JPH10187016A

JPH10187016A - 道路トンネル環境シミュレーション装置

Info

Publication number: JPH10187016A
Application number: JP34133996A
Authority: JP
Inventors: Toshiyasu Nakayuki; 敏安仲行; Yukio Goto; 幸夫後藤; Hideki Fukushima; 秀樹福嶋; Akira Kobayashi; 彰小林
Original assignee: NIPPON DORO KODAN; Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: NIPPON DORO KODAN; Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1996-12-20
Filing date: 1996-12-20
Publication date: 1998-07-14

Abstract

(57)【要約】【課題】トンネル内の環境を詳細にシュミレーション
することができ、また用いるシュミレーションモデルを
容易に同定することができ、さらに、シュミレーション
の結果を視覚的に表示することができる道路トンネル環
境シミュレーション装置を得る。【解決手段】シミュレーション実行手段７を備え、ト
ンネル内の個々の車両の走行シミュレーションに基づ
き、風速、換気、汚染の状態のシミュレーションを行う
とともに、同定手段２１を備えて、シミュレーション実
行手段７でからの結果とフィールドデータとの誤差を計
算し、この誤差が小さくなるパラメータ値を求めること
により、シミュレーションモデルの同定を行う。また、
シミュレーション結果はトンネル環境表示手段１６に表
示する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、道路トンネルに
おける環境シミュレーションを行う道路トンネル環境シ
ミュレーション装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】トンネル換気設備の設計や制御方法の検
討をシミュレーションによって行うことが重要視されて
おり、従来のトンネル換気制御シミュレーションの例
は、日本機械学会、北陸信越支部第３０期総会講演会論
文集、Ｎｏ．９３７−１、２７３〜２７６頁、平成５
年、「東京湾横断道路トンネルの換気制御シミュレーシ
ョン」等に記載されている。道路トンネル換気制御シス
テムでは、運転車の健康と走行の安全確保のためトンネ
ルを通行する車両が排出する一酸化炭素（ＣＯ）や煤
煙、窒素酸化物（ＮＯｘ）等の汚染物質をトンネルから
除去し、トンネル環境を基準値以上に保持している。汚
染物質を除去する手段として、ジェットファンや電気集
塵機、長大トンネルにおいて送排気のための立坑に設置
された送排気機等が設置されている。このようなトンネ
ル内の汚染などの環境状態を、従来はマクロ交流通モデ
ルを用いてシミュレーションを行っていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来の道路トンネル環
境シミュレーション装置では、汚染物質の発生源である
車両交通流が交通密度、平均速度、交通量といったマク
ロな視点でしか表現されていなかったため、大まかなシ
ミュレーションとなり、現実の複雑な交通現象を必ずし
も精密にシミュレーションすることが出来なかった。ま
た、シミュレーションモデルの同定機能を備えていなか
った。さらに、トンネル環境シミュレーション状況を視
覚的に表示する機能も保持していなかった。

【０００４】この発明は、上記のような従来の装置の問
題点を解消するためになされたもので、トンネル内の環
境を詳細にシミュレーションすることができ、また、フ
ィールドデータによって容易にシミュレーションモデル
の同定を行うことができ、さらに、トンネル環境シミュ
レーション状況を視覚的に表示することができる道路ト
ンネル環境シミュレーション装置を得ることを目的とす
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この発明に係る道路トン
ネル環境シミュレーション装置は、個々の車両の走行の
シミュレーションを行う走行状態処理手段を備えたシミ
ュレーション実行手段、フィールドデータを使ってシミ
ュレーションモデルを同定する同定手段、シミュレーシ
ョン結果とフィールドデータとの適合度を判定する評価
・解析手段、およびトンネル内の環境シミュレーション
の状態を表示するトンネル環境表示手段を備えたもので
ある。

【０００６】さらに、シミュレーション実行手段が、個
々の車両の走行状態に応じて交通換気力を算出できる風
速状態処理手段を備えたものである。また、シミュレー
ション実行手段が、個々の車両の走行状態に応じた汚染
排出量に基づいてトンネル内の汚染状態を算出する汚染
状態処理手段を備えたものである。

【０００７】また、同定手段は、時系列フィールドデー
タと時系列シミュレーション結果とを使ってシミュレー
ションモデルを同定するものである。さらに同定手段
は、車両の走行モデルを同定する走行モデル同定手段、
風速モデルを同定する風速モデル同定手段、および汚染
モデルを同定する汚染モデル同定手段を備えたものであ
る。

【０００８】また、フィールドデータから車両流入モデ
ルを設定する車両流入モデル設定手段を備えたものであ
る。また、評価・解析手段が、風速、汚染に関するフィ
ールドデータとシミュレーション結果を用いて両者間の
適合度を検定するトンネル状態評価手段、および交通流
に関するフィールドデータとシミュレーション結果を用
いて両者間の適合度を検定する交通流状態評価手段を備
えたものである。

【０００９】また、トンネル環境表示手段が、風速に関
するフィールドデータとシミュレーション結果の同時表
示を行う風速状態表示手段、汚染に関するフィールドデ
ータとシミュレーション結果の同時表示を行う汚染状態
表示手段、交通流に関するフィールドデータとシミュレ
ーション結果の同時表示および個々の車両の位置変化の
アニメーション表示を行う交通状態表示手段、および換
気機の運転状態を表示する換気機状態表示手段を備えた
ものである。

【００１０】

【発明の実施の形態】

実施の形態１．以下、この発明の実施の形態１による道
路トンネル環境シミュレーション装置を図１に基づいて
説明する。図１はこの発明の実施の形態１における道路
トンネル環境シミュレーション装置の構成を示すブロッ
ク図である。図において、１はトンネルに流入するマク
ロな交通のパターンを設定する交通パターン設定手段、
２は交通パターン設定手段１で設定された交通パターン
あるいは後述の車両流入モデル設定手段２８の情報か
ら、車両１台１台の流入時刻、車種等のミクロな車両交
通データを設定する車両交通データ設定手段、３はトン
ネルを走行する車両走行モデルを設定する車両走行モデ
ル設定手段、４はトンネル内の複数の風速モデルの中か
ら一つを選んで設定する風速モデル設定手段、５はトン
ネル内の複数の換気制御モデルの中から一つを選んで設
定する換気制御モデル設定手段、６はＣＯ、煤煙、ＮＯ
ｘ等によるトンネル内の複数の汚染モデルの中から一つ
を選んで設定する汚染モデル設定手段である。

【００１１】７はトンネル環境シミュレーションを実行
するシミュレーション実行手段、８は車両走行モデル設
定手段３で設定された車両走行モデルに基づいて個々の
車両走行モデルを生成する車両走行モデル生成手段、９
は風速モデル設定手段４で設定された風速モデルに基づ
いて実行できる形の風速モデルを生成する風速モデル生
成手段、１０は換気制御モデル設定手段５で設定された
換気制御モデルに基づいて実行できる形の換気制御モデ
ルを生成する換気制御モデル生成手段、１１は汚染モデ
ル設定手段６で設定された汚染モデルに基づいて実行で
きる形の汚染モデルを生成する汚染モデル生成手段、１
２はトンネル内の個々の車両走行状態のシミュレーショ
ンを行う走行状態処理手段、１３はトンネル内の風速状
態のシミュレーションを行う風速状態処理手段、１４は
換気制御システムの動作のシミュレーションを行う換気
制御状態処理手段、１５はトンネル内のＣＯ、煤煙、Ｎ
Ｏｘなどの汚染状態のシミュレーションを行う汚染状態
処理手段であり、以上の８〜１５によりシミュレーショ
ン実行手段７を構成している。

【００１２】１６はトンネル内の環境を表示するトンネ
ル環境表示手段、１７はトンネル内の交通状態を表示す
る交通状態表示手段、１８はトンネル内の風速の状態を
表示する風速状態表示手段、１９はトンネル内の汚染状
態を表示する汚染状態表示手段、２０は換気機の運転状
態を表示する換気機状態表示手段であり、以上の１７〜
２０によりトンネル環境表示手段１６を構成している。
２１はシミュレーションモデルを同定する同定手段、２
３は車両の走行モデルを同定する走行モデル同定手段、
２４はトンネル内の風速モデルを同定する風速モデル同
定手段、２５はトンネル内の汚染モデルを同定する汚染
モデル同定手段であり、以上の２３〜２５により同定手
段２１を構成している。２６はフィールドで観測された
データを集積した実測データ記憶手段、２７はシミュレ
ーション結果と実測データを比較検討する評価・解析手
段、２８は実測交通データから車両流入モデルを設定す
る車両流入モデル設定手段である。

【００１３】図２はこの実施の形態に係わる道路トンネ
ル環境シミュレーション装置の動作を示すフローチャー
トである。図２において、Ｓｔｅｐ１でシステムを起動
後、Ｓｔｅｐ２で交通パターン設定手段１もしくは車両
交通データ設定手段２において、トンネルを走行する交
通条件等のシミュレーション条件を設定する。シミュレ
ーションには、交通パターン設定手段１で設定されるマ
クロ交通データと車両交通データ設定手段２で設定され
るミクロ交通データが使用できる。マクロ交通データ
は、交通量や大型車混入率、車速（平均、標準偏差）な
どから構成され、ミクロ交通データは、車両１台１台の
車種、車速、発生時刻、流入車線などから構成されてい
る。車両交通データ設定手段２は、マクロ交通データか
らポアソン分布や一様乱数を用いてミクロ交通データを
生成できる。

【００１４】また、実測データ記憶手段２６に記憶され
た実測データ（フィールドデータ）を用いて車両流入モ
デル設定手段２８において交通パターン（マクロ交通デ
ータ）や車両交通データ（ミクロ交通データ）を生成す
ることも可能である。トンネル流入部における交通測定
装置がトンネル入口に比較的近い場合には、実測データ
を集計し交通パターンとして交通パターン設定手段１に
設定、もしくは１台１台の実測データを車両交通データ
として車両交通データ設定手段２に設定し、車両を交通
測定装置が設置されている場所に流入させる。また、ト
ンネル流入部における交通測定装置がトンネル入口に比
較的遠い場合には、測定地点に実測データからトンネル
に流入する交通状態を推定し、推定された交通状態を交
通パターンとして交通パターン設定手段１に設定し、車
両をトンネル入口から流入させる。

【００１５】次にＳｔｅｐ３において、表示手段（交通
状態表示手段１７、風速状態表示手段１８、汚染状態表
示手段１９、換気制御状態表示手段２０）を選択する。
交通状態表示手段１７では、例えばトンネル出入口にお
ける通過台数や大型車混入率の時間推移やトンネル内の
個々の車両走行位置変化をアニメーション表示すること
が可能である。風速状態表示手段１８では、例えば風速
の時間変動をグラフ表示することができる。また、汚染
状態表示手段１９では例えばトンネル内の汚染の分布状
態をグラフ表示することが可能であり、任意のトンネル
地点における汚染の時間変動を表示することができる。
また、交通状態表示手段１７、風速状態表示手段１８、
汚染状態表示手段１９では、実測データ記憶手段２６に
蓄えられた実測データとシミュレーション結果を同時表
示することが可能である。さらに、換気制御状態表示手
段２０では例えば運転されている換気機や消費電力の変
動をグラフ表示できる。

【００１６】次にＳｔｅｐ４では、風速モデル設定手段
４、汚染モデル設定手段６、換気制御モデル設定手段５
において予め設定されている風速モデル、汚染モデル、
換気制御モデルを実行できる形に、風速モデル生成手段
９、汚染モデル生成手段１１、換気制御モデル生成手段
１０において生成する。Ｓｔｅｐ５では、車両走行モデ
ル生成手段８により、車両走行モデルを１台１台設定さ
れた発生時刻に生成すると共に、走行状態処理手段１２
によりトンネル内の車両走行をシミュレーションする。
車両の走行シミュレーションは、以下のような車両追従
式によって行う。

【００１７】

【数１】

【００１８】ただし、ａ_i（ｔ）：時刻ｔにおけるｉ番目の車両の加減速度ｖ_i（ｔ）：時刻ｔにおけるｉ番目の車両の速度ｘ_i（ｔ）：時刻ｔにおけるｉ番目の車両の位置Ｔ：反応遅れ時間（正の実数）ｃ、ｍ、ｎ：パラメータ（いずれも正の実数）

【００１９】Ｓｔｅｐ６では、換気制御状態処理手段１
４により換気制御をシミュレーションする。図３は換気
制御状態処理手段１４でシミュレーションされる換気制
御システムの１例を示すブロック図である。トンネル内
の風の流れの物理モデルが非線形で複雑であることやト
ンネルの長さが長いほど遅れ時間が大きくなるので、実
際の風速、汚染状況に基づいてフィードバック制御処理
部４２だけでなく、予測した交通量に基づいて換気制御
を行うフィードフォワード制御処理部４１を備えれいる
ことが一般的である。換気制御モデル設定手段５では従
来からあるいくつかの制御システムのモデルを用意して
おり、この中から換気制御モデルを選択して設定するこ
とによりシミュレーションすることができる。

【００２０】Ｓｔｅｐ７では、風速状態処理手段１３に
よりトンネル内の風速状態をシミュレーションする。図
４はトンネル内の風速モデルを説明するためのトンネル
断面図である。このトンネルの例では、トンネルの中間
部に吸排気を行うため立坑を備えている。立坑を境界と
してトンネルを区間１、２に分割すると区間毎に空気圧
力に関するニュートンの力学方程式が成立する。Ｆ＝ＭｄＵ／ｄｔ＝ＭＡ^-1ｄＱ／ｄｔＵ＝Ａ^-1Ｑこのように風速モデルは常微分方程式によって表されて
いるので、Ｓｔｅｐ７ではルンゲクッタ法等の数値解法
によって風速状況をシミュレーションする。ただし、Ｕ
は風速、Ｑは風量、Ｍはトンネル内の空気の質量、Ａは
トンネル断面積、Ｆはトンネル内の空気を押す力であ
り、交通換気力Ｆ_tra、ファン換気力Ｆ_fan、自然換気力
Ｆ_nat、通気抵抗力Ｆ_frtの和である。交通換気力Ｆ_tra
は、個々の車両の走行状態に応じて、トンネル内を小型
車がｎ_S台、大型車がｎ_L台走行している場合には以下の
ように算出される。

【００２１】

【数２】

【００２２】ただし、Ｖ_i（ｉ＝１，…，ｎ_S）は小型車
の走行速度、Ｖ_j（ｊ＝１，…，ｎ_L）は大型車の走行速
度、ρは空気の密度、ξ_Sは小型車の等価抵抗面積、ξ_L
は大型車の等価抵抗面積である。トンネル換気に主に使
用されるファンとして、ジェットファン、立坑内の送排
気ファン、集塵機が設置されており、ファン換気力Ｆ
_fanはジェットファン換気力Ｆ_jet、集塵機換気力
Ｆ_col、送気ファン換気力Ｆ_en、排気ファン換気力Ｆ_ex
の和である。ジェットファン換気力Ｆ_jetは以下のよう
に算出される。

【００２３】

【数３】

【００２４】ただし、Ｋ_jetは昇圧効率、Ｕ_jetはジェッ
トファンの噴流速度、Ａ_jetはジェットファンの断面
積、Ｎ_jetはジェットファンの運転台数である。また、
集塵機換気力Ｆ_colは以下のように算出される。

【００２５】

【数４】

【００２６】ただし、Ｎ_colは運転集塵機の台数、Ｑ_Cは
集塵機の処理風量、Ａ_Cは集塵機の断面積である。

【００２７】図５は立坑に配置された送気及び排気ファ
ンの圧力特性を示した説明図である。送気ファン及び排
気ファンの昇圧力Ｐ_Sはファンの翼角比ｐに応じて特性
図から得られ、送気ファン、排気ファン排気力Ｆ_en，Ｆ
_exは以下のように算出される。Ｆ_en＝Ａ_SP，Ｆ_ex＝Ａ_SP ただし、Ａ_Sは立坑ファンの断面積であり、またＰ_dsは
定格昇圧力、Ｑ_Sは風量、Ｑ_dsは定格風量である。さら
に、自然風速をＵ_nとすると自然換気力Ｆ_natは以下のよ
うに算出される。Ｆ_nat＝（１＋ζ＋λＬ／Ｄ_r）（ρ／２）Ｕ_n｜Ｕ_n｜ただし、ζはトンネル入口損失係数、λはトンネル壁面
損失係数、Ｌはトンネル延長、Ｄ_rはトンネル直径であ
る。トンネル内風速がＵの時、風向と逆向に働く通気抵
抗力Ｆ_frtは以下のように算出される。Ｆ_frt＝−（１＋ζ＋λＬ／Ｄ_r）（ρ／２）Ｕ｜Ｕ｜

【００２８】続いて、Ｓｔｅｐ８では汚染状態処理手段
１５により汚染状態をシミュレーションする。図６はト
ンネル内の汚染モデルを説明するためのトンネル断面図
である。トンネル内のＣＯや煤煙、一酸化炭素、ＮＯｘ
等の拡散に対して以下の拡散方程式が成立する。

【００２９】

【数５】

【００３０】ただし、Ｃは汚染濃度、ｘはトンネル内の
位置、Ｄは拡散係数を表す。また、ｑ（ｘ）は地点ｘに
おける単位時間当たりの汚染排出量であり、個々の車両
の走行状態に応じて、速度、加速度、道路の勾配などに
基づき算出する。通常、拡散項を考慮しないのでＤ＝０
すると汚染モデルは以下のように表される。

【００３１】

【数６】

【００３２】ｘはトンネル内の位置を表すが、Ｓｔｅｐ
８では図６のようにトンネルをΔｘの微小区間に分割
し、数６を差分式に置き換えることによってシミュレー
ションする。

【００３３】次に、Ｓｔｅｐ９で上記シミュレーション
の状態が、交通状態表示手段１７、風速状態表示手段１
８、汚染状況表示手段１９及び換気機状態表示手段２０
を通して表示される。そしてＳｔｅｐ１０で上記Ｓｔｅ
ｐ５から９までの手順をシミュレーション実行手段７が
シミュレーション中止の命令を受け取るまで繰り返す。

【００３４】Ｓｔｅｐ１０でシミュレーション終了後、
Ｓｔｅｐ１１で評価・解析手段２７においてシミュレー
ション結果と実測データ記憶手段２６に蓄えられた実測
結果との適合度を評価する。図７は評価・解析手段２７
の構成を示す説明図である。トンネル状態評価手段３１
は、時刻毎、例えば１秒あるいは１分ごとの風速や汚染
に関するフィールドデータとシミュレーション結果を用
いて、それらの適合度を時系列解析や統計的に検定す
る。交通流状態評価手段３２は、交通流、例えば車頭間
隔や走行速度に関するフィールドデータとシミュレーシ
ョン結果を用いて、それらの適合度を時系列解析、ある
いは統計的に検定する。適合度は、例えばχ²検定等の
統計的手法によって計算する。

【００３５】図８は、走行モデル同定手段２３における
車両走行モデルを同定する手順を示した説明図である。
まず、Ｓｔｅｐ５１で同定をＳｔａｒｔした後、Ｓｔｅ
ｐ５２で実測データ記憶手段２６に蓄えられた実測の走
行データを読み込む。次に、Ｓｔｅｐ５３において同定
すべきモデルのパラメータ、例えば数１の中の反応遅れ
時間Ｔやｃ、ｍ、ｎ等の初期値をランダムに生成し、Ｓ
ｔｅｐ５４でシミュレーション実行手段７においてシミ
ュレーションを行い、Ｓｔｅｐ５５でフィールドデータ
とシミュレーションデータとの誤差を計算する。さらに
Ｓｔｅｐ５６で終了条件が満足しているかどうか、すな
わち所定誤差内に収まっているかどうかを調べ、満足し
ていないならＳｔｅｐ５７でパラメータに与える数値を
更新する。以上のＳｔｅｐ５４から５７までを終了条件
が満足するまで繰り返すことによって、フィールドデー
タとの誤差が少ない走行モデルが同定できる。最後に同
定された走行モデルをＳｔｅｐ５８において車両走行モ
デル設定手段３に設定する。Ｓｔｅｐ５７におけるパラ
メータの更新方法には、シンプレックス法や遺伝的アル
ゴリズム、シミュレーテッドアニーリング等の探索手法
が適用できる。

【００３６】図９は、風速モデル同定手段２４における
風速モデルを同定する手順を示した説明図である。ま
ず、Ｓｔｅｐ６１で同定をＳｔａｒｔした後、Ｓｔｅｐ
６２で実測データ記憶手段２６に蓄えられた実測の風速
データを読み込む。次に、Ｓｔｅｐ６３において同定す
べきモデルのパラメータ、例えばトンネル入口損失係
数、トンネル壁面損失係数、ファンの昇圧係数、大型車
／小型車の抵抗係数等の初期値をランダムに生成し、Ｓ
ｔｅｐ６４でシミュレーション実行手段７においてシミ
ュレーションを行い、Ｓｔｅｐ６５でフィールドデータ
とシミュレーションデータとの誤差を計算する。さらに
Ｓｔｅｐ６６で終了条件が満足しているかどうか調べ、
満足していないならＳｔｅｐ６７でパラメータを更新す
る。以上のＳｔｅｐ６４から６７までを終了条件を満足
するまで繰り返すことによって、フィールドデータとの
誤差が少ない風速モデルが同定できる。最後に同定され
た風速モデルをＳｔｅｐ６８において風速モデル設定手
段４に設定する。Ｓｔｅｐ６７におけるパラメータの更
新方法には、シンプレックス法や遺伝的アルゴリズム、
シミュレーテッドアニーリング等の探索手法が適用でき
る。

【００３７】図１０は、汚染モデル同定手段２５におけ
る汚染モデルを同定する手順を示した説明図である。ま
ず、Ｓｔｅｐ７１で同定をＳｔａｒｔした後、Ｓｔｅｐ
７２で実測データ記憶手段２６に蓄えられた実測の汚染
データを読み込む。次に、Ｓｔｅｐ７３において同定す
べきモデルのパラメータ、例えば大型車／小型車が排出
する煤煙、ＣＯ、ＮＯｘ等の排出量、標高補正係数、加
速度補正係数、勾配補正係数等の初期値をランダムに生
成し、Ｓｔｅｐ７４でシミュレーション実行手段７にお
いてシミュレーションを行い、Ｓｔｅｐ７５でフィール
ドデータとシミュレーションデータとの誤差を計算す
る。さらにＳｔｅｐ７６で終了条件が満足しているかど
うか調べ、満足していないならＳｔｅｐ７７でパラメー
タを更新する。以上のＳｔｅｐ７４から７７までを終了
条件を満足するまで繰り返すことによって、フィールド
データとの誤差が少ない汚染モデルが同定できる。最後
に同定された汚染モデルをＳｔｅｐ７８において汚染モ
デル設定手段６に設定する。Ｓｔｅｐ７７におけるパラ
メータの更新方法には、シンプレックス法や遺伝的アル
ゴリズム、シミュレーテッドアニーリング等の探索手法
が適用できる。

【００３８】このように、この実施の形態によれば、走
行状態処理手段１２によって１台１台の車両走行をシミ
ュレーションし、それによって引き起こされる風速や汚
染状態を風速状態処理手段１３及び汚染状態処理手段１
５においてシミュレーションするので、トンネル環境を
詳細にシミュレーションすることが可能である。また、
同定手段２１によって、車両の走行モデル、風速モデ
ル、汚染モデルをフィールドデータを使って同定するこ
とによって、現実に近い状況をシミュレーションするこ
とが可能であり、より現実に近い状況の下でトンネルの
換気制御システムを評価・検証することができる。

【００３９】また、評価・解析手段２７によって同定さ
れたシミュレーションモデルを使ったシミュレーション
結果と実測されたフィールドデータとの適合度を解析す
ることによってシミュレーションモデルの妥当性を評価
できる。さらに、トンネル環境表示手段１６において、
トンネル内の走行状態、風速状態、汚染状態を視覚化す
ることによって、トンネル内の環境を視覚的に把握する
ことができ、トンネル換気制御システムを視覚的に明快
に評価・検証することができる。

【００４０】実施の形態２．この実施の形態では、実施
の形態１とは異なる車両走行シミュレーションの実現方
法について説明する。実施の形態１と同様の部分につい
ては説明を省略する。図１１は車両走行状態シミュレー
ションにおける１シミュレーションクロックの車両走行
モデルの動作を説明するフローチャートである。まず、
Ｓｔｅｐ２１において走行車線前方の障害物を１つ認定
する。次にＳｔｅｐ２２において周囲の状況と自らの動
機により車線変更判断を行う。車線変更への動機として
は、進行方向を遵守するため、車線減少のため、駐車車
両を避けるため等を考慮する。

【００４１】表１はＳｔｅｐ２３における加減速及び停
止判断を説明するための表である。

【００４２】

【表１】

【００４３】仮想前方障害物との相対的な距離ｌ_rと速
度ｖ及び目標速度ｖ_rに基づき加速／減速／速度維持／
停止の中から表１に従って走行パターンを選択する。た
だし、Ｄ_k、Ｄ_d、Ｄ_sは次の式で表される。Ｄ_k＝ｋ₁Ｌ_f（ｖ≦ｖ₀）Ｄ_k＝ｋ₂Ｌ_s（ｖ＞ｖ₀）Ｄ_d＝ｋ₃Ｌ_r（ｖ≦ｖ₀）Ｄ_d＝ｍａｘ（ｋ₄Ｌ_s，ｋ₅Ｌ_f）（ｖ＞ｖ₀）Ｄ_s：停止時の車間距離（定数）ただし、Ｌ_f＝ｋ_fｖ＋ｌ_f Ｌ_s＝ｖ²／（２β）Ｌ_r＝ｋ_r｛ｖ²／（２｜β｜）−ｖ₀ ²／（２｜β₀｜）｝
＋ｌ_r であり、ｋ₁、ｋ₂、ｋ₃、ｋ₄、ｋ₅、ｋ_f、ｋ_rは運転者
個性を反映可能なパラメータ、ｖ、βは当該車両の速度
と減速度、ｖ₀、β₀は障害物の速度と減速度である。

【００４４】次に、Ｓｔｅｐ２４における加速、速度、
位置の変更について説明する。まず、Ｓｔｅｐ２３にお
いて停止判断がなされた場合、時刻ｔ×Ｔ_sにおける車
両の加速度ａ（ｔ）、速度ｖ（ｔ）、位置ｘ（ｔ）を、ａ（ｔ）＝０.０，ｖ（ｔ）＝０.０，ｘ（ｔ）＝ｘ
（ｔ−１）に従って更新する。ただし、Ｔｓはシミュレーション間
隔、ｔはシミュレーションのステップ数を表す整数
（０、１、２、３……）である。また、加速／減速／速
度維持と判断された場合には、ａ（ｔ）＝α_d（加速判断時、α_d＞０）ａ（ｔ）＝β_d（減速判断時、β_d＜０）ａ（ｔ）＝０.０（速度維持判断時）ｘ（ｔ）＝ｘ（ｔ−１）＋ｖ（ｔ−１）Ｔ_s ｖ（ｔ）＝ｖ（ｔ−１）＋ａ（ｔ−１）Ｔ_s に従って更新する。ただし、α_dは定格加速度、β_dは定
格減速度である。

【００４５】このように、この実施の形態によれば、車
線変更が実現できる上、運転手の個性の不均一性が交通
流に与える影響をシミュレーションでき、さらにそれに
よって引き起こされる風速や汚染状態を風速状態処理手
段１３及び汚染状態処理手段１５においてシミュレーシ
ョンするので、より現実に近いトンネル環境をシミュレ
ーションすることが可能である。

【００４６】実施の形態３．この実施の形態では、実施
の形態１、２とは異なる車両走行シミュレーションの実
現方法について説明する。実施の形態１と同様の部分に
ついては説明を省略する。図１２はトンネル内の複数の
地点で実測された車速データを用いて走行シミュレーシ
ョンを実現する方法を説明する説明図である。図１２の
ように測定地点を挟んで複数区間に分割し、実測データ
記憶手段に蓄えられている測定地点で測定された車速の
平均、もしくは標準偏差に基づく一様乱数で得られた車
速で当該区間をｖ₁、ｖ₂、ｖ₃……で走行するシミュレ
ーションを行う。このように、この実施の形態によれ
ば、トンネル内で実測された車速に基づいてシミュレー
ションを行うので、速度に関して現実により近いシミュ
レーションすることが可能である。

【００４７】実施の形態４．この実施の形態では、実施
の形態１、２、３とは異なる車両走行シミュレーション
の実現方法について説明する。実施の形態１と同様の部
分については説明を省略する。図１３はトンネル入口地
点で実測された車速データを用いて走行シミュレーショ
ンを実現する方法を説明する説明図である。図１３のよ
うに実測データ記憶手段に蓄えられているトンネル入口
で測定された車両の流入時刻、車種、車速、流入車線と
全く同様に、シミュレーションでも車両を発生させ、ト
ンネル内ではその走行状態を全く維持して車速ｖで走行
するものとして走行シミュレーションを行う。このよう
に、この実施の形態によれば、トンネル入口で実測され
た走行状態を維持するようにシミュレーションを行うの
で、入口付近において現実により近いシミュレーション
することが可能であり、中小トンネル用に適している。

【００４８】

【発明の効果】以上のように、この発明の道路トンネル
環境シミュレーション装置は、個々の車両の走行のシミ
ュレーションを行う走行状態処理手段を備えたシミュレ
ーション実行手段、フィールドデータを使ってシミュレ
ーションモデルを同定する同定手段、及び環境シミュレ
ーションの状態を表示するトンネル環境表示手段を備え
たので、一台一台の車両走行を詳細にシミュレーション
でき、したがって、トンネル内の環境を詳細にシミュレ
ーションすることができ、また、シミュレーションモデ
ルを現実に近い状況に、容易にいつでも同定することが
でき、したがって、現実に近い状況の下で詳細にトンネ
ルの換気制御システムを評価・検証することができ、さ
らに、トンネル内の環境シミュレーション結果を視覚化
できて、トンネルの換気制御システムを明快に評価・検
証することができる。

【００４９】さらに、シミュレーション実行手段が、個
々の車両の走行状態に応じて交通換気力を算出する風速
状態処理手段を備えることにより、個々の車両の走行に
よって引き起こされる風速を詳細にシミュレーションす
ることができ、また、個々の車両の走行状態に応じた汚
染排出量に基づいて汚染状態を算出する汚染状態処理手
段を備えることにより、汚染を詳細にシミュレーション
することができ、これらの結果、トンネル内の環境を詳
細にシミュレーションすることができる。

【００５０】また、同定手段が、時系列フィールドデー
タと時系列シミュレーション結果を使ってシミュレーシ
ョンモデルを同定することにより、また、車両の走行モ
デルを同定する走行モデル同定手段、風速モデルを同定
する風速モデル同定手段、及び汚染モデルを同定する汚
染モデル同定手段を備えることにより、シミュレーショ
ンモデルの同定を容易に行うことができる。

【００５１】また、フィールドデータから車両流入モデ
ルを設定する車両流入モデル設定手段を備えることによ
り、交通パターンや車両交通データを容易に生成するこ
とができる。また、評価・解析手段が、フィールドデー
タとシミュレーション結果を用いて両者間の適合度を、
風速と汚染に関して検定するトンネル状態評価手段、及
び交通流に関して検定する交通状態評価手段を備えるこ
とにより、用いたシミュレーションモデルの妥当性を評
価できる。

【００５２】また、トンネル環境表示手段が、風速に関
するフィールドデータとシミュレーション結果の同時表
示を行う風速状態表示手段、汚染に関するフィールドデ
ータとシミュレーション結果の同時表示を行う汚染状態
表示手段、交通流に関するフィールドデータとシミュレ
ーション結果の同時表示及び個々の車両の位置変化のア
ニメーション表示を行う交通状態表示手段、及び換気機
の運転状態を表示する換気機状態表示手段を備えること
により、車両の交通状態や汚染状況が視覚的に明瞭にな
るとともに、各表示間の相互関係の把握が容易になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の形態１による道路トンネル
環境シミュレーション装置の構成を示すブロック図であ
る。

【図２】この発明の実施の形態１におけるシミュレー
ション動作を示すフロー図である。

【図３】この発明の実施の形態１における換気制御シ
ステムの構成例を示すブロック図である。

【図４】この発明の実施の形態１における風速モデル
を説明するトンネル断面図である。

【図５】この発明の実施の形態１における送気ファ
ン、排気ファンの昇圧特性を示す説明図である。

【図６】この発明の実施の形態１における汚染モデル
を説明するトンネル断面図である。

【図７】この発明の実施の形態１における評価・解析
手段の構成を示す説明図である。

【図８】この発明の実施の形態１における車両走行モ
デルの同定手順を示すフロー図である。

【図９】この発明の実施の形態１における風速モデル
の同定手順を示すフロー図である。

【図１０】この発明の実施の形態１における汚染モデ
ルの同定手順を示すフロー図である。

【図１１】この発明の実施の形態２における走行状態
処理の動作を示すフロー図である。

【図１２】この発明の実施の形態３における走行シミ
ュレーションを説明するトンネル断面図である。

【図１３】この発明の実施の形態４における走行シミ
ュレーションを説明するトンネル断面図である。

【符号の説明】

７シミュレーション実行手段、１２走行状態処理手
段、１３風速状態処理手段、１５汚染状態処理手
段、１６トンネル環境表示手段、１７交通状態表示
手段、１８風速状態表示手段、１９汚染状態表示手
段、２０換気機状態表示手段、２１同定手段、２３
走行モデル同定手段、２４風速モデル同定手段、２
５汚染モデル同定手段、２７評価・解析手段、２８
車両流入モデル設定手段、３１トンネル状態評価手
段、３２交通流状態評価手段。

フロントページの続き (72)発明者福嶋秀樹東京都千代田区丸の内二丁目２番３号三菱電機株式会社内 (72)発明者小林彰東京都町田市忠生１の４の１日本道路公団試験研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】道路トンネルのトンネル内の環境のシミ
ュレーションを行う道路トンネル環境シミュレーション
装置において、個々の車両の走行のシミュレーションを
行う走行状態処理手段を備えたシミュレーション実行手
段、このシミュレーション実行手段で用いるシミュレー
ションモデルを、実測されたフィールドデータを使って
同定する同定手段、この同定手段で同定されたシミュレ
ーションモデルを用いて上記シミュレーション実行手段
で実行されたシミュレーションの結果とフィールドデー
タとの適合度を判定する評価・解析手段、および上記シ
ミュレーション実行手段でのシミュレーション結果とし
て得られたトンネル内の環境シミュレーションの状態を
表示するトンネル環境表示手段を備えたことを特徴とす
る道路トンネル環境シミュレーション装置。
【請求項２】シミュレーション実行手段は、個々の車
両の走行状態に応じて交通換気力を算出できる風速状態
処理手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の道路
トンネル環境シミュレーション装置。
【請求項３】シミュレーション実行手段は、個々の車
両の走行状態に応じた汚染排出量に基づいてトンネル内
の汚染状態を算出する汚染状態処理手段を備えたことを
特徴とする請求項１記載の道路トンネル環境シミュレー
ション装置。
【請求項４】同定手段は、時系列フィールドデータと
シミュレーション実行手段によって得られた時系列シミ
ュレーション結果とを使って、上記シミュレーション実
行手段で用いるシミュレーションモデルを同定すること
を特徴とする請求項１記載の道路トンネル環境シミュレ
ーション装置。
【請求項５】同定手段は、トンネル内を走行する車両
の走行モデルを同定する走行モデル同定手段、トンネル
内の風速モデルを同定する風速モデル同定手段、および
トンネル内の汚染モデルを同定する汚染モデル同定手段
を備えたことを特徴とする請求項１または請求項４記載
の道路トンネル環境シミュレーション装置。
【請求項６】実測されたフィールドデータからトンネ
ル内へ流入する車両の車両流入モデルを設定する車両流
入モデル設定手段を備えたことを特徴とする請求項１記
載の道路トンネル環境シミュレーション装置。
【請求項７】評価・解析手段は、風速、汚染に関する
フィールドデータとシミュレーション実行手段でのシミ
ュレーション結果とを用いて、両者間の適合度を検定す
るトンネル状態評価手段、および交通流に関するフィー
ルドデータと上記シミュレーション実行手段でのシミュ
レーション結果とを用いて、両者間の適合度を検定する
交通流状態評価手段を備えたことを特徴とする請求項１
記載の道路トンネル環境シミュレーション装置。
【請求項８】トンネル環境表示手段は、トンネル内の
風速の状態推移に関するフィールドデータとシミュレー
ション実行手段でのシミュレーション結果の同時表示を
行う風速状態表示手段、トンネル内の汚染の状態推移に
関するフィールドデータと上記シミュレーション実行手
段でのシミュレーション結果の同時表示を行う汚染状態
表示手段、トンネル各地点における交通流に関するフィ
ールドデータと上記シミュレーション実行手段でのシミ
ュレーション結果の同時表示および個々の車両の走行位
置変化のアニメーション表示を行う交通状態表示手段、
およびトンネル内の換気を行う換気機の運転状態を表示
する換気機状態表示手段を備えたことを特徴とする請求
項１記載の道路トンネル環境シミュレーション装置。