JPWO2019186801A1 - 経路決定装置、経路決定方法、及び記憶媒体 - Google Patents

Abstract

経路決定装置は、複数の移動体が移動する際のコストを、複数の移動体のうちの少なくとも一部の移動体が、他の移動体を迂回する際の時間的な損失を示すタイムロスに基づき算出する価格算出手段、を備える。

Description

本発明は、経路決定装置、経路決定方法、及び記憶媒体に関する。

複数移動体の経路決定を行なう方法の一例が、特許文献１、非特許文献１に記載されている。特許文献１に記載の方法は、経路計画手法の一種であるポテンシャル法を用いて、移動体の優先度に基づく経路決定を行なう方法である。この優先度に基づく経路決定は、特に移動体間の衝突検知または予測時に、衝突回避のために行なわれる。ポテンシャル法では、仮に移動体を含む物体間に反力が存在すると仮定して、反力を受けた場合の移動体の軌道を算出することで、移動体の経路を決定する。このとき、反力として衝突可能性のある物体から離れる方向へ力が働くため、移動体の経路は障害物を回避するものとなる。移動体間での衝突回避のための経路決定では、高い優先度を持つ移動体には弱い反力を、低い優先度を持つ移動体には強い反力を設定することで、弱い反力しか受けない高い優先度を持つ移動体は軌道修正の少ない経路が決定され、強い反力を受ける優先度の低い移動体は大きく起動を修正する経路が決定される。

非特許文献１に記載の方法は、組合せオークションを用いて経路決定する方法である。この方法には、経路決定と支払い価格の算出を行うオークショナーという役割が存在し、オークショナーは、各移動体に欲する経路とその経路を得るためにいくら金銭を払えるかを自己申告させる。そして、自己申告に基づいて、衝突が発生せず、移動体ごとに高々１本の経路が存在する複数移動体の経路のうち、申告した金銭の合計が最大であるものに経路を決定する。その後、オークショナーは、支払い価格として、各移動体に、その移動体を除いて経路計画した場合の金銭の合計の最大値と、実際に決定された経路計画におけるその移動体を除いた金銭の合計の差を請求する。

特開２００８−２４２８５９号公報

Ofra Amir, Guni Sharon, and Roni Stern. "Multi-agent pathfinding as a combinatorial auction", In AAAI, 2015

特許文献１及び非特許文献１に記載されている方法を用いたとしても、移動体が移動する際の適切なコストの算出は、限られた経路決定方法のみでしか行なうことができず、かつ計算困難である。特許文献１に記載の方法は、あくまで優先度に応じた経路決定を行なう仕組みであり、優先度に応じて適切なコストの算出は行なっていない。非特許文献１に記載の方法では、移動体が移動する際のコストとして、オークショナーが支払い価格を請求するが、各移動体から申告された経路に対して、どの経路を承認するかという経路決定方法にしか対応していない。また、この経路決定方法および支払い価格の算出は、ＮＰ困難な問題であるため、計算困難であることが多い。
これに対し、任意の経路決定方法に対して、移動体が移動する際の適切なコストを算出する方法が求められている。

本発明は、上述の課題を解決することのできる経路決定装置、経路決定方法、及び記憶媒体を提供する。

本発明の一つの態様によれば、経路決定装置は、複数の移動体が移動する際のコストを、複数の前記移動体のうちの少なくとも一部の前記移動体が、他の前記移動体を迂回する際の時間的な損失を示すタイムロスに基づき算出する価格算出手段、を備える。

本発明の一つの態様によれば、経路決定方法は、コンピュータによって、複数の移動体が移動する際のコストを、複数の前記移動体のうちの少なくとも一部の前記移動体が、他の前記移動体を迂回する際の時間的な損失を示すタイムロスに基づき算出するステップと、算出した前記コストにより複数の前記移動体の経路を決定するステップと、を有する。

本発明の一つの態様によれば、記憶媒体は、コンピュータを、複数の移動体が移動する際のコストを、複数の前記移動体のうちの少なくとも一部の前記移動体が、他の前記移動体を迂回する際の時間的な損失を示すタイムロスに基づき算出する手段、として機能させるプログラムを記憶する。

上記した経路決定装置、経路決定方法、及び記憶媒体によれば、移動体が移動する際の適切なコストを算出することができる。

第１の実施形態に係る経路決定システムの構成を示すブロック図である。 第１の実施形態に係る経路決定システムの動作を示す流れ図である。 第２の実施形態に係る経路決定システムの構成を示すブロック図である。 実施例１の動作を説明する第１の図である。 実施例１の動作を説明する第２の図である。 実施例１の動作を説明する第３の図である。 実施例１の動作を説明する第４の図である。 実施例２を説明する図である。 各実施形態に係る経路決定装置の最小構成を示す図である。 各実施形態における経路決定装置のハードウェア構成の一例を示す図である。

＜第１の実施形態＞
本発明の第１の実施形態について図１〜図３を参照して詳細に説明する。
（構成の説明）
まず、図１を参照して、本実施形態の全体構成について説明する。
図１は、第１の実施形態に係る経路決定システムの構成を示すブロック図である。第１の実施形態に係る経路決定システム１は、優先度決定システム１００と、経路算出システム１５０と、移動体５ａ〜５ｃとを含む。優先度決定システム１００は、優先度受信部１０と、優先度記憶部１１と、価格算出部１２と、経路取得部１３と、価格通知部１４とを有する。なお、移動体５ａ〜５ｃについて、特に区別の必要が無く任意の移動体を対象とするときには、単に移動体５と記載する場合がある。また、移動体は、図１等に例示されたドローン等の飛行体に限定されず、陸上を移動する移動体（たとえば、タクシー、トラック、自動車）であってもよいし、河川、海等を移動する移動体（たとえば、船、ボード等）であってもよい。

優先度受信部１０は、たとえば、移動体５ａ〜５ｃのそれぞれから優先度を表す優先度情報を受信し、受信した優先度情報を優先度記憶部１１に格納する。優先度は、経路決定方法において、その移動体５が優先される程度を表す。移動体５の優先度が高いほど、他の移動体との衝突回避などにおいて、よりタイムロスの少ない迂回で済む（あるいは迂回する必要ない）経路が決定される。各移動体５には、図５に例示するような優先度（図５を参照しながら後述する）が割り当てられていてもよい。優先度には、他の移動体５の優先度を固定して、ある移動体５の優先度を高くするほど、その移動体５について決定される経路のタイムロスの増加を防ぐ性質がある。
優先度記憶部１１には、優先度情報が格納される。

価格算出部１２は、優先度に基づき、価格を算出する。価格は、決定された経路を移動するコストを表す。移動体５は、たとえば、当該コストを、優先度決定システム１００、または、他の移動体５に対して支払う。価格算出部１２は、たとえば、各移動体５が迂回を行なう際に生じるタイムロスに基づいて、価格を算出する。

経路取得部１３は、優先度（後述するように実際の優先度と異なる場合を含む）に応じた経路決定方法により生成された経路の情報を取得する。
価格通知部１４は、価格算出部１２によって算出されたコストを表す情報を、たとえば、移動体、または、各移動体５の移動を管理する管理装置に送信する。

経路算出システム１５０は、移動体５ａ〜５ｃのそれぞれから各移動体が移動に用いる経路情報を取得（移動経路の申請）し、複数の移動体５の間で衝突などが予想される場合、その衝突を回避する経路情報を算出する。経路算出システム１５０は、経路決定部１５を有する。
経路決定部１５は、優先度決定システム１００が決定した優先度に基づき、複数の移動体５のそれぞれについて、移動する経路を決定する。経路決定部１５は、決定した経路の情報を優先度決定システム１００と各移動体５ａ〜５ｃへ通知する。

次に図１、図２を参照して、第１の実施形態における全体的な動作について説明する。
図２は、第１の実施形態に係る経路決定システムの動作を示す流れ図である。
説明の便宜上、優先度は、移動体５ａ等ごとに予め決定されているとする。また、移動体５ａ〜５ｃは、それぞれ、優先度を表す情報（優先度情報）、及び、移動経路（「計画経路」とも表す）を表す経路情報を有し、当該優先度情報を優先度決定システム１００へ送信する（ステップ３１）。また、移動体５ａ〜５ｃは、それぞれ経路情報を、移動前（Ｓ３２１）または移動中（Ｓ３２２）に経路算出システム１５０に送信する（ステップＳ３２）。

次に優先度決定システム１００は、優先度受信部１０によって送信された優先度情報を受信する（ステップ１１）。次に優先度決定システム１００は、受信した優先度情報を優先度記憶部１１に格納する（ステップ１２）。これにより、各移動体５の優先度が決定する。優先度決定システム１００は、優先度情報を、経路算出システム１５０へ送信する。

次に経路算出システム１５０は、受信した経路情報および優先度情報に基づき、各移動体５が移動する経路を決定する処理（以降、「経路決定処理」と表す）を実行する（ステップ２１）。経路決定処理は、たとえば、移動体５が移動する前、または、移動体５が移動している最中に実行される。移動体５が移動している最中に実行される経路決定処理は、たとえば、複数の移動体５が、あるタイミングにて、ある１つの領域を通過する場合に生じる事象（たとえば、衝突）を予測し、当該事象を回避する経路（たとえば、迂回経路）を決定する処理である。例えば、２つの移動体５ａ、５ｂがそのまま直進すると衝突する場合、一方の移動体５ａについて衝突予測地点までの距離に基づいて、旋回半径を求める等して迂回経路を決定してもよい。経路決定処理は、公知の任意の方法により行うことができる。経路決定処理は、上述したような迂回経路を算出処理でなく、高い優先度を有する移動体が当該ある１つの領域を通過し終えるのを、優先度が低い移動体が待つ時間（すなわち、「待ち時間」）を算出する処理であってもよい。すなわち、経路決定処理においては、上述したような事象を回避するための計画が算出される。経路決定処理は、上述した例に限定されない。以降の説明においては、説明の便宜上、経路決定処理においては迂回経路を算出する処理が実行される例を用いながら、経路決定システムの動作について説明する。

経路算出システム１５０は、各移動体５から受信した経路情報と、優先度に基づいて決定した経路を優先度決定システム１００へ送信する。優先度決定システム１００では、経路取得部１３が、これら２つの経路を比較して、各移動体５のそれぞれについて、優先度に基づいて決定した経路を選択した場合のタイムロスを算出する。例えば、「移動体５ａのタイムロスは、（移動体５ａについて優先度に基づいて決定した経路による移動時間（到着までに要する時間））−（移動体５ａから取得した経路情報による移動時間）」で算出できる。このようにして、経路取得部１３は、移動体５ａ等が、迂回経路を移動することによって生じるタイムロスを取得する（ステップ１３）。経路取得部１３がタイムロスを取得する処理は、たとえば、あるタイミングにて２つの移動体がある１つの領域を通過することが判明した場合、移動体５がある１つの領域を移動している最中、または、移動体がある１つの領域を通過した後に実行される。

また、図２に示す処理において、優先度決定システム１００は、１つの移動体５について複数の優先度（仮の優先度）を経路算出システム１５０へ送信してもよい。また、優先度決定システム１００は、送信した仮の優先度に基づいて経路算出システム１５０によって作成された（ステップ２２）経路情報を受信し、迂回によって生じるタイムロスを取得してもよい。仮の優先度に基づく経路情報およびタイムロスについては後に実施例１で説明する。優先度決定システム１００が受信する情報は、上述した例に限定されず、たとえば、優先度に応じたタイムロスそのものを表す情報であったり、経路計画決定装置における処理（経路計画手法）を表す情報、及び、各移動体の出発地と目的地とを、それぞれ、表す情報であったりしてもよい。

次に価格算出部１２は、迂回経路を移動することによって生じる各移動体５のタイムロスに基づき、決定された経路の移動コストを算出する（ステップ１４）。価格算出部１２は、所定の関数等により、タイムロスが大きい程、大きなコストを算出し、タイムロスが小さい程、小さなコストを算出する。次に価格通知部１４は、価格算出部１２によって算出されたコストを表す情報を、たとえば、各移動体５に送信する（ステップ１５）。コストを表す情報の送信は、各移動体５の移動終了後（目的地への到着後）に行われてもよい。
その間、移動体５ａ等は、経路算出システム１５０から優先度に基づく経路を受信し、それぞれ移動を開始し（ステップ３３）、目的地へ到着すると移動を終了する（ステップＳ３４）。

コストを表す情報を受信した移動体５は、そのコストを負担する。例えば、移動体５は、各移動体５の移動経路等を管理する管理装置（例えば優先度決定システム１００）が備える決済システム等と連携し、受信した分のコストに対応する金銭等の支払処理を行う。あるいは、移動体５は、経路を迂回してもらった他の移動体５に対して、所定の決済システム等を通じて、受信した分のコストの支払いを行ってもよい。例えば、移動体５ａが移動体５ｂ、５ｃを迂回させた場合、移動体５ｂ、５ｃの到着時間の遅れや優先度に基づいて、各移動体５ｂ、５ｃに支払われるコストが決定されてもよい。

第１の実施形態に係る優先度決定システム１００によれば、任意の経路決定方法に対して、移動体５が移動する際の適切なコストを算出することができる。この理由は、複数の移動体５が、経路決定に従って移動する際（移動しようとする際、移動した際）に生じるタイムロスに基づき、移動体５が移動する際のコストを決定するからである。
さらに、第１の実施形態に係る優先度決定システム１００によれば、経路算出システム１５０が各移動体５の優先度を知らない場合にも、移動体５の自己申告に基づいて優先度を決定し、優先度に基づく経路決定手法を用いて、複数の利己的な移動体のリアルタイムかつ効率的な経路決定を行なうことができる。ここで、利己的とは、各移動体５が自身の利益のみ（自分が目的地に早く到着する）に基づいて移動することをいう。
また、移動体５は自身の優先度と、衝突回避を考慮しない経路のみを申告すればよいため、申告手間が少なく済む。
また、第１の実施形態に係る優先度決定システム１００によれば、適切なコストを、移動体５自身のタイムロスに基づいて算出すれば、各移動体５に対して優先度決定システム１００への例えば、金銭的な支払いとしてコストを請求することで、正直な申告を促すことができる。なぜなら、後述するように嘘の申告をしたとしても、嘘の申告によって得した分（タイムロスを抑えられた分）に見合うだけ、コストを請求するため、結果として各移動体５は嘘の申告をついても得しないからである。

＜第２の実施形態＞
次に第２の実施形態について、図３を参照して説明する。
図３は、第２の実施形態に係る経路決定システムの構成を示すブロック図である。第２の実施形態に係る経路決定システム１Ａは、優先度決定システム１００Ａと、経路算出システム１５０Ａと、移動体５ａ〜５ｃとを含む。第２の実施形態では、優先度決定システム１００Ａは、経路取得部１３に代えて、経路計画取得部１３Ａを有する。また、経路算出システム１５０Ａが、経路計画部１６と交通ルール記憶部１７を含んで構成される。このうち、経路計画部１６は、移動体５に搭載される。例えば、移動体５ａは経路計画部１６ａを有し、移動体５ｂは経路計画部１６ｂを有し、移動体５ｃは経路計画部１６ｃを有する。

本実施形態では、各移動体５が、経路計画部１６を用いて自ら経路情報を決定する。各移動体５は、他の移動体５と相互作用しながら交通ルール記憶部１７に格納された交通ルールに基づいて自律的に経路を決定する。支払価格算出のための優先度を変更した際の経路についても、各移動体５が情報やり取りして自律的に計画を行ない、計画した経路を優先度に基づく経路計画取得部１３Ａに送信する。
経路計画取得部１３Ａは、各移動体５から経路計画を受信する。また、経路計画取得部１３Ａは、交通ルール記憶部１７から交通ルール情報を取得し、受信した経路計画が交通ルールに照らし合わせて適切なものか、また、実行可能なものか判断する。もし不適切な経路（通行禁止区間を通行する等）が送られてきた場合、移動体５に対して経路の再送要求を送る。その他の構成は、第１の実施形態と同様である。

第２の実施形態の動作の一例を説明する。優先度受信部１０は、各移動体５から優先度を受信する。また、経路計画取得部１３Ａは、各移動体５から経路計画を受信する。例えば、移動体５ａと移動体５ｂとが衝突し、移動体５ａの優先度が高い場合、経路計画部１６ｂは回避経路を計画し、これを経路計画取得部１３Ａへ送信する。経路計画取得部１３Ａは、経路計画が実行可能で交通ルールを守っているかどうかを判定し、この条件を満たさない場合は、条件を満たさない移動計画を送信した移動体５へ、移動計画の再送を要求する。条件を満たす場合、経路計画取得部１３Ａは、その旨を各移動体５へ通知する。各移動体５は、自らが計画した経路を移動し、衝突は回避される。また、各移動体５の移動と並行して、優先度決定システム１００Ａでは価格算出部１２が、第１の実施形態と同様に支払価格を算出する。価格通知部１４は、各移動体５についての支払価格を対応する移動体５へ送信する。

第２実施形態における経路の計算方法の一例について説明する。各移動体５は、自身の優先順を１つ上げた場合の経路計画を行ない、自身の前の順位と、計画した経路を自身の次の順位（低い順位）の移動体に送信する。経路を受信した移動体５は、実施される（又は、実施された）経路のうち受信した順位より高い移動体の経路計画、かつ受信した経路と衝突のない経路計画を行ない、受信した順位と、受信した経路計画に自身の経路計画を合わせたものを経路計画として、自身の次の順位の移動体に送信する。以上の工程を全移動体５について繰り返す。そして、優先順位が最低の移動体５は、受信した経路計画を、１つ上の順位の移動体に送信する。優先順最下位の移動体から経路計画を受信した移動体は、自身の優先順を最下位から１つずつ実際の順位まで上げていき、それぞれについて、受信した経路計画の中で、変化させた順位より高いものと衝突のない経路計画を行ない、各順位のときの経路を経路計画取得部１３Ａへ送信する。

以下、第１及び第２の実施形態の具体例とともにその動作を説明する。

（実施例１）
図４〜図７は、それぞれ実施例１の動作を説明する図である。
実施例１では、経路系計画アルゴリズムとして、具体的に、優先度付きＣＡ＊アルゴリズム（Prioritized Cooperative A*）を使う場合を考える。このアルゴリズムでは、優先度の高い移動体５から順に経路を決定していく。各移動体５の経路は、自身より優先度の高い移動体５の経路と衝突を起こさない最短の経路に決定される。

図４は、優先度付きＣＡ＊アルゴリズムを用いて経路の決定を行なうときの例である。各移動体５に付した数字は、その移動体の優先順位を示している。つまり、移動体５ｃに優先順位１位が設定され、移動体５ａに優先順位２位が設定され、移動体５ｂに優先順位３位が設定されている。優先順位１位の移動体５ｃがまず経路を作り、その次に優先順位２位の移動体５ａが優先順位１位の移動体の経路と衝突のない経路を作る。最後に、優先順位３位の移動体５ｂが、優先順位１位の移動体５ｃの経路とも、優先順位２位の移動体５ａの経路とも衝突のない経路を作る。

実施例１では、管制システムが経路を制御することが一般的な航空機や、将来的には管制システムの管理下に置かれる可能性もあるＵＡＳ（Unmanned Aircraft Systems）等の無人航空機の経路決定を例に説明する。実施例１の構成を、図１に示す構成と対比すると、図１おける移動体５が実施例１における航空機やＵＡＳに相当し、優先度決定システム１００と経路算出システム１５０が管制システムに相当する。

図２の流れ図に従って、実施例１のＵＡＳ等と管制システムの動作を具体的に説明する。各移動体５ａ〜５ｃは、移動前に、優先度として単位時間のタイムロスを抑えるために払うことのできる金額を申告する（ステップ３１）。例えば、単位時間が１秒ならば、１秒当たりの到着時間の遅れを抑えるために、５円までなら払うことができる、ということを申告する。単位時間当たりというのはつまり、５秒の遅れを抑えるためならば、５×５＝２５円まで払うことができる、ということである。

実施例１では、例えば、申告した価格をそのまま優先度とする。図５に示すのは、ステップ１２で決定される優先度の例である。優先度付きＣＡ＊アルゴリズムでは、経路決定には順位のみが重要であるため、横に順位を併記している。なお、図２の流れ図では、移動前に優先度を申告することになっているが実施形態はこれに限定されない。例えば、優先度の申告動作には、その他にも、優先度の申告がない場合は優先度０とするため申告を不要としたり、移動中に優先度を変更するために再度申告し直すような動作が含まれていてもよい。

ステップ３２の経路申告では、各移動体５ａ〜５ｃは、自身の目的地のみを申告する。管制システムは、各移動体５ａ〜５ｃの位置を、リアルタイムで監視し、複数の移動体５が接近した際に、衝突回避のために優先度に基づいた経路決定（ステップ２１）を行なう。まず、例えば、管制システム（経路決定部１５）は、接近する移動体５の優先度を確認し、優先度（優先順位）の高いものから経路の決定を行なう。この処理は、管制システムが行なってもよいし、第２の実施形態のように移動体５自身が行なってもよい。管制システムが、経路を決定する際には、各移動体５が、申告した目的地にできるだけ早く到着でき、かつ接近している経路の中で、より優先順位の高い移動体の経路と競合のない経路を選ぶ。移動体５の進行方向から目的地（の方向）が明らかなような状況下であれば、ステップ３２の経路の申告は省いて、管制システムが各移動体５の経路を推定してもよい。

管制システムは、経路を決定すると、各移動体５にその経路を伝え、その経路に従って移動するように指示する。指示を受けた移動体５は、その指示に従って経路を変更し、衝突が回避される。また管制システムは、経路決定を行なった際の状況（どの移動体５が経路を変更したか）を記憶しておく。そして、管制システムは、適切な処理タイミングで、経路決定を行なった状況において、もし優先度が違った場合の経路（仮の優先度に基づく経路）を決定する（ステップ２２）。管制システムは、そのときのタイムロスを取得する（ステップ１３）。

次にステップ１４の支払い価格算出について詳しく説明する。図６に、２台の移動体５ｂ、５ｃの衝突が予測され、何れかが衝突回避のために経路を変更する場合の支払い価格の算出について例示する。申告した単位時間あたりの価格（円／秒）＝申告した優先度は、移動体５ｂが「５」、移動体５ｃが「３」である。優先度の高い移動体５ｂがそのままの経路を進行するため、実際の経路決定（衝突回避）では、優先度３の移動体５ｃが回避のために経路を変更している。一方、優先度５を申告した移動体５ｂの支払い価格の算出では、仮にその移動体５ｂの優先度が３より小さく、回避行動を行なった場合の経路（仮の優先度に基づく経路）を決定し（ステップ２２）、その場合のタイムロスである１０秒を得る（ステップ１３）。そして、相手の申告した価格３円／秒×自身のタイムロス１０秒＝３０円を支払い価格としている（ステップ１４）。一方、回避を行った移動体５ｃの支払価格は０円である。２つの移動体の場合の支払い価格を一般化すると、優先度が高い側の支払い価格は、（支払い価格＝相手の申告した価格×自身が衝突回避を行なった場合のタイムロス）であり、優先度が低い側の支払い価格は、（支払い価格＝０）である。

この簡単な例で、正直な申告が最適であることを示す。各移動体５ｂ，５ｃの移動に要するコストが準線形であると仮定する。つまり、コスト＝到着のタイムロス×タイムロスコスト＋支払い価格とおく。ここで、タイムロスコストは、単位時間当たりのタイムロスによって増加する移動コストであり、正直な申告価格とは、このタイムロスコストを申告することである。

上の例のように移動体５ｂのタイムロスコストが「５」であり、相手の移動体５ｃの申告価格が「３」であるとする。このとき、「３」より大きい価格を申告するときのコストは、到着のタイムロスは「０」であり、仮に自分が回避した場合の自身のタイムロスを１０秒とすると、コスト＝０×申告価格＋支払い価格（「３０」）＝３０であるから、移動体５ｂは、正直な申告価格である「５」から「３」より大きい範囲の値（例えば、「４」）に申告価格を変更しても得はしない。一方、移動体５ｂが申告価格を「３」より低くした場合、コスト＝到着のタイムロス「１０」×タイムロスコスト「５」＋支払い価格「０」＝５０であり、これは正直に申告した場合よりコストが悪化している。

先ほどの例で、支払いを抑えるため本当の価格より低く申告しても、コストは小さくならないことがわかった。次に、価格を大きく申告すると損する場合について説明する。移動体のタイムロスコストが「５」であり、相手の移動体の申告価格が「６」であるとする。このとき、正直申告時のコスト＝タイムロス「１０」×タイムロスコスト「５」＝５０、「６」より高い価格を申告した場合のコスト＝タイムロス「０」＋支払い価格＝６×１０＝６０であり、嘘をつくことによってコストが悪化している。以上の例から、相手の申告価格によって、正直な申告より低く申告するか高く申告するかで損をする場合が存在し、どの場合でも正直申告するときがコストを一番小さく抑えることができることがわかる。従って、移動体５は、正直にタイムロスコストを申告すると考えられる。

優先度付きＣＡ＊アルゴリズムにおける複数台の衝突回避における支払い価格は、現在の優先順位ｋ位、最下位の順位ｎ位、他の移動体の申告優先度は実際のものを利用するとして、以下の式（１）により与えられる。

図７は、上記の計算式（１）に従って、実際に優先順位２位の移動体が優先順位３位〜５位の各移動体５を迂回させた場合の、優先順位２位の移動体の支払価格を算出した例である。図７の左表に、仮に優先順位を下げた場合の、優先順位２位の到着時刻からのタイムロスを示し、右表に、実際の各移動体の申告した価格（＝優先度）を示す。このような状況で、一つずつ優先順位を下げていったときの、下げる前と下げた後のタイムロスの差と、元々下げた後の順位だった移動体５の申告する価格の積の、実際の自身の優先順から優先順位最下位までの和をとったものが支払い価格となる。

正直申告を促す支払い価格は、採用する経路計画アルゴリズムによって異なる。より一般的な支払い価格の算出方法は、小さいものから順に申告可能な優先度を(ａ_０,ａ_１, . . . ,ａ_Ｎ)、申告優先度をａ_ｃ、ｄ_ｋ,_ｋ−１をａ_ｋ,ａ_ｋ−１の間（ａ_ｋ,ａ_ｋ−１を含む）の適当な値を返す関数、他の移動体５の申告優先度は、実際のものを利用するとして、以下の式で与えられる。

この式（２）が、優先度付きＣＡ＊アルゴリズムにおける式の一般系であることを説明する。ＣＡ＊アルゴリズムでは、順位が変わらない範囲での優先度の変更は、衝突回避における経路決定の結果に影響を及ぼさない。つまり、上記の式は、優先順位が変わるタイミングのａ_ｋからａ_ｋ−１でのみ、タイムロスが０ではなくなり、そのタイムロスとは一つだけ順位を変更し場合のタイムロスに相当する。そして、優先順位が変わるタイミングのａ_ｋからａ_ｋ−１の変化とは、相手の優先度がａ_ｋかａ_ｋ−１のとき（申告優先度が同じときの優先順位の付け方に依存する）であり、関数ｄ_{ｋ，ｋ−１}を調整すれば、相手の優先度=ａ_ｋかａ_ｋ−１であることより、ｄ_{ｋ，ｋ−１}＝相手の優先度とおける。よって、この式で優先度付きＣＡ＊アルゴリズムを記述でき、この式は支払い価格の一般系であることがわかる。優先度に基づく経路計画アルゴリズムが、他の移動体の優先度を固定して、自身の優先度を変更する際に、自身の優先度に対して到着時刻が単調非減少である経路を与えるものであれば、この支払い価格の算出方法により正直申告が達成される。

また、正直申告の条件から明らかなように、正直なときと嘘をついたときのコストの差に影響を与えないような、上記の式に定数を足した式で与えられる支払い価格も正直申告を達成する。また、支払い”価格”と書いているが、金銭に限らず、コストに変換可能なものであれば、“価格”に変えてしようすることができる。例えば、負の定数を足して、支払いがマイナスになるように調整する。支払いのマイナスとは何かを与えられることであり、“価格”の変わりに、同等の価値があるクーポン券などを配布する、といったことでもよい。

移動体の移動が終了し（ステップ３４）、すべての経路決定が行なわれた後で支払い価格の算出を行う。価格の算出は、移動終了後すぐに行わなくてもよい。例えば、航空管制システムでは、夜間の飛行台数は少ないため、処理の少ない夜間に掛けてその日の移動体の支払い価格の算出を行い、翌日に支払い価格を通知（ステップ１５）してもよい。あるいは、衝突回避による経路決定ごとに、その直後に支払い価格の算出を行い、通知をしてもよい。

（実施例２）
次に実施例２について説明する。実施例２では、移動体が人（配車サービス利用者）、優先度決定システムおよび経路決定者が配車サービスの配車を決定するシステムに相当する。
配車サービスとは、送迎を行なう車の運転手と、目的地までの移動をしたい利用者をマッチングさせるサービスである。一般的な配車サービスでは、利用者の現在地と目的地の申請に対して、近くにいる登録された車を見つけ、その車の運転手に利用者の送迎の仕事を割り振ることが多い。

実施例２に係る配車サービスシステムでは、利用者は、現在地と目的地（経路申告）だけでなく、自身の優先度を申告可能とする。この配車サービスシステムでは、複数人の利用者が送迎を求めている状況で、どの車をどの順番で利用者に割り振るかを優先度に基づいて決定する。そして、決定した配車方法（車が到着してから利用者が移動し始めるため、移動体がいつ出発するか決定するという意味での経路決定）に応じて、追加の料金を、優先度が低かった車の到着時刻の遅れに基づいて決定する。

配車方法の決定アルゴリズムは、複数考えられる。例えば、ごく単純なものは、まだ利用者の乗っていない車に関しては、近くの一番優先度の高い利用者に割り振るというものである。このアルゴリズムでは、例えば、１人の利用者が申請を出し、近くの車Ａが、その利用者の送迎するために移動しているときに、後でより高い優先度で別の利用者が申請を出した際には、まだ、車Ａは、人を乗せていないので配送する対象を変更して、車Ａを、より優先度の高い利用者に割り振る。

また、次のような配車方法の決定アルゴリズムが考えられる。配車サービスを提供するシステムでは、α_１を定数として、以下のコストが最小になるように配車を決定する。
コスト＝利用者の配車まで時間のコストの合計＋α_１×配車までの時間の合計
・・・（３）
利用者の配車までの時間のコストは、配車までの時間×タイムロスコスト＝配車までの時間×申告優先度で与えられる。

またα_１は、利用者のコストに対しての配車サービス側の車の回転率の重みである。配車までの時間の合計が小さいほど、その車の到着が早くなり、その車が提供できるサービス全体で見れば、次の利用者を乗せることができる時間が長くなる。よって、配車サービス側では、車の回転率だけでどの車を配車するのかを決定するならば、配車までの時間の合計を小さくした方が得になる。これを重み付け（α_１）して利用者のコストに加算したものが上記の式（３）である。

ここで図８を参照する。図８は、実施例２を説明する図である。図８に２人の利用者Ｐ１、Ｐ２と２台の車Ｃ１、Ｃ２を示す。図８の矢印と数字は、車が矢印方向の利用者に割り当てられたときに掛かる時間を示している。例えば、車Ｃ１が、利用者Ｐ１の位置へ移動するのに要する時間が「１０」、利用者Ｐ２の位置へ移動するのに要する時間が「２０」である。ここで、利用者Ｐ１が優先度「３」、利用者Ｐ２が優先度「１」を申告しているとする。このとき、２種類の配車方法があり、それぞれの総コストは、
（車Ｃ２を利用者Ｐ１、車Ｃ１を利用者Ｐ２に割り当てる場合）
５×３＋２０×１＋α_１×（５＋２０）＝３５＋２５α_１
（車Ｃ１を利用者Ｐ１、車Ｃ２を利用者Ｐ２に割り当てる場合）
１０×３＋１０×１＋α_１×（１０＋１０）＝４０＋２０α_１
となる。２つの式を見比べれば、配車サービス側の車の回転率をどれだけ重く見るか、α_１の値によって配車方法が変化することがわかる。しかしながら、α_１を決めた際には、優先度に関して車の到着時刻は単調非減少であり、この配車方法決定アルゴリズムについて、適切な追加料金を利用者に請求することによって正直な申告を促すことができる。このように、第１の実施形態および第２の実施形態は、経路決定の際に利用者のコストだけでなく、経路決定者のコストを考慮する必要がある状況にも適用可能である。

また、追加料金だけではなく、低い優先度を申告した利用者に対しては割引を行なう、という方法でもよい。このシステムでは、例えば、優先度が３つあり、急ぎ（優先度１０）、基本（優先度５）、余裕あり（優先度０）として、急ぎでは追加料金を利用者に請求し、基本では基本料金であり、余裕ありでは料金の割引を行う。
このシステムでは、以下のように料金を設定する。
料金 ＝ 基本料金＋申告優先度に基づく支払い価格
−申告優先度５に基づく支払い価格 ・・・・（４）
ただし、申告優先度に基づく支払い価格は、実施例１にも記載した以下の式（２）によって算出する。

この料金設定では、標準である優先度５を申告した場合の料金は基本料金であり、急ぎでは追加料金が、余裕ありでは割引が発生する可能性がある。

（実施例３）
実施例３は、交差点の信号の管制システムに第１の実施形態または第２の実施形態を適用する例である。実施例３では、どの車両を優先させるかに応じて、交差点の信号の切り替えタイミングを適切に決定する（優先度に応じて信号待ちによる車両の一時停止などの制限を含む経路を決定するという意味での経路決定）。実施例３では、移動体５は車両、優先度決定システム１００および経路算出システム１５０は、信号管制システムに相当する。また、支払いは交差点ごとに電子的に自動決済で行うことができるものとする。

実施例３では、各車両自体に優先度を設定しておく。また、車両は通信機能を持っており、交差点に近づくと自動で信号管制システムと通信を行なう。信号管制システムは、車両が交差点に近づいてくると、車両から、その車両の優先度を受信する。そして、信号の切り替え間隔を以下の式（５）に従って決定する。
切り替え間隔 ＝ 基準間隔−α_２×信号待ち車両の優先度の合計・・・（５）
ここで、α_２は重みを表す係数であり、α_２が大きいほど優先度の高い移動体の信号待ちを短くするよう信号が切り替わる。

実施例３の車両と信号管制システムでは、急ぎの用のない車両の優先度は多くの場合「０」であり、高い優先度を付ける車両は、例えば、配送等の仕事が課せられた車両である。配送等の仕事が課せられた優先度が高い車両が交差点で信号待ちになると、交差点の信号管制システムは、その信号の切り替え間隔を短くして、その移動体が信号待ちする時間を短くする。信号を切り替え、その移動体が信号待ちに掛からないことが確定して時点で、支払いの手続きに入る。自動決済の仕組み自体は既存のシステムを利用すればよい。

以上、実施例１〜３を用いて説明したように、本発明の第１の実施形態、第２の実施形態は、航空機やＵＡＳ等の管制システムや、車両の交差点での信号による管制システムにおいて、各移動体の優先度に基づいた経路決定を行なうことができる。また、配車サービス等において、優先度に基づく配車決定を行なう用途にも適用できる。

図９は、各実施形態に係る経路決定装置の最小構成を示す図である。
図示するように経路決定装置１００Ｃは、少なくとも価格算出部１２を備える。実施形態に示した優先度決定システム１００、１００Ａは、経路決定装置１００Ｃの一例である。
価格算出部１２は、複数の移動体５が移動する際のコストを、複数の前記移動体５のうちの少なくとも一部の前記移動体５が、他の前記移動体５の移動のために迂回経路を移動する際の時間的な損失を示すタイムロスに基づき算出する。

価格算出部１２は、複数の移動体５の衝突のない経路を移動体５の優先度に基づく経路計画手法によって決定する際に、各移動体５の自己申告に基づいて優先度を決定する。そして、価格算出部１２は、自己申告に応じた支払い料金を、仮にその移動体５の優先度のみを（最低の優先度から自己申告した優先度まで）変更させていき、変更した優先度ごとのその移動体の到着時刻（タイムロス）に基づいて決定する。

つまり、価格算出部１２は、実際のタイムロスだけではなく、仮に優先度を変更した場合のタイムロスに基づくコストも算出する。また、価格算出部１２は、複数の移動体５が衝突等により回避経路を移動するようになったとき、最も優先度が低い移動体以外の各々（他を迂回させた全ての移動体の各々）について、そのそれぞれのタイムロス（仮に優先度を変更した場合のタイムロスも含む）に基づくコストを算出する。

図１０は、各実施形態における経路決定装置のハードウェア構成の一例を示す図である。
コンピュータ９００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）９０１、主記憶装置９０２、補助記憶装置９０３、入出力インタフェース９０４、通信インタフェース９０５を備える。上述の経路決定装置１００Ｃは、コンピュータ９００に実装される。そして、上述した各処理部の動作は、プログラムの形式で補助記憶装置９０３に記憶されている。ＣＰＵ９０１は、プログラムを補助記憶装置９０３から読み出して主記憶装置９０２に展開し、当該プログラムに従って上記処理を実行する。また、ＣＰＵ９０１は、プログラムに従って、記憶領域を主記憶装置９０２に確保する。また、ＣＰＵ９０１は、プログラムに従って、処理中のデータを記憶する記憶領域を補助記憶装置９０３に確保する。

なお、少なくとも１つの実施形態において、補助記憶装置９０３は、一時的でない有形の媒体の一例である。一時的でない有形の媒体の他の例としては、入出力インタフェース９０４を介して接続される磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ（Compact Disc-Read Only Memory）、ＤＶＤ−ＲＯＭ（Digital Versatile Disc-Read Only Memory）、半導体メモリ等が挙げられる。また、このプログラムが通信回線によってコンピュータ９００に配信される場合、配信を受けたコンピュータ９００が当該プログラムを主記憶装置９０２に展開し、上記処理を実行しても良い。また、当該プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良い。さらに、当該プログラムは、前述した機能を補助記憶装置９０３に既に記憶されている他のプログラムとの組み合わせで実現するもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であっても良い。

その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施の形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能である。この発明の技術範囲は上記の実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。なお、図５の表は、移動体ごとの優先度と申告価格とが関連付けられた情報の一例である。実施例１の「コスト＝到着のタイムロス×タイムロスコスト＋支払い価格」における到着のタイムロスや、実施例２の式（４）における基本料金は、申告する優先度に依存しない値の一例である。価格算出部１２は、価格算出手段の一例である。

上記の実施形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載されうるが、以下には限られない。

（付記１）
複数の移動体が移動する際のコストを、複数の前記移動体のうちの少なくとも一部の前記移動体が、他の前記移動体を迂回する際の時間的な損失を示すタイムロスに基づき算出する価格算出手段、
を備える経路決定装置。

（付記２）
前記価格算出手段は、複数の前記移動体が移動する際のコストを、複数の前記移動体のうちの少なくとも一部の前記移動体が、他の前記移動体を迂回する迂回経路を移動する際のタイムロスに基づき算出する、
付記１に記載の経路決定装置。

（付記３）
前記価格算出手段は、前記移動体について定められた優先度に基づき、迂回する前記移動体を決定する、
付記１から付記２の何れか１つに記載の経路決定装置。

（付記４）
前記価格算出手段は、優先度を変更した場合の前記移動体の迂回経路を計算し、前記移動体が迂回経路を移動することによって生じるタイムロスを算出する、
付記１から付記３の何れか１つに記載の経路決定装置。

（付記５）
前記価格算出手段は、算出した前記コストを、他の前記移動体を迂回させる前記移動体の負担とする、
付記１から付記４の何れか１つに記載の経路決定装置。

（付記６）
前記価格算出手段は、前記コストのうち少なくとも一部を、他の前記移動体を迂回する一部の前記移動体の利益として割り当てる、
付記１から付記５の何れか１つに記載の経路決定装置。

（付記７）
前記価格算出手段は、前記コストを、前記移動体の移動を管理する管理装置の利益として割り当てる、
付記１から付記５の何れか１つに記載の経路決定装置。

（付記８）
前記価格算出手段は、移動体ごとの優先度と申告価格とが関連付けられた情報に基づいて、前記コストを算出する、
付記１から付記７の何れか１つに記載の経路決定装置。

（付記９）
前記価格算出手段は、複数の前記移動体のうちの、一つの前記移動体について、他の前記移動体の優先度を固定し、前記一つの移動体の優先度をαからβ（β＜α）へ変更した際のその変更の前後における到着時刻の差をタイムロスとして算出する、
付記１から付記８の何れか１つに記載の経路決定装置。

（付記１０）
前記価格算出手段は、算出した前記タイムロスと、前記αから前記βまでの間の所定の数値の積を算出する、
付記９に記載の経路決定装置。

（付記１１）
前記価格算出手段は、申告可能なＮ＋１個の優先度ａｎ（ｎ＝０〜Ｎ）を、優先度の低いものから順にａ_０からａ_Ｎとして、０〜Ｎのうちの所定の自然数ｋに対してα=ａ_ｋ、β＝ａ_ｋ−１としたときのαまたはβを前記所定の数値として、前記積を算出する、
付記１０に記載の経路決定装置。

（付記１２）
前記価格算出手段は、優先度ａ_ｃを申告した前記移動体のコストを、１からｃの間の全ての自然数ｋについて算出した前記積を合計することにより算出する、
付記１１に記載の経路決定装置。

（付記１３）
前記価格算出手段は、合計して算出した前記コストに、さらに申告する優先度ａ_ｃに依存しない値を加算して、前記移動体のコストを算出する、
請求項１２に記載の経路決定装置。

（付記１４）
前記価格算出手段は、複数の前記移動体が移動する際のコストを、複数の前記移動体のうちの少なくとも一部の前記移動体が、他の前記移動体を迂回するために待機する時間に基づいて算出する、
付記１に記載の経路決定装置。

（付記１５）
コンピュータによって、複数の移動体が移動する際のコストを、複数の前記移動体のうちの少なくとも一部の前記移動体が、他の前記移動体を迂回する際の時間的な損失を示すタイムロスに基づき算出し、
算出した前記コストにより複数の前記移動体の経路を決定する、
経路決定方法。

（付記１６）
コンピュータを、
複数の移動体が移動する際のコストを、複数の前記移動体のうちの少なくとも一部の前記移動体が、他の前記移動体を迂回する際の時間的な損失を示すタイムロスに基づき算出する手段、
として機能させるプログラムを記憶する記憶媒体。

上記した経路決定装置、経路決定方法、及び記憶媒体によれば、移動体が移動する際の適切なコストを算出することができる。

１、１Ａ 経路決定システム
１００、１００Ａ 優先度決定システム
１００Ｃ 経路決定装置
１５０、１５０Ａ 経路算出システム
１０ 優先度受信部
１１ 優先度記憶部
１２ 価格算出部
１３ 経路取得部
１３Ａ 経路計画取得部
１４ 価格通知部
１５ 経路決定部
１６ 経路計画部
９００ コンピュータ
９０１ ＣＰＵ
９０２ 主記憶装置
９０３ 補助記憶装置
９０４ 入出力インタフェース
９０５ 通信インタフェース

Claims (16)

1. 複数の移動体が移動する際のコストを、複数の前記移動体のうちの少なくとも一部の前記移動体が、他の前記移動体を迂回する際の時間的な損失を示すタイムロスに基づき算出する価格算出手段、
   を備える経路決定装置。
2. 前記価格算出手段は、複数の前記移動体が移動する際のコストを、複数の前記移動体のうちの少なくとも一部の前記移動体が、他の前記移動体を迂回する迂回経路を移動する際のタイムロスに基づき算出する、
   請求項１に記載の経路決定装置。
3. 前記価格算出手段は、前記移動体について定められた優先度に基づき、迂回する前記移動体を決定する、
   請求項１または請求項２に記載の経路決定装置。
4. 前記価格算出手段は、優先度を変更した場合の前記移動体の迂回経路を計算し、前記移動体が迂回経路を移動することによって生じるタイムロスを算出する、
   請求項１から請求項３の何れか１項に記載の経路決定装置。
5. 前記価格算出手段は、算出した前記コストを、他の前記移動体を迂回させる前記移動体の負担とする、
   請求項１から請求項４の何れか１項に記載の経路決定装置。
6. 前記価格算出手段は、前記コストのうち少なくとも一部を、他の前記移動体を迂回する一部の前記移動体の利益として割り当てる、
   請求項１から請求項５の何れか１項に記載の経路決定装置。
7. 前記価格算出手段は、前記コストを、前記移動体の移動を管理する管理装置の利益として割り当てる、
   請求項１から請求項５の何れか１項に記載の経路決定装置。
8. 前記価格算出手段は、移動体ごとの優先度と申告価格とが関連付けられた情報に基づいて、前記コストを算出する、
   請求項１から請求項７の何れか１項に記載の経路決定装置。
9. 前記価格算出手段は、複数の前記移動体のうちの、一つの前記移動体について、他の前記移動体の優先度を固定し、前記一つの移動体の優先度をαからβ（β＜α）へ変更した際のその変更の前後における到着時刻の差をタイムロスとして算出する、
   請求項１から請求項８の何れか１項に記載の経路決定装置。
10. 前記価格算出手段は、算出した前記タイムロスと、前記αから前記βまでの間の所定の数値の積に基づいて前記移動体のコストを算出する、
    請求項９に記載の経路決定装置。
11. 前記価格算出手段は、申告可能なＮ＋１個の優先度ａ_ｎ（ｎ＝０〜Ｎ）を、優先度の低いものから順にａ_０からａ_Ｎとして、０〜Ｎのうちの所定の自然数ｋに対してα=ａ_ｋ、β＝ａ_ｋ−１としたときのαまたはβを前記所定の数値として、前記積を算出する、
    請求項１０に記載の経路決定装置。
12. 前記価格算出手段は、優先度ａ_ｃを申告した前記移動体のコストを、１からｃの間の全ての自然数ｋについて算出した前記積を合計することにより算出する、
    請求項１１に記載の経路決定装置。
13. 前記価格算出手段は、合計して算出した前記コストに、さらに申告する優先度ａ_ｃに依存しない値を加算して、前記移動体のコストを算出する、
    請求項１２に記載の経路決定装置。
14. 前記価格算出手段は、複数の前記移動体が移動する際のコストを、複数の前記移動体のうちの少なくとも一部の前記移動体が、他の前記移動体を迂回するために待機する時間に基づいて算出する、
    請求項１に記載の経路決定装置。
15. コンピュータによって、複数の移動体が移動する際のコストを、複数の前記移動体のうちの少なくとも一部の前記移動体が、他の前記移動体を迂回する際の時間的な損失を示すタイムロスに基づき算出し、
    算出した前記コストにより複数の前記移動体の経路を決定する、
    経路決定方法。
16. コンピュータを、
    複数の移動体が移動する際のコストを、複数の前記移動体のうちの少なくとも一部の前記移動体が、他の前記移動体を迂回する際の時間的な損失を示すタイムロスに基づき算出する手段、
    として機能させるプログラムを記憶する記憶媒体。