一般的な交通信号制御方式

こ こ で は ，交 通 管 制 シ ス テ ム で 一 般 的 に 用 い ら れ て い る 交 通 順 応 制 御 に つ い て 説 明 す る[40]． 図 2.21に ， 処 理 手 順 の 概 要 お よ び そ の イ メ ー ジ を 示 す ．

図 2.21 交 通 順 応 制 御 の 概 要

交 通 順 応 制 御 は ，前 述 し た よ う に プ ロ グ ラ ム 選 択 制 御 お よ び プ ロ グ ラ ム 形 成 制 御 に 分 類 さ れ る が ，交 通 管 制 シ ス テ ム に お い て は ，そ れ ぞ れ で 代 表 的 な 手 順 が 知 ら れ て い る ．ま ず 2 つ の 方 式 で 共 通 な 事 項 で あ る サ ブ エ リ ア と い う 我 が 国 特 有 の 概 念 に つ い て 説 明 す る ．そ の 後 ，実 際 の 制 御 方 式 に 関 す る 手 順 を 述 べ る ． 交 通 管 制 シ ス テ ム に お け る 交 通 順 応 制 御 の 機 能 は ， 図 2.21 の 枠 線 部 分 の 処 理 で 構 成 さ れ て い る た め ，本 稿 に お い て も ，交 通 指 標 算 出 お よ び 制 御 パ ラ メ ー タ

処理手順 交通流計測 交通指標算出 制御パラメータ算出 制御パラメータ反映

交通流動

制御 パラメータ 感知器

情報

管制システム

制御イメージ

時間 スルーバンド（下り）

交差点A 交差点B 交差点C 交差点D

上り

下り

スルーバンド（上り）

算 出 と い う 順 で 説 明 を 行 う ．

2.5.1 サ ブ エ リ ア

系 統 制 御 は ，前 述 し た よ う に オ フ セ ッ ト を 確 立 す る た め ，対 象 路 線 内 の 信 号 機 群 を 共 通 サ イ ク ル 長 で 制 御 す る 必 要 が あ る ．こ の 同 一 サ イ ク ル 長 で 制 御 す る 交 差 点 群 を サ ブ エ リ ア と 呼 ん で い る ．サ ブ エ リ ア は ，ど の よ う な 交 通 状 況 に お い て も 常 に 同 一 サ イ ク ル 長 で 制 御 す べ き で あ る 交 差 点 群 で あ る ．サ ブ エ リ ア に は ，必 ず 1つ 以 上 の 重 要 交 差 点 が 指 定 さ れ ，こ の 周 辺 に 設 置 さ れ た 車 両 感 知 器 の 計 測 情 報 を も と に 制 御 パ ラ メ ー タ が 算 出 さ れ る ．重 要 交 差 点 で は な い 交 差 点 を 一 般 交 差 点 と い う ． 図 2.22 に サ ブ エ リ ア の 構 成 例 を 示 す ． サ ブ エ リ ア は ， 交 通 管 制 シ ス テ ム に お い て は 静 的 な 設 定 で あ り ，サ イ ク ル 長 算 出 に お け る 最 小 単 位 で あ る ．サ ブ エ リ ア ご と に サ イ ク ル 長 を 算 出 し た 後 ，隣 接 す る サ ブ エ リ ア 間 で そ の サ イ ク ル 長 を 比 較 し ，そ の 差 が 設 定 さ れ た 閾 値 よ り 小 さ い 場 合 ，こ れ ら は 一 つ の サ ブ エ リ ア と し て 統 合 さ れ ，大 き い 方 の サ イ ク ル 長 で 制 御 さ れ る ． 統 合 後 の サ ブ エ リ ア は ， 制 御 エ リ ア と 呼 ば れ る こ と も あ る ．

図 2.22 サ ブ エ リ ア の 構 成 例

2.5.2 プ ロ グ ラ ム 選 択 制 御

交 通 流 動 を 類 型 化 し ，そ れ ぞ れ に 適 し た 制 御 パ ラ メ ー タ を あ ら か じ め 設 計 し て お き ，車 両 感 知 器 の 計 測 情 報 を も と に 類 型 化 し た 交 通 流 動 の 中 か ら 合 致 す る も の を 選 び 出 す こ と で 制 御 パ ラ メ ー タ を 決 定 す る と い う 制 御 方 式 で あ る ． 交 通 管 制 シ ス テ ム の 全 国 展 開 が 図 ら れ た 1970 年 代 以 降 ， い ま な お 活 用 さ れ て い る 方 式 で あ り ， パ タ ー ン 制 御 方 式 と 呼 ば れ る こ と も あ る ． (1) 交 通 指 標 算 出

本 方 式 で は ， 交 通 状 態 量 と 呼 ば れ る 指 標 値 を 制 御 パ ラ メ ー タ 選 択 に 用 い て い る ． 式(2.20)に 示 す よ う な 交 通 量 と 占 有 率 の 加 重 和 も し く は 式(2.21)に 示 す 交 通 量 と 占 有 率 を そ れ ぞ れ 基 準 値 で 正 規 化 し た 値 の 大 き い 方 で 定 義 さ れ る ．

O Q

TI1=

α

⋅ +

β

⋅ (2.20)

( ^{Q Q O O} )

TI

₂

= max ′ , ′

(2.21)

こ こ で ，

を満たす正の定数

基準占有率（定数）

計測占有率

基準交通量（定数）

計測交通量

1 :

,

: ,

:

: ,

:

= +

′

′ β

α β α

O O

Q Q

で あ る ．

重 要 交 差 点 車 両 感 知 器

サ ブ エ リ ア#1 サ ブ エ リ ア#2

主 道 路 方 向(幹 線)

従 道 路 方 向(交 差)

上 り

下 り

図 2.23 交 通 状 態 量 の 算 出 イ メ ー ジ

こ れ ら の 指 標 で は ，交 通 量 は 交 通 容 量 以 上 に は 増 え な い が ，混 雑 が 進 展 す る に つ れ て 占 有 率 が 増 加 す る と い う 特 性 を 利 用 し て 閑 散 か ら 混 雑 そ し て 最 終 的 に は 渋 滞 と い う 状 況 を 単 調 増 加 で 表 現 で き る 指 標 と な っ て い る ． そ の イ メ ー ジ を 図 2.23に 示 す ．

(2) 制 御 パ ラ メ ー タ 算 出

交 通 状 態 量 を 算 出 し た 後 ， 図 2.24に 示 す 手 順 で 制 御 パ ラ メ ー タ 算 出 が 実 施 さ れ る ．

図 2.24 パ タ ー ン 制 御 の 制 御 パ ラ メ ー タ 決 定 フ ロ ー 以 下 ， 各 手 順 に つ い て 説 明 す る ．

(a) サ イ ク ル 長 の 選 択 （ サ ブ エ リ ア ）

サ ブ エ リ ア 内 の 車 両 感 知 器 そ れ ぞ れ の 交 通 状 態 量 を 算 出 し ，そ の 最 大 値 を サ イ ク ル 長 決 定 用 交 通 状 態 量 と し ，あ ら か じ め 設 計 し て お い た 判 定 表（表2.7）お よ び 対 応 図（ 図 2.25）か ら 適 す る サ イ ク ル 長 パ タ ー ン を 選 択 す る ．

サ ブ エ リ ア ご と に サ イ ク ル 長 を 選 択

サ ブ エ リ ア 構 成 お よ び サ イ ク ル 長 を 決 定

ス プ リ ッ ト を 決 定

オ フ セ ッ ト を 決 定 混雑 交通状況 閑散

占有率

交通量 交通状態量

交通状態量

表2.7 サ イ ク ル 選 択 の 判 定 表

判 定 条 件 選 択 パ タ ー ン

1 TI

T ≤ C1

2 1 T TI

TI < ≤ C2

3

2 T TI

TI < ≤ C3

4

3 T TI

TI < ≤ C4

5

4 T TI

TI < ≤ C5

6

5 T TI

TI < ≤ C6

7

6 T TI

TI < ≤ C7

T

TI 7 < C8

図 2.25 サ イ ク ル 長 選 択 対 応 図

こ こ で ，

パターン選択判定値

状態量 サイクル長決定用交通

: 7 , , 1

: TI TI

T L で あ る ．

サ イ ク ル 長 は 8つ の パ タ ー ン ま で 選 択 可 能 で あ り ，そ の パ タ ー ン 選 択 時 の サ イ ク ル 長 自 体 の 値 （C₁=80[s]等 ） や 選 択 の た め の 交 通 状 態 量 の 閾 値 な ど を 設 計 し て お く 必 要 が あ る ． (b) サ ブ エ リ ア 構 成 お よ び サ イ ク ル 長 の 決 定

サ ブ エ リ ア ご と に 選 択 し た サ イ ク ル 長 を 隣 接 サ ブ エ リ ア 間 で 比 較 し ，そ の 差 が 指 定 さ れ た 閾 値 よ り 小 さ い 場 合 は そ の サ ブ エ リ ア を 結 合 し て ， ひ と つ の サ ブ エ リ ア と す る ． こ の と き ， 最 終 的 に 決 定 さ れ る サ イ ク ル 長 は 大 き い 方 の 値 と す る ．

(c) ス プ リ ッ ト の 決 定

重 要 交 差 点 周 辺 の 車 両 感 知 器 か ら ，幹 線 側 の 交 通 状 態 量 お よ び 交 差 側 の 交 通 状 態 量 を 算 出 す る ．こ れ ら の 値 と 決 定 さ れ た サ イ ク ル 長 を 用 い て ，判 定 表（表 2.8）お よ び 対 応 図（ 図2.26）

か ら 適 す る ス プ リ ッ ト パ タ ー ン を 選 択 す る ． サイクル長

C8 C7 C6 C5 C4 C3 C2 C1

交通状態量 TI1

△TI

TI7 TI6 TI5 TI4 TI3 TI2

閑

散

平

常

混

雑

表 2.8 ス プ リ ッ ト 選 択 の 判 定 表 判 定 条 件

選 択 パ タ ー ン 交 通 状 況 サ イ ク ル 長 交 通 状 態 量 比

閑 散 C < CA s － S1

平 常 CAs ≤ C < CBs

SI

b_s ≤ S3

s

s

SI b

a ≤ <

S2

as

SI < S4

混 雑 CB _s ≤ C

SI

d_s ≤ S6

s

s SI d

c ≤ < S5

cs

SI < S7

図 2.26 ス プ リ ッ ト 選 択 対 応 図

こ こ で ，

交通状態量比の判定値

判定値 混雑）決定サイクル長 平常

交通状況（閑散

） 交通状態量比（

交差側交通状態量 幹線側交通状態量 決定サイクル長

: , , ,

, , :

, : : : :

2 1 2

1

s s s s

s s

d c b a

CB CA

TI TI SI SI

TI TI C

=

で あ る ．

決 定 さ れ た サ イ ク ル 長 で 閑 散 ，平 常 ，混 雑 が 決 ま る た め ，ス プ リ ッ ト 選 択 時 に 適 用 さ れ る 図 も そ れ に 対 応 し た も の と な る こ と に 留 意 さ れ た い ．ス プ リ ッ ト 選 択 に お い て も ，ス プ リ ッ ト パ タ ー ン 選 択 時 の ス プ リ ッ ト 値（80:20等 ），パ タ ー ン 選 択 基 準 と な る 幹 線 と 交 差 の 交 通 状 態 量 比 を あ ら か じ め 設 計 し て お く 必 要 が あ る ．な お ，一 般 交 差 点 に お い て は ，閑 散 ，平 常 ，混 雑 そ れ ぞ れ で 一 つ の ス プ リ ッ ト パ タ ー ン し か 設 定 で き な い ．

C < CA

_s

TI

₂

S

₁

TI

_１

幹線交通状態量

交差交通状態量

閑散時

CA

_s

≦ C < CB

_s

TI

₂

a

_s

S

₄

b

_s

S

₂

S

₃

TI

_１

幹線交通状態量

交差交通状態量

平常時 幹線優先 平常時

交差 優先

平常時 標準

CB

_s

≦ C

S

₇

TI

₂

S

₅

S

₆

TI

₁

c

_s

d

_s

幹線交通状態量

交差交通状態量

混雑時 幹線優先 混雑時

交差 優先

混雑時 標準

(d) オ フ セ ッ ト の 決 定

サ ブ エ リ ア 内 の 車 両 感 知 器 か ら ，上 り 方 向 の 交 通 状 態 量 お よ び 下 り 方 向 の 交 通 状 態 量 を 算 出 す る （ 図 2.22 参 照 ）． 各 方 向 の 交 通 状 態 量 お よ び 決 定 サ イ ク ル 長 を 用 い て ， 判 定 表 （表 2.9） お よ び 対 応 図 （ 図 2.27） か ら 適 す る オ フ セ ッ ト パ タ ー ン を 選 択 す る ． オ フ セ ッ ト に お い て も ，他 の パ ラ メ ー タ と 同 様 に ，オ フ セ ッ ト パ タ ー ン 選 択 時 の サ ブ エ リ ア 内 の 各 交 差 点 間 に お け る 相 対 オ フ セ ッ ト 値 （50%等 ）， パ タ ー ン 選 択 基 準 と な る 上 り 方 向 と 下 り 方 向 の 交 通 状 態 量 比 を あ ら か じ め 設 計 し て お く 必 要 が あ る ．

表 2.9 オ フ セ ッ ト 選 択 の 判 定 表 判 定 条 件

選 択 パ タ ー ン 交 通 状 況 サ イ ク ル 長 交 通 状 態 量 比

閑 散 C < CA_o － O1

平 常 CA_o ≤ C < CB_o

OI

b_o ≤ O3

o

o OI b

a ≤ < O2

ao

OI < O4

混 雑 CB_o ≤ C

OI

d_o ≤ O6

o

o OI d

c ≤ < O5

c

o

OI <

O7

図 2.27 オ フ セ ッ ト 選 択 対 応 図 こ こ で ，

下り交通状態量 上り交通状態量 決定サイクル長

: : :

2 1

TI TI C

交通状態量比の判定値

判定値 混雑）決定サイクル長 平常

交通状況（混雑

） 交通状態量比（

: , , ,

, , :

,

: _{1 2}

o o o o

o o

d c b a

CB CA

TI TI OI

OI =

で あ る ．

TI

₂

O

₁

TI

₁

CB

_o

≦ C CA

_o

≦ C < CB

_o

C < CA

_o

TI

₂

a

_o

O

₇

O

₄

b

_o

O

₂

O

₃

TI

₁

TI

₂

O

₅

O

₆

TI

₁

c

_o

d

_o

上り交通状態量

下り交通状態量

平常時 上り優先 平常時

下り 優先

平常時 平等

上り交通状態量

下り交通状態量

混雑時 上り優先 混雑時

下り 優先

混雑時 平等

上り交通状態量

下り交通状態量

閑散時

2.5.3 プ ロ グ ラ ム 形 成 制 御

プ ロ グ ラ ム 形 成 制 御 は ， 我 が 国 に お い て は 1990 年 代 の 研 究 開 発 活 動 の 後 に 警 察 庁 主 導 で 仕 様 化 さ れ ，2000 年 頃 よ り 全 国 で 広 く 普 及 推 進 が 行 わ れ て い る ． こ の 全 国 展 開 し て い る 制 御 方 式 を MODERATO（Management by Origin-Destination by Related Adaptation for Traffic Optimization） 制 御 と 総 称 し て い る ．

(1) 交 通 指 標 算 出

本 制 御 方 式 で は ，需 要 率 を 過 飽 和 時 で も 状 態 を 表 現 で き る よ う に 拡 張 し た 負 荷 率 と い う 指 標 を 用 い る ． 具 体 的 に は ， 負 荷 率 ρ は ， 流 入 台 数Q_in， 捌 け 残 り 台 数 （ 待 ち 行 列 台 数 ）E， 飽 和 交 通 流 率

s

を 用 い て 式(2.22)で 表 さ れ る ．

( ^Q

in

+ ^E ) ^s

ρ =

^(2.22)

捌 け 残 り 台 数 は 直 接 計 測 が 困 難 で あ り ，実 際 に は 車 両 感 知 器 情 報 か ら 推 計 さ れ る 待 ち 行 列 台 数 を 用 い る こ と が 多 い ． 計 算 イ メ ー ジ と 車 両 感 知 器 配 置 例 を 図 2.28に 示 す ．

図 2.28 負 荷 率 算 出 イ メ ー ジ と 車 両 感 知 器 配 置

流 入 台 数 に つ い て も ，車 両 感 知 器 配 置 な ど か ら 計 測 が 困 難 な 場 合 は ，便 宜 的 に 流 出 台 数 と す る こ と も あ る ．制 御 設 計 に お い て は ，現 示 ご と の 需 要 率 お よ び 交 差 点 需 要 率 を 用 い て い た ．こ こ で も ， 現 示 負 荷 率 お よ び 交 差 点 負 荷 率 を 算 出 し ， 制 御 パ ラ メ ー タ 算 出 に 用 い る ． 図 2.12 の よ う な 一 般 的 な 四 枝 か つ 二 現 示 方 式 で 運 用 さ れ て い る 交 差 点 に お け る 現 示 負 荷 率ρ₁^，ρ2^{お よ び}

交 差 点 負 荷 率 ρ は ， 次 式 で 表 さ れ る ．

( )

(

22 24

)

2

13 11 1

, max

, max

ρ ρ ρ

ρ ρ ρ

=

= (2.23)

∑

=

=² 1 i

ρ

i

ρ

(2.24)

こ こ で ，

の負荷率

，流入路 現示i j

ij: ρ

で あ る ．

行列台数 流入交通量

交通需要量

150m 300m 500m

ドキュメント内 成熟社会を背景とした交通信号制御の高度化に関する研究 (ページ 45-54)