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

南山大学大学院

博士（数理科学）論文

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

平成 29 年 1 月 26 日

岩岡 浩一郎

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－ 目 次 －

第 1 章 序 論 ... 1 1.1 背 景 ... 1 1.2 研 究 目 的 と 概 要 ... 3 1.3 先 行 研 究 ... 5 1.4 論 文 構 成 ... 6 第 2 章 交 通 信 号 制 御 の 基 礎 事 項 ... 8 2.1 交 通 管 制 シ ス テ ム ... 8 2.2 基 本 要 素 ... 15 2.3 制 御 方 式 の 分 類 ... 21 2.4 設 計 手 順 と 考 え 方 ... 22 2.5 一 般 的 な 交 通 信 号 制 御 方 式 ... 39 第 3 章 流 入 路 別 信 号 現 示 の 導 入 ... 48 3.1 は じ め に ... 48 3.2 信 号 現 示 ... 48 3.3 適 用 事 例 １ ... 51 3.4 適 用 事 例 ２ ... 56 3.5 ま と め ... 60 第 4 章 一 括 最 適 化 制 御 の 展 開 と 応 用 ... 62 4.1 は じ め に ... 62 4.2 制 御 方 式 の 概 要 と 実 運 用 化 ... 62 4.3 ア ッ プ リ ン ク 活 用 ... 72 4.4 車 両 感 知 器 の 低 減 ... 85 4.5 ま と め ... 92 第 5 章 車 両 感 知 器 の 故 障 検 知 ... 93 5.1 は じ め に ... 93 5.2 車 両 感 知 器 の 故 障 検 出 手 法 ... 93 5.3 一 般 道 に お け る 車 両 感 知 器 の 類 型 化 ... 94 5.4 一 般 道 に お け る 故 障 検 出 手 法 ... 98 5.5 ま と め ... 102 第 6 章 オ フ ラ イ ン 信 号 制 御 の 改 善 ... 103 6.1 は じ め に ... 103 6.2 オ フ ラ イ ン 信 号 制 御 ... 103 6.3 プ ロ ー ブ デ ー タ を 用 い た 制 御 パ ラ メ ー タ 算 出 ... 104 6.4 フ ィ ー ル ド 実 験 ... 106 6.5 ま と め ... 110 第 7 章 結 論 と 将 来 展 望 ... 111 7.1 本 研 究 の 結 論 ... 111 7.2 本 研 究 の 課 題 と 展 望 ... 112

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図目次

1.1 交通信号制御における課題と研究内容 ... 3 1.2 本研究の構成 ... 7 2.1 交通管制センターのネットワーク構成 ... 8 2.2 交通管制システムの構成 ... 9 2.3 超音波式感知器の概要 ... 10 2.4 速度算出の概要 ... 11 2.5 交通情報板の例 ... 13 2.6 プローブデータ活用のシステムイメージ ... 14 2.7 光ビーコンから取得されるプローブデータ ... 15 2.8 信号現示の例 ... 16 2.9 一般的な信号灯器配置と現示階梯図 ... 16 2.10 サイクル長とスプリット ... 17 2.11 相対オフセットの例 ... 17 2.12 現示と需要率の例 ... 18 2.13 信号による待ち行列と遅れ時間... 19 2.14 信号表示案の設計手順 ... 23 2.15 時差式信号現示の例 ... 27 2.16 右折専用現示の例 ... 27 2.17 スクランブル現示の例 ... 28 2.18 歩車分離式信号制御の例 ... 29 2.19 サイクル長と系統リンクの遅れとの関係 ... 37 2.20 スルーバンド（通過帯幅）の例... 39 2.21 交通順応制御の概要 ... 39 2.22 サブエリアの構成例 ... 40 2.23 交通状態量の算出イメージ ... 41 2.24 パターン制御の制御パラメータ決定フロー ... 41 2.25 サイクル長選択対応図 ... 42 2.26 スプリット選択対応図 ... 43 2.27 オフセット選択対応図 ... 44 2.28 負荷率算出イメージと車両感知器配置 ... 45 2.29 MODERATO 制御の制御パラメータ決定フロー ... 46 3.1 DR 動作メカニズム ... 49 3.2 DR における階梯図イメージ ... 49 3.3 流入路別信号現示の例（全流入路適用） ... 50 3.4 流入路別信号現示の例（一部流入路適用） ... 50 3.5 流入路内の車線運用例 ... 50 3.6 対象交差点 ... 51 3.7 信号現示（現状） ... 51 3.8 車線構成（現状） ... 52 3.9 信号現示変更案 ... 52 3.10 車線構成変更案... 53 3.11 渋滞長時間比較（終日） ... 54 3.12 渋滞長時間比較（時間帯） ... 54 3.13 人身事故件数 ... 55 3.14 対象交差点 ... 56 3.15 車線構成（現状） ... 56

iii 3.16 信号現示（現状） ... 57 3.17 信号現示変更案... 58 3.18 渋滞長時間比較（終日） ... 59 3.19 渋滞長時間比較（時間帯） ... 59 3.20 人身事故件数 ... 60 4.1 数値列モデルイメージ ... 63 4.2 実システムでの処理概要 ... 63 4.3 交通流算出イメージ ... 64 4.4 過飽和時の処理イメージ ... 65 4.5 各手法の計算結果および平均値比較 ... 67 4.6 変異点数推計概要 ... 69 4.7 変異点数が固定値(10)の場合における収束状況... 69 4.8 変異点数がMest(k)の場合における収束状況 ... 70 4.9 評価値の分布 ... 70 4.10 対象路線 ... 71 4.11 旅行時間比較 ... 71 4.12 曜日別アップリンク収集状況 ... 73 4.13 アップリンク率分布 ... 73 4.14 対象交差点および交差点分岐率... 74 4.15 プローブ車両台数の分布 ... 74 4.16 プローブデータによる交差点分岐率推計 ... 75 4.17 対象交差点概要および交差点分岐率推計結果 ... 76 4.18 対象路線 ... 77 4.19 サブエリア構成... 77 4.20 荏田高校入口交差点分岐率 ... 78 4.21 平台交差点分岐率 ... 79 4.22 大塚原交差点分岐率 ... 79 4.23 向原交差点分岐率 ... 80 4.24 交差点分岐率相関図 ... 80 4.25 評価対象（リンク・車両感知器） ... 81 4.26 渋滞長時間の評価（方向別・時間帯別） ... 82 4.27 交通量比較 ... 82 4.28 制御パラメータ比較（葛ヶ谷公園西） ... 83 4.29 制御パラメータ比較（平台） ... 83 4.30 制御パラメータ比較（平台中央） ... 83 4.31 サブエリア構成（事前・事後 1） ... 84 4.32 サブエリア構成（事後 2） ... 84 4.33 車両感知器数評価用ネットワーク ... 85 4.34 パターン制御方式における車両感知器配置 ... 86 4.35 MODERATO 制御における車両感知器配置 ... 87 4.36 一括最適化制御における車両感知器配置 ... 87 4.37 シミュレーション対象ネットワーク ... 88 4.38 再現性検証地点... 89 4.39 再現性検証結果(1) ... 89 4.40 再現性検証結果(2) ... 90 4.41 信号制御実験システム ... 90 4.42 シミュレーション結果(1) ... 91 4.43 シミュレーション結果(2) ... 91 5.1 車両感知器データ（5 分間隔）の例 ... 94

iv 5.2 単位時間データの例（1 日分，288 時点） ... 95 5.3 集約車両感知器情報の例（1 日分，5 時点） ... 95 5.4 集約車両感知器情報の例（1 ヵ月分，155 時点） ... 95 5.5 調査対象箇所 ... 96 5.6 対象箇所における集約感知器情報 ... 97 5.7 故障検出領域の定義 ... 98 5.8 処理フロー（方式 1） ... 99 5.9 故障が想定される地点の集約感知器情報 ... 101 5.10 保守対応後の集約車両感知情報... 102 6.1 系統多段のグループ ... 103 6.2 グループにおける総遅れ時間算出例 ... 104 6.3 スプリット指標およびオフセット指標の算出例 ... 105 6.4 データセット構造およびクラスタリングイメージ ... 106 6.5 制御パラメータおよび時限表の計算例 ... 106 6.6 対象路線図 ... 107 6.7 再現性検証結果 ... 107 6.8 サイクル長指標の算出結果 ... 108 6.9 スプリット指標とオフセット指標の算出結果（グループ 1） ... 108 6.10 スプリット指標とオフセット指標の算出結果（グループ 2） ... 108 6.11 算出された制御パラメータの例 ... 109 6.12 制御効果の比較... 110

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表目次

2.1 交通管制センターの種類 ... 8 2.2 光学式車両感知器の通信諸元 ... 12 2.3 信号交差点の飽和交通流率の基本値 ... 31 2.4 飽和交通流率に影響を及ぼす要因 ... 31 2.5 左折車混入による補正率

α

_LT ... 34 2.6 平等オフセット方式における基本オフセット ... 38 2.7 サイクル選択の判定表 ... 42 2.8 スプリット選択の判定表 ... 43 2.9 オフセット選択の判定表 ... 44 3.1 交通状況 ... 52 3.2 交差点需要率の比較 ... 53 3.3 制御パラメータの比較 ... 55 3.4 交通状況 ... 57 3.5 交差点需要率の比較 ... 58 3.6 信号制御パラメータの比較 ... 59 4.1 データ数の比較 ... 78 4.2 調整後データとの比較 ... 81 4.3 パターン制御方式の車両感知器配置基準 ... 86 4.4 MODERATO 制御の車両感知器配置基準 ... 86 4.5 一括最適化制御の車両感知器配置基準 ... 87 4.6 必要な感知器数 ... 88 5.1 集約時間帯 ... 94 5.2 分類条件 ... 96 5.3 方式 2-A における設定 ... 99 5.4 方式 2-B における設定 ... 100 5.5 判別結果の精度 ... 100 5.6 最良結果算出時の各手法の設定 ... 101 6.1 時限表の算出結果 ... 109

第1章

序論

1.1 背景

我 が 国 を 含 め た 先 進 各 国 は 戦 後 70 年 が 経 過 し ， 高 度 の 成 熟 社 会 を 迎 え よ う と し て い る ． 特 に 我 が 国 で は ，戦 後 の 急 速 な 復 興 と そ の 後 の 高 度 経 済 成 長 期 に よ り 社 会 は 爆 発 的 に 発 展 し て き た ． し か し ， 1990 年 代 前 半 の バ ブ ル 崩 壊 後 ， マ イ ナ ス 成 長 か ら の 脱 却 に 追 わ れ た 「 失 わ れ た 20 年 」 が 経 過 し ， 成 長 を 前 提 に し て い た 様 々 な 社 会 の 仕 組 み に 歪 み が 生 じ て い る ． 特 に ， 人 口 構 成 の 高 齢 化 は 急 速 に 進 行 し て い く こ と が 確 実 視 さ れ て い る ．こ れ は 就 労 人 口 の 低 下 に 直 結 し て 国 全 体 の 活 力 低 下 に つ な が り 兼 ね な い た め ，国 の 方 策 を 含 め て 社 会 全 体 で の 対 応 が 必 要 で あ る ．こ の よ う な 情 勢 の も と ，社 会 活 動 を 下 支 え す る 社 会 イ ン フ ラ は 多 く の も の が 公 共 事 業 と し て 整 備 お よ び 運 用 さ れ て い る が ，社 会 情 勢 の 影 響 を 直 接 的 に 受 け る た め に ，水 道 や 道 路 と い っ た ハ ー ド ウ ェ ア だ け で な く 交 通 管 制 シ ス テ ム を は じ め と し て 各 種 シ ス テ ム も 難 し い 局 面 を 迎 え て い る ．戦 後 の 高 度 成 長 期 に お け る 社 会 の 発 展 と と も に 社 会 イ ン フ ラ は 急 速 な 拡 大 を 続 け て き た ．バ ブ ル 崩 壊 後 も 経 済 対 策 と し て 公 共 事 業 費 は 拡 大 し ，そ の 受 け 皿 と し て 社 会 イ ン フ ラ シ ス テ ム へ の 投 資 も 継 続 さ れ た ． し か し ， 2001 年 に 発 足 し た 小 泉 内 閣 以 降 は 大 幅 な 公 共 事 業 費 の 削 減 が 実 施 さ れ る よ う に な り ， 現 在 は 2000 年 に お け る 予 算 の 半 額 程 度 と な っ て い る ． こ の よ う に ， 社 会 イ ン フ ラ シ ス テ ム は 拡 大 か ら 抑 制 に 転 換 し た 時 点 か ら 約 15 年 が 経 過 し ， 拡 大 期 に 整 備 し た も の が 更 新 時 期 を 迎 え て い る が ，国 や 都 道 府 県 で の 予 算 逼 迫 に よ り 当 時 と 同 じ 規 模 で の 更 新 が 不 可 能 な 状 態 と な っ て い る ．サ ー ビ ス レ ベ ル を 維 持 し た ま ま シ ス テ ム の 規 模 を 縮 小 化 で き な い の か ，そ れ が で き な い 場 合 は ど こ ま で サ ー ビ ス レ ベ ル を 低 下 さ せ る こ と が 許 容 で き る の か 等 ， 現 在 の 予 算 状 況 で の サ ス テ ィ ナ ビ リ テ ィ を 確 立 す る こ と が 急 務 と な っ て い る ． 交 通 管 制 シ ス テ ム は 1970 年 代 前 半 よ り 整 備 が 開 始 さ れ ， 社 会 イ ン フ ラ シ ス テ ム と し て 重 要 な 役 割 を 担 っ て き た ．そ の 役 割 は 過 密 化 し た 道 路 交 通 を 適 切 に 配 分・誘 導 す る こ と で あ り ，交 通 流 動 を 適 正 化 す る「 信 号 制 御 」と 交 通 量 の 平 準 化 を 促 す「 情 報 提 供 」と い う 二 つ の 機 能 に よ り 構 成 さ れ て い る [1]．1990 年 代 以 降 は ，情 報 通 信 技 術 を 活 用 し た ITS（ Intelligent Transport Systems： 高 度 道 路 交 通 シ ス テ ム ）を 積 極 的 に 導 入 す る こ と で 高 度 化 を 図 っ て き た ．国 （ 警 察 庁 ）の 整 備 方 針 に 基 づ き ，各 都 道 府 県（ 警 視 庁 お よ び 道 府 県 警 察 ）に て 整 備・運 用 を 実 施 す る こ と で「 安 全・快 適 で 環 境 に や さ し い 交 通 社 会 」の 実 現 に 寄 与 し て き た ．特 に ，安 全 面 に つ い て は ，シ ス テ ム 導 入 当 初 の 交 通 事 故 死 亡 者 数 が 年 間 1 万 人 以 上 で あ っ た も の が ，2010 年 に は 5 千 人 以 下 ま で 低 減 し ， 大 き な 成 果 を 上 げ て い る [2]． こ の よ う な 交 通 管 制 シ ス テ ム に お い て も ， 整 備 開 始 よ り 40 年 以 上 が 経 過 し て 規 模 も 拡 大 し ， そ の 維 持 管 理 に 困 窮 し て い る 状 況 で あ る ． 交 通 管 制 シ ス テ ム は ，都 道 府 県 警 察 本 部 に 設 置 さ れ た 交 通 管 制 セ ン タ ー 内 の コ ン ピ ュ ー タ と 信 号 制 御 機 や 車 両 感 知 器 等 の 路 上 設 置 装 置（ 以 下 ，端 末 装 置 と 呼 ぶ ）を 専 用 回 線 で 接 続 し て 運 用 し て い る ． 政 令 指 定 都 市 を 持 つ 大 規 模 な 都 道 府 県 で は ， 2,000～ 3,000 基 程 度 の 信 号 制 御 機 や 7,000～ 8,000 基 近 い 車 両 感 知 器 を 使 用 し て い る ．ま た ，交 通 管 制 セ ン タ ー と 接 続 し て い な い 信 号 制 御 機 は オ フ ラ イ ン 信 号 制 御 機 と 呼 ば れ て い る が ，そ の 整 備 数 は 交 通 管 制 セ ン タ ー と 接 続 す る 信 号 制 御 機 の 2～ 3 倍 程 度 と な っ て い る ． 前 述 し た よ う に 地 方 自 治 体 等 に お い て は 厳 し い 予 算 状 況 に あ る た め ，さ ら な る 機 器 の 追 加 整 備 が 難 し い だ け で な く ，こ れ ま で 整 備 さ れ た も の の

更 新 も 負 担 と な り つ つ あ る ．特 に ，「 信 号 制 御 」「 情 報 提 供 」双 方 の 入 力 情 報 の 計 測 を 司 る 車 両 感 知 器 は ，シ ス テ ム の「 目 」と し て 重 要 な 役 割 を 果 た し て い る が ，整 備 数 が シ ス テ ム 内 で 最 も 多 い こ と も あ り ，機 器 劣 化 の 進 行 に 維 持 管 理 業 務 が 追 従 で き て い な い ケ ー ス も 生 じ て い る ．車 両 感 知 器 の 故 障 判 定 は 計 測 デ ー タ だ け で は 困 難 で ，シ ス テ ム 内 で 取 得 さ れ た デ ー タ と 車 両 感 知 器 周 辺 の 車 両 走 行 状 況 を 目 視 等 で 比 較 す る 方 法 に よ り 実 施 し て い る ．特 に ，整 備 数 の 最 も 多 い 超 音 波 式 車 両 感 知 器 は デ ー タ 精 度 の 低 下 を 伴 い な が ら 少 し ず つ 劣 化 故 障 す る ケ ー ス が 多 い た め ，効 率 的 な 維 持 管 理 業 務 に は 熟 練 技 術 者 の 判 断 が 必 要 で あ る ．し か し ，近 年 シ ス テ ム を 管 理 す る 官 側 も 保 守 実 務 を 受 託 す る 民 間 側 も 一 定 の 技 術 レ ベ ル を 保 有 す る 人 材 の 確 保 に 苦 慮 し て お り ， 維 持 管 理 が 遅 滞 す る 一 因 と な っ て い る ． 交 通 管 制 シ ス テ ム に お け る 主 要 機 能 の 信 号 制 御 は ，車 両 感 知 器 の 計 測 情 報 を 通 じ て 交 通 状 況 を 把 握 し ，そ の 状 況 に 応 じ て 適 切 な 制 御 パ ラ メ ー タ を 算 出 し ，そ れ に も と づ き 信 号 制 御 機 を 動 作 さ せ る こ と で 交 通 流 動 の 円 滑 化 に 貢 献 し て き た ．シ ス テ ム 整 備 の 初 期 よ り 継 続 的 に 信 号 制 御 方 式 の 高 度 化 が 実 施 さ れ ，一 定 の 効 果 を 実 現 し て き た た め で あ る ．し か し ，長 年 地 域 の ボ ト ル ネ ッ ク 箇 所 と し て 渋 滞 低 減 が 望 ま れ な が ら ，現 行 の 信 号 設 計 で は 十 分 な 効 果 が 導 け な い 交 差 点 が 多 々 存 在 す る こ と も 確 か で あ る ．欧 米 の よ う に 信 号 現 示 の 可 変 運 用 が 難 し い 日 本 で は 信 号 現 示 設 計 が 形 骸 化 す る 傾 向 に あ り ，方 向 別 交 通 量 を 用 い た 詳 細 な 信 号 現 示 設 計 を 実 施 し て い な い た め に 混 雑 状 況 の 改 善 が 可 能 な 箇 所 が 見 落 と さ れ て い る 可 能 性 が あ る ．ま た ，現 行 シ ス テ ム で 活 用 さ れ て い る 信 号 制 御 方 式 に お い て は ，次 に 述 べ る 二 つ の 懸 案 が 長 年 解 消 さ れ て い な い ．一 つ 目 の 懸 案 は ，幹 線 道 路 同 士 が 交 差 す る 重 要 交 差 点 の 交 通 状 況 に よ り 制 御 パ ラ メ ー タ を 決 定 し て い る た め ，そ の 制 御 パ ラ メ ー タ は 対 象 道 路 網 に お け る 全 体 最 適 を 保 証 す る も の で は な い と い う こ と で あ る ．二 つ 目 は ，制 御 パ ラ メ ー タ を 決 定 す る 手 順 に 関 し て で あ り ，サ イ ク ル 長 ，ス プ リ ッ ト ，オ フ セ ッ ト の 順 に 異 な る 処 理 で 実 施 さ れ る た め に 制 御 パ ラ メ ー タ 全 体 と し て の 最 適 性 も 保 証 さ れ て い な い と い う 点 で あ る ． こ こ ま で は ，信 号 制 御 に お け る 機 能 面 に 関 す る 課 題 を 述 べ て き た が ，前 述 し た 社 会 シ ス テ ム お よ び 交 通 管 制 シ ス テ ム の 実 情 が 示 す よ う に 運 用 面 に 関 し て も 課 題 が 生 じ て い る ．信 号 制 御 方 式 は 交 通 管 制 シ ス テ ム の 発 展 と と も に 高 度 化 さ れ て い る こ と は 前 述 し た 通 り で あ る が ，そ れ に 伴 っ て 必 要 と な る 入 力 情 報 が 空 間 的 か つ 時 間 的 に 高 分 解 能 な も の と な る 傾 向 が あ る ． こ れ は ， 対 象 と な る 交 差 点 ネ ッ ト ワ ー ク に お い て 車 両 感 知 器 の 設 置 密 度 が 高 く な る こ と を 意 味 す る ．社 会 情 勢 に よ り 車 両 感 知 器 を 中 心 と し た 路 上 機 器 の 更 新 お よ び 拡 充 が 滞 り つ つ あ る な か ，高 度 な 信 号 制 御 手 法 ほ ど 車 両 感 知 器 整 備 の 制 約 か ら 適 用 が で き な く な る こ と が 危 惧 さ れ る ．制 御 レ ベ ル を 維 持 し つ つ 使 用 す る 車 両 感 知 器 を 低 減 で き る 制 御 方 式 の 導 入 が 求 め ら れ て い る ．ま た ，信 号 制 御 パ ラ メ ー タ 自 体 の 運 用 と い う 点 に 着 目 す る と ，交 通 管 制 セ ン タ ー と 接 続 さ れ て い な い 信 号 制 御 機 や パ タ ー ン 制 御 と 呼 ば れ る 方 式 の 制 御 パ ラ メ ー タ は 交 通 状 況 を 設 計 者 が 類 型 化 し ，そ の 類 型 化 パ タ ー ン 毎 に 最 適 な 制 御 パ ラ メ ー タ の 値 を 机 上 で 決 定 し ， シ ス テ ム に 設 定 し て い る ． こ の た め ，適 用 し て い る 制 御 パ ラ メ ー タ が 交 通 状 況 の 経 年 変 化 で 適 切 な も の と な っ て い な い 場 合 は ，交 通 状 況 の 類 型 化 や 制 御 パ ラ メ ー タ 値 の 決 定 を 実 施 し 直 す 必 要 が あ る ．し か し ，車 両 感 知 器 の 維 持 管 理 同 様 ，こ の 制 御 パ ラ メ ー タ の 見 直 し に 関 し て も 熟 練 技 術 者 に よ る 対 応 が 必 要 で あ る た め ， シ ス テ ム 内 に お け る 制 御 パ ラ メ ー タ の 最 適 性 が 維 持 で き な く な っ て い る [3]． こ れ ま で 述 べ て き た 成 熟 社 会 に お け る 交 通 信 号 制 御 が 解 決 す べ き 課 題 を 以 下 に 整 理 す る ．

[機 能 ・ 設 計 に お け る 課 題 ] ・ 制 御 パ ラ メ ー タ 決 定 に お け る 論 理 性 （ ネ ッ ト ワ ー ク 最 適 ， パ ラ メ ー タ 全 体 最 適 ） ・ 固 定 化 し た 信 号 制 御 設 計 ・ 長 年 ボ ト ル ネ ッ ク で あ る 交 差 点 の 存 在 [運 用 に お け る 課 題 ] ・ 維 持 管 理 業 務 の 遅 滞 （ 機 器 故 障 判 別 ， 制 御 パ ラ メ ー タ 見 直 し ） ・ 機 能 レ ベ ル を 維 持 し た 上 で の シ ス テ ム 規 模 低 減

1.2 研究目的と概要

本 研 究 で は ， 成 熟 社 会 を 背 景 に ， オ ペ レ ー シ ョ ン ズ リ サ ー チ （ OR） の 考 え 方 や 数 理 技 術 を 活 用 し て サ ス テ ィ ナ ブ ル な 交 通 管 制 シ ス テ ム 実 現 に 寄 与 す る 交 通 信 号 制 御 高 度 化 を 目 的 と す る ． 本 研 究 で は ，大 き く 2 つ の 課 題 に 取 り 組 む ．図 1.1 に ，交 通 信 号 制 御 に お け る 課 題 と 本 研 究 の テ ー マ お よ び 実 施 内 容 の 関 係 を 示 す ． 図 1.1 交 通 信 号 制 御 に お け る 課 題 と 研 究 内 容 ま ず は ， 機 能 ・ 設 計 に 関 す る 課 題 で あ る ． 交 通 管 制 シ ス テ ム 導 入 か ら 40 年 以 上 経 過 し て い る 運 用 に お け る 課 題 ・ 維 持 管 理 業 務 の 遅 滞 ・ 機 能 レ ベ ル を 維 持 し た シ ス テ ム 規 模 低 減 ・ 制 御 パ ラ メ ー タ の 論 理 性 ・ 長 年 ボ ト ル ネ ッ ク で あ る 交 差 点 の 存 在 ・ 固 定 化 し た 信 号 制 御 設 計 機 能 ・ 設 計 に お け る 課 題 ・ 道 路 網 全 体 最 適 と な る 制 御 パ ラ メ ー タ 一 括 決 定 研 究 内 容 ・ 交 通 状 況 に 応 じ た 信 号 現 示 設 計 ・ 車 両 感 知 器 の 故 障 検 知 ・ 信 号 制 御 パ ラ メ ー タ 見 直 し 支 援 ・ 車 両 感 知 器 低 減 を 背 景 と し た 信 号 制 御 方 式 検 討

が ，制 御 パ ラ メ ー タ 決 定 手 順 は 導 入 当 初 よ り 大 き く は 変 化 し て お ら ず ，そ の 論 理 性 の 確 立 と い う 課 題 は 残 っ た ま ま で あ る ．ま た ，実 際 の 制 御 状 況 を 鑑 み る と ，長 年 ボ ト ル ネ ッ ク と な っ て い る 交 差 点 も 多 数 あ り ，現 状 の 設 計 に 関 す る 前 提 か ら 見 直 す 必 要 性 が あ る と 考 え て い る ．よ っ て ， 制 御 パ ラ メ ー タ の 論 理 性 確 保 の た め ，一 括 最 適 化 制 御 と い う 新 た な 方 式 の 展 開 に 取 り 組 む ．ボ ト ル ネ ッ ク 交 差 点 の 解 消 に 向 け て は ，信 号 制 御 設 計 の 基 礎 で あ る 信 号 現 示 の 設 計 に 関 す る 新 た な ア プ ロ ー チ を 提 案 す る ．次 に 取 り 組 む の は ，運 用 面 に 関 す る 課 題 で あ る ．高 度 成 長 期 に 急 拡 大 し た 交 通 管 制 シ ス テ ム の 各 設 備 が 現 在 更 新 時 期 を 迎 え た も の の 国 や 自 治 体 の 財 政 状 況 に よ り 維 持 管 理 が 厳 し く な っ て い る ．あ わ せ て ，就 労 人 口 の 低 下 に 伴 っ て 熟 練 技 術 者 の 減 少 が 始 ま っ て お り ，更 新 時 期 を 迎 え た ま ま 稼 働 し て い る 機 器 の 故 障 判 断 お よ び 設 計 時 か ら 長 年 経 過 し た 制 御 パ ラ メ ー タ の 見 直 し が 遅 滞 し て い る ．そ こ で ，運 用 者 を 支 援 す る た め に ，車 両 感 知 器 の 故 障 検 知 お よ び プ ロ ー ブ デ ー タ に よ る 信 号 制 御 パ ラ メ ー タ 見 直 し 支 援 を 検 討 す る ．さ ら に ，抜 本 的 な 改 善 策 と し て ，一 括 最 適 化 制 御 を 応 用 し て 車 両 感 知 器 低 減 を 背 景 と し た 信 号 制 御 方 式 を 検 討 し ， 使 用 す る 車 両 感 知 器 数 を 低 減 し つ つ 制 御 レ ベ ル を 維 持 す る こ と に 取 り 組 む ． 次 に ， こ れ ら の 研 究 内 容 に つ い て 概 要 を 記 述 す る ． 1.2.1 対 象 道 路 網 全 体 最 適 と な る 制 御 パ ラ メ ー タ 一 括 決 定 制 御 パ ラ メ ー タ 決 定 に 関 す る 研 究 は 長 年 実 施 さ れ て い る が ，主 要 な 制 御 パ ラ メ ー タ で あ る サ イ ク ル 長 ，ス プ リ ッ ト ，オ フ セ ッ ト を 一 括 し て 決 定 す る 手 法 の 実 適 用 は ほ と ん ど な か っ た ．制 御 パ ラ メ ー タ の 全 項 目（ サ イ ク ル 長 ，ス プ リ ッ ト ，オ フ セ ッ ト ）を 一 括 最 適 化 す る 手 法 は 織 田 ら [4]に よ っ て 1990 年 代 に 提 案 さ れ た が ，計 算 結 果 の 安 定 性 等 に よ り 実 運 用 ま で は 至 ら な か っ た ．こ こ で は ，リ ア ル タ イ ム な パ ラ メ ー タ 決 定 が 可 能 と な る よ う に メ タ ヒ ュ ー リ ス テ ィ ク ス の 計 算 手 法 を 検 討 す る こ と で 実 運 用 を 実 現 す る ． 1.2.2 交 通 状 況 に 応 じ た 信 号 現 示 設 計 信 号 現 示 設 計 の 実 務 に お い て は ，右 折 車 両 が 多 く 右 折 専 用 現 示 を 付 加 す る か ，対 向 方 向 の 交 通 量 に 差 が あ り 時 差 現 示 を 付 加 す る か ，な ど の 検 討 し か 実 施 し て い な い の が 実 態 で あ る ．現 在 ， 実 運 用 に お い て ，信 号 現 示 は 幾 つ か の 典 型 的 な パ タ ー ン を 使 用 す る こ と が 多 い ．し か し ，対 向 す る 流 入 路 で 交 通 需 要 に 差 が あ る 場 合 は ，流 入 路 別 現 示 を 導 入 す る こ と で 大 幅 に 交 差 点 容 量 を 拡 大 す る こ と が 可 能 で あ る ． オ ペ レ ー シ ョ ン ズ リ サ ー チ （ OR） の 考 え 方 を 導 入 し ， 信 号 現 示 設 計 案 が 有 効 で あ る か を 事 前 に 評 価 す る に あ た り ，交 差 点 需 要 率 と い う 定 量 的 な 指 標 値 に も と づ く 流 入 路 別 現 示 の 適 用 可 否 決 定 手 順 を 提 案 す る ． 1.2.3 車 両 感 知 器 の 故 障 検 知 一 般 道 に お け る 車 両 感 知 器 の 計 測 デ ー タ は ，信 号 制 御 機 の 影 響 で 短 期 間 変 動 を 含 む と い う 特 徴 が あ る ．こ の 影 響 を 回 避 す る た め ，計 測 デ ー タ を 集 約 し た 上 で 故 障 判 別 を 行 う と い う ア プ ロ ー チ を 検 討 す る ． 故 障 判 別 の 手 段 と し て は ， 交 通 流 モ デ ル に よ る 手 法 お よ び SVM（ Support Vector Machine）や ニ ュ ー ラ ル ネ ッ ト ワ ー ク と い っ た 数 理 技 術 に よ る 手 法 を 試 み ，実 デ ー タ で 精 度 評 価 を 行 う ．

1.2.4 信 号 制 御 パ ラ メ ー タ 見 直 し 支 援 こ れ ま で 熟 練 技 術 者 自 ら が ，交 通 量 等 の 調 査 結 果 か ら 交 通 状 況 を 類 型 化 し ，そ の 類 型 化 し た 交 通 状 況 毎 に 最 適 な 制 御 パ ラ メ ー タ を 設 計 し て き た ．し か し ，こ の よ う な 技 術 者 が 少 な く な る な か ，シ ス テ ム 的 な 支 援 の 構 築 が 急 務 と な っ て い る ．こ こ で は ，プ ロ ー ブ デ ー タ が 車 両 感 知 器 設 置 位 置 以 外 の 交 通 状 況 も 保 持 し て い る こ と に 着 目 し ，オ フ ラ イ ン 制 御 路 線 に お け る プ ロ ー ブ デ ー タ を ク ラ ス タ リ ン グ す る こ と で 交 通 状 況 を 類 型 化 し ，見 直 し が 必 要 な 制 御 パ ラ メ ー タ を 明 確 化 す る こ と を 検 討 す る ． 1.2.5 車 両 感 知 器 低 減 を 背 景 と し た 信 号 制 御 方 式 検 討 車 両 感 知 器 の 維 持 管 理 が 厳 し い 局 面 を 迎 え る な か ，制 御 レ ベ ル を 維 持 し た 上 で 使 用 す る 感 知 器 を 低 減 で き る よ う な 制 御 方 式 が 求 め ら れ て い る ．前 述 し た 一 括 最 適 化 制 御 は ，そ の 手 法 内 に 交 通 流 モ デ ル を 内 包 し て い る た め ，対 象 道 路 網 に 流 入 す る 交 通 需 要 さ え 分 か れ ば 制 御 パ ラ メ ー タ を 決 定 で き る ．対 象 道 路 網 外 縁 部 の 車 両 感 知 器 の み で 制 御 レ ベ ル を 維 持 可 能 か ，交 通 流 シ ミ ュ レ ー シ ョ ン を 活 用 し た 実 験 シ ス テ ム で そ の 有 効 性 を 検 証 す る ．

1.3 先行研究

前 項 で 述 べ た 研 究 内 容 そ れ ぞ れ に 関 す る 先 行 研 究 を 概 説 す る ． 1.3.1 対 象 道 路 網 全 体 最 適 と な る 制 御 パ ラ メ ー タ 一 括 決 定 制 御 パ ラ メ ー タ 決 定 に 関 す る 研 究 は 長 年 実 施 さ れ て お り ，複 数 の パ ラ メ ー タ を 一 括 し て 決 定 す る も の は 1960 年 代 後 半 か ら 散 見 さ れ る ． 例 え ば ， 世 界 的 に 有 名 な オ フ ラ イ ン 制 御 設 計 支 援 ツ ー ル TRANSYT[5]は サ イ ク ル 長 を 所 与 と し ，ス プ リ ッ ト と オ フ セ ッ ト を 最 適 化 す る も の で あ る ．ま た ，日 本 だ け で 導 入 さ れ て い る サ ブ エ リ ア（ 共 通 の サ イ ク ル 長 で 運 用 す る 最 小 限 の 隣 接 交 差 点 群 ）の 構 成 決 定 に 関 す る 研 究 [6], [7]や 一 部 の 制 御 パ ラ メ ー タ（ サ イ ク ル 長 と オ フ セ ッ ト 等 ） を 同 時 に 算 出 す る 方 式 の 研 究 [8]–[11]が ， 継 続 的 に 検 討 さ れ て き た ． し か し ， サ ブ エ リ ア 構 成 お よ び 制 御 パ ラ メ ー タ の 全 項 目（ サ イ ク ル 長 ，ス プ リ ッ ト ，オ フ セ ッ ト ）を 一 括 最 適 化 す る 手 法 は ほ と ん ど な く ， 織 田 ら [12]に よ っ て 1990 年 代 に 提 案 さ れ た 手 法 は あ る も の の 計 算 結 果 の 安 定 性 等 に よ り 実 運 用 ま で は 至 っ て い な か っ た ． 1.3.2 交 通 状 況 に 応 じ た 信 号 現 示 設 計 我 が 国 に お い て は 欧 米 や 新 興 国 と 比 較 し 地 価 が 高 い た め ，交 差 点 通 過 方 向 別 に 車 線 を 割 り 当 て る こ と が 難 し い ．こ の た め ，海 外 で 見 ら れ る よ う な 柔 軟 な 信 号 現 示 で の 運 用 は 難 し く ，右 折 車 両 が 多 く 右 折 専 用 現 示 を 付 加 す る か ， 対 向 方 向 の 交 通 量 に 差 が あ り 時 差 現 示 を 付 加 す る か ， な ど の 検 討 し か 実 施 し て い な い の が 実 態 で あ る ． ま た ， 日 本 に お け る 現 示 運 用 の 特 徴 と し て ， 安 全 面 の 配 慮 か ら 固 定 的 な 信 号 現 示 に て 運 用 す る こ と が 大 前 提 と な っ て い る ．こ の よ う な 問 題 に 対 し て ， 多 車 線 交 差 点 信 号 制 御 に 関 す る 研 究 [13]や 動 線 分 離 制 御 に 関 す る 研 究 [14]が あ る ． 前 者 は 信 号 灯 器 配 置 や 損 失 時 間 に 関 す る 検 討 に 留 ま り ，後 者 は 一 般 的 な 現 示 と 動 線 完 全 分 離 現 示 の 交 通 処 理 能 力 を 調 査 し た に 過 ぎ ず ， い ず れ も 具 体 的 な 現 示 設 計 を 提 案 す る も の で は な い ． こ の よ う な 状 況 か ら ，制 御 方 式 の 高 度 化 と い う 観 点 で ム ー ブ メ ン ト 制 御 と い う サ イ ク ル 毎 に 信 号 現 示 を 状 況 に 応 じ て 変 化 さ せ る 制 御 方 式 の 実 証 実 験 が 行 わ れ た [15]–[17]．し か し な が ら ，滋

賀 県 内 で 実 施 さ れ た 実 証 実 験 で 制 御 効 果 を 確 認 す る こ と が で き ず 最 終 的 に は 実 運 用 が 見 送 ら れ た こ と や ，信 号 灯 器 表 示 の 複 雑 さ や 可 変 的 な 現 示 運 用 に 対 す る 安 全 性 へ の 懸 念 か ら 周 辺 地 域 で の 社 会 的 な 合 意 形 成 確 立 が 必 要 で あ る こ と か ら ， 普 及 が 進 ん で い な い ． 1.3.3 車 両 感 知 器 の 故 障 検 知 車 両 感 知 器 の デ ー タ 活 用 と し て ，特 異 な デ ー タ を 検 出 し て 突 発 事 象 を 検 知 す る よ う な 取 り 組 み [18]–[21]は 長 年 研 究 さ れ て き た ．し か し ，検 出 対 象 と し て は 車 両 感 知 器 自 体 の 故 障 で は な く 突 発 的 な 交 通 状 況 で あ る た め ，そ の ま ま 適 用 す る こ と は 難 し い ．車 両 感 知 器 の 故 障 検 知 に 関 す る 先 行 研 究 と し て は ，自 動 車 専 用 道 に お け る 取 り 組 み が あ り ，遠 藤 ら が 交 通 量 の 連 続 性 を 前 提 に エ ラ ー フ ラ グ 情 報 と 交 通 量 の 精 度 低 下 か ら メ ン テ ナ ン ス に 必 要 な 情 報 を 生 成 す る 取 り 組 み [22]を 行 っ て い る ． こ の 手 法 は ， 自 動 車 専 用 道 に お い て 故 障 が 疑 わ れ る 車 両 感 知 器 の 計 測 情 報 と そ の 上 下 流 に 設 置 さ れ た 複 数 の 車 両 感 知 器 の 計 測 情 報 を 比 較 す る こ と が 前 提 と な っ て い る ． 一 般 道 に お け る 街 路 網 で は 交 差 点 に よ る 交 通 流 動 の 分 岐 が あ る た め ，こ の 研 究 成 果 の 適 用 は 困 難 と 考 え ら れ る ． 1.3.4 信 号 制 御 パ ラ メ ー タ 見 直 し 支 援 パ タ ー ン 制 御 や オ フ ラ イ ン 制 御 に お け る 信 号 制 御 パ ラ メ ー タ 見 直 し の 効 果 に つ い て は ，交 通 管 制 シ ス テ ム の 整 備 や 運 用 を 担 う 交 通 管 理 者 の 取 組 み に つ い て は 報 告 さ れ て い る [23]–[25]．特 に ， 警 視 庁 に お け る オ フ ラ イ ン 制 御 パ ラ メ ー タ 見 直 し [25]に つ い て は ， プ ロ ー ブ デ ー タ と い う 車 両 か ら 交 通 管 制 シ ス テ ム へ 送 信 さ れ る 走 行 状 況（ 通 過 地 点 の 緯 度 経 度 ，通 過 時 刻 ）を 示 す デ ー タ が 活 用 さ れ て い る ．し か し ，プ ロ ー ブ デ ー タ は ，交 通 状 況 と 制 御 パ ラ メ ー タ の 不 整 合 が 発 生 し て い る 交 差 点 の 検 知 に 主 に 使 用 さ れ て お り ，デ ー タ 解 析 結 果 か ら 推 奨 制 御 設 定 を 生 成 す る よ う な 制 御 設 計 支 援 を 行 う も の で は な い ．ま た ，プ ロ ー ブ デ ー タ の 統 計 処 理 結 果 が こ の よ う な 交 通 管 理 業 務 へ の 活 用 可 能 で あ ろ う と い う 報 告 [26], [27]が な さ れ て い る が ，デ ー タ 解 析 や 交 通 流 シ ミ ュ レ ー シ ョ ン に よ る 検 討 に 留 ま っ て い る ． 1.3.5 車 両 感 知 器 低 減 を 背 景 と し た 信 号 制 御 方 式 検 討 車 両 感 知 器 の 維 持 管 理 が 厳 し い 局 面 を 迎 え る な か ，車 両 感 知 器 の 代 替 案 と し て プ ロ ー ブ デ ー タ を 活 用 す る と い う 研 究 [28]が 行 わ れ て い る ． し か し ， 車 両 感 知 器 の 代 替 と な る た め に は ，プ ロ ー ブ デ ー タ を 送 信 す る 車 両 の 普 及 率 を 格 段 に 上 昇 さ せ る 必 要 が あ る ．こ の た め ，社 会 全 体 で 普 及 率 増 加 の た め の 方 法 論 を 検 討 す る 必 要 が あ り ，実 用 の レ ベ ル に 到 達 す る ま で に は 時 間 を 要 す る も の と 考 え る ．一 方 で ，現 行 の 制 御 方 式 に お け る 最 低 限 必 要 な 車 両 感 知 器 数 の 明 確 化 す る こ と や 今 後 配 置 さ れ る 車 両 感 知 器 が 大 幅 に 減 少 す る 懸 念 が あ る 中 で ，車 両 感 知 器 設 置 密 度 が 低 下 し て も 現 行 レ ベ ル の 制 御 が 可 能 な 方 式 の 検 討 な ど を 実 施 し た 取 り 組 み は 見 当 ら な い ．

1.4 論文構成

本 研 究 は ，本 章 第 1 章 を 含 め て 7 章 か ら 構 成 さ れ る ．第 7 章 は ，本 研 究 の 結 論 と 今 後 の 展 望 を ま と め た も の で あ る ．以 下 に ，第 2 章 か ら 第 6 章 に 関 し て ，前 述 し た 研 究 内 容 と の 関 係 を 記 す と と も に ， 図 1.2 に ， 各 章 と 課 題 と の 対 応 を 示 す ．

第 2 章 で は ， 交 通 信 号 制 御 に 関 す る 基 礎 事 項 に つ い て 説 明 す る ． 第 3 章 で は ，「 交 通 状 況 に 応 じ た 信 号 現 示 設 計 」を 検 討 す る ．第 4 章 で は ，一 括 最 適 化 制 御 と い う 制 御 手 法 に よ り「 道 路 網 全 体 最 適 と な る 制 御 パ ラ メ ー タ 一 括 決 定 の 実 運 用 化 と 適 用 効 率 化 」と「 車 両 感 知 器 低 減 を 背 景 と し た 信 号 制 御 方 式 検 討 」 に 取 り 組 む ． 第 5 章 で は ，「 車 両 感 知 器 の 故 障 検 知 」 に つ い て 検 討 す る ．第 6 章 で は ，「 信 号 制 御 パ ラ メ ー タ 見 直 し 支 援 」と し て「 オ フ ラ イ ン 信 号 制 御 の 改 善 」 に 取 り 組 む ． 図 1.2 本 研 究 の 構 成 序 論 （ 第 1 章 ） 交 通 信 号 制 御 の 基 礎 事 項 （ 第 2 章 ） 機 能 ・ 設 計 の 課 題 運 用 の 課 題 流 入 路 別 信 号 現 示 の 導 入 （ 第 3 章 ） 一 括 最 適 化 制 御 の 展 開 と 応 用 （ 第 4 章 ） 車 両 感 知 器 の 故 障 検 知 （ 第 5 章 ） オ フ ラ イ ン 信 号 制 御 の 改 善 （ 第 6 章 ） 結 論 と 将 来 展 望 （ 第 ７ 章 ）

第2章

交通信号制御の基礎事項

2.1 交通管制システム

交 通 管 制 シ ス テ ム の 発 展 経 緯 や 概 要 に つ い て 説 明 す る [1]． 2.1.1 発 展 経 緯 と ネ ッ ト ワ ー ク 構 成 交 通 管 制 シ ス テ ム は ，東 京 都 内 を 対 象 に 異 な る 経 緯 で 開 発 さ れ て き た 信 号 制 御 シ ス テ ム と 交 通 情 報 シ ス テ ム セ ン タ ー が 1970 年 に 統 合 さ れ て 誕 生 し た ． 一 般 道 に お け る 交 通 状 況 の 収 集 ・ 分 析 ，交 通 信 号 制 御 機 な ど の 路 上 機 器 に 対 す る 指 令・管 理 を 統 括 的 に 実 施 す る シ ス テ ム で あ り ， 都 市 部 を 中 心 と し た 街 路 交 通 を 管 理 す る 社 会 イ ン フ ラ シ ス テ ム と し て 発 展 し て い っ た ．現 在 の 交 通 管 制 シ ス テ ム は ， 表 2.1 の よ う に 都 道 府 県 ご と に 設 置 さ れ て い る ． 表 2.1 交 通 管 制 セ ン タ ー の 種 類 セ ン タ ー 設 置 都 市 本 部 セ ン タ ー 各 都 道 府 県 警 察 本 部 の 所 在 都 市 都 市 セ ン タ ー 遠 隔 地 の 主 要 都 市 サ ブ セ ン タ ー 遠 隔 地 の 中 小 都 市 図 2.1 交 通 管 制 セ ン タ ー の ネ ッ ト ワ ー ク 構 成 広 域 交 通 管 制 シ ス テ ム 警 察 庁 他 都 道 府 県 本 部 交 通 管 制 セ ン タ ー 都 道 府 県 本 部 交 通 管 制 セ ン タ ー 都 市 セ ン タ ー サ ブ セ ン タ ー サ ブ セ ン タ ー 処 理 装 置 処 理 装 置 ● 交 通 管 制 シ ス テ ム

図 2.1 に 示 す よ う に 本 部 セ ン タ ー を 核 と し て ，都 市 セ ン タ ー や サ ブ セ ン タ ー と ス タ ー 形 の ネ ッ ト ワ ー ク 構 成 と な っ て い る ． 2.1.2 シ ス テ ム 構 成 交 通 管 制 シ ス テ ム は ， 図 2.2 に 示 す よ う に 処 理 の 効 率 性 ・ フ ェ ー ル セ ー フ ・拡 張 性 な ど を 考 慮 し て 階 層 化 さ れ た シ ス テ ム 構 成 と な っ て い る ． 図 2.2 交 通 管 制 シ ス テ ム の 構 成 こ の 構 成 の 特 長 は ，リ ア ル タ イ ム 処 理 を 行 う 下 位 レ ベ ル の 処 理 装 置（ 下 位 系 ）を ，そ の 一 つ 上 の レ ベ ル で 統 計 や 意 思 決 定 等 の 高 度 な 情 報 処 理 を 行 う 装 置 が 統 合 し て い る と こ ろ に あ る ．交 通 管 制 の 機 能 を 大 別 す る と ， 次 の 三 つ の 層 に 分 け ら れ る ． (1) 短 周 期 （ 数 秒 単 位 ） で 実 施 さ れ る 簡 易 な 機 能 （ 車 両 感 知 器 よ り 送 付 さ れ る デ ー タ な ど ） (2) 短 周 期 で 実 施 さ れ ， し か も 比 較 的 高 速 な 処 理 が 必 要 な 機 能 （ 信 号 制 御 機 の 灯 色 表 示 を 計 時 し て 切 り 替 え て い く 処 理 な ど ） ＨＭＩ装置 信号制御 ブロック 交通情報_ブロック システム管理 ブロック 信号機／感知器／光ビーコン／情報板 等 他 県 警 等 情報交換 ブロック 下位装置

上位系

端末制御 ブロック 下位装置 端末対応装置

下位系

(3) 実 行 頻 度 は 高 く な い が（ 5 分 間 隔 以 上 ），高 度 な 情 報 処 理 を 必 要 と す る 機 能（ 信 号 制 御 パ ラ メ ー タ 決 定 ， 日 報 ・ 月 報 な ど の 作 成 な ど ） 下 位 系 で は ，信 号 制 御 機 ，車 両 感 知 器 や 情 報 板 な ど の 路 上 に 設 置 さ れ た 装 置（ 端 末 装 置 ）を 直 接 制 御 し て い る ． 2000 年 以 降 の 計 算 機 性 能 の 向 上 に よ り ， 下 位 装 置 は 端 末 装 置 の 制 御 だ け で な く 比 較 的 高 度 な 情 報 処 理 も 実 施 し て い た ．一 方 で ，計 算 機 の 製 造 元 に よ り 保 守 部 品 提 供 可 能 期 間 が 年 々 短 期 間 に な る 等 の 保 守 面 の 問 題 か ら ， 2015 年 度 よ り 下 位 装 置 に お け る 情 報 処 理 機 能 は 上 位 系 の 端 末 制 御 ブ ロ ッ ク に ，端 末 装 置 の 制 御 機 能 は 端 末 対 応 装 置 に ，そ れ ぞ れ 分 担 さ れ る こ と と な っ た ．上 位 系 は 下 位 系 を 統 合 し て 端 末 装 置 か ら 送 信 さ れ る 情 報 を 集 約 す る と と も に ， 交 通 管 理 を 実 現 す る た め に 交 通 情 報 ブ ロ ッ ク ，信 号 制 御 ブ ロ ッ ク ，情 報 交 換 ブ ロ ッ ク ，シ ス テ ム 管 理 ブ ロ ッ ク ，端 末 制 御 ブ ロ ッ ク か ら 構 成 さ れ て い る ．な お ，上 位 系 と 下 位 系 を 併 せ た 交 通 管 制 セ ン タ ー に 設 定 さ れ て い る 装 置 を 中 央 装 置 と 呼 ぶ こ と も あ る ． 2.1.3 交 通 情 報 収 集 装 置 信 号 制 御 や 交 通 情 報 提 供 な ど の 交 通 管 理 を 適 切 に 実 施 す る た め に は ，交 通 状 況 を 定 量 的 に 正 確 に 把 握 す る こ と が 重 要 で あ る ．こ の 意 味 で ，交 通 情 報 収 集 装 置 で あ る 各 種 車 両 感 知 器 は 交 通 管 制 シ ス テ ム の 全 て の 機 能 の 基 礎 と な っ て い る ．シ ス テ ム 内 で は ，車 両 感 知 器 か ら 収 集 さ れ る 情 報 は ，交 通 量 ，占 有 率 お よ び 平 均 速 度 が 基 本 情 報 と な っ て い る ．こ こ で は ，代 表 的 な 感 知 器 で あ る 超 音 波 式 車 両 感 知 器 お よ び 光 学 式 車 両 感 知 器 に つ い て 述 べ る ． (1) 超 音 波 式 車 両 感 知 器 超 音 波 車 両 感 知 器 は ，超 音 波 送 受 器 と 本 体 か ら 構 成 さ れ る ．超 音 波 送 受 器 は ，車 線 中 央 の 高 さ 約 5.5m の 位 置 に 路 面 に 垂 直 に 取 り 付 け ら れ る ．図 2.3 に ，そ の 仕 組 み お よ び 設 置 例 を 示 す ． 図 2.3 超 音 波 式 感 知 器 の 概 要 車 両 検 出 方 法 に つ い て 概 説 す る ．超 音 波 送 受 器 か ら 極 め て 短 時 間 の み 一 定 周 波 数 の 超 音 波 を 間 欠 的 に 路 面 に 向 け 発 信 す る ．こ の 超 音 波 が ，路 面 ま た は 車 両 に よ り 反 射 さ れ 超 音 波 送 受 器 で 受 信 さ れ る ．こ の 超 音 波 発 信 と 受 信 の 時 間 差 に よ り 車 両 の 存 在 を 検 出 す る ．車 両 占 有 時 間 の 最 小 超音波 送受器 交通量 ：

q

=

N

∑

=

m m

t

o

占有時間： 300秒 1 2 3 N tm 車両存在 感知 車両占有 時間

単 位 は 50ms で あ り ，車 両 感 知 器 本 体 で は 個 々 の 車 両 の 占 有 時 間 が 50ms の パ ル ス が 何 回 分 に 相 当 す る か カ ウ ン ト し て お り ，そ の 結 果 を 累 積 カ ウ ン タ ー 値 と し て 保 有 し て い る ．交 通 量 に 関 し て も ，同 様 に パ ル ス の 数 を カ ウ ン ト し て 累 積 カ ウ ン タ ー 値 を 保 有 し て い る ．交 通 管 制 セ ン タ ー の 下 位 装 置 お よ び 端 末 対 応 装 置 は 車 両 感 知 器 に 情 報 送 信 要 求 を 送 信 し ，車 両 感 知 器 は 要 求 受 信 時 点 で の 交 通 量 お よ び 占 有 時 間 の 累 積 カ ウ ン タ ー 値 を 送 信 す る ．セ ン タ ー 側 装 置 で は ，車 両 感 知 器 か ら 送 信 さ れ た 最 新 の 累 積 カ ウ ン タ ー 値 と 前 回 の 値 を 用 い て 一 定 期 間 の 交 通 量 お よ び 占 有 時 間 を 算 出 し て い る ．速 度 算 出 に つ い て は ，図 2.4 に あ る よ う に 平 均 車 長（ シ ス テ ム 内 の 設 定 値 ）を 用 い る ．こ れ は ，一 般 道 に お い て は 超 音 波 送 受 器 1 基 で の 計 測 と な っ て い る た め で あ る ． 図 2.4 速 度 算 出 の 概 要 (2) 光 学 式 車 両 感 知 器 光 学 式 車 両 感 知 器 は ，通 称 光 ビ ー コ ン と も 呼 ば れ ，近 赤 外 線 を 用 い て 路 車 間 で の 双 方 向 通 信 機 能 と 走 行 車 両 の 存 在 を 感 知 す る 機 能 を 併 せ 持 っ て い る ． 地 上 約 5.5m の 高 さ に 設 置 さ れ た 投 受 光 器 に よ り 双 方 向 通 信 お よ び 車 両 検 知 が 実 施 さ れ る ．そ の 通 信 に お け る 仕 様 諸 元 は 表 2.2 の 通 り で あ る ．双 方 向 通 信 に よ り 交 通 管 制 セ ン タ ー で 収 集 さ れ る 情 報 は ア ッ プ リ ン ク 情 報 と 総 称 さ れ て お り ， そ の 具 体 的 な 内 容 は 車 両 ID や 通 過 し た 光 ビ ー コ ン 間 の 旅 行 時 間 の ほ か ， 公 共 車 両 優 先 シ ス テ ム （ PTPS ）， 現 場 急 行 支 援 シ ス テ ム （ FAST ） な ど の 新 交 通 管 理 シ ス テ ム （ UTMS:Universal Traffic Management Systems） [29]を 構 成 す る サ ブ シ ス テ ム に 必 要 な 情 報 な ど が あ る ．一 方 ，ダ ウ ン リ ン ク 情 報 と 呼 ば れ る 車 載 機 へ の 送 信 情 報 は ，車 両 進 行 方 向 を 中 心 に 半 径 30km 以 内 の 精 細 な 渋 滞 や 旅 行 時 間 お よ び 交 通 情 報 を 包 含 し た デ フ ォ ル メ 図 形 表 示 用 情 報 な ど か ら 構 成 さ れ て お り ，車 両 の ナ ビ ゲ ー シ ョ ン シ ス テ ム で は 受 信 し た 情 報 を デ ジ タ ル 地 図 上 に 交 通 情 報 を 重 畳 表 示 し た り ， 光 ビ ー コ ン か ら の 情 報 に よ る デ フ ォ ル メ 図 形 （ 簡 易 図 形 ） や 文 字 メ ッ セ ー ジ を 表 示 し て い る ．こ れ は ，VICS（ Vehicle Information and Communication System：道 路 交 通 情 報 通 信 シ ス テ ム ）の 主 要 機 能 の 一 つ と し て ，国 道 16 号 に 囲 ま れ た エ リ ア の 幹 線 道 路 を 中 心 と し て 1996 年 に 運 用 開 始 さ れ ， 以 降 全 国 の 主 要 都 市 で 整 備 さ れ て い る ．

平均速度

o

lq

v

=

q

：交通量（台／5分）

o

：占有時間（秒／5分）

l

：平均車長（

m

／台）

300

秒

1 2 3 N-1 N

q

o

表 2.2 光 学 式 車 両 感 知 器 の 通 信 諸 元 項 目 諸 元 発 行 波 長 ア ッ プ 900～ 1000nm ダ ウ ン 800～ 900nm 通 信 エ リ ア ア ッ プ 横 3.5m×奥 行 1.6m ダ ウ ン 横 3.5m×奥 行 3.7m 伝 送 速 度 ア ッ プ 256Kpbs ダ ウ ン 1024Kbps 伝 送 容 量 ア ッ プ 1104B（ 70km/h） ダ ウ ン 10KB（ 70km/h） 2.1.4 信 号 制 御 機 信 号 灯 器 を 制 御 す る た め の 信 号 制 御 機 は 防 雨 ・防 塵 構 造 を 持 ち ，振 動・ 衝 撃・ 温 湿 度 ・電 源 電 圧 な ど の 各 種 環 境 条 件 に 対 し て 長 期 的 に 機 能 低 下 を 生 ず る こ と な く 動 作 す る と と も に ，安 全 性 の 観 点 か ら 交 差 す る 方 向 の 交 通 に 同 時 に 青 表 示 す る こ と の 防 止 や 現 示 停 止 の 監 視 等 を 行 う よ う に 考 慮 さ れ て い る ．信 号 制 御 機 は ，要 求 機 能 に 対 応 し て 機 種 が 変 更 と な っ て き た ．現 行 は ， 平 成 10 年 に 開 発 さ れ た 仕 様 を 基 礎 と し た 機 種 と な っ て お り ， U 形 交 通 信 号 制 御 機 ， UC 形 交 通 信 号 制 御 機 ， お よ び UC 形 押 ボ タ ン 式 交 通 信 号 機 の 3 種 類 と な っ て い る ． (1) 集 中 制 御 （ オ ン ラ イ ン 制 御 ） 信 号 制 御 機 が 交 通 管 制 セ ン タ ー の 中 央 装 置 と 回 線 接 続 さ れ ，集 中 的 に 制 御 さ れ る 場 合 を 集 中 制 御 も し く は オ ン ラ イ ン 制 御 と 呼 ぶ ． 一 方 ， 交 通 管 制 セ ン タ ー と 接 続 さ れ ず 孤 立 交 差 点 （ 群 ） で 運 用 さ れ る 場 合 を 地 点 制 御 も し く は オ フ ラ イ ン 制 御 と い う ．従 来 は ，集 中 制 御 と 地 点 制 御 は 別 々 の 機 種 と し て 整 備 が 行 わ れ て い た が ， 平 成 10 年 以 降 は 同 一 機 種 と し て 整 備 が 実 施 さ れ て い る ．ま た ，集 中 制 御 に は 中 央 装 置 側 の 指 令 方 法 の 違 い に よ り「 歩 進 制 御 」と「 テ ー ブ ル 制 御 」 の 2 種 類 が あ る ． (a) 歩 進 制 御 歩 進 制 御 方 式 は ， 1960 年 代 の 後 半 に 開 発 さ れ た 方 式 で あ る ． こ の 方 式 は ， 中 央 装 置 か ら 制 御 情 報 の 指 令 に も と づ い て 動 作（ 灯 器 表 示 ）を 進 め る 方 式 で あ る ．信 号 制 御 機 の 動 作 を 進 め る 信 号 を「 歩 進 信 号 」と 呼 ぶ こ と か ら「 歩 進 制 御 」と 言 う ．な お ，こ の 方 式 で の 運 用 中 は ， 中 央 装 置 の 歩 進 信 号 で 動 作 を 進 め る た め ，制 御 パ ラ メ ー タ の 決 定 と 実 行 は 中 央 装 置 側 で 実 施 す る ． (b) テ ー ブ ル 制 御 テ ー ブ ル 制 御 方 式 は ， 1990 年 代 に 開 発 さ れ た 方 式 で あ る ． こ の 方 式 は ， 中 央 装 置 か ら 定 期 的 ま た は 不 定 期 に 送 信 さ れ る 信 号 制 御 指 令 に も と づ い て ，信 号 制 御 機 自 身 が 各 灯 器 表 示 の 時 間 を 決 定 し ，動 作 を 進 め る 方 式 で あ る ．各 灯 器 表 示 の 時 間 を 一 覧 表（ テ ー ブ ル ）と し て 伝 送 す る こ と か ら「 テ ー ブ ル 制 御 」と 言 う ．ま た ，こ の 制 御 方 式 で は ，制 御 パ ラ メ ー タ の 決 定

は 中 央 装 置 側 で 行 い ， 実 行 は 信 号 制 御 機 側 で 行 う こ と に な る ． (2) 地 点 制 御 （ オ フ ラ イ ン 制 御 ） 地 点 制 御 は ，交 通 管 制 セ ン タ ー と 接 続 さ れ ず 孤 立 交 差 点 も し く は 小 規 模 な 交 差 点 群 で 運 用 さ れ る 方 式 で あ る ． 制 御 パ タ ー ン と し て 10 種 類 ， 閃 光 動 作 や 各 種 感 応 機 能 の 動 作 切 替 は 日 種 別 （ 平 日 ， 土 曜 ， 日 祝 ） に 4［ 回 ／ 日 ］ ま で 設 定 可 能 で あ る ． (3) 押 ボ タ ン 式 交 通 信 号 制 御 機 押 ボ タ ン 式 交 通 信 号 制 御 機 は 単 路 の 横 断 歩 道 に 設 置 さ れ ，車 両 側 の 信 号 灯 器 を 常 時 青 表 示 の 状 態 に し て お き ，横 断 し よ う と す る 歩 行 者 が 押 ボ タ ン を 押 下 す る こ と に よ り 車 両 側 の 交 通 を 止 め ， 歩 行 者 側 に 通 行 権 を 与 え る も の で あ る ． 2.1.5 交 通 情 報 板 交 通 情 報 板 は 交 通 情 報 提 供 装 置 に 分 類 さ れ ， ド ラ イ バ ー に 対 し て 渋 滞 情 報 ， 旅 行 時 間 情 報 ， 規 制 情 報 お よ び イ ベ ン ト 情 報 な ど の 交 通 情 報 を 文 字 ，イ ラ ス ト ，地 図 な ど の 図 柄 で 提 供 す る 装 置 で あ る ．情 報 板 の 種 類 に は ，フ リ ー パ タ ー ン ，マ ル チ パ タ ー ン ，セ ミ フ リ ー パ タ ー ン ，小 型 文 字 情 報 板 ， 小 型 旅 行 時 間 情 報 板 な ど が あ る ． 例 を 図 2.5 に 示 す ． 図 2.5 交 通 情 報 板 の 例 フ リ ー パ タ ー ン 式 情 報 板 _{マ ル チ パ タ ー ン 式 情 報板} 小 型 文 字 情 報 板 小 型 旅 行 時 間 情 報 板

2.1.6 プ ロ ー ブ デ ー タ 交 通 管 制 シ ス テ ム は ，前 述 し た よ う に 車 両 感 知 器 の 情 報 を 通 じ て 交 通 状 況 を 把 握 し ，そ の 状 況 に 応 じ て 情 報 提 供 や 信 号 制 御 を 実 施 す る も の で あ り ，車 両 感 知 器 で 計 測 さ れ る 情 報 は 交 通 管 理 機 能 の 全 て の 基 礎 と な っ て い る ．特 に ，主 要 機 能 の 一 つ で あ る 情 報 提 供 は ，都 市 街 路 を 中 心 と し て 渋 滞 お よ び 旅 行 時 間 情 報 （ 以 下 ， 交 通 情 報 ） を コ ア コ ン テ ン ツ と し て 位 置 づ け ， VICS を 通 じ た 提 供 に よ り 利 用 者（ ド ラ イ バ ー ）の 利 便 性 に 大 き く 貢 献 し て き た ．カ ー ナ ビ ゲ ー シ ョ ン 車 載 機 の 普 及 に よ り ，交 通 情 報 生 成 の 対 象 エ リ ア の 更 な る 広 範 化 ，精 度 向 上 が 求 め ら れ て い る が ，こ れ に 対 応 す る た め に は 一 層 の 車 両 感 知 器 整 備 が 必 要 で あ る ．し か し ，第 １ 章 で も 述 べ た よ う に 昨 今 の 社 会 情 勢 で は 潤 沢 な 車 両 感 知 器 の 整 備 は 難 し い だ け で な く ，こ れ ま で 整 備 さ れ た 膨 大 な 車 両 感 知 器 の 運 用 維 持 も 負 担 と な る た め ，現 在 の 提 供 レ ベ ル 維 持 さ え も 窮 す る 事 態 と な り つ つ あ り ，現 行 の 仕 組 み の ま ま で は 広 範 化 や 精 度 向 上 の ニ ー ズ に 応 え て い く こ と は 極 め て 難 し い ． 一 方 ，交 通 状 況 を 把 握 す る た め の 技 術 に 着 目 す る と ，近 年 車 両 の 走 行 状 況 を 用 い る ア プ ロ ー チ が 活 発 化 し て い る ．具 体 的 に は ，緯 度 経 度 等 の 走 行 状 況 が 蓄 積 可 能 な 車 載 機 を 搭 載 し た プ ロ ー ブ カ ー を 走 行 さ せ ，そ の 蓄 積 デ ー タ（ 以 下 ，プ ロ ー ブ デ ー タ ）を 収 集 す る と い う も の で あ る ． プ ロ ー ブ デ ー タ 活 用 の シ ス テ ム イ メ ー ジ を 図 2.6 に 示 す ． 図 2.6 プ ロ ー ブ デ ー タ 活 用 の シ ス テ ム イ メ ー ジ こ の 仕 組 み を 用 い る こ と で ， 自 動 車 メ ー カ ー を 中 心 と し た 民 間 企 業 に よ る 交 通 情 報 セ ン タ ー （ テ レ マ テ ィ ッ ク ス セ ン タ ー ）に よ る 交 通 情 報 提 供 サ ー ビ ス も 運 用 さ れ て い る [30]–[33]．こ れ ら は ，日 常 的 な 状 況 に 関 す る 提 供 サ ー ビ ス で あ る が ，東 日 本 大 震 災 に よ る 被 災 直 後 に お い て は ， 複 数 の 民 間 交 通 情 報 セ ン タ ー の プ ロ ー ブ デ ー タ を 集 約 し ，そ の 情 報 か ら 通 過 可 能 な 道 路 を 判 断 し 提 供 す る こ と で 災 害 復 旧 支 援 活 動 等 に 大 き く 貢 献 し ，プ ロ ー ブ デ ー タ の 有 用 性 を 知 ら し め る こ と と な っ た ． 都 道 府 県 警 察 で 整 備 す る 交 通 管 制 シ ス テ ム に お い て も ， 2009 年 度 よ り 光 ビ ー コ ン か ら 収 集 し た プ ロ ー ブ デ ー タ を 活 用 し た モ デ ル 事 業 を 実 施 し ，車 両 感 知 器 の 整 備 さ れ て い な い 地 域 へ の 対 策 を 中 心 と し て 有 効 な 活 用 方 法 を 策 定 お よ び 検 証 し て き た ． さ ら に ， 2013 年

急減速

⇒事故予防

センターシステム

位置

/

時刻

⇒渋滞情報

ワイパー

⇒降雨情報

スリップ状況

⇒路面凍結等

/

気温

情報提供

度 か ら プ ロ ー ブ デ ー タ 受 信 を 標 準 実 装 し た 光 ビ ー コ ン の 整 備 が 開 始 さ れ ，プ ロ ー ブ デ ー タ を 格 納 す る ア ッ プ リ ン ク の デ ー タ 容 量 が 倍 増 さ れ る と と も に ，収 集 状 況 の 大 幅 な 向 上 が 期 待 さ れ て い る ． 光 ビ ー コ ン か ら 取 得 さ れ る プ ロ ー ブ デ ー タ の 概 要 を 図 2.7 に 示 す [34]． 図 2.7 光 ビ ー コ ン か ら 取 得 さ れ る プ ロ ー ブ デ ー タ

2.2 基本要素

本 項 で は ，交 通 信 号 表 示 ，制 御 パ ラ メ ー タ な ど ，交 通 信 号 制 御 を 表 現 す る た め の 基 本 的 な 用 語 の 定 義 を 示 す [35]． な お ， 本 章 の 以 降 の 部 分 に お い て は ， 交 通 信 号 に お け る 各 種 事 項 に つ い て ， そ の 定 義 や 考 え 方 を 読 者 に 正 し く 伝 え る た め ， 文 献 [36]に お け る 本 研 究 に 関 係 す る 箇 所 を 再 掲 す る ． 2.2.1 交 通 信 号 表 示 交 通 信 号 表 示 の タ イ ミ ン グ は ， 信 号 現 示 お よ び ス テ ッ プ （ 階 梯 ） に よ り 決 定 さ れ る ． (1) 信 号 現 示 信 号 現 示 と は ，１ つ の 交 差 点 に お い て ，あ る 一 組 の 交 通 流 に 対 し て 同 時 に 割 り 当 て ら れ て い る 通 行 権 ，ま た は そ の 通 行 権 が 与 え ら れ て い る 時 間 帯 の こ と を い う ．図 2.8 は ，四 枝 交 差 点（ 標 準 的 な 十 字 交 差 点 ）に お け る 現 示 の 例 を 示 す ．実 線 矢 印 は 通 行 権 が 付 与 さ れ た 車 両 の 動 線 ，破 線 矢 印 は 通 行 権 が 与 え ら れ た 歩 行 者 の 動 線 を 表 す ．こ の 例 で は ，主 道 路 の 右 折 車 の た め に 右 折 専 用 の 現 示 2 が 付 加 さ れ て い る が ，一 般 に は 現 示 1 と 現 示 3 を 交 互 に 表 示 す る 2 現 示 が 標 準 的 で あ る ． 交通情報 1,024kbps 10kB 車両ＩＤ・ プローブ等 256kbps 1104B アップリンク ダウンリンク

車両計測

双方向通信

１回のアップリンクで

約3km程度の走行

が把握可能

プローブデータ

・緯度，経度 ・停止位置，停止時間 ・急減速位置

光ビーコン

図 2.8 信 号 現 示 の 例 (2) ス テ ッ プ （ 階 梯 ） ス テ ッ プ（ 階 梯 ）と は ，一 つ の 交 差 点 に お け る 信 号 表 示 の 切 り 替 え 最 小 単 位 で あ り ，全 灯 器 の 表 示 状 態 の 組 合 せ を 規 定 し た も の で あ る ．歩 行 者 と 車 両 の 両 方 に 対 し て 同 時 に 通 行 権 を 割 り 当 て る 一 般 的 な 信 号 現 示 で は ， １ つ の 信 号 現 示 は 歩 行 者 青 （ PG）， 歩 行 者 点 滅 （ PF）， 歩 行 者 赤 ・ 車 両 青 （ PR）， 黄 （ Y）， 全 赤 （ AR） の 5 ス テ ッ プ で 構 成 さ れ る ． ま た ， 信 号 制 御 パ ラ メ ー タ の 変 動 と 関 連 し て ，ス テ ッ プ に は 割 り 当 て ら れ る 時 間 が 変 動 す る 可 変 ス テ ッ プ（ 主 に 青 時 間 ）と ，黄 や 赤 の よ う に 常 時 一 定 の 時 間 が 割 り 当 て ら れ る 固 定 ス テ ッ プ が あ る ．図 2.9 に 標 準 的 な 2 現 示 の 現 示 階 梯 図 お よ び 信 号 灯 器 配 置 を 示 す ． 図 2.9 一 般 的 な 信 号 灯 器 配 置 と 現 示 階 梯 図 （ 出 典 ： 文 献 [36] 図 4.1.1）

1P

1P

1P

1P

2P

2P

2P

2P

2

2

1

1

ステップ（階梯）番号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 主道路歩行者灯 1P 主道路車両灯 1 従道路歩行者灯 2P 従道路車両灯 2 ステップ(階梯） PG PF PR Y AR PG PF PR Y AR 現示 1Φ 2Φ 流れ図 青表示 歩行者点滅 黄表示 赤表示

従道路

主道路

現示

1

現示

2

現示

3

2.2.2 制 御 パ ラ メ ー タ 信 号 制 御 パ ラ メ ー タ に は ， サ イ ク ル 長 ， ス プ リ ッ ト ， オ フ セ ッ ト が あ る ． (1)サ イ ク ル 長 信 号 表 示 が 一 巡 す る 時 間 を サ イ ク ル 長 と い う ．具 体 的 に は ，あ る 青 の 表 示 開 始 か ら ，同 じ 青 が 再 び 表 示 さ れ る ま で の 時 間 で ，通 常［ 秒 ］で 表 す ．交 通 需 要 が 多 い と き は サ イ ク ル 長 は 大 き い 値 を ， 少 な い と き は 小 さ い 値 を 使 用 す る ． (2)ス プ リ ッ ト ス プ リ ッ ト と は ，各 現 示 に 割 り 当 て ら れ る 時 間 の 長 さ の サ イ ク ル 長 に 対 す る 割 合 で あ る ．一 般 に は ，百 分 率 あ る い は 割 合 で 表 す ．通 常 は ，信 号 の 実 際 の 青 時 間 で は な く ，有 効 に 使 わ れ る 青 時 間 の 長 さ で あ る「 有 効 青 時 間 」を サ イ ク ル 長 で 割 っ た 値 を 用 い る ．各 現 示 の 有 効 青 時 間 の 総 和 は ，サ イ ク ル 長 か ら 各 現 示 切 り 替 り 時 の 損 失 時 間 の 総 和 は １ よ り も 小 さ く な る ．こ の ス プ リ ッ ト を 青 時 間 ス プ リ ッ ト と い う 場 合 も あ る ．ま た ，青 時 間 と 損 失 時 間 の 和 の サ イ ク ル 長 に 対 す る 割 合 を 現 示 ス プ リ ッ ト と い う ．こ れ ら の ス プ リ ッ ト の 総 和 は 常 に １ に な る ．交 通 管 制 シ ス テ ム で は 現 示 ス プ リ ッ ト が 使 用 さ れ て い る ． 図 2.10 に 図 2.8 で 示 さ れ る 3 現 示 交 差 点 を 例 に し た サ イ ク ル 長 と ス プ リ ッ ト を 示 す ． 図 2.10 サ イ ク ル 長 と ス プ リ ッ ト (3)オ フ セ ッ ト 隣 接 す る 交 差 点 を 相 互 に 連 動 さ せ て 制 御（ 系 統 制 御 ）す る た め に ，信 号 表 示 の タ イ ミ ン グ を ず ら す た め の パ ラ メ ー タ で あ る ． こ の 表 示 タ イ ミ ン グ の ず れ を オ フ セ ッ ト と い う ． 図 2.11 相 対 オ フ セ ッ ト の 例 相対オフセット 時間 距離

主道路

従道路

第1現示 スプリット

サイクル長

第2現示 スプリット 第3現示 スプリット

複 数 の 信 号 制 御 機 群 に 対 し て 共 通 な 基 準 点 か ら 主 道 路 青 表 示 の 開 始 点 ま で の ず れ を 絶 対 オ フ セ ッ ト と い う ．ま た ，隣 接 交 差 点 間 の 同 一 方 向 の 青 表 示 開 始 点 の ず れ を 相 対 オ フ セ ッ ト と い い ， い ず れ も 時 間 （ 秒 ） ま た は サ イ ク ル 長 に 対 す る 百 分 率 で 表 す ． 図 2.11 に 相 対 オ フ セ ッ ト の 例 を 示 す ． 2.2.3 飽 和 交 通 流 率 飽 和 交 通 流 率 と は ， 交 差 点 流 入 部 に お い て ， 交 通 需 要 が 十 分 に 存 在 す る 状 態 で ， 単 位 時 間 ・ 一 車 線 当 り に 停 止 線 を 通 過 し 得 る 最 大 の 車 両 数 で あ る ．通 常 は 青 １ 時 間 当 た り の 通 過 台 数 で 表 さ れ る ［ 台 ／ 青 １ 時 間 ］． 直 進 車 線 ， 右 折 専 用 車 線 な ど ， 交 通 流 の 動 線 が 異 な る と 飽 和 交 通 流 率 の 値 は 異 な り ， ま た 車 線 幅 員 や 大 型 車 混 入 率 な ど 道 路 ・ 交 通 状 況 に よ っ て も 異 な っ て く る ． 2.2.4 需 要 率 需 要 率 と は ，設 計 交 通 量（ 交 差 点 や 信 号 制 御 の 設 計 条 件 と し て 与 え ら れ る 交 通 需 要 の 交 通 流 率 ）を 飽 和 交 通 流 率 で 除 し た 値 で あ る ．そ の 交 通 量 を 非 飽 和 状 態 で 捌 く た め に は ，需 要 率 と 等 し い ス プ リ ッ ト が 最 小 限 必 要 で あ る ． 需 要 率 は さ ま ざ ま な 単 位 に 対 し て 定 義 さ れ ，信 号 制 御 設 計 時 に 活 用 さ れ て い る ．各 現 示 に 対 し て は「 現 示 の 需 要 率 」を 定 義 で き ，こ れ は 各 現 示 に お い て 通 行 権 を 付 与 さ れ た 各 流 入 路 の 需 要 率 の う ち 最 大 の 需 要 率 を「 現 示 の 需 要 率 」と す る ．す な わ ち ，同 時 に 流 れ る 交 通 の う ち で 最 も 長 い 有 効 青 時 間 を 必 要 と す る 流 入 路 の 需 要 率 で あ る ．「 交 差 点 の 需 要 率 」 と は ， 各 現 示 の 需 要 率 の 合 計 値 で ，こ れ が 1 を 超 え る と ど の よ う に 信 号 制 御 し て も 設 計 交 通 量 を 捌 く こ と が で き ず 捌 け 残 り が 生 じ る ． こ の 状 況 を 過 飽 和 状 態 と 呼 ん で い る ． 図 2.12 は ， 2 現 示 の 四 枝 交 差 点 の 例 で ， 流 入 部iの 交 通 量 をq_i， 飽 和 交 通 流 率 をs_iと し て ， 現 示

j

の 需 要 率

λ

_jと 交 差 点 の 需 要 率λを 求 め た 例 で あ る ． 図 2.12 現 示 と 需 要 率 の 例 （ 出 典 ： 文 献 [36] 図 2.1.6） 現 示 1 現 示 2 2 q 1 q _q3 4 q 現 示 1 の 需 要 率       = 3 3 1 1 1 max , s q s q

λ

現 示 2 の 需 要 率       = 4 4 2 2 2 max , s q s q

λ

交 差 点 の 需 要 率

λ

=

λ

1+

λ

2

2.2.5 信 号 制 御 の 評 価 指 標 交 通 信 号 制 御 は ，導 入 当 初 は 安 全 を 目 的 と し て 全 国 展 開 さ れ た が ，高 度 成 長 に よ り 交 通 需 要 が 急 激 に 増 加 す る と 交 通 処 理 の 効 率 性 も 重 要 な 要 素 と な っ た ．こ の よ う な 観 点 か ら 交 通 処 理 能 力 を 定 量 的 に 評 価 す る 必 要 が あ る ． 以 下 に ， 代 表 的 な 評 価 指 標 に つ い て 概 説 す る ． (1) 遅 れ 時 間 信 号 に よ る 遅 れ 時 間 と は ，信 号 が な か っ た と 仮 定 し た 場 合 の 対 象 と す る 区 間 の 旅 行 時 間 と 実 際 の 旅 行 時 間 と の 差 で あ る ．交 通 需 要 が 交 通 容 量 よ り 小 さ い 場 合 で も ，赤 時 間 中 に 交 通 が 到 着 す る か ぎ り 「 遅 れ 」 は 生 じ る ． 図 2.13 は ， 交 差 点 の 一 つ の 流 入 路 の 停 止 線 に お け る 到 着 す る 累 積 交 通 量 （ 交 通 需 要 ） A と 流 出 す る 累 積 交 通 量 D の 時 間 変 化 を 単 純 化 お よ び 模 式 化 し た 例 で あ る ．赤 時 間 で は ，流 出 交 通 流 率 が 0 な の で ，曲 線（ 折 線 ）D は 横 軸 に 平 行 と な る ．A と D の 縦 軸 に お け る 差 は ，そ の 時 点 で の 信 号 待 ち 行 列 台 数 を 表 し ，A と D の 横 軸 に お け る 差 は 個 々 の 車 両 が こ の 信 号 待 ち に よ っ て 被 る 遅 れ 時 間 の 長 さ を 表 し て い る ．青 開 始 後 に ，信 号 待 ち 車 両 は 飽 和 交 通 流 率 s（ 曲 線 D の 傾 き ） で 流 れ 始 め る も の と す る ． こ こ で 青 時 間 中 に A と D が 交 わ る と ， 以 降 の 流 出 累 積 交 通 量 D は A に 一 致 し て 重 な っ た 曲 線 と な る ． 一 方 ， 青 表 示 終 了 ま で に 曲 線 A と D が 交 わ ら な い 場 合 は ，青 表 示 終 了 時 に 信 号 待 ち 行 列 の 捌 け 残 り が 生 じ る ．こ の 時 ，交 通 需 要 は 交 通 容 量 を 超 過 し て お り ，こ れ を 過 飽 和 状 態（ 交 通 渋 滞 ）と い う ．逆 に 交 通 需 要 が 交 通 容 量 以 下 の 状 態 を 非 飽 和 状 態 と い う ．曲 線 A と D が 囲 む 面 積 は ，個 々 の 車 両 の 遅 れ 時 間 の 和 を 取 っ た も の を 意 味 し ， こ れ を 「 総 遅 れ 時 間 」 と い う ． 図 2.13 信 号 に よ る 待 ち 行 列 と 遅 れ 時 間 （ 出 典 ： 文 献 [36] 図 2.1.3） 累 積 交 通 量 時 間 赤 青 赤 青 赤 青 赤 青 赤 n t A D 時 刻 t の 待 ち 行 列 台 数 n 台 目 の 遅 れ 時 間