博 士 （ 工 学 ） ArulananthamAnburuvel
学 位 論 文 題 名
Traffic Simulation‑based Dynamic Origin‑Destination Traffic Demand Estimation for Intelligent Transportation Systems
（高度交通システムのための交通シミュレーションに基づく動的OD 推定法に関する研究）
学位論文内容の要旨
Intelligent Transportation Systems (ITS) have received a great deal of attention in over‑
coming traffic‑associated problems by implementing online traffic management, which in‑
evitably depends on the accurate dynamic traffic demand. Demand information is a funda‑
mental input for simulation‑based Dynamic Traffic Assignment (DTA) models to describe and predict traffic conditions on the transportation network over time and space, as well as to generate coordinated control and information supply strategies for intelligent traffic network management. Dynamic Origin‑Destination (OD) demand matrix is recommended as perfect choice for traffic demand, which captures spatial and temporal distribution of traffic in a transportation network. This research develops alternative formulations to address a series of critical and challenging issues exist in estimation and prediction of dynamic OD demand.
This research focuses on dynamic OD demand estimation algorithms, which employ simulation‑based DTA models. DTA models represent interactions between traffic demand in the transportation network and network supply parameters more accurately. The interactions are formulated as state‑space models to implement dynamic estimation, and solved using Unscented Kalman Filter (UKF), which is one of the most prominent and computationally feasible tools for real‑time applications that provide a recursive algorithm. The state‑space model for simulation‑based dynamic OD demand estimation comprising the following steps:
(a) prediction of traffic states with current OD demand using traffic simulation model; (b) adjustment of OD demand according to the deviation between predicted traffic states and corresponding latest field measurements of them.
The altemative formulations for dynamic OD demand estimation demonstrated in this dis‑
sertation, sought to achieve the following objectives: to reduce the number of unknown vari‑
ables in a dynamic OD demand estimation system and to consider prevailing noise in inputs;
to examine the application of altemative traffic simulation tools to represent the interactions between traffic demand and network supply parameters more accurately; to investigate the potential of dual‑kalman filter for concurrent model parameter update; to extend the appli‑
cation of the developed dynamic OD demand estimation approach to urban networks with route choice. To achieve the above said objectives, the following dynamic OD demand esti‑
mation formulations are considered in this dissertation: a) dynamic joint OD demand estima‑
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The two test beds used for case study are from a freeway corridor in Osaka and an urban arterial in Sapporo, Japan. Three conventional traffic simulation models (cell transmission model, modified Payne model and excess critical speed model) and a simulation software package (VISSIM) are used to evaluate the proposed methodologies. The examination crite‑
ria for the dynamic OD demand estimation approaches consist of accuracy and computational efficiency. Joint OD demand estimation shows significant improvement in computation time and produced relatively good OD demand estimates on freeway corridor. It is found that the frequent divergences observed in single‑UKF due to inefficient state modelling can be removed by applying dual‑UKF. Simulation‑based dynamic OD demand estimation on free‑
way corridor is independent of traffic simulation model. The application of the proposed approach to urban arterials requires employment of more sophisticated traffic data. Compu‑
tation time remains considerably high for formulations that employ VISSIM than that of with conventional traffic simulation models.
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学位論文審査の要旨 主査 副査
副査 副査 副査
教授 教授 教授 准教授 教授
中辻 萩原 川村 岸 邦 林川 俊
学 位 論 文 題 名
隆 亨
彰 （ 北 見 工 業大学 ） 宏
郎
Traffic Simulation‑based Dynamic Origin ― Destination Traffic Demand Estimation for Intelligent Transportation Systems
（高度交通システムのための交通シミュレーションに基づく動的OD 推定法に関する研究）
交 通 渋 滞 は 交 通 安 全 や 環 境 汚 染と 並 ん で 自 動 車交 通 の 発 展 に伴 う 負 の 課 題と し て 既 に 半 世 紀 以 上 に わ た っ て そ の 解 決 が 求 め られ を が ら も 、交 通 重 要 の 増大 の た め に 今 世紀 に 入 っ て も 深 刻 さ を 増 し て い る 。 近 年 、 高 度 情 報 シ ス テ ム(ATIS)や 高 度 交 通 マ ネ ン ジ メン ト シ ス テ ム(ATMS)に よ っ て 交 通 需 要 や 交 通 流 を 動 的 に コ ン ト ロ ー ル す る 高 度 交 通 シ ス テ ム (Intelligent Transport System: ITS)技 術 の 進 展 が交 通 渋滞問 題への 解決 策とし て有効 であ る と の 認 識 の 元 に 多 様 を 技 術 開 発 が 試み ら れ て い る。 交 通 渋 滞 を緩 和 す る シ ス テム の 成 否 は 、 現 下 の 交 通 需 要 や 短 時 間 先 の 交 通状 態 を 如 何 に精 度 良 く 推 定・ 予 測 で き る かに 依 存 し て い る 。 し か し を が ら 、 交 通 需 要 を 計測 交 通 デ ー タか ら 逆 推 定 する 問 題 は 、 計 測情 報 よ り も 未 知 量 が 多 く 、 ま た 従 来 利 用 出 来 る交 通 デ ー タ は交 通 管 理 者 がも つ 車 両 感 知 器デ ー タ に 限 ら れ て い た た め そ の 手 法 の 開 発 は 、 き わ め て 小 さ を 道 路 網 に 限 られ て い た 。 近年 、GPS やETCを 装 備 し た 車 両 （ プ ロ ー ブ 車 ） の 普 及 に よ っ て 、 利 用 可能 な 計 測 交 通デ ー タ が 増 大 し て お り 、 交 通 需 要 を 逆 推 定 す る 手 法 の 新 た を 展 開 が 期 待 さ れ て い る 。 本 研 究 は 、 こ う し たITS技 術 の 発 展 を 背 景 と し て 、 交 通 シ ミ ュ レ ー シ ョ ン 技 法 を 動 的 を 交 通 需 要 推 定 手 法 に 組 み 込 む 手 法 を確 立 す る こ とを 一 義 的 を 目的 と し て い る 。そ の た め に 、Unscent・cdKalmanFilter代膩F） の 枠 組み の 中 で 、a） 未 知 量 を 軽 減す る た め の 体系 的 な 推 定 手 法 を確 立 す る こ と、b） 多 様 を交 通 シ ミ ュ レー シ ョ ン モ デル の 適 用 性 を 明ら か に す る と と も に 、交 通 流 表 現 に優 れ た 市 販 シミ ュ レ ー タ の利 用 可 能 に す るこ と 、c） 交通 需 要 と モ デ ル パ ラ メー タ を 同 時 推定 す る 手 法 を確 立 す る こ と、d） 実 際 の高 速 道 路 や 一 般街 路 へ の 適 用 を 行 っ て 提 案 手 法 の 実 用 性 を 定 量 的 に 検 証 す る こ と を 目 的 と し て い る 。 第1章 で は 第1章 で は 本 研 究 の 背 景 お よ び 目 的 に つ い て 延 ベ 、 さ ら に 本 論 文 の 内 容 ・構 成 、 お よ び 研究 の 範 囲 と 限界 に つ い て ま とめ て い る 。
第2章 で は 、OD交 通 量 や 交 通 状 態 の 動 的 推 定 法 、 交 通 流 理 論 、 交 通 シ ミ ュ レ ー シ ョ ン モ デ ル 、 あ る い は カ ル マ ン フ ィ ル タ ーを ど の 基 礎 理論 関 し て 既 往の 文 献 レ ビ ュ ーを 行 っ て い る 。
第3章 で は 、 先 ず 初 め に 分 布 交 通 量 と 配 分 交 通 量 の 同 時 推 定手 法 の 確 立 によ る 演 算 負 荷 の 低 減 手 法 を 確 立 す る と と も に 、 多 様を 微 視 的 、 ある い は 巨 視 的を 交 通 流 シ ミ ュレ ー シ ョ
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ン モ デ ル をUnscented Kalman Filter (UKF)の 枠 組 み へ 統 合 す る 手 法 の 開 発 と 適 合 性 の 検 討 を 行 っ て い る 。 と り わ け 、 交 通 シ ミ ュ レ ー シ ョ ン モ デ ル と し て 完 成 度 の 高 い 市 販交 通流 シ ミ ュ レ ー タ と の 統 合 を シ ミ ュ レ ー タ のAPI(Application Program Interface)機 能を 用い て 実 現 す る 手 法 の 確 立 を 行 っ て い る 。
第4章 で は 、 実 測 の 交 通 デ ー タ を 用 い て 高 速 道 路 網 や 一 般 街 路 網 へ の 適 用 を 行 い 、 実 用 化 ヘ 向 け た 課 題 に 対 す る 定 量 的 を 解 析 を 行 っ て い る 。 具 体 的 に は 、 観 測 交 通 デ ー タと して 用 い る 交 通 量 や 交 通 速 度 デ ー タ の 有 効 性 、 分 布 交 通 量 と 配 分 交 通 量 の 同 時 推 定 手 法の 推定 精 度 と 演 算 効 率 に 関 す る 検 証 を 行 い 、 新 た に 提 案 さ れ た 手 法 が 様 々 な 条 件 下 に お いて 優れ て い る こ と を 実 証 し て い る 。 さ ら に は 交 通 流 シ ミ ュ レ ー シ ョ ン モ デ ル に 含 ま れ て いる 交通 状 況 に 依 存 す る い く っ か の モ デ ル パ ラ メ ー タ もOD交 通 量 と 同 時 に 推 定 す る デ ュ ア ル カ ル マ ン フ ア ル タ ー 手 法 がUnscented Kalman Filter (UKF)の 枠 組 み に お い て も 可 能 で あ る こ と を 示 す と と も に そ の 有 効 性 の 検 証 を 行 っ て い る 。
第5章 で は 、 本 論 文 を 総 括 し て 、 当 該 研 究 へ の 貢 献 を 明 ら か に す る と と も に 、 将 来 の 研 究 方 向 に 関 し て い く つ か の 提 案 を 行 っ て い る 。
こ れ を 要 す る に 、 著 者 は 、OD交 通 量 の 動 的 推 定 法 に 関 し て 、Unscentedカ ル マ ン フ ィ ル タ ー 枠 組 み の 中 で 、 市 販 の 交 通 流 シ ミ ュ レ ー タ も 含 め た 多 様 を 交 通 シ ミ ュ レ ー ショ ンモ デ ル を 組 み 込 ん だ 推 定 法 の 確 立 を 理 論 的 に 行 う と と も に そ の 有 効 性 を 数 値 計 算 に よっ て明 ら か に し て い る 。 ま た 、 交 通 流 シ ミ ュ レ ー シ ョ ン モ デ ル に 含 ま れ る モ デ ル パ ラ メ ータ の動 的 を 推 定 に 関 し て も デ ュ ア ル カ ル マ ン フ ィ ル タ ー 手 法 の 有 効 性 を 実 証 し て い る 。 ここ での 成 果 は 、 高 度 交 通 シ ス テ ム(ITS)の 発 展 に 寄 与 し て お り 、 交 通 工 学 、 と り わ け 交 通 制 御 工 学 の 発 展 に 貢 献 す る と こ ろ 大 を る も の が あ る 。
よ っ て 著 者 は 、 北 海 道 大 学 博 士 （ 工 学 ） の 学 位 を 授 与 さ れ る 資 格 あ る も の と 認 め る 。
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