KR100786919B1 - 분산 신호 제어 시스템 - Google Patents

Abstract

공통 사이클을 갖는 범위를 미리 정하지 않고, 각 신호 제어기가 인접의 교차점의 신호 제어기와 제휴를 취하면서, 개개의 사이클, 스플리트, 오프셋이 최적으로 되도록 자동적으로 결정해 가는 분산 신호 제어 시스템을 제공한다. 본 발명에 따른 분산 제어 시스템은, 각 교차점(1₁∼1₆)의 신호 제어기(2₁∼2₆)를 통신 회선으로 접속하고, 인접의 교차점의 신호 제어기와 정보 교환할 수 있도록 한다. 개개의 신호 제어기는, 자신의 교차점에 유입되어 오는 각 유입로의 교통 유량을 계측하고, 그것에 기초하여 자신의 교차점에서 최소한 필요한 사이클, 스플리트를 산출한다. 그리고, 상기 통신 회선을 통해 인접의 교차점과 정보 교환을 하여, 사이클을 맞출지, 맞추지 않을지를 미리 정해진 평가 함수에 의해 판단한다. 사이클을 맞추는 경우에는 최적의 오프셋도 산출한다. 이들 사이클, 스플리트, 오프셋을 목표값으로 하고, 목표값으로 이행 후에는 현상의 교통 상황에 맞춰, 스플리트, 오프셋을 미리 정해진 범위 내에서 조정 변경할 수 있도록 한다.

신호 제어기, 교통 유량, 사이클, 스플리트, 오프셋, 교차점

Description

분산 신호 제어 시스템{DISTRIBUTED SIGNAL CONTROL SYSTEM}

본 발명은, 각 교차점의 신호 제어기가 인접 교차점의 각 신호 제어기와 서로 제휴하여, 개개의 사이클, 스플리트, 오프셋을 자동적으로 결정하는 신호 제어 시스템에 관한 것이다.

교통 신호의 제어 파라미터의 최적화는, 도로 교통을 원활하게 하는 데에 있어서 중요하다. 제어 파라미터는, 사이클, 스플리트, 오프셋의 3개가 있다. 사이클은, 신호 표시의 표시 주기이며, 동서 방향으로부터 남북 방향으로의 신호 표시가 일주하는 시간을 나타낸다. 교통량이 많아지면, 사이클을 크게 하지 않으면 원활하게 차가 빠져나가지 못해 정체의 요인으로 된다. 반대로, 사이클이 너무 크면, 차량이 통과하지 않는 낭비 시간대가 증가하기 때문에, 지연 시간이 더 증가하게 된다.

스플리트는, 청색 시간이 사이클 길이에 차지하는 비율이다. 스플리트도, 각각의 방향마다 적절한 청색 시간을 부여하지 않으면, 낭비 시간이나 지연 시간이 증가한다. 오프셋은, 인접하는 교차점과의 사이의 청색 표시 개시 타이밍의 어긋남이며, 교차점에서 대기나 불필요한 청색 시간이 발생하지 않도록, 차량의 주행에 맞춰, 시간을 어긋나게 하여 각 교차점의 청색 시간을 순서대로 점등함으로써, 원활하게 교통을 소통시키는 효과를 얻을 수 있다. 오프셋의 시간 설정이나 취해야 할 방향이, 교통 상황에 의거하고 있지 않으면, 오프셋에 의한 효과가 없을 뿐만 아니라, 반대로 교통의 흐름을 저해하여, 큰 지연 시간을 발생시키는 요소로 된다. 이들 3개의 제어 파라미터를 최적화하여, 차량의 지연 시간을 보다 작게 하는 것이 신호 제어 시스템의 목적이다.

신호 제어 시스템의 하나로서, 제어 영역 내의 모든 신호 제어기와, 교통량을 계측하는 모든 감지기를 중앙 장치에 접속하고, 계측된 교통량에 기초하여 중앙 장치가 각 제어기의 제어 파라미터를 결정하여 지시하는 방식이 있다.

이 방식에서는, 제어 파라미터의 산출 시에, 우선 제어 영역 전체를, 교통의 흐름으로서 연계를 갖는 소규모의 범위로 사전에 분할하고 있다. 분할된 영역은 서브 에리어로 불리며, 서브 에리어 내는 공통의 사이클로 운용한다. 공통 사이클은, 미리 선정된 중요 교차점의 교류량에 기초하여 구하는 것이 일반적이다. 중요 교차점은, 국도가 교차하는 등, 교통량이 많다고 상정되는 교차점이 선택된다. 스플리트는, 종래에는 사람의 손에 의한 교통량 조사 결과에 기초하여 결정하였지만, 최근에는 교통량 계측 결과로부터, 자동으로 산출하도록 되고 있다. 오프셋은, 서브 에리어 내의 주요 노선에 주목하여, 교통량에 맞춰 몇개의 패턴을 절환하여 사용하고 있다. 예를 들면, 서쪽 방향의 교통량이 많은 시간대에서는 동쪽으로부터 서쪽으로 오프셋을 취한 패턴을, 반대로 동쪽 방향의 교통량이 많은 시간대에서는 서쪽으로부터 동쪽으로 오프셋을 취한 패턴을 사용한다. 스플리트와 마찬가지로, 최근에는 교통량 계측 결과에 기초하여, 자동으로 오프셋 패턴을 생성하는 연구가 이루어지고 있다.

서브 에리어 내에서 공통 사이클을 적용하는 상기 방식에서는, 중요 교차점 이외의 교차점에서는 교통량이 적음에도 불구하고, 중요 교차점에서 구한 사이클이 적용되게 된다. 이 때문에, 불필요한 청색 시간이 생겨, 지연 시간이 발생하고 있다. 또한, 주요 노선에 주목하여 작성한 오프셋 패턴이나, 미리 선정한 서브 에리어, 중요 교차점은, 시시각각의 실제의 교통 상황에 의거하고 있다고는 할 수 없다. 노선에 세워지는 점포의 변천이나 이벤트의 개최 등에 따라 재평가할 필요도 있다.

중앙 장치가 제어를 실행하는 상기 방식에서도, 교통 상황에 따라 자동적으로 서브 에리어나 중요 교차점을 선정하고, 제어 파라미터를 자동 계산하는 것은 가능하지만, 제어하는 신호 제어기가 증가함에 따라, 중앙 장치의 계산이 팽대해지고 또한 복잡해지기 때문에 현실적으로는 어렵다.

또한, 다른 신호 제어 시스템으로서, 각 신호 제어기가 개개로 제어를 실행하는 분산 방식의 신호 제어 시스템이 생각되고 있다. 그러나, 이러한 분산 방식에서, 개개의 신호 제어기의 제어에 의해, 제어 영역 전체를 안정적으로 또한 최적으로 제어하는 것은 어려우며, 적절한 방법이 제안되어 있지 않은 것이 현상이다. 어디까지나 제어의 주체는 중앙 장치로 하고, 각 교차점의 신호 제어기에서 실행하는 제어는, 중앙 장치가 결정한 제어 파라미터를, 그 교차점의 교통 상황에 따라 조정하는 것에만 머무르고 있는 경우가 많다.

<발명의 개시>

본 발명의 목적은, 대규모의 중앙 장치를 갖지 않고, 인접 교차점의 각 신호 제어기와 연락하여, 교통 상황의 변화에 따라, 각 교차점의 신호 제어기가 자동적으로 개개의 사이클, 스플리트, 오프셋을 산출하여 제어를 행하는 분산 신호 제어 시스템을 제공하는 것에 있다.

본 발명의 다른 목적은, 교통 상황의 변화에 따른 제어 파라미터를 자동적으로 산출함으로써, 제어 파라미터의 산출이나 재평가에 드는 운용 비용 및 보수 비용을 대폭 저감할 수 있는 신호 제어 시스템을 제공하는 것에 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은, 집중형, 분산형에 상관없이, 기존의 신호 제어 시스템에 존재하는, 최적의 제어 파라미터를 결정할 때에 나타나는, 복수의 최적점의 극치에 국한되지 않고, 참된 최적점을 선택하는 제어 알고리즘을 제공하는 것에 있다.

본 발명에 따른 분산 제어 시스템은, 각 교차점(1₁∼1₆)의 신호 제어기(2₁∼2₆)를 통신 회선으로 접속하여, 인접의 교차점의 신호 제어기와 정보 교환할 수 있도록 구성되어 있다.

신호 제어기(2)는, 제어 대상인 교차점(1)의 각 유입로(3₁∼3₄)에 설치한 감지기(4₁∼4₄)로부터, 각 교통 유량(q₁∼q₄)을 계측할 수 있는 것이 바람직하다.

신호 제어기(2)는, 사이클, 스플리트, 오프셋의 목표값을 산출하는 제1 단계(5₁)와, 미리 결정된 범위 내에서 이들을 조정 변경하는 제2 단계(5₂)로 나누어진 제어를 할 수 있는 것이 바람직하다.

신호 제어기(2)는, 실측한 교통 유량에 기초하여, 자신의 사이클과 오프셋을 산출함과 함께, 통신 회선을 통해 인접의 교차점과 정보 교환을 하여, 사이클을 맞출지, 맞추지 않을지를, 미리 결정된 평가 함수에 의해 판단할 수 있는 것이 바람직하다.

신호 제어기(2)는, 인접의 교차점과 사이클을 맞췄을 때, 그 교차점 사이에서의 지연 시간이 최소로 되는, 최적의 오프셋을 산출할 수 있는 것이 바람직하다.

신호 제어기(2)는, 산출한 사이클, 스플리트, 오프셋의 목표값에 도달하기까지의 동안에는, 제2 단계에서 행하는 조정 변경을 억제할 수 있는 것이 바람직하다.

본 발명에 의해, 대규모의 중앙 장치를 갖지 않고, 인접 교차점의 각 신호 제어기와 연락하여, 교통 상황의 변화에 따라, 각 교차점의 신호 제어기가 자동적으로 개개의 사이클, 스플리트, 오프셋을 산출하여 제어를 행하는 분산 신호 제어 시스템이 제공된다. 즉, 미리 서브 에리어 등의 제어 범위를 결정하고, 그 내에서 공통의 사이클을 적용하는 것이 아니라, 지연 시간을 평가하면서, 교통 상황에 따라 제어 범위가 자동적으로 형성되는 신호 제어 시스템이 제공된다. 또한, 서브 에리어 내에서 패턴화된 오프셋을 적용하는 것이 아니라, 각 신호 제어기가 교통량이 많은 방향으로, 자동적으로 오프셋이 생성되는 신호 제어 시스템이 제공된다.

또한, 본 발명에 의해, 교통 상황의 변화에 따른 제어 파라미터가 자동적으로 산출됨으로써, 제어 파라미터의 산출이나 재평가에 드는 운용 비용 및 보수 비 용을 대폭 저감할 수 있는 분산 신호 제어 시스템이 제공된다.

또한, 본 발명에 의해, 중앙 장치에 의한 집중형의 신호 제어 시스템이 갖는, 방대하고 복잡화되는 시스템의 문제와, 분산형의 신호 제어 시스템이 갖는, 극치에 국한되어 대국적 최적화로 향해 가기 어려운 문제를, 모두 해소하는 분산 신호 제어 시스템이 제공된다.

도 1은 본 발명에 따른 신호 제어 시스템의 실시의 일 형태를 도시하는 도면.

도 2는 교차점(1)의 근방의 상세 도면.

도 3은 하나의 교차점에서의 누가 대수 커브이며, 신호 제어에 의해 발생하는 지연 시간을 설명하는 도면.

도 4는 2교차점 사이의 관계를 도시한 도면.

도 5A, 도 5B는 2교차점 사이에서의 누가 대수 커브와 지연 시간을 나타내는 도면.

도 6은 오프셋과 교통량 도착 시각과의 어긋남에 의해 발생하는 지연 시간을 도시하는 도면.

도 7은 2교차점 사이의 오프셋을 도시한 도면.

도 8A, 도 8B는 도 6에서 도시한 지연 시간을, 2교차점 각각에 대하여 나타낸 도면.

도 9는 도 8의 지연 시간을, 하나의 그래프로 표현한 도면.

도 10은 교차점의 교통 유량을 설명하기 위한 도면.

도 11은 오프셋이 서로 다른 2교차점에서의 누가(累加) 대수 커브와 지연 시간을 도시하는 도면.

도 12는 교차점의 사이클을 독자적으로 이용하는 경우와, 인접의 교차점에 맞춘 경우의 지연 시간의 증감을 비교한 도면.

도 13은 상류 교차점의 교통 유량을 설명하기 위한 도면.

도 14는 본 발명에 따른 신호 제어기를 구성하는 소프트웨어 모듈을 도시하는 도면.

<발명을 실시하기 위한 최량의 형태>

이하, 첨부 도면을 참조하면서, 본 발명에 따른 분산 신호 제어 시스템의 실시의 일 형태를 설명한다.

본 발명에 따른 신호 제어 시스템은, 도 1에 도시한 바와 같이, 각 제어 대상인 교차점(1₁∼1₆)의 각각에, 신호 제어기(2₁∼2₆)가 설치된다. 교차점(1₁∼1₆)은 총칭하여 교차점(1)으로 기재되는 경우가 있으며, 신호 제어기(2₁∼2₆)는 총칭하여 신호 제어기(2)로 기재되는 경우가 있다.

인접하는 교차점의 신호 제어기는, 통신 회선에 의해 서로 접속되어 있다. 즉, 신호 제어기(2₁)는 신호 제어기(2₂∼2₅)의 각각과 통신 회선에 의해 접속되고, 신호 제어기(2₅)는 신호 제어기(2₁, 2₆)와 접속되어 있다. 도 1에서는, 각 신호 제어기 사이를 1대1로 접속하는 통신 회선으로 나타내고 있지만, 통신의 형태는 이것 에 한정되는 것이 아니라, 집적 장치를 이용한 형태나 무선을 이용한 형태이어도 된다.

신호 제어기(2)는, 도 2에 도시한 바와 같이, 각 유입로(3₁∼3₄)에 감지기(4₁∼4₄)를 설치하고, 교차점(1)에 유입되어 오는 교통량 q₁∼q₄를 계측한다. 이들 감지기는, 초음파식이나 화상식 등, 현상에서 다용되고 있는 것이어도 된다. 감지기의 설치 위치나 개수는, 교차점의 도로 형상이나 중요도 등에 따라 변화되는 것이며, 한편 또한, 본 발명에 따른 신호 제어 시스템의 제어 방식에는 특별한 감지기 조건은 존재하지 않기 때문에, 여기서는 언급하지 않는다.

본 발명에 따른 신호 제어 시스템의 제어 방식을 설명하기 전에, 본 제어 방식에서의 기본 원리를 설명한다.

도 3은 교차점 A의, 임의의 유입로로부터 유입되는 교통 유량이, 시간 평균으로 일정값 avgM(대/분)인 경우에, 그 유입로 방향의 적색 시간 길이 redA(초), 청색 시간 길이 greenA(초), 사이클 길이 cycle(초)에 의해, 그 교차점 A를 통과하는 차량의 누가 대수가 어떻게 변화되는지를 나타내고 있다. 교차점 A의 신호 표시가 적색인 동안 정지되어 있었던 차량은, 신호 표시가 청색으로 바뀐 후, 포화 교통 유율 Msat(대/분)로 순차적으로 교차점 A를 통과해 가서, 신호 대기하고 있었던 정지 차량이 모두 없어지면, 유입되는 교통 유량이 그대로 교차점 A를 통과할 수 있게 된다.

결과적으로, 교차점 A의 이 유입로에서의 지연 시간은, 1사이클당 도 3의 사 선 부분의 면적,

(1/2)×redA×avgM×cycle

으로 된다. 이것을 단위 시간당의 지연 시간으로 나타내면,

(1/2)×redA×avgM

로 된다. 본 방식의 기본 원리에서는, 이 누가 대수의 표현을 이용하여, 신호 제어에 의한 지연 시간을 평가한다.

도 3에서는, 유입되는 교통 유량이 일정 avgM(대/분)일 때의 지연 시간을 설명하였지만, 실제로는 인접 교차점에서의 신호 제어의 영향으로, 일정한 흐름이 아니게 되어 있다. 그러나, 그 교차점 A에 유입되어 오는 교통 유량에 알맞은 사이클 길이, 스플리트를 결정하기 위해서는, 시간 평균값으로써 일정하게 하는 교통 유량으로 해석해도, 실용상은 충분한 경우가 많다. 왜냐하면, 시각 t에서의 유량을 M(t)으로 하여, 1사이클의 청색 시간 green(초)에서 그 유량 모두를 잘 처리하기 위해서는, 포화 교통 유율을 Msat로 하면,

의 관계가 성립하고 있다. 이것으로부터도 알 수 있는 바와 같이, 순간마다의 교통 유량 M(t)을 몰라도, 평균 유량 avgM을 알고 있으면, 필요한 사이클 길이, 스플리트를 구할 수 있다.

도 3에 도시한 바와 같이, 교차점 A의 신호 제어의 영향을 받아, 거기를 통 과하는 누가 대수 커브는, 사이클마다의 주기성을 갖는 계단 형상으로 되어 있다. 도 4에 도시한 바와 같이, 교차점 A에 인접하는 교차점을 B로 하고, 그 사이의 거리를 L로 하였을 때, 교차점 A로부터 거리 L을 주행하여 교차점 B에 나타나는 누가 대수 커브는, 시간축 상에서 L/V만큼 시프트한 누가 대수 커브로서 나타난다. 여기서, V는 교차점 AB 사이를 주행하는 차량의 속도이다. 현실적으로는, 거리 L을 주행하는 동안에 차군의 확산이 있기 때문에, 교차점 A를 통과한 누가 대수 커브가, 그 상태 그대로 동일한 형태로 교차점 B에 유입되는 누가 대수 커브로는 되지 않지만, 그 시간 평균 유량 등 기본적인 값은 보존되어 있다.

누가 대수 커브는 사이클마다의 주기성을 갖기 때문에, 시간 시프트량 1cycle, 2cycle, 3cycle, …만큼 주행한 거리에서의 누가 대수 커브는, 동일한 타이밍의 형상으로 된다. 주행 시간에 의한 시간 시프트량 L/V가 있었을 때에는, L/V를 cycle로 나눈 나머지, 즉 L/V mod cycle의 시간 시프트량이 있었을 때와 동일한 타이밍의 누가 대수 커브가 얻어지기 때문에, 금후 L/V 대신에 L/V mod cycle를 사용하는 것으로 한다.

교차점 A의 신호 표시가 적색으로부터 청색으로 바뀌고 나서, L/V mod cycle의 시간이 경과하였을 때에, 교차점 B에서의 신호 표시가 역시 적색으로부터 청색으로 바뀌는 것으로 하면, 차군은 교차점 B에서 차단되지 않고 통과할 수 있다. 이 때의 교차점 A로부터 본 교차점 B의 오프셋을 offset(A)로 나타내면, offset(A)=L/V mod cycle로 되어 있다. 즉, L/V mod cycle-offset(A)=0이면, 교차점 A로부터 교차점 B로의 오프셋의 타이밍이 최적으로 취해져 있게 된다.

다음으로, L/V mod cycle-offset(A)=δt(A)가, 0이 아닌 경우를 생각한다. δt(A)가 플러스일 때는, 교차점 A로부터 교차점 B를 향하는 차군이, 도착하는 δt(A) 시간 전에, 교차점 B의 신호 표시가 적색으로부터 청색으로 바뀌는 것을 의미하고 있다.

반대로, δt(A)가 마이너스일 때는, 교차점 A로부터 교차점 B로의 차군이, 도착하여 δt(A) 시간 후에, 교차점 B의 신호 표시가 적색으로부터 청색으로 바뀌는 것을 의미하고 있다.

교차점 A로부터 교차점 B로의 방향에 대하여, δt(A)가 플러스인 경우의 누가 대수 커브를 도 5A에, 또한 마이너스인 경우의 그것을 도 5B에 도시한다. 각각의 도면에서, 사선 부분의 면적이, 오프셋이 최적의 값으로부터 δt(A) 어긋난 것에 의한, 교차점 B에서 발생하는 지연 시간의 합계를 나타내고 있는 것으로 된다.

도 5A를 사용하여, δt(A)가 플러스인 경우의 지연 시간을 평가하면, 0<δt(A)<greenB 사이에서는, 단위 시간당의 지연 시간 delay(δ(A))는,

delay(δt(A))=δt(A)×avgM×redB/greenB

로 된다. greenB<δt(A)<cycle에서는,

delay(δt(A))=(cycle-δt(A))×avgM

으로 된다.

동일하게, 도 5B로부터 δt(A)가 마이너스인 경우를 평가하면, 0>δt(A)>-redB에서의 단위 시간당의 지연 시간 delay(δt(A))는,

delay(δt(A))=-δt(A)×avgM

-redB>δt(A)>-cycle에서는,

delay(δt(A))=(cycle-(-δt(A)))×avgM×redB/greenB

로 된다.

도 6은, 횡축에 δt(A), 종축에 교차점 B에서의 단위 시간당의 지연 시간 delay(δt(A))를 취하여 그래프에 나타낸 것이다. δt(A)가 greenB 및 -redB인 경우에, 지연 시간은 최대값

delay(δt(A))max=cycle×(1-split)×avgM

을 취하는 것을 알 수 있었다. 여기서, split는 교차점 B에서의 스플리트이다.

상술한 내용은, 교차점 A로부터 교차점 B로의 흐름에 대하여 설명하였지만, 반대로 교차점 B로부터 교차점 A로의 흐름에 대해서도 마찬가지의 식이 얻어진다. 교차점 B로부터 교차점 A로의 시간 평균 유량을 avg m으로 하면, δt(B)가 플러스인 경우, 0<δt(B)<greenA에서의 단위 시간당의 지연 시간은,

delay(δt(B))=δt(B)×avg m×redA/greenA

greenA<δt(A)<cycle에서는,

delay(δt(B))=(cycle-δt(B))×avg m

으로 나타난다. δt(B)가 마이너스인 경우, 0>δt(B)>-redA에서의 단위 시간당의 지연 시간은,

delay(δt(B))=-δt(B)×avg m

-redA>δt(B)>-cycle에서는,

delay(δt(B))=(cycle-δt(B))×avg m×redA/greenA

로 된다.

도 7은 교차점 A로부터 교차점 B를 보았을 때의 오프셋 offset(A)와, 교차점 B로부터 교차점 A를 보았을 때의 오프셋 offset(B)의 관계를 나타내고 있다. 이 도면으로부터 알 수 있는 바와 같이, offset(A)+offset(B)=cycle의 관계가 있기 때문에, δt(A), δt(B)의 관계도,

δt(A)=L/V mod cycle-offset(A),

δt(B)=L/V mod cycle-offset(B)

로부터,

δt(A)+δt(B)=2×(L/V mod cycle)-cycle

로 된다. 이 식으로부터, δt(A)와 δt(B)는, 독립적으로 최적의 값을 선택할 수는 없다는 것을 알 수 있었다.

도 8A, 도 8B는, 교차점 B에서의 지연 시간 delay(δt(A))와, 교차점 A에서의 δt(A), δt(B)를 그래프에 나타낸 것이다. δt(A)를 횡축에, 또한 δt(B)를 종축에 취하고, 좌표 (δt(A), δt(B))에서는, delay(δt(A))+delay(δt(B))를 부여하는 2변수 함수를 도 9에 도시한다. 그래프 상의 좌표 (δt(A), δt(B))의 값은, 등고선과 동일하게, 그 점을 둘러싸는 마름모형의 선이 굵을수록 큰 값을 취하는 것을 나타낸다. 점선으로 나타낸 선은, δt(A)와 δt(B)의 제약 조건을 나타내지만 움직일 수 있는 치역을 나타내고 있으며, 이 선 상에서 가장 작은 값을 취하는 좌표 위치가, 교차점 AB 사이에서의 delay가 최소로 되는 δt(A), δt(B)의 조합이며, 이에 의해 offset(A), offset(B)의 최적값을 구할 수 있다.

도 9로부터 알 수 있는 바와 같이, δt(A), δt(B)가 점선 상을 이동해 가면, 함수값이 극소값을 취하는 좌표가 몇갠가 나오는 경우가 있으며, 미소한 단위 폭으로 탐색하는 방법에서는, 이 중의 최소값을 구하는 것이 현실적으로는 가능하지 않다. 종래의 단순한 수리 계획법을 적용하는 것이 아니라, 우선 도 9에 기초하여 최소값의 주변을 구하고, 다음으로 그 주변에서 미소 단위의 탐색을 하는, 2단계의 탐색이 필요한 것을 나타내고 있다.

이상의 기본 원리를 이용하여, 본 발명에 따른 신호 제어 시스템의 제어 방식을 설명한다.

도 10에서, 교차점 A에 인접하는 교차점 B, E로부터, 교차점 A에 유입되어 오는 평균 교통 유량을 각각 avgMba, avgMea로 하면, 1cycle 동안에 유입되는 차량 대수 avgMba×cycle대, 및 avgMea×cycle대의 차량을, 청색 시간 cycle×split(BE)의 동안에 교차점 A에서 잘 처리할 필요가 있다. 여기서, split(BE)는 교차점 B, A, E 방향에 할당하는 스플리트를 나타낸다. 이 필요 조건을 식으로 표현하면,

MAX(avgMba, avgMea)<split(BE)×MsatBE

로 된다. MsatBE는 교차점 B, A, E 방향의 포화 교통 유율이다.

마찬가지로, 교차점 C, A, D 방향에서의 필요 조건은,

MAX(avgMca, avgMda)<split(CD)×MsatCD

로 된다. split(BE)는 교차점 B, A, E 방향에 할당하는 스플리트, 또한 MsatCD는 교차점 C, A, D 방향의 포화 교통 유율로 한다.

교차점 B, A, E 방향의 청색 시간은, 그 때에 보행자가 횡단할 수 있는 보행 자 청색 시간 길이 ped_timeBE를 보증할 필요가 있고, 마찬가지로 교차점 C, A, D 방향의 청색 시간에 대해서도 ped_timeCD의 시간이 필요하다. 따라서, 이하의 관계식도 필요 조건이다.

cycle×split(BE)>ped_timeBE

cycle×split(CD)>ped_timeCD

또한, 교차점 B, A, E 방향, 혹은 교차점 C, A, D 방향 중 어디에도 할당되지 않는 손실 시간 λ가 있고, 이상을 정리하면, 교차점 A의 사이클 길이, 및 그 때의 스플리트는 이하에 식으로 나타내어진다.

split(CD)>MAX{Max(avgMca, avgMda)/MatCD, ped_timeCD/cycle}

split(BE)>MAX{Max(avgMba, avgMea)/MsatBE, ped_timeBE/cycle}

cycle=λ/(1-split(CD)-split(BE))

여기서 구한 cycle, split(CD), split(BE)는, 구해진 경위부터가 필요 최소한의 값이다. 실용상은 이것에서 산출한 cycle를, 예를 들면 2초의 정수배의 값 등으로 앞당겨 사용한다. 그 때, 스플리트 split(CD), split(BE)는, cycle=λ/(1-split(CD)-split(BE))이 여전히 성립하도록, 원래의 값으로부터 비례배분으로 증가시키면 된다. 여기까지의 수속이, 제1 단계에서의 사이클, 스플리트의 출발점으로 된다.

교차점 A의 인접 교차점 B, C, D, E의 신호 제어기에서도 마찬가지로, 사이클, 스플리트의 계산을 하고 있기 때문에, 교차점 A의 신호 제어기는, 이들 인접 교차점의 각 신호 제어기가 산출한 사이클 및 스플리트의 값을, 통신 회선 경유로 정보 교환한다. 정보 교환의 결과, 인접 교차점 내에 동일한 사이클을 산출하고 있는 교차점이 있으면, 교차점 A는, 이들 교차점 중, 교차점 A에의 평균 유량이 최대인 인접 교차점의 청색 표시 개시 타이밍을 기준으로 하여, 교차점 A의 최적의 오프셋을 선택한다. 선택 방법은 도 9의 이차원 지연 함수를 이용한다.

예를 들면, 교차점 B가 교차점 A와 동일한 사이클이며, 또한 교차점 B로부터 교차점 A로의 평균 유량이 최대인 것으로 한다. 그 때문에, 교차점 A, B 사이에서 오프셋을 취하는 것을 상정한다. 교차점 A로부터 교차점 B로 평균 유량 avgMab가, 또한 교차점 B로부터 교차점 A로 평균 유량 avgMba가 흐르고 있는 것으로 한 경우, 교차점 AB 사이의 오프셋에 우선 오프셋을 이용하는 것으로 하면, 최악이라도 지연 시간을 red×Min(avgMab, avgMba)로는 할 수 있다. 이것보다 정확한 지연 시간을 산출하기 위해 도 9를 사용하여 도출한다.

교차점 A의 인접 교차점에서, 동일한 사이클을 산출한 교차점이라도, 교차점 A에의 평균 유량이 최대가 아닌 경우에는 오프셋은 취하지 않는다. 교차점 AB 사이에서 오프셋을 선택할 수 없는 경우에는, 최대의 지연 시간은,

red×(avgMab+avgMba)

로 된다.

다음으로, 교차점 A가 산출한 사이클보다, 긴 사이클을 산출한 신호 제어기가 인접 교차점 B∼E 중 어느 것에 있는 경우에는, 교차점 A는 그 중에서 자신의 사이클에 가장 가까운 사이클을 선택하고, 자신의 사이클을, 구한 사이클로 해 둘지, 혹은 그 가장 가까운 사이클에 맞출지를 판정한다.

자신의 사이클을 가장 가까운 사이클에 맞춰 길게 하였을 때에는, 오프셋을 선택할 수 있기 때문에 지연 시간을 작게 할 수 있는 바람직한 부분과, 사이클을 길게 함으로써 자신의 교차점에서 낭비 시간이 발생하여 지연 시간이 커지는 부분, 및 사이클 변경에 의해 지금까지의 오프셋 효과를 상실하게 되어 결과적으로 지연 시간이 커지게 되는 부분과의, 득실을 비교하게 된다. 비교의 결과, 사이클 변경의 가부를 판정한다.

사이클 변경의 가부를 판정하는 구체예를 설명한다. 도 10의 예에서, 상호 인접하는 교차점 A, B의 사이에서, 교차점 A로부터 교차점 B로는 평균 유량 avgMab가, 또한 교차점 B로부터 교차점 A로는 평균 유량 avgMba가 흐르고 있는 것으로 하면, 교차점 AB 사이에서 사이클이 서로 다를 때의 지연 시간은, 도 11에 도시한 바와 같이,

delay=(1/2)×(redA+redB)×(avgMab+avgMba)

로 구해진다.

한편, 교차점 A의 인접 교차점 B∼E가 서로 다른 사이클을 산출하고 있을 때에는, 교차점 A는, 자신의 사이클보다 길고, 또한 근처의 값을 산출한 교차점의 사이클에 맞출지의 여부를 판정한다. 그 인접 교차점을 B로 하였을 때, 교차점 A의 사이클 Ca를 교차점 B의 사이클 Cb에 맞출지의 여부를 판정하기 위한 비교표의 예를 도 12에 도시한다. 이 표에서는, 교차점 A에 인접하는 모든 교차점과의 사이에서, 사이클 변경에 의한 지연의 득실을 비교하고 있다.

이상의 결과, 제1 단계에서 제어 파라미터(사이클, 스플리트, 오프셋)가 결 정된다. 이들이, 목표값으로서 제2 단계로 넘겨진다. 동시에, 제1 단계에서는 다시 인접 교차점과 사이클, 스플리트를 정보 교환하고, 상기의 계산을 반복한다.

제2 단계에서는, 새로운 신호 제어 파라미터가 제1 단계로부터 넘겨질 때마다, 실행 중인 제어 파라미터를 새로운 목표값을 향하여 서서히 변경해 간다.

일단 목표값에 도달한 후에는, 현실의 교통 상황에 맞춰, 제2 단계에서 스플리트, 오프셋을 일정 범위 내에서 조정한다. 조정 방법은, 잘 알려진 바와 같이 제어 파라미터를 플러스·마이너스 일정 단위로 변경하고, 그 결과로서 지연 시간의 실측값을 작게 할 수 있는지의 여부를 판단 기준으로 한다.

단, 목표값에 도달해 있지 않은 시점에서, 제2 단계에서의 조정을 행하면, 역효과로 되어 지연 시간이 증가하는 경우도 생각된다. 따라서, 본 특허에서는, 목표값으로의 이행 도중에서는, 제2 단계에서의 조정 변경을 억제해 두는 기능을 부가한다.

각각의 교차점에서, 유입되어 오는 평균 교통 유량을 실측한 결과로, 사이클, 스플리트를 결정해 가는 방법에서는, 제어 지연이 발생할 것이다. 그 결과, 교통 변동에 대한 응답성이 악화되게 된다. 이에 대응하기 위해, 인접 교차점의 각 유입로에서 실측한 교통 유량의 1차 결합을, 평균 유량으로서 취급하도록 한다. 예를 들면, 이하와 같은 형태가 생각된다.

avgM=a1(t, week)×M1(t)+a2(t, week)×M2(t)+a3(t, week)×M3(t)

M1(t), M2(t), M3(t)은, 도 13에 도시한 바와 같이, 상류의 인접 교차점 B에서 각 유입로로부터 유입되는 교통 유량의 실측값이다. 이들 중, 어느 정도가 교 차점 A에 유입되어 오게 된다. a1(t, week), a2(t, week), a3(t, week)은 1차 결합의 계수이다. 시각 t나 요일 week, 또한 교차점마다 다르기 때문에, 각 교차점의 평균 유량을 실측하고, 그것과의 오차를 작게 하도록 1차 결합의 계수를 학습시켜 간다. 학습의 방법은, 예를 들면 ARMA(자기 회귀 모델), 뉴로, 강화 학습 등을 이용하면 된다.

도 14에, 본 발명의 신호 제어 시스템을 실현하는, 신호 제어기(2)의 소프트웨어 모듈 구성예를 도시한다.

교통 유량 계측 모듈(6₁)은, 감지기로부터 교통량을 계측한다.

통신 모듈(6₂)은, 인접의 교차점과 통신 회선을 통해 접속하여 정보 교환을 행한다.

사이클/스플리트 계획 모듈(6₃)은, 실측한 교통 유량에 기초하여, 상술한 설명에 따라 자신의 교차점에 최소한 필요한 길이의 사이클, 스플리트를 산출하는 기능을 실현한다.

오프셋 계획 모듈(6₄)은, 상술한 설명에 따라 인접 교차점과의 사이의 최적의 오프셋을 산출한다. 이 오프셋 계획 모듈(6₄)과, 상술한 사이클/스플리트 계획 모듈(6₃)을 합쳐, 제1 단계(5₁)로 된다.

제어 실행 모듈(6₅)은, 제2 단계(5₂)로서, 제1 단계에서 산출한 제어 파라미터의 목표값에 맞춰, 실제로 신호등기를 제어하는 부분이다. 상술한 바와 같이, 일단 목표값에 도달한 후에는, 그 때의 교통 상황에 맞춰, 스플리트, 오프셋을 조정 변경한다.

Claims (8)

1. 복수의 신호 제어기를 제어하는 교통 신호 제어에서, 각각의 교차점의 각 신호 제어기가, 자신의 신호 제어를 위해 계측된 교통 유량과, 서로 인접하는 교차점의 각 신호 제어기와의 사이에서 행하는 정보 교환에 의해, 상기 각각의 교차점에 인접하는 교차점의 각 신호 제어기와 제휴를 취하면서, 상기 신호 제어기가 자신의 사이클, 스플리트, 오프셋을 자동적으로 결정하고,

   각각의 교차점의 각 신호 제어기가 개개로 사이클, 스플리트, 오프셋을 결정할 때, 상기 신호 제어기는, 자신이 제어하는 교차점의 유입로마다의 교통 유량의 시간 평균값과, 상기 교차점과 인접하는 교차점까지의 거리를 사용하여, 사이클, 스플리트, 오프셋을 결정하는 제1 단계와, 상기 제1 단계에서 결정한 사이클, 스플리트 중, 스플리트, 오프셋을 미리 정해진 범위 내에서 조정 변경하는 제2 단계로 분리된 제어를 행하는 분산 신호 제어 시스템.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,

   각 신호 제어기가 제1 단계에서 결정한 사이클과, 상기 신호 제어기의 교차점에 인접하는 교차점의 신호 제어기가 제1 단계에서 결정한 사이클이 동일하게 되는 경우에, 상기 신호 제어기와, 상기 인접하는 교차점의 신호 제어기가, 제1 단계끼리 제휴하여, 오프셋을 결정하는 기능을 갖는 분산 신호 제어 시스템.
4. 제1항에 있어서,

   각 신호 제어기가 제1 단계에서 결정한 사이클과, 상기 신호 제어기의 교차점에 인접하는 교차점의 신호 제어기가 제1 단계에서 결정한 사이클이 서로 다른 경우에, 상기 신호 제어기와, 상기 인접하는 교차점의 신호 제어기가, 제1 단계끼리 제휴하여, 사이클을 맞출지, 맞추지 않을지를, 미리 정해진 평가 함수에 의해 판단하는 기능을 갖는 분산 신호 제어 시스템.
5. 제1항에 있어서,

   각 신호 제어기는, 자신이 제어하는 교차점의 유입로마다의 교통 유량의 시간 평균값에, 해당 유입로의 상류에 위치하는 교차점에서의 실측 교통 유량의 함수 값을 적용하는 분산 신호 제어 시스템.
6. 제5항에 있어서,

   상기 함수값에서, 각 신호 제어기는, 자신이 제어하는 교차점의 유입로마다의 실측 교통 유량의 시간 평균값과의 오차가 작아지도록, 해당 함수 파라미터를 수정하는 기능을 갖는 분산 신호 제어 시스템.
7. 제3항에 있어서,

   각 신호 제어기가 제1 단계에서 결정한 사이클과, 상기 신호 제어기가 제어하는 교차점에 인접하는 교차점의 신호 제어기의 제1 단계에서 결정한 사이클과 동일한 경우에 오프셋을 결정할 때, 상기 인접하는 교차점과의 거리 L을 소정의 속도 V로 나눈, 시간의 차원을 갖는 양 L/V를, 다시 사이클 C로 나누어 나머지 L/V mod C를 구하고, 그 (L/V mod C)로부터, 상기 인접하는 교차점과의 사이에서, 각각의 교차점으로부터 다른 한쪽의 교차점을 보았을 때의 오프셋 O1, O2를 뺀 값,

   δ1=×(L/V mod C)-O1

   δ2= 2×(L/V mod C)-O2

   를, 각각 종축, 횡축에 취한 좌표계 상에 나타낸 지연 시간에 기초하여, 오프셋을 결정하는 분산 신호 제어 시스템.
8. 제1항에 있어서,

   각 신호 제어기는, 제1 단계에서 결정한 사이클, 스플리트, 오프셋의 설정값을 향하여 이행하고 있는 도중에서는, 제2 단계의 스플리트, 오프셋의 조정 변경 기능이 억제되는 기능을 갖는 분산 신호 제어 시스템.

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