地点X2で他の車両7と干渉してしまうことを回避するため、車両Pが優先車線8A上に停止してしまうことがある。この場合、車両Pは優先車線8Aを走行する車両7の流れを妨げてしまうことになる。
したがって、車両7が通過し始めたら通過し終えるまで停止しない方がよい箇所に複数の干渉地点Xが存在する場合には、各々の干渉地点Xの状態sxを同じ値に設定して、干渉地点X同士を協調させた方がよい。
各々の干渉地点Xの組み合わせに対するwi,jは予め計算され、例えば不揮発性メモリ34に記憶されている。CPU31は、不揮発性メモリ34に記憶されているwi,jを参照してCmulti(S)を計算すればよい。
ここでは一例として、2つの干渉地点Xの協調度に基づくCmulti(S)の計算について説明したが、3つ以上の干渉地点Xの協調度を用いてCmulti(S)の計算を行ってもよい。
次に、車両Pが遵守車両7Aで、車両Qが準遵守車両7Bである場合の干渉地点Xにおける通過優先順位の決定方法について説明する。
この場合、CPU31は、図12に示した管制制御ポリシーにおいてポリシーIDが“2”に対応した管制制御ポリシーの目的関数C2(S)を用いる。ポリシーIDが“2”に対応した管制制御ポリシーの目的関数C2(S)は例えば(9)式で表される。
ここで、lqは干渉地点Xから車両Qまでの距離、D1は車両Qが干渉地点Xから離れているか否かを示す閾値である。距離lqが閾値D1を超える場合、車両Qは干渉地点Xから離れていると判定され、距離lqが閾値D1以下の場合、車両Qは干渉地点Xに近い位置にいると判定され、それぞれの状況に対応した目的関数C2(S)が評価される。なお、閾値D1は干渉地点X毎に異なる値を用いても構わない。
また、Cfunc1(S)は、車両Qが干渉地点Xに近い位置にいる場合において、車両Qの通過優先順位と干渉回避の妥当性を表したコストであり、(10)式及び(11)式で表される。
すなわち、車両Qが干渉地点Xから離れている場合には、干渉地点Xにおける干渉時間tが早い車両7を優先的に通過させるとコストが低く設定される一方で、車両Qが干渉地点Xに近づいている場合には、車両Qの通過を優先させるとコストが低く設定される。これは、車両Qが干渉地点Xに近づいている場合には管制制御ポリシーに従って、運転手が手動で運転している車両Qの通過を優先させた方が、遵守車両7Aである車両Pを優先させた場合よりも干渉を回避することができる可能性が高くなるためである。
なお、ωf1は、目的関数C2(S)に対してCfunc1(S)が与える影響度を調整するための重みである。
次に、車両Pが遵守車両7Aで、車両Qが非遵守車両7Cまたは非コネクテッド車両7Dである場合の干渉地点Xにおける通過優先順位の決定方法について説明する。
この場合、CPU31は、図12に示した管制制御ポリシーにおいてポリシーIDが“3a”及び“3b”に対応した管制制御ポリシーの目的関数C3(S)を用いる。ポリシーIDが“3a”及び“3b”に対応した管制制御ポリシーの目的関数C3(S)は例えば(12)式で表される。
すなわち、目的関数C3(S)は、干渉地点Xにおいて干渉時間tが早い方の車両7を優先的に通過させ、かつ、車両Pよりも移動に関する遵守度が低い車両Qを優先して通過させた場合にコストが低くなるように設計されている。
特に、車両Qが非コネクテッド車両7Dの場合、非コネクテッド車両7Dの移動体情報Dは非遵守車両7Cの移動体情報Cのように、車両7に取り付けられた内界センサや外界センサによって得られた情報ではなく、収集装置9で撮影した画像から検出した情報である。したがって、移動体情報Dから算出した干渉地点Xにおける非コネクテッド車両7Dの干渉時間tは、移動体情報Cから算出した非遵守車両7Cの干渉時間tよりも誤差が大きくなる傾向を示す。
そこで、車両Qが非コネクテッド車両7Dの場合には、(12)式のCsingle(S)の代わりに、Csingle(S)を修正したC^
single(S)を用いることが好ましい。C^
single(S)は(13)式で表される。
ここで、σは移動体情報Dを用いて算出した非コネクテッド車両7Dにおける干渉時間tの予測誤差であり正数で表される。すなわち、移動体情報Dを用いて非コネクテッド車両7Dが最も早く干渉地点Xを通過する時刻として算出した時刻tq
beginよりも、更に予測誤差σだけ早く干渉地点Xを通過しても、非コネクテッド車両7Dが最も遅く干渉地点Xを通過する時刻として算出したtq
endよりも、更に予測誤差σだけ遅く干渉地点Xを通過しても車両P及び車両Qが干渉しないように、当初算出した干渉時間tよりも更に幅を持たせた干渉時間tに基づいて、Csingle(S)を補正する。なお、予測誤差σは非コネクテッド車両7D毎に異なる値を用いても構わない。
次に、車両Pが準遵守車両7Bで、車両Qが遵守車両7Aである場合の干渉地点Xにおける通過優先順位の決定方法について説明する。
この場合、CPU31は、図12に示した管制制御ポリシーにおいてポリシーIDが“4”に対応した管制制御ポリシーの目的関数C4(S)を用いる。ポリシーIDが“4”に対応した管制制御ポリシーの目的関数C4(S)は例えば(14)式で表される。
ここで、lpは干渉地点Xから車両Pまでの距離を表し、Cfunc2(S)は、車両Pが干渉地点Xに近い位置にいる場合において、車両Pの通過優先順位と干渉回避の妥当性を表したコストであり、(15)式及び(16)式で表される。
すなわち、車両Pが干渉地点Xから離れている場合には、干渉地点Xにおける干渉時間tが早い車両7を優先的に通過させるとコストが低く設定される一方で、車両Pが干渉地点Xに近づいている場合には、車両Pの通過を優先させるとコストが低く設定される。これは、車両Pが干渉地点Xに近づいている場合には管制制御ポリシーに従って、運転手が手動で運転している車両Pの通過を優先させた方が、遵守車両7Aである車両Qを優先させた場合よりも干渉を回避することができる可能性が高くなるためである。
なお、ωf2は、目的関数C4(S)に対してCfunc2(S)が与える影響度を調整するための重みである。
次に、車両Pが準遵守車両7Bで、車両Qが準遵守車両7B、非遵守車両7C、及び非コネクテッド車両7Dの何れかの特定車両である場合の干渉地点Xにおける通過優先順位の決定方法について説明する。
この場合、CPU31は、図12に示した管制制御ポリシーにおいてポリシーIDが“5”に対応した管制制御ポリシーの目的関数C5(S)を用いる。ポリシーIDが“5”に対応した管制制御ポリシーの目的関数C5(S)は例えば(17)式で表される。
ここで、D2は干渉する車両7が特定車両同士の場合に、D1の代わりに用いられる閾値であり、距離lp及び距離lqが閾値D2を超える場合、車両Pと車両Qは干渉地点Xから離れていると判定され、距離lp及び距離lqが閾値D2以下の場合、車両Pと車両Qは干渉地点Xに近い位置にいると判定される。なお、閾値D2は干渉地点X毎に異なる値を用いても構わない。
また、Croad(S)は、車両P及び車両Qが走行する車線8の優先度に関するコストであり、(18)式及び(19)式で表される。
すなわち、車両Pまたは車両Qが干渉地点Xから離れている場合には、干渉地点Xにおける干渉時間tが早い車両7を優先的に通過させるとコストが低く設定される一方で、車両P及び車両Qが共に干渉地点Xに近づいている場合には、優先車線8Aを走行している車両7の通過を優先させるとコストが低く設定される。
なお、ωrは、目的関数C5(S)に対してCroad(S)が与える影響度を調整するための重みである。
上述したように、目的関数C(S)は車両7に対する管制制御の内容、干渉地点Xにおける通過優先順位の時間方向の一貫性、干渉地点X間の整合性や相互作用を反映したコスト、車両7から干渉地点Xまでの距離に基づいて考慮した安全性、及び車線8の優先度を組み合わせて構成されるが、CPU31が各車両7の干渉地点Xにおける通過優先順位を決定するために用いる目的関数C(S)は上述した目的関数C(S)に限られない。交通環境、安全性、交通効率を表す他の要素を反映した目的関数C(S)を用いてもよい。
CPU31は、取り得るすべての状態ベクトルSを目的関数C(S)に代入して目的関数C(S)を最小にする状態ベクトルSを決定してもよいが、勾配法等の公知の最適化手法を用いて、目的関数C(S)を最小にする状態ベクトルSを決定してもよい。更には、Cmulti(S)が目的関数C(S)に与える影響が、Csingle(S)及びCconsistency(S)が目的関数C(S)に与える影響より少なければ、CPU31は、目的関数C(S)からCmulti(S)を削除した部分問題に分割して、目的関数C(S)を最小にする状態ベクトルSを決定してもよい。また、状態ベクトルSをS=(Sa,Sb)、ただしSa=(s1,・・・,si)、Sb=(si+1,・・・,sN)と分割したときに、Cmulti(S)=Cmulti(Sa)+Cmulti(Sb)であれば、CPU31は、目的関数C(S)を部分問題C(Sa)とC(Sb)に分割して、それぞれを最小にする状態ベクトルSa、Sbを決定してもよい。
図15のステップS100において、CPU31は、車両P及び車両Qの種類に応じて仮想交通ルールの要否を決定し、仮想交通ルールが必要な車両7、すなわち、遵守車両7A及び準遵守車両7Bに対しては、ステップS60で特定した車両Pと車両Qの各干渉地点X、ステップS70で算出した各干渉地点Xにおける干渉時間t、及びステップS90で設定した各干渉地点Xにおける状態sxを用いて仮想交通ルールを生成する。具体的には、CPU31は、各干渉地点Xの位置を表す位置情報(例えば干渉地点ID)と、各干渉地点Xにおける状態sxと、状態sx及び干渉時間tから得られる各干渉地点Xへの進入禁止時間を対応付けた仮想交通ルールを、車両P及び車両Qの種類に応じて生成する。
ステップS110において、CPU31は、車両P及び車両Qの種類に応じて管制情報の生成の有無、及び管制情報の内容を決定する。
車両Pまたは車両Qが遵守車両7Aであれば、CPU31は、大域経路及び仮想交通ルールを含む管制情報を生成する。車両Pまたは車両Qが準遵守車両7Bであれば、CPU31は、仮想交通ルールを含む管制情報を生成する。車両Pまたは車両Qが非遵守車両7C及び非コネクテッド車両7Dの何れかであれば、CPU31は管制情報を生成しない。
CPU31は無線通信装置3を通じて、生成した管制情報を管制情報の生成対象となった車両7にそれぞれ送信するための制御を行う。
この場合、CPU31は、最新の移動体情報から管制情報の生成対象となった車両7の位置を把握し、当該車両7の現在位置に最も近い無線通信装置3から管制情報が送信されるように、管制情報を送信する無線通信装置3を指定する。無線通信装置3の位置情報は、例えば不揮発性メモリ34に予め記憶されている。
以上により、図15に示した管制処理を終了する。
なお、管制装置10の管制対象となる車両7が遵守車両7A、準遵守車両7B、及び非遵守車両7Cに限られ、準遵守車両7B及び非遵守車両7Cの目的地が明らかな場合、遵守車両7Aと同じように大域経路計画部13で準遵守車両7B及び非遵守車両7Cの大域経路を計画すればよい。この場合、管制装置10の走行経路予測部14及び収集装置9は不要となる。
図15に示した管制処理では、移動体情報によって通知される、車両7が備える運転機能に基づいて車両7の種類を決定したが、備えられている運転機能が正常に機能していない状況も考えられる。
例えばコネクテッド車両が備える無線設備に異常が発生し、管制装置10との間でデータ通信を行うことができない状態になった場合、移動体情報を管制装置10に送信することができない。したがって、管制装置10は、無線設備に異常が発生したコネクテッド車両を非コネクテッド車両7Dとみなして管制制御ポリシーを選択し、仮想交通ルールを生成する。
また、特定の車両7とのデータ通信に遅延が発生し、例えば車両7が受信した管制情報に従って干渉を回避する制御を行っても、既に干渉を回避することができないところまで干渉地点Xに接近してしまうような状況が発生する恐れがある場合も、管制装置10は、当該特定の車両7を非コネクテッド車両7Dとみなして管制制御ポリシーを選択し、仮想交通ルールを生成する。
なお、例えば通信網5や管制装置10の通信部12に異常が発生した場合、管制装置10は管制対象となるすべての車両7とデータ通信を行うことができなくなるため、すべての車両7は非コネクテッド車両7Dとみなされる。このような状況であっても、管制装置10は、収集装置9によって各車両7の移動体情報の収集は可能であるため、少なくとも各車両7の走行経路の予測は可能となる。
また、遵守車両7Aの制御が制御装置から運転手に切り替わり、遵守車両7Aにおいて管制装置10から受信した仮想交通ルールを運転手に伝達する機能が動作している場合には、管制装置10は、遵守車両7Aを準遵守車両7Bとみなして管制制御ポリシーを選択し、仮想交通ルールを生成する。遵守車両7Aの制御が制御装置から運転手に切り替わったにもかかわらず、遵守車両7Aにおいて管制装置10から受信した仮想交通ルールを運転手に伝達する機能が動作していない場合には、管制装置10は、遵守車両7Aを非遵守車両7Cとみなして管制制御ポリシーを選択し、仮想交通ルールを生成する。
また、準遵守車両7Bで管制装置10から受信した仮想交通ルールを運転手に伝達する機能に異常が発生し、仮想交通ルールを運転手に伝達できない場合にも、管制装置10は、準遵守車両7Bを非遵守車両7Cとみなして管制制御ポリシーを選択し、仮想交通ルールを生成する。
すなわち、管制装置10は、車両7に備わっている運転機能及び移動体情報から得られる車両7の状態を用いて車両7の種類を判定する。移動体情報には、車両7が実施した自己診断結果が含まれ、これにより異常が発生している機能が示される。
管制装置10は、車両7の種類を判定した後であっても、移動体情報監視部16で車両7の運転機能や状態の変化を検知した場合、管制装置10は変化後の運転機能や状態に応じて車両7の種類を動的に更新する。管制制御ポリシー選択部17は、更新後の車両7の種類に基づいて管制制御ポリシーを選択する。
なお、車両7が備える運転機能及び車両7の状態と、車両7の種類の対応付けを予め規定した種類規定テーブルを例えば不揮発性メモリ34に記憶しておき、管制装置10のCPU31は種類規定テーブルを参照して、車両7が備える運転機能及び車両7の状態から車両7の種類を決定すればよい。
仮想交通ルールを受信し、受信した仮想交通ルールを運転手に伝達する機能が車両7に備え付けられていない場合であっても、運転手が仮想交通ルールの受信及び運転手への伝達機能を備えた情報デバイス(例えばスマートフォンやタブレット型コンピュータ)を車両7に持ち込んだ場合、当該車両7は準遵守車両7Bとして扱われる。また、車両7が無線設備を備えていない、または、無線設備が故障している場合であっても、運転手が車両7の移動体情報を送信する機能を備えた情報デバイスを車両7に持ち込んだ場合、当該車両7は非遵守車両7Cとして扱われる。
一方、図20は、管制装置10から管制情報を受信した場合に、遵守車両7Aの制御装置におけるCPU41によって実行される走行制御処理の流れの一例を示すフローチャートである。
遵守車両7Aの走行制御処理を規定する制御プログラムは、例えば遵守車両7Aの制御装置におけるROM42に予め記憶されている。遵守車両7Aの制御装置におけるCPU41は、ROM42に記憶される制御プログラムを読み込み、遵守車両7Aの走行制御処理を実行する。
ステップS200において、CPU41は、自身の遵守車両7Aにおける最新の位置情報を取得する。
ステップS210において、CPU41は、自身の遵守車両7Aにおける最新の移動体情報を取得する。
ステップS220において、CPU41は、ステップS200で取得した遵守車両7Aの位置情報、ステップS210で取得した遵守車両7Aの移動体情報A、及び管制装置10から受信した管制情報を用いて、局所経路を生成する。
具体的には、CPU41は、移動体情報Aに含まれる車線8上の状況を表す外界センサのセンサ値や、遵守車両7Aの状態を表す内界センサのセンサ値から、他の車両7と干渉しないように走行することができる大域経路に沿った実経路、すなわち、局所経路を決定する。この際、CPU41は、管制情報に含まれる仮想交通ルールを参照して、非優先に設定されている干渉地点Xでは干渉地点Xと対応付けられている進入禁止時間に当該干渉地点Xへ進入しないような局所経路を遵守車両7Aが走行するように、目標位置、目標姿勢、及び目標速度といった遵守車両7Aの制御内容を決定する。
CPU41は、遵守車両7Aの目標位置及び目標姿勢から局所経路を計算した上で、仮想交通ルールを満たすように遵守車両7Aが局所経路を走行するための目標速度を計算してもよい。また、CPU41は、遵守車両7Aの目標位置、目標姿勢、及び目標速度を一緒に計算してもよい。
CPU41は、局所経路をパラメトリック曲線で表現し、パラメトリック曲線の曲率やパラメトリック曲線上を安全に走行することのできる速度等の制約条件を満たすようにパラメトリック曲線を最適化してもよい。
図21は仮想交通ルールを満たす局所経路の選択例を示す図である。図21の縦軸は遵守車両7Aの現在位置からの距離を表し、横軸は経過時刻を表す。
CPU41は、遵守車両7Aの位置情報、移動体情報A、及び大域経路から計算した経路6Aが、仮想交通ルールで指定された干渉地点Xを進入禁止時間に通過するような経路6であった場合、進入禁止時間に干渉地点Xを通過しないような別の経路6Bを再計算し、車両7が経路6Bに沿って移動するために必要となる各時刻における遵守車両7Aの制御内容を決定する。
ステップS230において、CPU41は、ステップS220で生成した局所経路に沿って遵守車両7Aを移動させるための制御内容に従って、例えばハンドル、アクセル、ブレーキといった遵守車両7Aの走行を制御する走行装置の操作量を制御し、計画した局所経路通りに遵守車両7Aを走行させる。
以上により、図20に示す遵守車両7Aの走行制御処理を終了する。
なお、管制装置10から管制情報を受信した車両7が準遵守車両7Bである場合、準遵守車両7Bの制御装置におけるCPU41は、管制情報に含まれる仮想交通ルールを運転手に伝達する。これにより、準遵守車両7Bの運転手は干渉地点Xの位置と、干渉地点Xへの進入禁止時間を把握することができる。準遵守車両7Bの運転手は、進入禁止時間には当該進入禁止時間と対応付けられた干渉地点Xに進入しないように準遵守車両7Bを運転することで、干渉地点Xにおける他の車両7との干渉を回避することができる。
図22は、準遵守車両7Bの表示ユニット49に仮想交通ルールを表示した表示例を示す図である。仮想交通ルールは、例えばカーナビゲーションと連動して表示される。
図22において、車両Pが自身の準遵守車両7Bを表し、車両Qが他の車両7を表す。干渉地点Xで車両Pと車両Qの干渉が予測される場合、準遵守車両7Bの制御装置におけるCPU41は、車両Pが干渉地点Xに進入しないように、当該干渉地点Xの進入禁止時間に亘って干渉地点Xの手前に仮想停止線52及び進入禁止のマークを表示する。この場合、CPU41は、例えば進入禁止時間が経過するまでの残り時間のような運転手に役立つ情報を情報領域54に表示してもよい。
管制情報に含まれる仮想交通ルールは、干渉地点Xにおける通過優先順位の時間方向の一貫性に関するコストや干渉地点X同士の協調度といった、管制システム1が管理する範囲の交通効率に影響を与えるパラメータを考慮して設定されている。したがって、遵守車両7A及び準遵守車両7Bが仮想交通ルールを満たすように経路6を走行することで、仮想交通ルールを受信しない非遵守車両7C及び非コネクテッド車両7Dも車線8を円滑に走行することができるようになる。結果として、各々の車両7の判断のみに基づいて車線8を走行する場合と比較して、管制システム1が車両7の管制を行う範囲では交通効率が向上する。
本実施の形態では、仮想交通ルールを干渉地点X毎の状態sxと進入禁止時間の組み合わせによって表したが、仮想交通ルールの表現方法はこれに限られない。例えば管制装置10は、大域経路、走行経路、及び車両7の移動体情報を参照して、進入禁止時間に干渉地点Xに進入しないですむような車両7の速度範囲を制約条件とした仮想交通ルールを生成してもよい。また、管制装置10は、車両7の速度を進入禁止時間に干渉地点Xに進入しないですむような速度範囲に誘導するための制御内容、例えば車両7の加速時間や減速時間を制約条件とした仮想交通ルールを生成してもよい。
これまで干渉地点Xに対して状態sxや進入禁止時間といった制約条件を設定する例を説明してきたが、管制装置10の操作者は交通安全または交通効率の観点から、干渉地点X以外の任意の地点や領域に制約条件を設定してもよい。
図23は、道幅が狭く、車両7同士がすれ違うことが困難な道、すなわち、隘路での車両7の走行例を示す図である。
隘路では対向する一方の車両7が通過するまで、他方の車両7が隘路の進入口の手前で停車して待機し、一方の車両7が隘路を通過し終えた後に、他方の車両7が隘路に進入する。したがって、車両Pが遵守車両7Aまたは準遵守車両7Bであって、隘路における車両Pの通過優先順位が非優先に設定された場合、車両Pにとっての隘路の進入口の手前にあたる地点Upに進入禁止時間を設定すれば、進入禁止時間の前後の期間に、車両Pは経路6Pに沿って走行することになる。また、車両Qが遵守車両7Aまたは準遵守車両7Bであって、隘路における車両Qの通過優先順位が非優先に設定された場合、車両Qにとっての隘路の進入口の手前にあたる地点Uqに進入禁止時間を設定すれば、進入禁止時間の前後の期間に車両Qは経路6Qに沿って走行することになる。
このように複数の車両7が譲り合って走行するような車線8では、干渉地点Xと異なる地点に時空間を制約する制約条件が設定され、仮想交通ルールに反映されることがある。
一方、図24は干渉地点X以外の領域に仮想交通ルールが設定される例を示した図である。図24に示す車線8では、途中で道幅が狭くなる領域Zが存在する。こうした状況において、車両Qが道幅の狭くなる領域Zを走行する場合には車線8中央に寄らざるをえないため、直進する車両Pの経路6Pbに接近することになる。
したがって、管制装置10は、車両Qが領域Zを走行する時間帯を車両Pに対する領域Zへの進入禁止時間に設定する。例えば車両Pが遵守車両7Aであるとすれば、車両Pは自律的に局所経路を計画するため、領域Zを回避する経路6Paと、領域Zを通過する経路6Pbのどちらかの経路6を選択することになるが、経路6Pbを選択した場合には、領域Zに設定された進入禁止時間(すなわち、領域Zに設定された仮想交通ルール)を遵守する。一方、車両Pが経路6Paを選択した場合には、車両Qと干渉する恐れがないため、領域Zに設定された仮想交通ルールを遵守する必要がない。
このように、干渉地点X以外に仮想交通ルールを設定する設定場所は、管制装置10の操作者が管制走行ルート地図19を参照して指定してもよいし、管制装置10が管制走行ルート地図19を参照して車線8の幅員の変化から自律的に検出してもよい。また、管制装置10は、移動体情報によって得られる車線8の交通量及び車両7の走行軌跡や、別途取得した道路工事及び落下物の情報等から、状況に応じて交通を規制した方がよいと考えられる干渉地点X以外の地点や領域を抽出し、抽出した干渉地点X以外の地点や領域に対して、車両7が円滑に走行できるようになる仮想交通ルールを動的に設定してもよい。
また、バスやトラックのような大型車が通過する場合には、他の車両7が通過待ちを行う必要のある隘路であっても、通過する車両7が小型車やオートバイであれば、こうした車種の車両7の通過を待つことなく、複数の車両7が幅方向に並んで通過できるような隘路が存在することがある。したがって、管制装置10は、特定の地点や領域を通過するすべての遵守車両7A及び準遵守車両7Bに対して仮想交通ルールを設定するのではなく、車両7の車種区分や全幅といった車両7の特徴に基づき、交通を規制した方がよいと考えられる遵守車両7A及び準遵守車両7Bだけに、隘路のような特定の地点や領域における仮想交通ルールを設定してもよい。車両7の車種区分、重量、全長、全幅、及び全高といった車両7の特徴は、移動体情報から取得可能である。
<管制システムの他の適用例>
上述した管制システム1は、様々な種類の車両7が混在して移動する箇所の交通管制に応用が可能である。
例えば管制システム1は、遵守車両7A、準遵守車両7B、非遵守車両7C、及び非コネクテッド車両7Dが混在して駐車される、図25に示すようなバレーパーキングに適用することができる。
図26は、上述した管制装置10に代わって、バレーパーキング向けの管制システム1で用いられる管制装置10Aの機能構成例を示す図である。
図26に示す管制装置10Aの機能構成が、図6に示した管制装置10の機能構成と異なる点は、目的地設定部11が配車管理部11Aに置き換えられた点であり、それ以外の構成は管制装置10と同じ構成が用いられる。
配車管理部11Aは、駐車対象となっている遵守車両7Aの車両固有情報と、当該遵守車両7Aの駐車区画の位置情報を受け付け、遵守車両7Aの車両固有情報と駐車区画の位置情報を対応付けて大域経路計画部13に通知する。
車両7の車両固有情報と駐車区画の位置情報を受け付けた大域経路計画部13は、遵守車両7Aの駐車区画、通信部12から受け付けた遵守車両7Aの移動体情報、及び管制走行ルート地図19を用いて、指定された遵守車両7Aの駐車区画までの大域経路を計画する。
一方、走行経路予測部14は、バレーパーキングを走行する準遵守車両7B、非遵守車両7C、及び非コネクテッド車両7Dの各移動体情報を収集して走行経路を予測する。
干渉地点特定部15は、走行経路予測部14で予測した走行経路及び遵守車両7Aの大域経路を用いて各車両7の干渉地点Xを特定し、管制制御ポリシー選択部17は、干渉地点Xで干渉する車両7の種類の組み合わせに応じて、適用する管制制御ポリシーを選択する。こうした干渉地点特定部15は、本実施の形態に係る特定部に相当する。
仮想交通ルール生成部18は、車両7の移動体情報と、車両7の大域経路または走行経路と、干渉地点Xの位置情報を用いて、選択された管制制御ポリシーに対応した目的関数C(S)が最小になるような干渉地点Xにおける通過優先順位の組み合わせを算出し、バレーパーキング内を走行する車両7同士が干渉しないような仮想交通ルールを生成する。その上で、仮想交通ルール生成部18は、遵守車両7A及び準遵守車両7Bに対して、生成した仮想交通ルールを含む管制情報を送信する。
これにより、バレーパーキングを走行する遵守車両7A及び準遵守車両7Bは仮想交通ルールに従って、できるだけ走行の流れを遮断せず、かつ、他の車両7と干渉しないように走行することから、安全で移動しやすいバレーパーキングを実現することができる。
なお、管制システム1をバレーパーキングに適用する場合、無線通信装置3はバレーパーキング内の走路に沿って設置される。無線通信装置3の電波到達範囲がバレーパーキング全体に達する場合には、バレーパーキングに無線通信装置3を1つ設置するだけでよい。また、準遵守車両7B及び非遵守車両7Cが駐車しようとしている駐車区画が予め判明している場合には、配車管理部11Aに準遵守車両7B及び非遵守車両7Cの車両固有情報と、準遵守車両7B及び非遵守車両7Cの駐車区画の位置情報を入力して、準遵守車両7B及び非遵守車両7Cの大域経路を生成し、各車両7の干渉地点Xを特定してもよい。
バレーパーキングにおいて、遵守車両7Aの駐車区画は管制装置10Aの操作者が指定してもよいが、管制装置10Aが、例えば不揮発性メモリ34に記憶している駐車情報を参照して、空いている駐車区画のうち、遵守車両7Aから最も近い駐車区画を自律的に選択してもよい。また、管制装置10Aは、移動体情報から駐車対象となっている遵守車両7Aの車種区分、全高、全長、及び全幅を取得して、車種区分や遵守車両7Aの大きさにあった空き駐車区画を自律的に選択してもよい。
本実施の形態では、管制システム1が車両7を管制する例について説明したが、管制システム1の管制対象は車両7に限られず、移動体であればどのようなものであってもよい。移動体には歩行者、自転車、オートバイ、車いす、キックボード、船舶、及びドローン等の飛行体が含まれる。
こうした移動体も、車両7と同じように、移動体が備える機能及び移動体の状態によって、遵守移動体、準遵守移動体、非遵守移動体、及び非コネクテッド移動体に分類される。
なお、移動体が歩行者である場合、管制システム1による歩行者の管制は、歩行者が所持する情報デバイスを通じて行われる。上述したように情報デバイスの機能によって、歩行者が準遵守車両7Bに相当する準遵守移動体や、非遵守車両7Cに相当する非遵守移動体として扱われる。この場合、情報デバイスから管制装置10に送信される歩行者の状態には、例えば歩行者の位置情報や歩行速度の他、歩行者の脈拍数や血圧といった生体情報を含めてもよい。
また、本実施の形態では、車両7を含む移動体を遵守移動体、準遵守移動体、非遵守移動体、及び非コネクテッド移動体の4種類に分類したが、移動体の分類方法はこれに限られない。
図27は、移動体の分類例を示す図である。図27に示すように、4種類の移動体を移動に関する遵守度順に並べた場合に、隣接する種類の移動体を統合して、移動体を2種類または3種類に分類してもよい。
例えば、準遵守移動体、非遵守移動体、及び非コネクテッド移動体を統合して非コネクテッド移動体としてもよく、非遵守移動体と非コネクテッド移動体を統合して非コネクテッド移動体としてもよい。また、準遵守移動体と非遵守移動体を統合して非遵守移動体としてもよい。このように複数の種類の移動体を統合した場合、統合後の移動体の種類は、統合前の移動体の種類のうち、最も遵守度が低い移動体の種類に設定する。
また、自動運転機能を備え、大域経路に沿った仮想交通ルールを満たす局所経路を計画し、局所経路に従って自律的に移動する移動体(例えば、パーソナルモビリティ)を、利用者の指定した場所まで移動させる配車制御等に管制システム1を適用することができる。この他、自動で移動する無人搬送車(Automated guided vehicle:AGV)や無人フォークリフトに加え、運転手が手動運転を行う移動体が混在して走行する倉庫等の室内における管制制御にも管制システム1を適用することができる。
以上、実施の形態を用いて本発明について説明したが、本発明は実施の形態に記載の範囲には限定されない。本発明の要旨を逸脱しない範囲で実施の形態に多様な変更または改良を加えることができ、当該変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれる。例えば、本発明の要旨を逸脱しない範囲で処理の順序を変更してもよい。
実施の形態では、一例として管制装置10における管制処理、及び遵守車両7Aにおける走行制御処理をソフトウェアで実現する形態について説明したが、図15及び図20に示したフローチャートと同等の処理を、例えばASIC(Application Specific Integrated Circuit)、FPGA(Field Programmable Gate Array)、またはPLD(Programmable Logic Device)に実装し、ハードウェアで処理させるようにしてもよい。この場合、各々の処理をソフトウェアで実現した場合と比較して、処理の高速化が図られる。
このように、管制装置10のCPU31や車両7の制御装置におけるCPU41を例えばASIC、FPGA、PLD、GPU(Graphics Processing Unit)、及びFPU(Floating Point Unit)といった特定の処理に特化した専用のプロセッサに置き換えてもよい。
また、実施の形態における管制装置10のCPU31や車両7の制御装置におけるCPU41の動作は、それぞれ1つのCPU31及びCPU41によって実現される形態の他、複数のCPU31及び複数のCPU41によって実現されてもよい。更に、実施の形態における管制装置10のCPU31や車両7の制御装置におけるCPU41の動作は、それぞれ物理的に離れた位置に存在するコンピュータ30におけるCPU31やコンピュータ40におけるCPU41の協働によって実現されるものであってもよい。
また、上述した実施の形態では、管制装置10のCPU31が読み込む管制プログラムがROM32にインストールされ、車両7の制御装置におけるCPU41が読み込む制御プログラムがROM42にインストールされている形態について説明したが、これに限定されるものではない。本発明に係る管制プログラム及び制御プログラムは、コンピュータで読み取り可能な記憶媒体に記録された形態で提供することも可能である。例えば管制プログラム及び制御プログラムを、CD(Compact Disc)-ROM、またはDVD(Digital Versatile Disc)-ROM等の光ディスクに記録した形態で提供してもよい。また、管制プログラム及び制御プログラムをUSB(Universal Serial Bus)メモリやメモリカード等の可搬型の半導体メモリに記録した形態で提供してもよい。
更に、管制装置10及び車両7の制御装置は、通信網5に接続される外部装置からそれぞれ管制プログラム及び制御プログラムをダウンロードするようにしてもよい。