マルチエージェントモデルを用いた交差点のシミュレーション

(1)

中央大学理工学部情報工学科卒業研究論文

学籍番号

00D8101029K

芦辺修一

指導教員田口東教授

2004

年

3

月

(2)

あらまし

都市内の道路網において交差点は，自動車の交通の流れに大きな影響を及ぼす．交差点において自動車の通行に影響を与える要因の 1 つは，横断する歩行者である．歩行者の横断は，右左折をする自動車の通行に影響を与え，その結果，単位時間あたりに交差点を通過できる自動車の台数は減少する．

本研究では，交差点におけるシミュレーションを行い，歩行者の横断が自動車の右左折に与える影響を調べ，交差点の交通容量の推計法を考察する．

キーワード：マルチエージェントモデル，交通容量

(3)

１章はじめに･････････････････････････････････････････････

1

２章マルチエージェントモデル･･･････････････････････････

2 2.1

マルチエージェントモデルとは･･･････････････････････････････････････････

2 2.2

マルチエージェントシミュレータ（

MAS

）････････････････････････････････

2

３章シミュレーション･････････････････････････････････････

4 3.1

大手町交差点の実測･････････････････････････････････････････････････････

4 3.1.1

大手町交差点の概要・･･･････････････････････････････････････････････

4 3.1.2

計測方法･･･････････････････････････････････････････････････････････

4 3.1.3

実測結果･････････････････････････････････････････････････････

6 3.2

シミュレーションの設定･････････････････････････････････････････････

8 3.2.1

交差点の設定･････････････････････････････････････････････････････

8 3.2.2

自動車のルール設定･･･････････････････････････････････････････････

8 3.2.3

歩行者のルール設定････････････････････････････････････････････････

14 3.3

シミュレーションの実行････････････････････････････････････････････････

14 3.3.1

シミュレーションに用いるデータ････････････････････････････････････

14 3.3.2

信号

1

周期あたりの交通量の計測方法････････････････････････････････

15 3.3.3

実行結果･･････････････････････････････････････････････････････････

16

４章異なる条件下における交通量の変化････････････････････

23 4.1

歩行者の出現確率の変化による交通量の変化･･････････････････････････････

23 4.2

ルールを変更した場合の交通量の変化････････････････････････････････････

24 4.2.1

車線変更を禁止にした場合･･････････････････････････････････････････

24 4.2.2

右左折における横断歩道手前のスペースが無い場合････････････････････

25 4.3

従来の交差点における交通容量との比較･････････････････････････････････

27

５章まとめ･･････････････････････････････････････････････

30

謝辞･････････････････････････････････････････････････････････････････････

31

参考文献････････････････････････････････････････････････････････････････

31

(4)

１章はじめに

日本は自動車大国といわれる．特に大都市圏では，多くの自動車が密集し，交通渋滞が頻繁に発生している．交通渋滞が生じる場所の一つに，交差点が挙げられる．交差点では自動車と歩行者とが複雑に関係し合い，その結果，自動車だけの場合に比べて交通容量が大きく減少することがある．横断歩道を渡る歩行者は，自動車が右折または左折するときの障害となる．もし，歩行者の数が増加すれば，通行できる自動車の数は減少するであろう．交差点の性能を評価するために，交通容量が用いられている．交通容量は，「実際の道路，交通及び制御条件のもとで，与えられた一定時間内に，車線または車道のある断面もしくは一様な区間を通過することが期待できる人間または車両の最大数を，

1

時間あたりの数値に換算したもの」と定義される

[1]

．しかし，過去の研究において，交通容量を計算する際に歩行者の影響を明示的に考慮した事例は少ない．

本研究では，次章で述べるマルチエージェントモデルを用いて人と自動車の干渉をモデル化し，交差点のシミュレーションを行う．また，交差点における歩行者の影響を考察して，交差点の交通容量の推計方法を導く手がかりを得たい．

(5)

２章マルチエージェントモデル

2.1

マルチエージェントモデルとは

多数の自動車と歩行者とが影響を及ぼし合う状況のシミュレーションをするためには，きわめて複雑なプログラムを作り，膨大な計算をしなくてはならない

[2]

．そこで，

本研究ではマルチエージェントモデルを用いる．このモデルは，多数存在するエージェント（ここでは自動車や歩行者）のひとつひとつを，エージェントの種類ごとに設定したルールに従って行動させるモデルである．各エージェントがルールに従った行動を繰り返すことによって，交差点全体の動きを表現することができる．

2.2

マルチエージェントシミュレータ（

MAS

）

マルチエージェントシミュレータ

(MAS)

は，構造計画研究所が開発したソフトウェアであり，マルチエージェントシステムを容易に構築するための様々な機能が用意されている．

MAS

の実行ルールの記述は基本的には

Microsoft

の

VisualBasic

に沿った文法が用いられている．

MAS

の特徴

・マルチエージェントシミュレーションを行うための様々な関数が用意されており，

エージェントの配置や移動などの操作が容易にできる．

・エージェントの生成時に

1

度だけ実行され，各エージェントに対して初期値を与える関数

Agt_Init

と，ステップ毎に繰り返し実行される関数

Agt_Step

とに分かれている．

表

2.1

は，シミュレーションに利用した関数である．

_CreateAgent

はエージェントを生成する関数である．例えば，

0

から

1

の間のランダムな値をとるランダム関数を用いて，その値がある値以下ならばエージェントを生成する，などの操作ができる．

_KillAgent

は，エージェントを削除する関数である．交差点を通過し，表示画面の

外に出たエージェントはこの関数を用いて削除した．

_CollectAround

は，指定した位置座標の周りにいるエージェントのコレクションを

取得する関数である．この関数は

x

座標，

y

座標，視野，空間名，エージェント名を引数にとる関数であり，ある特定の座標を中心に，指定したマス数だけ離れた範囲内にある指定した種類のエージェントを取得する．図

2.1

は，

_CollectAround

の引数の

1

つである「視野」についての説明である．図中の数字は，

0

を中心としたときの，中心か

(6)

らの距離を表し，この値を視野という．視野が

0

であれば中心のみ，視野が

1

であれば図の「

0

」「

1

」の部分を指定できる．視野を

2

とした場合は，図

2.1

の網掛け部分の範囲が指定され，この範囲に含まれるエージェントの集合を取得することができる．

_CountCollection

は，コレクションが保持しているエージェントの個数を取得する

関数である．

_CollectAround

で指定した範囲のエージェントの集合を集めて，

_CountCollection

を用いれば，そのコレクションがいくつのエージェントから構成さ

れているかという情報を知ることができる．例えば，横断歩道の指定された範囲のコレクションを取得し，そのコレクションに含まれる歩行者のエージェントの数を調べることによって，横断歩道の特定の範囲内に存在する歩行者の人数を知ることができる．

_GetCountStep

は，現在のステップ数を取得する関数である．この関数を用いて，

信号の状態を変化させる．

表

2.1 MAS

に搭載されている関数とその動作

関数動作

_CreateAgent

エージェントを生成する．

_KillAgent

エージェントを削除する．

_CollectAround

指定した位置座標の周りにいるエージェントのコレクション(エージェントの集合)を取得する．

_CountCollection

コレクションが保持しているエージェントの個数を取得する．

_GetCountStep

現在のステップ数を取得する．

3 3 3 3 3 3 3

3 2 2 2 2 2 3

3 2 1 1 1 2 3

3 2 1 0 1 2 3

3 2 1 1 1 2 3

3 2 2 2 2 2 3

3 3 3 3 3 3 3

図

2.1 _CollectAround

の範囲

(7)

３章シミュレーション

3.1

大手町交差点の実測

3.1.1

大手町交差点の概要

大手町交差点は，十字路であり，

4

方向ともすべて左折・直進車線，直進車線，右折車線の

3

車線で構成されている．また，

4

方向とも右折専用信号があり，右矢印が点灯する．交差する

2

本の道路の制限速度はともに

40km/h

である．

交差点周辺は地下鉄大手町駅の出口が

2

ヶ所ある（図

3.1

の

A

と

C

）．周辺はオフィス街のため人通りは多く，横断歩道を渡る人が多い．また，自動車の通行量が多いため，

モデルとして適当な交差点であると判断した．

3.1.2

計測方法

計測するデータは以下のとおりである．

1.

自動車（各方向とも）

・左車線を左折する車の台数

・左車線を直進する車の台数

・中央車線を直進する車の台数

・右車線を右折する車の台数（青・黄信号時）

・右車線を右折する車の台数（右折専用信号点灯時）

2.

横断者

・自転車の数（横断歩道

4

箇所×

2

方向）

・歩行者の数（横断歩道

4

箇所×

2

方向）

3.

信号の周期

・自動車用信号（南北方向，東西方向）

図

3.1

は，大手町交差点の略図である．観測地点

1

箇所につき

2

，

3

人を配置し，南北方向の信号が青のときは，

B(

逓信総合博物館

)

および

D(

大手町ビル

)

の観測者が自動車の通過台数を計測し，

A(

サンケイビル

)

および

C(

広場

)

の観測者が横断歩道を横断する歩行者の数を計測する．逆に，東西方向の信号が青のときは，

B

および

D

が横断歩道を渡る歩行者と自転車の数を計測し，

A

および

C

が自動車の台数を計測する．図

3.1

は，

南北方向の信号が青のとき，各観測者が計測する方向を矢印を用いて表している．また，

計測した結果は表

3.1

のように記録する．

(8)

図

3.1

大手町交差点の実測方法

○･･･観測者

C 広場

A サンケイビル

D 大手町ビル

B

逓信総合博物館

Ｎ

表

3.1

記入例

自動車横断者

左車線中央車線右車線手前→奥奥→手前

信号

左折直進直進右折歩行者自転車歩行者自転車

1

青

6 13 15 3

2

右矢印

2

3

赤

8 2 5 0

4

青

4 14 17 4

5

右矢印

3

6

赤

6 1 7 1

7

青

2 13 14 1

8

右矢印

5

9

赤

4 1 6 1

(9)

3.1.3

実測結果

実測日時は，

2004

年

11

月

4

日（火）の

14:25

から

15:05

の

40

分間であり，天候は晴れであった．

実測によって得られた結果を表

3.2

から表

3.6

に示す．表

3.2

と表

3.3

より，南北方向の青時間が東西方向の青時間に比べて長いことがわかる．ここで信号の周期の定義は，

信号の表示が一巡する時間とし，

1

周期を

130

秒とした．また，信号の

1

周期をシミュレーションの単位時間とする．表

3.4

と表

3.5

に，この交差点の交通量を

19

周期分計測したときの自動車と横断者の累計数を示す．表

3.4

より，すべての方向において，中央車線を直進する自動車が圧倒的に多いことがわかる．また，左車線は，左折する自動車と直進する自動車が混在するが，左折する自動車が大部分である．この結果より，直進車は左車線よりも中央車線を走行していることがわかる．

表

3.5

より，歩行者の数は横断歩道ごとに大きな差異が見られる．最も横断数が多いのは西側の横断歩道（図

3.2

の

AD

間）である．この結果より，北方向から西側へ右折する自動車や，南方向から西側へ左折する自動車の交通に大きな影響を与えると推測できる．

表

3.2

自動車用信号の周期

(

単位

[

秒

])

表

3.3

歩行者用信号の周期

(

単位

[

秒

])

南北方向東西方向南北方向東西方向

青

58 41

青

48 33

黄

3 3

青点滅

6 4

右矢印

8 11

赤

74 93

赤

61 79

合計

128 130

合計

130 134

表

3.4

自動車の累計台数

(

単位

[

台

])

左車線中央車線右車線

流入口左折直進直進右折（青）右折（右）

北

103 27 304 22 64

南

134 22 339 29 47

東

51 22 284 45 40

西

62 10 207 5 40

(10)

表

3.5

横断者数の累計

(

単位

[

人

])

位置方向人数

南→北

300

西側北→南

254

南→北

197

東側北→南

173

西→東

117

北側東→西

126

西→東

78

南側東→西

98

図

3.2

実測結果のまとめ

134

22 339

76

300 254 197 173

207 10 117

62

85 86

284 27

103 126

45

304

98 78 51

22

Ｃ広場Ｄ大手町ビル

Ｂ逓信総合博物館Ａサンケイビル

N

(11)

3.2

シミュレーションの設定

3.2.1

交差点の設定

・左折・直進車線，直進車線，右折専用車線の合計

3

車線で構成される十字路の交差点である．

・信号は青信号・黄信号・赤信号と右折専用信号がある．

・信号の周期は

1

周

130

秒とする．

・シミュレーションの

1

ステップは現実世界の

0.5

秒に対応する．つまり，

1

周期は

260

ステップである．

・シミュレーションにおける１マスは

1.67

メートルに対応する．

・車が右左折する際，横断歩道の手前に車が停車できるスペースが

1

台分ある．

・交差点には，自動車と歩行者のみが存在する．

2

輪車や自転車や大型車は考慮しない．

・ステップ数と信号の状態との対応は表

3.6

と表

3.7

に示すとおりである．

表

3.6 ステップ数と自動車用信号の対応表 3.7 ステップ数と歩行者信号の対応

ステップ数南北方向東西方向ステップ数南北方向東西方向

0

〜

116

青

0

〜

96

青

117

〜

122

黄

97

〜

108

青点滅

123

〜

138

赤＋右矢印

109

〜

144

赤

139

〜

144

赤

145

〜

210

青

145

〜

226

青

211

〜

218

青点滅

227

〜

232

黄

219

〜

259

赤

233

〜

252

赤＋右矢印

253

〜

259

赤

3.2.2

自動車のルール設定

1)

共通ルール

・自動車は定められた出現確率に従って発生する．出現確率の設定は

3.3

節で述べる．

・自動車の速度は，

1

ステップあたりに

1

マス進む速度を

1

マス

/

ステップと表記すると，

1

マス

/

ステップ

(=12km/h)

，

2

マス

/

ステップ

(=24km/h)

，

3

マス

/

ステップ

(36km/h)

と段階的に変化する．最高速度は

3

マス

/

ステップとする．加速は，

3

ステップごとに

1

マス

/

ステップ→

2

マス

/

ステップ→

3

マス

/

ステップと加速し，その様子を図

3.3

に示す．図中の矢印は

1

ステップの間に進む距離を表す．最高速度に達した自動車は，減速の条件を満たさない限り，現在のスピードを維持する．自動車の発進時の加速度は，

3

ステップ

(=1.5

秒

)

に対して

1

マス

/

ステップ

(12km/h)

の加速で

(12)

あるから，加速度は

8km/h

である．

・前方の自動車が停止した場合には，

3

マス

(= 5m)

の間隔をあけて停車する．ここで，

3

マスとした理由は，自動車の車体の長さを約

3.5m

とし，停止時の車間距離を約

1.5m

と仮定したためである．

・自動車は前方

7

マス以内に自動車が存在しない時は加速する．つまり，一度停止した自動車は，前方に停止中の自動車が発進してから，間隔を

8

マス以上あけて発進する．

・前方

14

マス以内に自動車が存在する場合には減速する．

3

マス

/

ステップの速度でこの条件を満たした場合，次のステップでは

2

マス

/

ステップに減速し，次のステップで

1

マス

/

ステップに減速する．その後は，停止の条件を満たさない限り，停止するまで

1

マス

/

ステップで走行する．

14

マスとした理由は，表

3.7

より

40km/h

で走行中の自動車が停止するために必要な距離が

22m

であり，前方を走行中の自動車が急ブレーキを踏んだとき，追突せずに停止できる車間距離であるためである．

・黄信号では減速しない．ただし，赤信号になった瞬間に停止線の手前にいる自動車は減速し，停止する．停止線を越えている車はそのまま交差点を通過する．

・赤信号時は，停止線の手前にいる最初の自動車は停止線の手前

5~10

マスの減速区間では

1

段階減速

(

その時点での速度が

3

マス

/

ステップなら

2

マス

/

ステップに，

2

マス

/

ステップであれば，

1

マス

/

ステップに，

1

マス

/

ステップであれば，減速せずそのまま

)

し，停止線の手前

1~4

マスの範囲で

1

マス

/

ステップにする．その後，停止線上で停止する

(

図

3.4)

．

表

3.7 自動車の停止距離 (単位[m])

自動車の

速度空走距離制動距離停止距離

30km/h 8 6 14

40km/h 11 11 22

50km/h 14 18 32

60km/h 17 27 44

(13)

1

マス

2

マス

3

マス

図

3.3

自動車の加速の様子

停止線

停止線より

5

マス手前

停止線より

10

マス手前停止線より

1

マス手前

停止線より

4

マス手前

1

マス/ステ

ップで進行

減速区間

7

ステップ以降

4〜6

ステップ

1〜3

ステップ

図

3.4

停止線の手前での減速

2)

左折車のルール

・左車線には，左折する自動車と直進する自動車とが，定められた割合で発生する．

左折する自動車の割合の設定は

3.3

節で述べる．

・左折する自動車は交差点の手前から徐々に減速し，交差点内は

1

マス

/

ステップの速度で進む．

・図

3.5

の網掛け部分に歩行者がいる場合は，自動車は横断歩道の手前で停止する．

歩行者がいない場合は停止せずに進む．自動車と歩行者が接触しないように十分な余裕をもたせるために，図

3.5

の網掛け部分は

5

マスに設定した．

・左折後の横断歩道の手前には自動車が

1

台停止できるスペースがある．つまり，先頭の左折車が横断歩道の手前で停車している場合には，直後の自動車が直進であれば，左折待ちの自動車を回避して直進できる

(

図

3.6

，図

3.7)

．

・自動車が左車線に行列を作っているとき，左車線にいる直進する自動車は，中央車線の前方

2

マス，後方

14

マスの範囲に自動車がいない場合であれば，車線を変更し，中央車線へ移動することができる

(

図

3.8)

．

(14)

図

3.5

歩行者が左折車の通行に影響を与える範囲

2

マス

2

マス

3

マス自動車

南から来る歩行者が，左折車の通行に影響する範囲

(南北方向に 5

マス) 北から来る歩行者が左折車の通行に影響する範囲(南北方向に

5

マス)

歩行者自動車直進車は通過できる歩行者がいるた

め停止

図

3.6

左折待ちの自動車と後続の直進車の回避

(15)

図

3.7

左車線の直進車の動き歩行者がいるた

め停止

左折車

歩行者自動車歩行者自動車

左折待ち

2

マス

14

マス

中央車線のうち，この範囲に直進車がいなければ車線変更可能.

直進車は，前方が空くまで直進は不可．

ただし，中央車線が空いていれば車線変更して直進することが可能（図

3.6）．

図

3.8

車線変更の条件

3)

右折車のルール

・右折する自動車は交差点の手前から徐々に減速し，交差点内に

1

マス

/

ステップの速度で進入する．途中で斜め

45

度方向に向きを変え，縦

1

マス，横

1

マスの速度

(1.41

マス

/

ステップ

)

で進む．

(16)

・対向の左車線と中央車線が，両車線とも

12

マス以上あいて，その間を右折することが可能な状態になったときは，右折する

(

図

3.9)

．ここで，

12

マスとした理由は，

本モデルの最高速度で対向車が走行しているときも，十分な余裕をもって右折できる値であるためである．

・横断歩道に歩行者がいる場合には，

1

台のみ横断歩道の手前のスペースに停止することが可能である

(

図

3.10)

．

12

マス以上開いていれば右折可

対向車

2

マス

3

マス

2

マス

北から来る歩行者が右折車の通行に影響する範囲(南北方向に

5

マス)

南から来る歩行者が右折車の通行に影響する範囲(南北方向に

5

マス)

自動車

図

3.9

右折できる条件

歩行者自動車横断歩道手前で停車し

ている自動車がいる場合はここで待機

歩行者がいる場合この場所で停止可能

図

3.10

右折車の停止位置

(17)

3.2.3

歩行者のルール設定

・歩行者は定められた出現確率に従って発生する．出現確率の設定は

3.3

節で述べる．

・歩行者は，ランダムで横断歩道の手前に

5

列に発生する．偏りが生じる場合があるが，偏りを考慮しない．

・前方の歩行者との距離が

1

マス

(=1.67m)

以上開いた後，横断を開始する．

・青信号が点滅したら，横断歩道上をすでに歩いている歩行者以外は，横断しない．

・歩行者の年齢・性別などの属性は考慮せず，どの歩行者も等しい速度で横断する．

・歩行者の速度は

0.3

マス

/

ステップ

(=3.6km/h)

とする．一般的な歩行速度が約

4km/h

であるためである．

・歩行者同士がぶつかるなどの干渉は考慮しない．よって，歩行者の人数が多い場合でも，歩行者の速度に影響しない．

3.3

シミュレーションの実行

本節では，大手町交差点の実測によって得られたデータを用いて実験を行う．

3.3.1

シミュレーションに用いるデータ

実測で得られたデータは，

19

周期分

(= 19

×

130[

秒

] = 2470[

秒

])

の自動車の通過台数および歩行者の人数である．データから自動車および歩行者の

1

ステップあたりの出現確率を求める．

シミュレーションでは

1

秒が

2

ステップに対応しているため，

19

周期は

4940

ステップである．よって，各車線の累計の通過台数を

4940

ステップで割ると，

1

ステップあたりの自動車の出現確率を得る．この結果を表

3.9

に示す．同様に歩行者の交通データから歩行者の出現確率を求め，表

3.10

に示す．また，左車線を走行する自動車のうち左折する台数の割合

(

左折率

)

を求め，表

3.11

に示す．算出した値を用いて

MAS

でシミュレーションを行う．

表

3.9

1

ステップあたりの自動車の出現確率方向左車線中央車線右車線

南→北

0.0316 0.0686 0.0154

北→南

0.0263 0.0615 0.0174

西→東

0.0146 0.0419 0.0091

東→西

0.0148 0.0575 0.0172

(18)

表

3.10 1

ステップあたりの歩行者の出現確率位置方向人数出現確率

南→北

300 0.0607

西側北→南

254 0.0514

南→北

197 0.0399

東側北→南

173 0.0350

西→東

117 0.0237

北側東→西

126 0.0255

西→東

78 0.0158

南側東→西

98 0.0198

表

3.11

左車線の左折割合

方向左折直進左折割合

南→北

134 22 0.859

北→南

103 27 0.792

西→東

62 10 0.861

東→西

51 22 0.699

3.3.2

信号

1

周期あたりの交通量の計測方法

1

周期あたりに交差点を通過する自動車の台数を求める．これを交通量と呼ぶこととする．また，交差点の通過は，停止線を越えることと定義する．自動車を計測する場所は図

3.11

の画面外の長方形の部分とした．

例として，

5

周期目の交通量を求める．

5

周期目の始まる瞬間

(

とおく

)

から計測を開始し，

5

周期目が終わる瞬間

(

とおく

)

までの通過台数を求める際，に図

3.8

の網掛け部分に存在する自動車は

4

周期目に通過した自動車である．また，に図の網掛け部分に存在する自動車は

5

周期目に交差点を通過したが，通過台数として計測されていない．よって，

5

周期目の通過台数は，

5 ,

t s 5

,

t e t _s _, ₅

5 ,

t e

( ) ( )

( )

(

^{に網掛け部分に残った}^{に網掛け部分に残った}^台数^台数

)

る部分を通過した台数周期目の時間に計測す

周期目の通過台数

5 ,

5 5

s e

t t

− +

=

となる．

(19)

この部分で自動車の通過台数を計測する

図

3.11

通過台数の計測地点

3.3.3

実行結果

MAS

によるシミュレーションの様子を図

3.12

から図

3.16

に示す．

図

3.12

は

STEP= 0

のときの交差点の様子である．すなわち，南北方向の信号が赤か

ら青に切り替わった瞬間の交差点の様子である．

図

3.13

は，

STEP= 80

のときの交差点の様子であり，南北方向の信号が青の状態で

ある．東側の横断歩道を渡る歩行者の影響で，南側から来る右折車と，北側から来る左折車が横断歩道の手前で停止する．

図

3.14

は，

STEP= 130

のときの交差点の様子であり，南北方向に右折専用信号が点灯している．南側から来る右折車と，北側から来る右折車がそれぞれ右折専用信号の点灯に従って右折する．

図

3.15

は，

STEP= 165

のときの交差点の様子であり，東西方向の信号が青の状態である．東側から来る右折車は，対向の西側から来る直進車の影響により，交差点内で停止している．

図

3.16

は，

STEP= 235

のときの交差点の様子であり，東西方向の右折専用信号が点灯している．東側から来る右折車と，西側から来る右折車が右折専用信号に従って右折する．このあと，

STEP= 259

まで進むと，再び

STEP= 0

となり，南北方向が再び青となる．

(20)

図

3.12

シミュレーションの様子

(STEP= 0)

図

3.13 (STEP= 80)

(21)

図

3.14 (STEP= 130)

図

3.15 (STEP= 165)

(22)

図

3.16 (STEP= 235)

1

周期の間に通過する自動車の台数を

30

周期分計測し，結果を表

3.12

に示す．また，

各車線の自動車の待ち台数の推移を表

3.13

に示す．南→北の左車線の混雑が激しく，

自動車の待ち台数は徐々に増加し，発散する．また，北→南の左車線と東→西の中央車線は，待ち台数がゆるやかに増加しており，これらの車線の自動車は

1

回の信号で通過することができない．それ以外の車線では，待ち行列はほとんど発生しない．また，歩行者の横断人数を表

3.14

に示す．

(23)

表

3.12

1

周期の間に通過できる自動車の台数

(

単位

[

台

])

南→北北→南西→東東→西

左折直進右折左折直進右折左折直進右折左折直進右折計

1

周目

5 18 6 4 21 5 4 12 4 0 14 3 96

2

周目

6 20 0 5 13 5 3 8 7 4 8 5 84

3

周目

3 22 2 6 19 4 6 15 1 2 14 2 96

4

周目

7 21 1 5 12 4 3 10 2 3 16 6 90

5

周目

3 15 6 2 16 4 5 14 2 2 17 6 92

6

周目

5 16 3 3 19 5 4 9 2 4 16 5 91

7

周目

6 14 2 5 20 4 4 9 1 6 17 8 96

8

周目

3 11 4 7 20 4 3 15 2 3 14 3 89

9

周目

7 11 3 5 15 6 3 10 3 3 15 4 85

10

周目

5 19 3 4 19 5 3 7 3 5 14 5 92

11

周目

6 22 5 5 15 2 1 9 2 3 16 3 89

12

周目

9 16 5 3 16 2 4 6 0 4 14 5 84

13

周目

5 19 4 5 19 6 5 14 2 3 16 3 101

14

周目

5 15 6 5 13 5 2 17 3 5 14 4 94

15

周目

4 23 3 4 21 2 4 11 2 4 17 5 100

16

周目

4 13 3 5 21 7 5 14 3 3 18 5 101

17

周目

4 12 5 6 16 6 0 15 2 3 15 3 87

18

周目

5 20 4 7 10 4 1 8 2 1 15 7 84

19

周目

3 20 4 5 18 4 3 9 2 2 15 7 92

20

周目

4 21 6 3 19 4 3 10 2 4 15 7 98

21

周目

4 21 4 5 21 3 5 11 3 2 15 6 100

22

周目

3 14 3 4 20 3 4 14 2 2 15 3 87

23

周目

3 16 4 5 17 3 4 16 2 2 15 4 91

24

周目

7 18 4 7 19 2 3 15 3 2 14 1 95

25

周目

5 21 5 7 16 4 7 13 2 0 15 3 98

26

周目

7 21 2 5 19 4 3 15 4 2 16 5 103

27

周目

3 21 4 5 19 4 5 8 3 1 16 7 96

28

周目

3 16 3 5 16 4 5 15 2 2 15 3 89

29

周目

3 17 3 7 13 5 2 12 2 5 17 7 93

30

周目

5 17 5 7 20 5 2 11 0 5 15 2 94

平均

4.7 17.7 3.7 5.0 17.4 4.2 3.5 11.7 2.3 2.9 15.1 4.6 92.9

分散

2.5 12.0 2.2 1.8 9.1 1.6 2.3 9.3 1.6 2.2 3.0 3.3 29.8

(24)

表

3.13

各車線における自動車の待ち台数の推移

(

単位

[

台

])

左中央右左中央右左中央右左中央右

1

周目

7 8 0 6 9 4 3 9 2 0 9 1

2

周目

6 10 0 8 9 3 3 5 3 3 5 2

3

周目

10 10 1 7 6 3 6 9 0 1 11 2

4

周目

6 7 3 2 6 6 5 5 2 2 15 3

5

周目

14 5 2 6 8 4 2 10 1 3 15 2

6

周目

17 6 2 7 8 3 5 8 0 6 11 9

7

周目

22 4 1 6 12 4 1 6 1 4 15 4

8

周目

26 6 2 2 11 3 6 11 3 3 16 0

9

周目

32 12 1 9 9 3 3 3 1 2 19 4

10

周目

33 9 3 14 9 0 3 3 0 5 25 2

11

周目

40 12 3 13 10 1 1 4 2 4 26 1

12

周目

35 9 7 18 12 1 1 4 0 3 22 3

13

周目

40 8 7 22 11 5 4 7 1 3 21 2

14

周目

43 13 4 24 15 1 4 9 1 8 21 4

15

周目

45 7 7 30 14 3 5 6 3 8 27 5

16

周目

47 6 11 31 11 3 3 9 3 6 33 2

17

周目

52 10 8 29 2 2 0 10 1 4 39 2

18

周目

54 21 7 28 11 1 1 6 2 1 37 7

19

周目

56 11 6 25 13 3 2 5 1 3 35 3

20

周目

64 12 3 30 16 3 1 7 1 4 34 8

21

周目

68 8 2 30 15 2 5 8 2 2 37 4

22

周目

75 9 2 28 12 1 4 8 2 1 33 3

23

周目

78 13 4 28 10 0 3 16 2 3 34 1

24

周目

83 18 1 22 7 3 7 8 1 1 35 0

25

周目

89 14 0 16 14 3 8 7 1 0 36 3

26

周目

92 8 2 16 10 1 6 11 2 3 32 3

27

周目

91 14 2 20 5 2 5 6 2 2 31 2

28

周目

95 10 1 16 7 2 3 11 1 1 30 3

29

周目

103 8 2 21 8 3 1 7 1 6 29 3

30

周目

100 11 1 21 7 3 2 6 0 5 36 1

(25)

表

3.14

1

周期の間に横断する歩行者数

(

単位

[

人

])

西側東側北側南側

南→北北→南南→北北→南西→東東→西西→東東→西

1

周目

20 16 10 7 9 7 3 5

2

周目

15 11 14 13 4 5 5 8

3

周目

16 14 10 11 4 5 2 8

4

周目

15 16 14 5 3 5 4 1

5

周目

23 15 10 7 4 9 4 7

6

周目

16 15 14 13 7 9 4 9

7

周目

20 9 12 12 8 10 6 6

8

周目

17 19 9 7 4 5 4 3

9

周目

12 13 18 11 7 8 2 8

10

周目

14 17 8 10 5 3 3 8

11

周目

15 11 8 16 6 6 4 7

12

周目

9 13 16 7 5 5 2 5

13

周目

14 15 12 11 5 10 4 5

14

周目

11 12 16 7 7 6 3 7

15

周目

11 16 15 10 6 8 3 8

16

周目

24 15 10 7 4 2 4 1

17

周目

16 15 11 12 9 10 8 4

18

周目

14 18 6 7 5 5 7 6

19

周目

24 13 6 10 11 5 2 5

20

周目

13 12 11 12 5 7 4 8

21

周目

15 12 9 7 4 2 4 7

22

周目

18 14 9 15 9 6 2 3

23

周目

13 15 8 10 5 5 3 3

24

周目

8 13 8 5 6 5 0 4

25

周目

22 9 8 6 7 6 5 5

26

周目

20 5 14 7 8 11 2 7

27

周目

9 15 4 8 4 7 6 7

28

周目

24 15 9 7 5 8 4 6

29

周目

15 10 6 4 7 5 2 5

30

周目

15 8 12 10 6 5 5 5

平均

15.9 13.4 10.6 9.1 6.0 6.3 3.7 5.7

分散

20.5 9.5 11.6 9.2 3.8 5.3 2.8 4.4

(26)

４章異なる条件下における交通量

3

章では，実際のデータに基づいてシミュレーションを行った．本章では，歩行者の到着頻度を変化させてシミュレーションを行い，歩行者の横断が自動車の交通容量に与える影響を調べ，考察する．また，交差点や自動車のルールを変更した際の交通量の変化を調べる．さらに，従来の交通容量の計算法との比較を行う．

4.1

歩行者の出現確率の変化による交通量の変化

本節では，歩行者の出現確率を変化させてシミュレーションを行い，

1

周期の間に通過する自動車の台数をそれぞれ計測した．

歩行者の出現確率が

0

の場合，通常の

3

倍の場合，通常の

5

倍の場合について

30

回ずつシミュレーションを行った．このとき，

1

周期の間に出現する歩行者の人数の平均を表

4.1

1

周期の間に通過した自動車の台数の平均と分散を表

4.2

と表

4.3

に示す．

表

4.2

より，南北方向の左折車は，歩行者の出現確率の増減によって大きな影響を受ける．歩行者の数が増加すると，さらに通過台数が減少するため，待ち行列の長さはより速い速度で長くなる．一方，東西方向の左折車に関しては，歩行者の影響はほとんど無い．東西方向は，南北方向と比較して，左折車の出現確率が低く，左折車の通過台数は出現確率に依存しているためであると推測される．また，右折車はすべての方向でほとんど影響を受けていない．データは直進車の数が非常に多く，右折車は，対向の直進車の影響を受け，横断歩道の歩行者の数の増減にはほとんど影響されないと推測される．

仮に，対向の直進車の数が少なければ，右折車の通過台数は，歩行者の横断に影響を受けると推測される．

表

4.3

に，自動車の通過台数の分散を示す．表

4.3

より，歩行者の出現確率が高くなるにつれて，左折と右折について分散の値が小さくなる傾向にある．横断歩道を渡る歩行者が多くなると，歩行者の隙間を通って右左折する自動車は減少する．そのため，右左折できる自動車は，信号が赤に切り替わる際に停止線を越えている左折の自動車と，

右折専用信号が点灯中の右折車にほぼ限られる．よって，

1

周期間の通過台数は，ほぼ定数に近い値をとると推測される．この場合，自動車は信号が

1

回の信号で渡ることができなくなり，その結果，待ち行列は長くなる．

(27)

表

4.1 1

周期の間に出現する歩行者数の平均

(

単位

[

人

])

西側東側北側南側

歩行者の出

現確率南→北北→南南→北北→南西→東東→西西→東東→西計通常

15.9 13.4 10.6 9.1 6.0 6.3 3.7 5.7 70.7 3

倍

47.6 40.4 31.3 28.3 17.7 20.2 11.2 15.9 212.5 5

倍

78.5 66.3 51.0 46.0 30.0 33.1 19.7 24.0 348.7

表

4.2

歩行者の出現確率を変化させたときの自動車の平均通過台数南→北北→南西→東東→西歩行者の出現

確率左折直進右折左折直進右折左折直進右折左折直進右折計なし

6.8 17.7 4.1 6.0 17.7 4.2 2.3 11.3 2.5 2.4 15.0 4.3 94.2

通常

4.7 17.7 3.7 5.0 17.4 4.2 3.5 11.7 2.3 2.9 15.1 4.6 92.9 3

倍

3.0 18.8 3.6 3.0 17.9 3.6 2.8 11.5 2.4 2.5 15.1 4.0 88.2 5

倍

3.0 18.7 3.7 2.9 18.2 3.8 2.6 10.7 1.9 2.5 13.6 4.2 85.7

表

4.3

歩行者の出現確率を変化させたときの自動車の通過台数の分散南→北北→南西→東東→西歩行者の出現

確率左折直進右折左折直進右折左折直進右折左折直進右折全体なし

7.5 10.7 2.5 3.3 13.7 3.8 2.4 10.8 1.7 1.9 2.4 5.3 63.6

通常

2.5 12.0 2.2 1.8 9.1 1.6 2.3 9.3 1.6 2.2 3.0 3.3 29.8 3

倍

0.1 10.4 1.6 0.1 16.9 1.7 0.7 5.4 1.6 1.1 2.1 3.1 24.6 5

倍

0 13.2 1.3 0.1 12.6 0.8 1.1 4.2 1.4 1.3 5.8 1.7 49.1

4.2

ルールを変更した場合の交通量の変化

交差点の設定やエージェントのルールを変更した場合に，交通量がどの程度変化するかをシミュレーションを行い，考察する．

4.2.1

車線変更を禁止にした場合

現在のモデルでは，左車線の直進自動車が，中央車線に車線変更することが可能であった．本項では，左車線から中央車線に移る行動を禁止して、シミュレーションを行った．この条件下において，1 周期あたりに通過できる平均台数を表

4.4

分散を表

4.5

に示す．

表

4.4

より，車線変更を禁止すると，南北方向において左折車の通過台数が減少する

(28)

ことがわかる．左車線にいる直進車が中央車線に移動できないために，左車線が混雑するためである．東西方向については，左車線における自動車の出現確率が低いため，ほとんど影響が無いといえる．

表

4.4

車線変更禁止の場合の平均通過台数

ルール左折直進右折左折直進右折左折直進右折左折直進右折計通常

4.7 17.7 3.7 5.0 17.4 4.2 3.5 11.7 2.3 2.9 15.1 4.6 92.9

車線変更禁止

3.9 19.3 3.8 3.9 17.7 3.5 3.1 10.1 2.2 2.7 14.7 4.3 89.2

表

4.5

車線変更禁止の場合の通過台数の分散

南→北北→南西→東東→西ルール

左折直進右折左折直進右折左折直進右折左折直進右折全体通常

2.5 12.0 2.2 1.8 9.1 1.6 2.3 9.3 1.6 2.2 3.0 3.3 29.8

車線変更禁止

1.5 6.2 2.2 3.1 11.7 1.4 2.2 10.0 1.2 2.6 2.6 3.8 49.9

4.2.2

右左折における横断歩道手前のスペースが無い場合

右左折の際に横断歩道の手前で自動車が停止できるスペースが無い場合のシミュレーションを行う．このルールでは，左折車が横断歩道の手前で停止している場合，その直後の自動車は，たとえ直進をしようとする場合でも，中央車線に車線変更が不可能な場合は，停止している自動車を追い抜くことはできない．また，右折車は対向の直進車と，横断歩道の歩行者の両方について右折条件を同時に満たす場合のみ右折することができる．このとき，右折車は，横断歩道に到達するまで時間がかかるため，歩行者が右折車に影響する範囲を広げる必要がある．図

4.1

は，自動車が右折できる条件を示す．

表

4.6

に，この条件での

1

周期あたりに通過できる平均台数を示し，表

4.7

に分散を示す．

表

4.6

より，南北方向の右折車の通過台数が減少する．右折するためには，対向の直進車の条件と歩行者の条件との

2

つの条件を満たさなくてはならないことや，歩行者が影響する範囲が広がることが大きく影響しているといえる．北→南の右折では，

1

周期の通過台数が激しく減少する．右折後の西側の横断歩道は最も人が多く，ルールの変更によって，通常の青信号ではほとんど右折できなくなるためである．一方，西→東の右折車は，ほとんど影響を受けていない．西→東は，右折車の出現確率が低く，右折台数は出現確率に依存する．さらに対向の直進車が多く，右折専用信号の点灯時以外は，ほとんど右折できない．したがって，西→東は，停車スペースの有無に関するルールの変更に対してほとんど影響を受けない．

(29)

表

4.6

横断歩道手前の停車スペースが無い場合の平均通過台数南→北北→南西→東東→西

ルール左折直進右折左折直進右折左折直進右折左折直進右折計通常

4.7 17.7 3.7 5.0 17.4 4.2 3.5 11.7 2.3 2.9 15.1 4.6 92.9

スペース無し

4.3 19.1 3.4 4.8 17.5 3.0 3.1 11.3 2.3 2.7 14.7 4.1 90.2

表

4.7

横断歩道手前の停車スペースが無い場合の通過台数の分散南→北北→南西→東東→西ルール

左折直進右折左折直進右折左折直進右折左折直進右折全体通常

2.5 12.0 2.2 1.8 9.1 1.6 2.3 9.3 1.6 2.2 3.0 3.3 29.8

スペース無し

1.7 8.0 1.7 1.8 11.3 1.5 2.2 7.0 1.4 3.0 3.5 1.8 46.9

12

マス以上開いていれば右折可

南から来る歩行者が右折車の通行に影響する範囲(南北方向に

7

マス)

対向車

自動車

4

マス

4

マス

3

マス

北から来る歩行者が右折車の通行に影響する範囲(南北方向に

7

マス)

図

4.1

右折できる条件

マルチエージェントモデルを用いた 交差点のシミュレーション

00D8101029K

2004

3

1

2 2.1

2 2.2

MAS

2

4 3.1

4 3.1.1

4 3.1.2

4 3.1.3

6 3.2

8 3.2.1

8 3.2.2

8 3.2.3

14 3.3

14 3.3.1

14 3.3.2

1

15 3.3.3

16

23 4.1

23 4.2

24 4.2.1

24 4.2.2

25 4.3

27

30

31

31

1

[1]

2.1

[2]

2.2

MAS

(MAS)

MAS

Microsoft

VisualBasic

MAS

1

Agt_Init

Agt_Step

2.1

_CreateAgent

0

1

_KillAgent

_CollectAround

x

y

2.1

_CollectAround

1

0

0

1

0

1

2

2.1

_CountCollection

_CollectAround

_CountCollection

_GetCountStep

2.1

MAS

_CreateAgent

_KillAgent

_CollectAround

_CountCollection

_GetCountStep

3 3 3 3 3 3 3

3 2 2 2 2 2 3

3 2 1 1 1 2 3

3 2 1 0 1 2 3

3 2 1 1 1 2 3

マルチエージェントモデルを用いた交差点のシミュレーション