JP7459817B2

JP7459817B2 - 管制装置及び管制システム

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Publication number: JP7459817B2
Application number: JP2021022833A
Authority: JP
Inventors: 亮暢藤井; 文洋奥村
Original assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 2021-02-16
Filing date: 2021-02-16
Publication date: 2024-04-02
Anticipated expiration: 2041-02-16
Also published as: JP2022124913A

Description

本発明は、管制装置及び管制システムに関する。

特許文献１には、走行ルートが互いに交差する交差点に２台以上の車両が接近しているとき、車両同士が干渉するタイミングで交差点に進入するかを判断し、干渉する場合には通過優先順位を決定して、通過優先順位に従って交差点の通行を許可する通行札を１台ずつ順番に発行する走行管制方法が開示されている。

特開２０１９－４６０１３号公報

自動運転車両が交差点を通過又は合流する際、上記特許文献１記載の技術では、管制装置に進入先の道路を走行する車両の情報を集約し、適切なタイミングで進入指示をする。このとき、管制装置では１台の自動運転車両に対し、進入先の道路を走行する車両１台１台に対して処理を行うため、進入先の道路の時間交通量（１時間あたりに走行する車両台数）が増加すると、自動運転車両が長時間道路に進入できない（停止状態の継続）が発生する。図２７に時間交通量と平均通過時間との関係を表す。図２７に示すように、進入先の道路の時間交通量が少なければ、管制装置を用いた制御（管制制御）の方が、信号機を用いた場合よりも早く通過できる。しかしながら、進入先の道路の時間交通量が一定値を超えると、信号機で交通整理する信号機制御の方が道路への進入時間（平均通過時間）が短くなることが分かっている。

本発明は、車両が十字路又はＴ字路等の交差点を通過又は合流する際に、進入先の道路を走る車両の時間交通量が増加しても、交差点の通過時間又は合流時間を一定値以下とすることができる管制装置及び管制システムを提供することを目的とする。

請求項１に記載の管制装置は、複数の移動体の各々から移動体の状態を表す移動体情報を受信する受信部と、移動体毎の目的地までの経路を表す大域経路と、移動体毎に前記受信部で受信した前記移動体情報と、に基づいて、複数の移動体の大域経路が予め定めた範囲まで接近する干渉領域において移動体が従うべき時空間制約を移動体毎に生成する時空間制約生成部と、前記移動体情報に基づいて、複数の移動体が連なった移動体列の状態を表す移動体列状態を検出する移動体列検出部と、前記移動体列状態に基づいて、前記移動体列の経路である移動体列経路を予測する移動体列経路予測部と、前記時空間制約に基づいて、前記移動体列を分割するための移動体列分割ルールを生成する移動体列分割ルール生成部と、前記移動体列分割ルールを、前記移動体列に含まれる移動体にそれぞれ送信する送信部と、を備え、前記移動体列分割ルール生成部は、前記干渉領域までの停止距離を算出し、算出した停止距離だけ前記干渉領域から離れた位置の前記移動体を分割先頭移動体とする前記移動体列分割ルールを生成する。

請求項２記載の発明では、前記移動体列分割ルール生成部は、前記分割先頭移動体の属性が予め定めた属性分割条件を満たす場合に、前記移動体列分割ルールを生成するようにしてもよい。

請求項３記載の発明では、前記移動体列分割ルール生成部は、前記分割先頭移動体の状態が予め定めた状態分割条件を満たす場合に、前記移動体列分割ルールを生成するようにしてもよい。

請求項４記載の発明では、前記移動体列分割ルール生成部は、前記停止距離だけ前記干渉領域から離れた位置の前記移動体が前記移動体列の最後尾である場合は、前記移動体列分割ルールを生成しないようにしてもよい。

請求項５記載の発明では、前記受信部は、移動体が移動する経路に沿って設置され、前記管制装置とデータ通信を行うことができない非コネクテッド移動体に関する移動体情報を収集する収集装置から前記移動体情報を受信するようにしてもよい。

請求項６記載の発明では、前記移動体列分割ルール生成部は、前記非コネクテッド移動体について生成した移動体列分割ルールに基づいて、信号装置を制御するための信号制御指令を前記信号装置に出力するようにしてもよい。

請求項７記載の管制システムは、請求項１～６の何れか１項に記載の管制装置と、前記管制装置から受信した前記移動体列分割ルールを満たすように移動体の移動を制御する制御部を備えた移動体と、を含む。

本発明によれば、車両が十字路又はＴ字路等の交差点を通過又は合流する際に、進入先の道路を走る車両の時間交通量が増加しても、交差点の通過時間又は合流時間を一定値以下とすることができる、という効果を有する。

第１実施形態に係る管制システムのシステム構成例を示す図である。自動運転車両の制御装置における機能構成例を示す図である。第１実施形態に係る管制装置の機能構成例を示す図である。車管制走行ルート地図の内容例を示す図である。干渉地点の一例を示す図である。干渉地点情報の一例を示す図である。大域経路の一例を示す図である。走行経路の一例を示す図である。管制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。管制装置のＣＰＵ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。干渉地点における車両の干渉時間の一例を示す図である。状態ｓ_x＝０に設定された干渉地点での仮想交通ルールを模式化した模式図である。状態ｓ_x＝１に設定された干渉地点での仮想交通ルールを模式化した模式図である。干渉地点の協調について説明する模式図である。車列Ｐの干渉地点の通過による車両Ｑの待ち時間について説明するための図である。干渉地点での仮想交通ルールを模式化した模式図である。車列分割ルール生成処理のフローチャートである。車列の分割について説明するための図である。車列の分割について説明するための図である。干渉地点での仮想交通ルールを模式化した模式図である。自動運転車両の制御装置におけるＣＰＵ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。第２実施形態に係る管制システムのシステム構成例を示す図である。第２実施形態に係る管制装置の機能構成例を示す図である。非コネクテッド車両の車列の分割について説明するための図である。非コネクテッド車両の車列を分割する場合における他車両の交差点通過可能時間に設定するマージンについて説明するための図である。時間交通量と交差点の平均通過時間との関係を示す線図である。

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。

＜第１実施形態＞

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、センサ等から得られる交通環境情報を参照しながら、目的地までの経路６に沿って、自身の判断により自身を制御しながら自律的に走行する複数の車両（図１の例では車両Ｐ及び車両Ｑ）、経路６に沿って設置される複数の無線通信装置３及び管制装置１０を含み、各々の無線通信装置３は通信網５を通じて管制装置１０と接続されている。

本実施形態において、車両Ｐ及び車両Ｑは、無線設備を備えている。車両Ｐ及び車両Ｑは、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。管制システム１で管制対象となる車両台数は２台以上であればよいが、以降では車両Ｐ及び車両Ｑに注目して管制システム１における車両の管制方法について説明する。なお、管制システム１で管制対象となる複数の車両を区別して説明する必要がない場合、複数の車両を総称して「車両７」ということがある。

無線通信装置３は、車両７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、車両７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が受信した車両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で生成された車両７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、各々の車両７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車両７毎に生成して、各車両７の目的地までの走行ルート（以降、「大域経路」という）と共に対応する車両７に送信する。

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。本実施形態では、車両７が、一例として自動運転車両である場合について説明する。

本実施形態における自動運転車両とは、管制装置１０から仮想交通ルールに基づいて生成された制御制約を受信し、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、受信した制御制約を満たし、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自動運転レベル３～５の区分に分類される運転を指す。なお、本実施形態において、自動運転レベルとは、ＳＡＥ（ＳｏｃｉｅｔｙｏｆＡｕｔｏｍｏｔｉｖｅＥｎｇｉｎｅｅｒｓ）によって定義された自動運転のレベルをいう。

図２は、管制システム１での管制対象となる車両７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、車両７の制御装置は、位置推定部２１、状態管理部２２、無線通信部２３、局所経路計画部２４、及び制御部２５の各機能部と、車両走行ルート地図２６を含む。

位置推定部２１は車両７の位置を推定する。具体的には、位置推定部２１は、車両７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、車両７が走行する周辺環境の形状や、移動体である車両７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、一致する地点を車両７の現在位置として推定するマップマッチングを用いて車両７の位置を推定する。位置推定部２１における車両７の位置の推定方法に制約はなく、例えばＧＰＳ(Global Positioning System)を用いた車両７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２１は、推定した車両７の位置を位置情報として状態管理部２２及び局所経路計画部２４に通知する。

状態管理部２２は、例えばナンバー情報及び車体番号のように車両７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２２は、車両７の状態（例えば位置情報によって表される車両７の位置、姿勢、速度、制御状態等）を計測するセンサ（「内界センサ」と呼ばれる）からセンサ値を時系列に沿って収集し、その管理を行う。

状態管理部２２は、車両固有情報と車両７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２３及び局所経路計画部２４に通知する。

無線通信部２３は、状態管理部２２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、すなわち、大域経路及び仮想交通ルールを遅滞なく局所経路計画部２４に通知する。

局所経路計画部２４は、位置推定部２１から受け付けた位置情報、状態管理部２２から受け付けた移動体情報、無線通信部２３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２５に通知する。

局所経路計画部２４は、車両７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車両７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車両７の速度や姿勢を設定する。

このように、車両７が仮想交通ルールを満たしながら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、局所経路に従って車両７を走行させるための制御内容が付加される。

車両走行ルート地図２６は、車両７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、局所経路に沿って車両７を走行させるための各時刻における車両７の制御内容の設定に用いられる。

制御部２５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車両７のハンドル、アクセル、ブレーキ等を制御し、局所経路に沿った車両７の自律走行を実現する。

制御部２５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車両７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２２に通知され、車両７の状態として状態管理部２２で管理される。

なお、車両７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、車両７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、管制装置１０の機能構成例を示す図である。

図３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、車列検出部１４、車列経路予測部１５、干渉地点特定部１６、仮想交通ルール生成部１７、及び車列分割ルール生成部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、車両７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１７で生成した仮想交通ルールに基づいて、車列分割ルール生成部１８が生成した車列分割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車両７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、車列分割ルールを送信する送信部の一例である。

車両７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、車両７が向かおうとしている目的地と車両７の車両固有情報を受け付け、車両７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。

車両７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、車両７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。

大域経路計画部１３は、目的地設定部１１から受け付けた車両７の目的地、通信部１２から受け付けた車両７の移動体情報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１６に通知する。

図４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４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５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５（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５（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６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。

前述した車両７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、車両７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３における大域経路計画部１３は、目的地設定部１１から受け付けた車両７の車両固有情報と目的地、移動体情報に含まれる車両７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、車両７毎に管制走行ルート地図１９上で車両７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７は、共に車両７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における車両７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。

車両７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で車両７の大域経路を計画することができる。車両７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、車両７の経路６を知ることができる。

車列検出部１４は、車両７における移動体情報に含まれる位置情報に基づいて、複数台の車両７が連なった状態を車列として検出する。なお、以下では車両Ｐに代えて車列Ｐと称する場合がある。複数台の車両７が連なった状態であるか否かについては、例えば複数台の車両７の車間距離の各々が予め定めた閾値未満である場合は複数台の車両７が連なった状態と判定し、閾値以上の場合は、複数台の車両７が連なっていない状態と判定する。閾値は、例えば車間距離が閾値以上であれば交差点を通過する複数台の車両７を分割して一部の車両７を減速等させることなく他の車両７が交差点を通過したり合流したりすることができる値に設定される。換言すれば、車間距離が閾値未満であれば交差点を通過する複数台の車両７を分割して一部の車両７を減速等させないと他の車両７が交差点を通過したり合流したりすることができない値に設定される。

なお、車間距離だけでなく、車両７の速度も考慮して複数台の車両７が連なった状態か否かを判定してもよい。例えば、渋滞するほど車両７の速度が遅い場合は車間距離の閾値を小さな値に設定し、車両７の速度が速いほど車間距離の閾値を大きな値に設定してもよい。

そして、車列検出部１４は、検出された車列の各車両７の車両位置、先頭車両の車両ＩＤ、最後尾の車両の車両ＩＤ、車列の長さ、車列の車両台数、車列速度等を車列状態として求め、車列経路予測部１５に出力する。なお、車列速度は、例えば車列を構成する複数台の車両７の車両速度の平均速度とすることができるが、車列速度の算出はこれに限られない。例えば車列の先頭車両等の特定の車両の車両速度を車列速度としてもよい。

車列経路予測部１５は、車列検出部１４が検出した車列状態から、目的地が異なる複数台の車両７から成る車列の走行経路を予測する。例えば車列経路予測部１５は、車列Ｐの現在位置から特定の距離（例えば１００ｍ）までを車列速度で走行するものとし、特定の距離に対応する車線の区間の経由点列をつないだ経路６を車列Ｐの予測された車列経路として干渉地点特定部１６に通知する。なお、車列経路は、大域経路と異なり、車列を形成する車両７毎に目的地がある。このため、車線が分岐する場合には、分岐する車線の全てを予測された車列経路として扱う。

図８は、車列Ｐの走行経路の一例を示す図である。図８に示すように車列Ｐの走行先が２つに分岐している場合、車列経路予測部１５は、車列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を共に車列Ｐの予測された車列経路とする。

干渉地点特定部１６は、大域経路計画部１３から受け付けた車両７の大域経路に基づいて、大域経路における干渉地点Ｘを特定する。干渉地点特定部１６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１７に通知する。

仮想交通ルール生成部１７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、各々の経路６における干渉地点Ｘを用いて、車両７に対する仮想交通ルールを生成する。なお、仮想交通ルールは、時空間制約の一例であり、仮想交通ルール生成部１７は、時空間制約生成部の一例である。

具体的には、仮想交通ルール生成部１７は、車両７の大域経路における干渉地点Ｘで干渉しあう車両７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車両７に対して規定する。

仮想交通ルール生成部１７は、車両７に対して大域経路と仮想交通ルールを含んだ管制情報を生成し、車列分割ルール生成部１８に出力する。

車列分割ルール生成部１８は、仮想交通ルール生成部１７で生成された管制情報に含まれる仮想交通ルールに基づいて、車列を分割する車列分割ルールを車列毎に生成する。そして、車列分割ルール生成部１８は、通信部１２に対して車両７の各々に対応付けられた管制情報の送信依頼を行う。このとき、車列を構成する車両７については、車列分割ルールも管制情報に含める。これにより、無線通信装置３から車両７の各々に対しては、各々に対応付けられた大域経路及び管制情報が送信され、車列を構成する車両７については車列分割ルールも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及び仮想交通ルールに基づく車列分割ルールの生成方法については後ほど説明することにする。

次に、管制装置１０及び車両７の制御装置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９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９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３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１０は、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、３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る。車両７の走行装置５３の場合、ＣＰＵ４１によって操作量が制御される。

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。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１１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が車列Ｐ及び車両Ｑの場合における管制装置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、車両７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、車両７の目的地に基づいて、車両７の大域経路を生成する。

ステップＳ２０において、ＣＰＵ３１は、車列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、車列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で取得した車列Ｐの大域経路（単に「車列Ｐの経路６」という）と、ステップＳ１０で取得した車両Ｑの大域経路（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、車列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、車列Ｐと車両Ｑの干渉地点Ｘとして特定する。

なお、図６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、車列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列Ｐと車両Ｑの干渉地点Ｘとしてもよい。

ステップＳ３０において、ＣＰＵ３１は、ステップＳ２０で特定した車列Ｐと車両Ｑの各干渉地点Ｘについて、車列Ｐと車両Ｑの干渉時間ｔを算出する。

干渉時間ｔは、車列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、車列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列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、実際には車列Ｐ及び車両Ｑの速度は変動する。

たとえば、“ｖ”を車列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”を車列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、車列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、ｔ_beginは車列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、ｔ_endは、車列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、車列Ｐ及び車両Ｑの各干渉地点Ｘにおける干渉時間ｔは、ｔ_begin以上ｔ_end未満の期間で表される。以降では、車列Ｐの干渉地点Ｘにおける干渉時間ｔを「干渉時間ｔ^p」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ｔ^q」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１２は、特定の干渉地点Ｘに対する車列Ｐの干渉時間ｔ^pと、車両Ｑの干渉時間ｔ^q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、車列Ｐの干渉時間ｔ^p及び車両Ｑの干渉時間ｔ^qを算出する。

ステップＳ４０において、ＣＰＵ３１は、ステップＳ６０で特定した車列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、車列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において車列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“ｓ_x”で表す。干渉地点Ｘにおける状態ｓ_xは“０”または“１”の値をとり、ＣＰＵ３１は、干渉地点Ｘにおいて車列Ｐが優先の場合には状態ｓ_x＝０に設定し、車両Ｑが優先の場合には状態ｓ_x＝１に設定する。

図１３は、状態ｓ_x＝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、車列Ｐの干渉時間ｔ^pがｔ^p _begin以上ｔ^p _end未満までの期間で表されるとすれば、車列Ｐは、干渉時間ｔ^p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ｔ^pに干渉地点Ｘに進入すると車列Ｐと干渉する恐れがあるため、干渉時間ｔ^p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１４は、状態ｓ_x＝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ｔ^qがｔ^q _begin以上ｔ^q _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ｔ^qの間は干渉地点Ｘを車列Ｐに優先して通過することができる。しかしながら、車列Ｐは、干渉時間ｔ^q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ｔ^q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ｓ_x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、車列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、目的関数Ｃ(Ｓ)を評価することによって行われる。

管制システム１が管理する範囲内に車列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ｓ_xの集合を状態ベクトルＳ＝(ｓ₁, ｓ₂,・・, ｓ_i,・・,ｓ_N)とすれば、目的関数Ｃ(Ｓ)は例えば（２）式で表される。

目的関数Ｃ(Ｓ)は、車両７が目的地まで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。

ここで、Ｃ_single(Ｓ)は、各干渉地点Ｘを通過する車列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。Ｃ_consistency(Ｓ)は、車列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。Ｃ_multi(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。ω_c及びω_mは、目的関数Ｃ(Ｓ)に対してＣ_consistency(Ｓ)、及びＣ_multi(Ｓ)が与える影響度を調整するための重みである。

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。

次に、目的関数Ｃ(Ｓ)について詳細に説明する。

Ｃ_single(Ｓ)は、各干渉地点Ｘを通過する車両７（この場合、車列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、Ｃ_single(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、及び車両７がこれまでに待機した時間を考慮してＣ_single(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Ｘ_iにおいて車列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、車列Ｐの干渉時間ｔ^pが車両Ｑの干渉時間ｔ^qより遅い場合、Ｃ_single(s_i;ｔ^p,ｔ^q)は“１”に設定されるが、更に、車列Ｐが非優先道路を走行している場合には、Ｃ_single(s_i;ｔ^p,ｔ^q)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、Ｃ_single(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Ｃ_consistency(Ｓ)は、（５）式及び（６）式で表される。

状態ｓ_x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、ｓ_x ^(T)は時刻Ｔの時点で設定した状態ｓ_xを表し、ｓ_x ^(T-1)は時刻Ｔよりも１単位前の時刻に設定した状態ｓ_x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、Ｃ_consistency(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ｓ_x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ｓ_x ^(T-1)との関係性から状態ｓ_x ^(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ｓ_xとの関係性から状態ｓ_x ^(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Ｃ_consistency(Ｓ)の値が大きくなるように、Ｃ_consistency(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Ｃ_multi(Ｓ)は、（７）式及び（８）式で表される。

ここで、ｗ_i,jは２つの干渉地点Ｘ_i、Ｘ_jの協調度を表す値であり、ｗ_i,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。

ｗ_i,j＝０は干渉地点Ｘ_i、Ｘ_jが協調する必要がないことを表し、ｗ_i,jが大きくなるにつれて２つの干渉地点Ｘ_i、Ｘ_jを協調して扱った方がよいことを表す。

図１５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１５に示すように、非優先車線８Ｂを走行する車列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、車列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、車列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、車列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、車列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ｓ_x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ｗ_i,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ｗ_i,jを参照してＣ_multi(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Ｃ_multi(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Ｃ_multi(Ｓ)の計算を行ってもよい。

（２）式で示したように、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、及び干渉地点Ｘ間の整合性や相互作用を反映したコストによって構成されるが、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（２）式に限られない。

例えば複数の車両７の位置が近づくにつれて大きな値が設定されるような車両７の位置関係を用いて定義した目的関数Ｃ(Ｓ)を用いてもよい。

また、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、Ｃ_multi(Ｓ)が目的関数Ｃ(Ｓ)に与える影響が、Ｃ_single(Ｓ)及びＣ_consistency(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Ｃ_multi(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＝(Ｓ_a,Ｓ_b)、ただしＳ_a＝(ｓ₁,・・・,ｓ_i)、Ｓ_b＝(ｓ_i+1,・・・,ｓ_N)と分割したときに、Ｃ_multi(Ｓ)＝Ｃ_multi(Ｓ_a)＋Ｃ_multi(Ｓ_b)であれば、ＣＰＵ３１は、目的関数Ｃ(Ｓ)を部分問題Ｃ(Ｓ_a)とＣ(Ｓ_b)に分割して、それぞれを最小にする状態ベクトルＳ_a、Ｓ_bを決定してもよい。

図１１のステップＳ５０において、ＣＰＵ３１は、車列Ｐ及び車両Ｑに対して、ステップＳ２０で特定した車列Ｐと車両Ｑの各干渉地点Ｘ、ステップＳ３０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Ｓ４０で設定した各干渉地点Ｘにおける状態ｓ_x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ｓ_xと、状態ｓ_x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、車列Ｐ及び車両Ｑに応じて生成する。

車列Ｐ及び車両Ｑの何れかは、生成された仮想交通ルールに従って干渉地点の手前で一時停止する。車両Ｑが一時停止している場合において車列Ｐの車列長が短い場合は、しばらくすれば車両Ｑは干渉地点への進入が可能となる。しかしながら、例えば図１６に示すように、渋滞等によって車列Ｐの車列長が長い場合は、図１７に示すように、車列Ｐが干渉地点を通過し終わるまで車両Ｑは干渉地点への進入が長時間できなくなる。

そこで、ステップＳ６０では、車列を分割する車列分割ルールを生成すべきか否かを判定する。具体的には、車両Ｑが停止した時刻から車列Ｐの通過終了時刻までの時間が予め定めた分割判定閾値以上であるか否かを判定する。分割判定閾値は、例えば交通信号のサイクルタイム、すなわち信号機が赤信号から青信号に変わるまでの時間等を基準に設定する。分割判定閾値が赤信号から青信号に変わるまでの時間に設定された場合には、車両Ｑは、信号機が赤信号で待たされる時間よりも長い時間待たされることはない。

そして、車両Ｑが停止した時刻から車列Ｐの通過終了時刻までの時間が予め定めた分割判定閾値以上である場合はステップＳ７０へ移行し、分割判定閾値未満の場合はステップＳ８０へ移行する。

ステップＳ７０では、ＣＰＵ３１は、ステップＳ５０で生成した仮想交通ルールに基づいて、車列分割ルールを生成し、車列Ｐを形成する各車両７に配信する。車列Ｐを分割して新たにできる車列の先頭車両をここでは分割先頭車両と呼ぶ。分割先頭車両が車列分割ルールに従って停車することにより、車両Ｑは交差点を通過可能となる。換言すれば、車列分割ルールの生成とは、干渉地点において、分割先頭車両に対して車両Ｑが優先となるように状態ｓ_ｘ＝１に設定することを含む。

図１８は、車列分割ルール生成処理のフローチャートである。

ステップＳ１００では、ＣＰＵ３１は、車列Ｐの車列速度に基づいて、車列Ｐが停止するために必要な停止距離を算出する。ここで、停止距離とは、空走距離に制動距離を加算した距離である。

ステップＳ１１０では、ＣＰＵ３１は、例えば図１９に示すように、干渉地点の手前にある停止線から、ステップＳ１００で算出した停止距離だけ離れた位置にある車両を分割先頭車両の候補として選択する。

ステップＳ１２０では、ＣＰＵ３１は、ステップＳ１１０で選択した選択車両が車列Ｐの最後尾であるか否かを判定する。そして、選択車両が車列Ｐの最後尾である場合は車列Ｐを分割する必要はないので車列分割ルールは生成せず本ルーチンを終了する。一方、選択車両が車列Ｐの最後尾でない場合はステップＳ１３０へ移行する。

ステップＳ１３０では、ＣＰＵ３１は、選択車両の属性が属性分割条件を満たすか否かを判定する。そして、選択車両の属性が属性分割条件を満たす場合はステップＳ１４０へ移行し、属性分割条件を満たさない場合はステップＳ１６０へ移行する。

ここで、選択車両の属性が属性分割条件を満たす場合とは、例えば選択車両が緊急車両、工事車両、トラック等のように、一時停止させることができない特別車両又は一時停止させると走行再開に時間及びエネルギーがかかる特別車両等の場合である。従って、選択車両が特別車両の場合は、特別車両の位置で車列Ｐが分割されることはない。

ステップＳ１４０では、ＣＰＵ３１は、選択車両の状態が状態分割条件を満たすか否かを判定する。そして、選択車両の状態が状態分割条件を満たす場合はステップＳ１５０へ移行し、属性分割条件を満たさない場合はステップＳ１６０へ移行する。

ここで、選択車両が状態分割条件を満たす場合とは、例えば選択車両の加速度ａが予め定めた閾値ＴＨ未満の場合等である。従って、選択車両の加速度ａが予め定めた閾値ＴＨ以上の場合は、その位置で車列Ｐが分割されることはない。加速度ａが閾値ＴＨ以上の場合、選択車両を一時停止させると急な加減速が発生し、前後の車両に悪影響を及ぼす可能性があるためである。

ステップＳ１５０では、ＣＰＵ３１は、分割先頭車両の車両情報（車両ＩＤ、速度、及び位置）を取得し、取得した分割先頭車両の車両情報に基づいて車列分割ルールを生成する。すなわち、干渉地点において、取得した車両情報で特定される分割先頭車両に対して車両Ｑが優先となるように状態ｓ_ｘ＝１に設定した車列分割ルールを生成する。

ステップＳ１６０では、ＣＰＵ３１は、現在の選択車両の後続の車両を選択車両に設定してステップＳ１２０へ移行し、同様の処理を繰り返す。

なお、ステップＳ１４０において、状態分割条件を車両Ｑの待ち時間に応じて変えてもよい。例えば、選択車両の加速度ａが予め定めた閾値ＴＨ未満の場合に車列Ｐを分割する場合において、車両Ｑの待ち時間が長くなるほど閾値ＴＨを大きな値に設定し、積極的に車列Ｐを分割するようにしてもよい。

また、本実施形態では、選択車両の属性及び状態に基づいて分割条件を満たすか否かを判定したが、これに限らず、時間帯又は天候等の他の要素も考慮して分割条件を設定してもよい。

図１１のステップＳ８０において、ＣＰＵ３１は、車列Ｐの各車両に対しては大域経路、仮想交通ルール、及び車列分割ルールを含む管制情報を生成し、車両Ｑに対して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。

そして、ＣＰＵ３１は無線通信装置３を通じて、生成した管制情報を車列Ｐの各車両及び車両Ｑ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１１に示した管制処理を終了する。

このように、本実施形態では、車両Ｑが停止した時刻から車列Ｐの通過終了時刻までの時間が分割判定閾値以上の場合は車列Ｐを分割するように車列分割ルールを生成する。このため、図２０に示すように、車列Ｐの分割先頭車両が干渉地点の手前の停止線で停止し、車列Ｑが干渉地点に進入可能となる。これにより、干渉地点において車両Ｑが必要以上に待たされるのを抑制できる。例えば図２１に示すように、車列Ｐの分割先頭車両が干渉地点で停止するまでの停止時間Ｔ_stopの期間は、車両Ｑは干渉地点に進入できないが、分割先頭車両が干渉地点で停止した場合は通行可能となる。これにより、図１７の場合と比べて、車両Ｑが干渉地点への進入が禁止される期間が短くなる。

図２２は、管制装置１０から管制情報を受信した場合に、車両７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。

車両７の走行制御処理を規定する制御プログラムは、例えば車両７の制御装置におけるＲＯＭ４２に予め記憶されている。車両７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、車両７の走行制御処理を実行する。

ステップＳ２００において、ＣＰＵ４１は、自身の車両７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、自身の車両７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で取得した車両７の位置情報、ステップＳ２１０で取得した車両７の移動体情報、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、車両７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及び車列分割ルールを参照して、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車両７が走行するように、車両７の制限速度を決定する。

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車両７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、ブレーキといった車両７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且つ制限速度に従って車両７を走行させる。

以上により、図２２に示す車両７の走行制御処理を終了する。

＜第２実施形態＞

次に、第２実施形態について説明する。なお、第１実施形態と同一部分については同一符号を付し、詳細な説明を省略する。

図２３は、第２実施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１０Ａ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１０Ａ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１０Ａ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１０Ａ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。なお、第２実施形態では、コネクテッド車両が、第１実施形態で説明した自動運転車両である場合について説明する。

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１０Ａ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。

管制装置１０Ａ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１０Ａ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。

以降では、コネクテッド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、それぞれコネクテッド車両７及び非コネクテッド車両７ということにする。

図２４は、収集装置９及び管制装置１０Ａの機能構成例を示す図である。図２４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７や非コネクテッド車両７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７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７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７の車両部分を抽出し、画像における非コネクテッド車両７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７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７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７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７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７の位置の変化から、非コネクテッド車両７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７の位置、姿勢、及び速度といった非コネクテッド車両７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。なお、図２４では、コネクテッド車両７から取得した移動体情報を移動体情報Ａ、非コネクテッド車両７の移動体情報を移動体情報Ｂとしている。

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７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７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１０Ａの機能について説明する。

図２４に示すように、管制装置１０Ａが図３に示す管制装置１０と異なる点は、主には車列検出部１４が収集装置９から非コネクテッド車両７の移動体情報Ｂを受信する点、車列分割ルール生成部１８が信号装置２０に信号制御指令を出力する点である。

信号装置２０は、信号制御部２０Ａ及び信号機２０Ｂを備える。なお、信号機２０Ｂは、管制装置１０Ａからの制御指令が無い場合には、優先路に対して黄色信号を常時点滅させる。

車列検出部１４は、収集装置９から受信した非コネクテッド車両７の移動体情報Ｂに基づいて、非コネクテッド車両７の車列を検出する。車列の検出方法は第１実施形態と同様である。

なお、本実施形態では、インフラセンサ９Ａで収集した収集データを用いて非コネクテッド車両７から形成される車列の検出を行っているが、他車両に搭載されたセンサで検出したデータに基づいて車列の検出を行ってもよい。

車列経路予測部１５は、車列検出部１４で検出された非コネクテッド車両７の車列の経路を予測する。非コネクテッド車両７については、管制装置１０Ａとデータ通信を行うことができないため、管制装置１０Ａにはそもそも非コネクテッド車両７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１０Ａは大域経路計画部１３で非コネクテッド車両７の大域経路を計画することができない。

そのため、車列経路予測部１５は、非コネクテッド車両７における移動体情報Ｂに含まれる位置情報と速度から走行経路を予測する。例えば車列経路予測部１５は、非コネクテッド車両７の現在位置から特定の距離（例えば１００ｍ）までを移動体情報Ｂ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を非コネクテッド車両７の車列の車列経路として干渉地点特定部１６に通知する。

しかしながら、非コネクテッド車両７の目的地は不明であるため、車列経路予測部１５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の組み合わせを車列経路として取り扱う。

車列分割ルール生成部１８は、非コネクテッド車両７の車列について車列分割ルールを生成する。車列分割ルールの生成方法は第１実施形態と同様である。

そして、車列分割ルール生成部１８は、生成した非コネクテッド車両７の車列の車列分割ルールに基づく信号制御指令を信号装置２０の信号制御部２０Ａに送信する。信号制御部２０Ａは、信号制御指令に基づいて信号機２０Ｂを制御する。

具体的には、車列分割ルール生成部１８は、車列分割ルールに基づいて非コネクテッド車両７の車列が分割されるように信号制御指令を生成して信号制御部２０Ａに出力する。すなわち、図２５に示すように、分割先頭車両が信号機２０Ｂの手前の停止線で停車するように、黄色点滅している信号機２０Ｂを黄色点灯、赤色点灯に順次切り替えるための信号制御指令を信号制御部２０Ａに出力する。これにより、分割先頭車両が停止線で停車することが促進され、車列を分割することができる。

なお、必ずしも分割先頭車両が停止するとは限らない。例えば分割先頭車両の前の車両が停車する場合もあれば、分割先頭車両は通過し、後続車両が停車する場合もあり得る。このような分割先頭車両の挙動のばらつきを吸収するために、例えば図２６に示すように、車両Ｑに対する仮想交通ルールとして、車両Ｑが干渉地点を通過する交差点通過可能時間にマージンを加えた仮想交通ルールを生成してもよい。

図２６の例では、信号機２０Ｂが黄色点灯しているときに分割先頭車両の前の車両が干渉地点で停車した場合のマージンＭ１と、信号機２０Ｂが黄色点灯しているときに分割先頭車両が干渉地点を通過した場合のマージンＭ２と、を車両Ｑの交差点通過可能時間に加えている。これにより、分割先頭車両の挙動にばらつきがあっても車両Ｑを安全に通過させることができる。なお、車両Ｑの交差点通過可能時間に加えるマージンは、マージンＭ１、Ｍ２の何れか一方のみでもよい。

また、分割先頭車両が停止線で停車した場合には、マージンＭ１、Ｍ２を削除する。そして、車列分割ルール生成部１８は、車両Ｑが干渉地点を通過した後、再び信号機２０Ｂが黄色点滅になるように信号制御指令を信号制御部２０Ａに送信する。

このように、本実施形態では、非コネクテッド車両７の車列についても車列を検出し、車列分割ルールに従って信号機２０Ｂを制御する。これにより、車両Ｑを必要以上に待たせることがない。

なお、上記各実施形態では、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。

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、及び車両７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１１及び図２２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。

１管制システム
７車両
９収集装置
９Ａインフラセンサ
９Ｂ状態検出部
１０、１０Ａ管制装置
１１目的地設定部
１２通信部
１３大域経路計画部
１４車列検出部
１５車列経路予測部
１６干渉地点特定部
１７仮想交通ルール生成部
１８車列分割ルール生成部
１９管制走行ルート地図
２０信号装置
２０Ａ信号制御部
２０Ｂ信号機
２１位置推定部
２２状態管理部
２３無線通信部
２４局所経路計画部
２５制御部
２６車両走行ルート地図

Claims

複数の移動体の各々から移動体の状態を表す移動体情報を受信する受信部と、
移動体毎の目的地までの経路を表す大域経路と、移動体毎に前記受信部で受信した前記移動体情報と、に基づいて、複数の移動体の大域経路が予め定めた範囲まで接近する干渉領域において移動体が従うべき時空間制約を移動体毎に生成する時空間制約生成部と、
前記移動体情報に基づいて、複数の移動体が連なった移動体列の状態を表す移動体列状態を検出する移動体列検出部と、
前記移動体列状態に基づいて、前記移動体列の経路である移動体列経路を予測する移動体列経路予測部と、
前記時空間制約に基づいて、前記移動体列を分割するための移動体列分割ルールを生成する移動体列分割ルール生成部と、
前記移動体列分割ルールを、前記移動体列に含まれる移動体にそれぞれ送信する送信部と、
を備え、
前記移動体列分割ルール生成部は、前記干渉領域までの停止距離を算出し、算出した停止距離だけ前記干渉領域から離れた位置の前記移動体を分割先頭移動体とする前記移動体列分割ルールを生成する
管制装置。
前記移動体列分割ルール生成部は、前記分割先頭移動体の属性が予め定めた属性分割条件を満たす場合に、前記移動体列分割ルールを生成する
請求項１記載の管制装置。
前記移動体列分割ルール生成部は、前記分割先頭移動体の状態が予め定めた状態分割条件を満たす場合に、前記移動体列分割ルールを生成する
請求項１又は請求項２記載の管制装置。
前記移動体列分割ルール生成部は、前記停止距離だけ前記干渉領域から離れた位置の前記移動体が前記移動体列の最後尾である場合は、前記移動体列分割ルールを生成しない
請求項１～３の何れか１項に記載の管制装置。
前記受信部は、移動体が移動する経路に沿って設置され、前記管制装置とデータ通信を行うことができない非コネクテッド移動体に関する移動体情報を収集する収集装置から前記移動体情報を受信する
請求項１～３の何れか１項に記載の管制装置。
前記移動体列分割ルール生成部は、前記非コネクテッド移動体について生成した移動体列分割ルールに基づいて、信号装置を制御するための信号制御指令を前記信号装置に出力する
請求項５記載の管制装置。
請求項１～６の何れか１項に記載の管制装置と、
前記管制装置から受信した前記移動体列分割ルールを満たすように移動体の移動を制御する制御部を備えた移動体と、
を含む管制システム。