(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
現在時刻から一定時間先までに交差点に流入する流入台数を予測し、現在時刻の待ち台数と、予測された流入台数とに基づいて、現在時刻から一定時間先までの交差点での待ち台数を求める第１の待ち台数算出手段と、
前記一定時間の経過時点以後の流入台数がないものとし、前記一定時間の経過時点以後における待ち台数を求める第２の待ち台数算出手段と、
前記第１の待ち台数算出手段により求められた現在時刻から前記一定時間の経過時点までの待ち台数と、前記第２の待ち台数算出手段により求められた前記一定時間の経過時点以後の待ち台数とに基づいて交差点での総遅れＤを求め、この総遅れＤが最小となるように信号制御パラメータの最適化を行う評価手段とを備えることを特徴とする交通信号制御装置。
【請求項２】
前記一定時間は信号の１サイクル時間である請求項１記載の交通信号制御装置。
【請求項３】
前記第２の待ち台数算出手段は、前記一定時間の経過時点以後における待ち台数を定数として確定するものであり、
前記評価手段は、一定時間の経過時点以後の待ち台数に基づいて交差点での総遅れＤを求める場合に、総遅れＤの算出期間を、前記一定時間の経過時点以後における赤信号期間とすることを特徴とする請求項１記載の交通信号制御装置。
【請求項４】
前記第２の待ち台数算出手段は、前記一定時間の経過時点が青信号である場合には、前記一定時間の経過時点以後の流入台数を推定することにより、当該青信号が終了する時点における待ち台数を算出して確定し、前記一定時間の経過時点が赤信号である場合には、その赤信号期間の初めに存在した待ち台数を採用して確定するものであり、
前記評価手段は、前記一定時間の経過時点が青信号である場合には、当該青信号が終了する時点における待ち台数がその後現れる赤信号期間だけ続くものとし、前記一定時間の経過時点が赤信号である場合には、その赤信号期間の初めに存在した待ち台数が、一定時間の経過時点以後、当該赤信号終了時まで続くものとして、交差点での総遅れＤを求めるものである請求項３記載の交通信号制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、信号制御の対象となる交差点の交通量を予測し、総遅れをが最小となるように信号制御パラメータを決定する交通信号制御に関するものである。ここで「総遅れ」とは所定期間（例えば所定回数の信号サイクル）に交差点に流入した全車両の遅れ時間の合計をいい、「遅れ時間」とは、車両が赤信号や信号待ち車両の影響を受けないで走行したと仮定した場合の旅行時間と、赤信号や信号待ち車両の影響を受けて走行した旅行時間との差をいう。「信号制御パラメータ」とは、１信号サイクル内で設定される青信号時間、赤信号時間のことをいう。
【０００２】
【従来の技術】
従来の交通信号制御処理を説明する。
交差点の平面図を図６に示す。交差点２１は通常４本の流入道路を持つが、そのうちの１本の流入道路２２に注目する。時刻ｔにおいて交差点に流入した台数を流入台数ＩＮ（ｔ）、停止線から発進した台数を発進台数ＯＵＴ（ｔ）、待ち台数をＱ（ｔ）とする。
【０００３】
図７は、これらの関係をグラフ化した図である。流入台数ＩＮ（ｔ）は常時発生し、発進台数ＯＵＴ（ｔ）は青信号時間にのみ発生する。待ち台数Ｑ（ｔ）は、流入台数ＩＮ（ｔ）から発進台数ＯＵＴ（ｔ）を引いたものである。この交差点での総遅れＤは、図７でハッチングを施した部分の面積にあたる。総遅れＤの単位は「台数・時間」である。
図８は、待ち台数Ｑ（ｔ）だけを取り出したグラフである。待ち台数Ｑ（ｔ）は赤信号時間では単調に増加し、青信号時間では単調に減少している。
【０００４】
流入台数ＩＮ（ｔ）を予測するには、図６で、流入道路２２の上流に存在する車両感知器２を利用する。車両感知器２と停止線との距離をｄ、車両の平均速度をＶとすると、車両感知器２で計測した交通量（単位時間あたりの通過台数）は、時間Ｔｓ（Ｔｓ＝ｄ／Ｖ）後に、交差点２１に流入する交通量となると考えられる。この交通量を時間積分すれば、時間Ｔｓ後の流入台数ＩＮ（ｔ）を知ることができる。
【０００５】
発進台数ＯＵＴ（ｔ）は、次のようにして求める。停止線の上流に十分な待ち台数がある場合に、青信号において発進することのできる単位時間あたりの流出台数（飽和交通量という）を定数として設定する。この飽和交通量は、通常２秒に１台くらいである。この飽和交通量は赤信号時間では０とする。飽和交通量を時間積分したもの飽和発進台数Ｘ（ｔ）という。流入台数ＩＮ（ｔ）と待ち台数Ｑ（ｔ）の和を計算し、この和と、飽和発進台数Ｘ（ｔ）とを比較し、少ないほうを、発進台数ＯＵＴ（ｔ）とする。
【０００６】
ＯＵＴ（ｔ）＝ｍｉｎ｛ＩＮ（ｔ）＋Ｑ（ｔ），Ｘ（ｔ）｝                        （１）
次に、予測された流入台数ＩＮ（ｔ）に基づいて、待ち台数Ｑ（ｔ）を予測する。以下、単位時間をΔｔとし、時刻ｔから時刻ｔ＋Δｔまでの流入台数をΔＩＮ（ｔ）、時刻ｔから時刻ｔ＋Δｔまでの発進台数をΔＯＵＴ（ｔ）と書く。時刻ｔ＋Δｔに予測される待ち台数Ｑ（ｔ＋Δｔ）は、
Ｑ（ｔ＋Δｔ）＝Ｑ（ｔ）＋ΔＩＮ（ｔ）−ΔＯＵＴ（ｔ）                        （２）
で計算できる。この式は、流入台数ＩＮ（ｔ）が分かれば、待ち台数Ｑ（ｔ）を予測できることを示している。
【０００７】
いままでの議論は１本の流入道路に注目した結果であったが、実際には、交差点への流入道路は４本ある。そこで、全流入道路についての合計の待ち台数Ｑ（ｔ）を求める必要がある。各流入道路を添え字ｊで表すと、全流入道路についての合計の待ち台数Ｑ（ｔ）は、
Ｑ（ｔ）＝ΣＱｊ（ｔ）                                                                              （３）
で求められる。
【０００８】
次に、総遅れＤを予測する。総遅れＤは、前記（３）式に基づいて計算された待ち台数Ｑ（ｔ）を、現在時刻以後の、所定期間（例えば所定回数の信号サイクル）にわたって時間積分すれば求められる。
Ｄ＝∫Ｑ（ｔ）ｄｔ                                                                                  （４）
従来、この予測される総遅れＤを最小にするような「信号制御パラメータ」を求めることにより、交通信号の制御を行っていた。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
待ち台数Ｑ（ｔ）を所定期間にわたって時間積分する際に、どの程度の長さにわたって時間積分するか（つまり、流入台数ＩＮ（ｔ）をどの程度先まで予測するか）が問題になる。
流入台数ＩＮ（ｔ）の予測精度は、将来になるほど悪くなると考えられる。
そこで、従来では１信号サイクルでのみ予測することとしている。
【００１０】
すなわち、「総遅れ」とは１信号サイクルで交差点に流入した車両の遅れ時間と定義し、現在時刻から１信号サイクル先までの総遅れＤを予測し、この総遅れＤを最小にするように、「信号制御パラメータ」を決定していた。１信号サイクルの経過以後は、流入台数ＩＮ（ｔ）が予測できないので、待ち台数Ｑ（ｔ）も求まらない。したがって、１信号サイクル先以後の総遅れＤを加味することはしていない。
【００１１】
ところが、前記の「総遅れ」の定義では、１信号サイクル経過時点で、まだ交差点に残されているかもしれない待ち台数Ｑ（ｔ）を考慮していない。このため、次のような問題が発生する。
交差点への流入道路のうち、交通量の最も多い道路を「主道路」、それを横切る道路を「従道路」という。前記従来の技術の考え方では、交通量の多い主道路の青信号時間を延ばせば延ばすほど、総遅れＤは小さくなるので、主道路の青信号時間が長く設定される傾向にあった。特に、主道路と従道路とで交通量の差が顕著な交差点では、従道路の青信号時間が非常に短くなる。
【００１２】
このため、従道路で恒常的に待ち台数が発生し、何サイクルも信号を待つ車両が現れる。
そこで、本発明は、まだ交差点に残されるかもしれない待ち台数によって発生する総遅れＤを評価することにより、従道路で待ち台数が恒常的に発生しにくい交通信号制御装置を実現することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の交通信号制御装置は、現在時刻から一定時間先までに交差点に流入する流入台数を予測し、現在時刻の待ち台数と、予測された流入台数とに基づいて、現在時刻から一定時間先までの交差点での待ち台数を求める第１の待ち台数算出手段と、前記一定時間の経過時点以後の流入台数がないものとし、前記一定時間の経過時点以後における待ち台数を求める第２の待ち台数算出手段と、前記第１の待ち台数算出手段により求められた現在時刻から前記一定時間の経過時点までの待ち台数と、前記第２の待ち台数算出手段により求められた前記一定時間の経過時点以後の待ち台数とに基づいて交差点での総遅れＤを求め、この総遅れＤが最小となるように信号制御パラメータの最適化を行う評価手段とを備えるものである（請求項１）。
【００１４】
本発明では、流入台数を予測する時間を「一定時間」としている。この一定時間は、［従来の技術］で説明したとおり１信号サイクルとしてもよい（請求項２）。
第１の待ち台数算出手段は、現在時刻から一定時間先までの予測に基づいて交差点での各道路の待ち台数を求める。
第２の待ち台数算出手段は、前記一定時間の経過時点以後の流入台数がないとして、前記一定時間の経過時点以後の、各道路の待ち台数を求める。
【００１５】
そして、評価手段は、第１の待ち台数算出手段及び第２の待ち台数算出手段によりそれぞれ求められた、交差点に流入する全道路についての待ち台数に基づいて、交差点での総遅れＤを求め、この総遅れＤが最小となるように信号制御パラメータの最適化を行う。
このようなプロセスにより、一定時間の経過時点で、まだ交差点に残されているかもしれない待ち台数によって発生する総遅れＤを評価することができる。したがって、主道路と従道路とで交通量の差が顕著な交差点であっても、従道路の青信号時間が非常に短くなることはなくなり、従道路で恒常的に待ち台数が発生することは少なくなる。
【００１６】
前記第２の待ち台数算出手段は、前記一定時間の経過時点以後における待ち台数を定数として確定するものであり、前記評価手段は、一定時間の経過時点以後の待ち台数に基づいて交差点での総遅れＤを求める場合に、総遅れＤの算出期間を、前記一定時間の経過時点以後における赤信号期間としてもよい（請求項３）。
この構成によれば、評価手段は、確定された待ち台数が赤信号期間だけ続くものとして、総遅れＤを求める。したがって、待ち台数を、車両の発進によって消滅していくまで計算すると計算時間が長くなり、計算量が増加することがあるのに対して、本発明では、計算量を制限することができ、計算時間を短くできる。
【００１７】
前記第２の待ち台数算出手段は、前記一定時間の経過時点が青信号である場合には、前記一定時間の経過時点以後の流入台数を推定することにより、当該青信号が終了する時点における待ち台数を算出して確定し、前記一定時間の経過時点が赤信号である場合には、その赤信号期間の初めに存在した待ち台数を採用するものであり、前記評価手段は、前記一定時間の経過時点が青信号である場合には、当該青信号が終了する時点における待ち台数がその後現れる赤信号期間だけ続くものとし、前記一定時間の経過時点が赤信号である場合には、その赤信号期間の初めに存在した待ち台数が、一定時間の経過時点以後、当該赤信号終了時まで続くものとして、交差点での総遅れＤを求めるものであってもよい（請求項４）。
【００１８】
この実施態様では、一定時間の経過時点が青信号である場合には、一定時間の経過時点以後の流入台数を推定し、この推定に基づいて、当該青信号が終了する時点における待ち台数を算出し、確定する。前記一定時間の経過時点が赤信号である場合には、その赤信号期間の初めに存在した待ち台数を採用し、確定する。評価手段は、このようにして求められた待ち台数が赤信号期間だけ続くものとして、総遅れＤを求める。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、添付図面を参照しながら詳細に説明する。
−交通信号制御装置の構成−
本発明の交通信号制御装置は、コンピュータなどを含む処理装置と、記憶装置と、管轄道路の各交差点に設置された車両感知器からの信号を取り入れるためのインターフェイスと、表示装置やキーボードなどの入出力装置を備えている。
【００２０】
処理装置で行う各処理機能の全部又は一部は、記憶装置に記録されたプログラムをコンピュータが実行することにより実現される。
−交通信号制御（Ａ）−
図１は、処理装置１の行う交通信号制御処理を説明するための機能ブロック図であり、図２は交通信号制御処理のフローチャートである。
処理装置１の交差点流入台数予測部３は、道路の上流に設置された車両感知器２の検知信号に基づいて、交差点流入交通量を予測し、それに基づいて流入台数ＩＮ（ｔ）を予測する（ステップＳ１）。どれだけ先の時刻を予測するか（以下「予測時間」という）は、上流道路の車両感知器２の設置位置から当該交差点までの旅行時間に応じて決まる。本実施の形態では、前記旅行時間は、信号の１サイクル時間以上とれるものとする。そこで、本発明の実施の形態では、流入台数ＩＮ（ｔ）を、信号の１サイクル先まで予測するものとする。
【００２１】
次に処理装置１の発進台数算出部４は、発進台数ＯＵＴ（ｔ）を算出する（ステップＳ２）。そして待ち台数算出部５は、流入台数ＩＮ（ｔ）と発進台数ＯＵＴ（ｔ）との差をとることにより、待ち台数Ｑ（ｔ）を算出する（ステップＳ３）。
これらの発進台数算出部４及び待ち台数算出部５においては、本発明に従い、従来の処理に加えて、次の処理を追加する。１サイクルより先の流入台数ＩＮ（ｔ）を０として、１サイクルより先の発進台数ＯＵＴ′（ｔ）を計算する。１サイクルより先の発進台数ＯＵＴ′（ｔ）は、
ＯＵＴ′（ｔ）＝ｍｉｎ｛Ｑ′（ｔ），Ｘ（ｔ）｝                                  （５）
で求められる。ただしこの式で、待ち台数Ｑ′（ｔ）は、１サイクル経過時点では、その時点の待ち台数Ｑ（ｔ）とし、１サイクルよりも先の時点では、後の（６）式で求められる待ち台数Ｑ′（ｔ）を使う。
【００２２】
１サイクルよりも先の待ち台数Ｑ′（ｔ）は、前記（２）式でΔＩＮ（ｔ）＝０とおいて求められる。すなわち、単位処理時間をΔｔとし、時刻ｔから時刻ｔ＋Δｔまでの発進台数をΔＯＵＴ′（ｔ）と書き、時刻ｔでの待ち台数をＱ′（ｔ）と書くと、時刻ｔ＋Δｔに予測される待ち台数Ｑ′（ｔ＋Δｔ）は、
Ｑ′（ｔ＋Δｔ）＝Ｑ′（ｔ）−ΔＯＵＴ′（ｔ）                                  （６）
となる。待ち台数Ｑ′（ｔ）は、この（６）式を用いて逐次求めていくことができる。
【００２３】
待ち台数算出部５が算出する待ち台数は、１サイクル経過前の待ち台数Ｑ（ｔ）と、その後に引き続く１サイクルよりも先の待ち台数Ｑ′（ｔ）となる。
交差点に流入する道路は通常４本あるので、以上のステップＳ１からＳ３までの処理が他の道路について行われたかどうかを判断し（ステップＳ４）、未処理であれば、他の道路についてもステップＳ１からＳ３までの処理を行う。すべての道路について処理が終われば、全流入道路についての待ち台数Ｑ（ｔ），Ｑ′（ｔ）を求める。各流入道路を添え字ｊで表すと、全流入道路についての合計の待ち台数Ｑ（ｔ）  ，Ｑ′（ｔ）は、
Ｑ（ｔ）＝ΣＱｊ（ｔ）                                                                              （７）
Ｑ′（ｔ）＝ΣＱ′ｊ（ｔ）                                                                                    （８）
で求められる。
【００２４】
図３は、主道路及び従道路について、１サイクル経過前の累積台数と、１サイクルよりも先の累積台数の関係を示すグラフである。図４は流入台数ＩＮ（ｔ）から発進台数ＯＵＴ（ｔ）を引いた待ち台数Ｑ（ｔ）を示すグラフである。
１サイクル経過前は流入台数ＩＮ（ｔ）を予測しているが、１サイクルよりも先の流入台数ＩＮ（ｔ）は予測していないので、図４において、１サイクルよりも先の待ち台数Ｑ′（ｔ）は、赤信号ではそのままの値を保ち、青信号では単調に減少している。
【００２５】
総遅れ数算出部６は、次の式により、総遅れＤを計算する（ステップＳ６）。総遅れＤは、図３又は図４でハッチングを施した部分の面積にあたる。
Ｄ＝∫Ｑ（ｔ）ｄｔ＋∫Ｑ′（ｔ）ｄｔ                                                                      （９）
この（９）式で、信号制御パラメータ（青信号時間、赤信号時間）は、まずデフォルト値を使う。右辺第１項の積分範囲は、現時点から１サイクル経過までである。右辺第２項の積分範囲は、Ｑ（ｔ）が０になるまで、つまり１サイクル経過時点でまだ交差点に残されているかもしれない待ち台数Ｑ（ｔ）が、全部さばけるまでの時間とする。
【００２６】
次に、総遅れＤを最小にする信号制御パラメータを見つける。信号制御パラメータを変更して（ステップＳ７）、変更後のパラメータで総遅れＤを計算する（ステップＳ８）。総遅れＤが最小になるまで、前記処理を繰り返し総遅れＤが最小になれば、そのときの信号制御パラメータを決定する（ステップＳ９，１０）。
−交通信号制御（Ｂ）−
前記交通信号制御（Ａ）では、（９）式の右辺第２項の積分は、待ち台数Ｑ（ｔ）が０になるまで行っているので、計算時間がかかる。信号制御パラメータは、原則として１サイクル以内に決定する必要があるので、計算量は少ないほうが好ましい。
【００２７】
そこで、総遅れＤを、待ち台数Ｑ（ｔ）が０になるまで計算するのでなく、当該赤信号期間が終了すると計算を打ち切ることが考えられる。
図５は、交通信号制御（Ｂ）の処理を説明するためのグラフであり、主道路及び従道路について、１サイクル経過前の待ち台数Ｑ（ｔ）と、１サイクルよりも先の確定した待ち台数Ｑ１の関係を示すグラフである。
この交通信号制御（Ｂ）では、待ち台数算出部５は、１サイクルの経過時点が青信号である場合には、図５（ａ）に示すように、１サイクル以後の流入台数ＩＮ（ｔ）を推定することにより、当該青信号が終了する時点における待ち台数Ｑ１を算出する。この流入台数ＩＮ（ｔ）の推定方法は任意であり、上流の交通量計測により推定してもよく、１サイクル経過時点までの流入台数の関数形をそのまま延長することにより推定してもよい。１サイクルの経過時点が赤信号である場合には、図５（ｂ）に示すように、その赤信号期間の初めに存在した待ち台数Ｑ１を採用する。
【００２８】
総遅れ数算出部６は、１サイクルの経過時点が青信号である場合には、当該青信号が終了する時点における予測待ち台数Ｑ１がその後現れる赤信号期間Ｔ１だけ続くものとし、１サイクルの経過時点が赤信号である場合には、その赤信号の初めに存在した待ち台数Ｑ１が、１サイクルの経過時点以後、当該赤信号終了時まで、期間Ｔ１続くものとして、交差点での総遅れＤを求める。
Ｄ＝∫Ｑ（ｔ）ｄｔ＋Ｑ１・Ｔ１                                                              （１０）
なお、右辺第１項の積分範囲は、現時点から１サイクル経過までである。
【００２９】
総遅れ数算出部６は、この総遅れＤが最小となるように信号制御パラメータの最適化を行う。
以上で、本発明の実施の形態を説明したが、本発明の実施は、前記の形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変更を施すことが可能である。
【００３０】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、信号制御パラメータの最適なものに決定できるので、主道路と従道路とで交通量の差が顕著な交差点であっても、従道路の青信号時間が非常に短くなることはなくなり、従道路で恒常的に待ち台数が発生することが少なくなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】処理装置１の行う交通信号制御処理を説明するためのブロック図である。
【図２】交通信号制御処理のフローチャートである。
【図３】主道路及び従道路について、１サイクル経過前の累積台数と、１サイクルよりも先の累積台数の関係を示すグラフである。
【図４】主道路及び従道路について、１サイクル経過前の待ち台数Ｑ（ｔ）と、１サイクルよりも先の待ち台数Ｑ′（ｔ）の関係を示すグラフである。
【図５】主道路及び従道路について、１サイクル経過前の待ち台数Ｑ（ｔ）と、１サイクルよりも先の確定した待ち台数Ｑ１の関係を示すグラフである。
【図６】交差点の平面図である。
【図７】流入台数ＩＮ（ｔ）、発進台数ＯＵＴ（ｔ）、待ち台数Ｑ（ｔ）の関係を示すグラフである。
【図８】待ち台数Ｑ（ｔ）の関数形を示すグラフである。
【符号の説明】
１  処理装置
２  車両感知器
３  交差点流入台数予測部
４  発進台数算出部
５  待ち台数算出部
６  総遅れ数算出部
７  信号制御パラメータ変更部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
0003613259.tif 000006
【図６】
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【図７】
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【図８】
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