(57)【要約】【課題】シミュレーションによって自然な交通流を再現すること。【解決手段】道路上を走行する各車両Ｘ（＃１〜＃ｎ）を模擬することにより交通流を予測する交通流ミクロシミュレーションシステムにおいて、対象車両Ｘ（＃１）が、走行中車線Ｃから隣接車線Ｄへ車線変更することが可能か否かを判定する条件として、隣接車線Ｄにおいて対象車両Ｘ（＃１）の直前を走行する車両Ｘ（＃２）と、対象車両Ｘ（＃１）との車頭間距離が所定値よりも大きい場合には、対象車両Ｘ（＃１）は車線変更が可能であると判定する。【選択図】  図４
2005062944.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
道路上を走行する各車両を模擬することにより交通流を予測する交通流ミクロシミュレーションシステムにおいて、
対象車両が、走行中車線から隣接車線へ車線変更することが可能か否かを判定する条件として、前記隣接車線において前記対象車両の直前を走行する車両と、前記対象車両との車頭間距離が所定値よりも大きい場合には、前記対象車両は前記車線変更が可能であると判定するようにした交通流ミクロシミュレーションシステム。
【請求項２】
請求項１に記載の交通流ミクロシミュレーションシステムにおいて、
前記直前を走行する車両の速度が、前記対象車両の速度よりも小さい場合には、前記直前を走行する車両の速度と、前記対象車両の速度との差の絶対値に対して前記車頭間距離が増加する増加関数にしたがって前記所定値を決定するようにした交通流ミクロシミュレーションシステム。
【請求項３】
道路上を走行する各車両を模擬することにより交通流を予測する交通流ミクロシミュレーションシステムにおいて、
対象車両が、走行中車線から隣接車線へ車線変更することが可能か否かを判定する条件として、前記隣接車線において前記対象車両の直後を走行する車両と、前記対象車両との車頭間距離が所定値よりも大きい場合には、前記対象車両は前記車線変更が可能であると判定するようにした交通流ミクロシミュレーションシステム。
【請求項４】
請求項３に記載の交通流ミクロシミュレーションシステムにおいて、
前記直後を走行する車両の速度が、前記対象車両の速度よりも大きい場合には、前記直後を走行する車両の速度と、前記対象車両の速度との差の絶対値に対して前記車頭間距離が増加する増加関数にしたがって前記所定値を決定するようにした交通流ミクロシミュレーションシステム。
【請求項５】
請求項２または請求項４に記載の交通流ミクロシミュレーションシステムにおいて、
前記増加関数を、前記絶対値に対する一次関数とした交通流シミュレーションシステム。
【請求項６】
請求項１または請求項３に記載の交通流ミクロシミュレーションシステムにおいて、
前記道路上を走行する各車両について実測された平均速度と車頭間距離との関係に基づいて各平均速度における前記車頭間距離の最短値を包絡するように作成された包絡線にしたがって、前記平均速度に対応する車頭間距離を前記所定値として決定するようにした交通流ミクロシミュレーションシステム。
【請求項７】
請求項１または請求項３に記載の交通流ミクロシミュレーションシステムにおいて、
前記対象車両と、前記対象車両の走行方向前方に設定された所定地点との間の距離の減少に伴って、前記所定値を減少させるようにした交通流シミュレーションシステム。
【請求項８】
道路上を走行する各車両を模擬することにより交通流を予測する交通流ミクロシミュレーションシステムにおいて、対象車両が、走行中車線から隣接車線へ車線変更することが可能か否かを判定する方法であって、
前記隣接車線において前記対象車両の直前を走行する車両と、前記対象車両との車頭間距離が所定値よりも大きい場合には、前記対象車両は前記車線変更が可能であると判定するようにした車線変更判定方法。
【請求項９】
請求項８に記載の車線変更判定方法において、
前記直前を走行する車両の速度が、前記対象車両の速度よりも小さい場合には、前記直前を走行する車両の速度と、前記対象車両の速度との差の絶対値に対して前記車頭間距離が増加する増加関数にしたがって前記所定値を決定するようにした車線変更判定方法。
【請求項１０】
道路上を走行する各車両を模擬することにより交通流を予測する交通流ミクロシミュレーションシステムにおいて、対象車両が、走行中車線から隣接車線へ車線変更することが可能か否かを判定する方法であって、
前記隣接車線において前記対象車両の直後を走行する車両と、前記対象車両との車頭間距離が所定値よりも大きい場合には、前記対象車両は前記車線変更が可能であると判定するようにした車線変更判定方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の車線変更判定方法において、
前記直後を走行する車両の速度が、前記対象車両の速度よりも大きい場合には、前記直後を走行する車両の速度と、前記対象車両の速度との差の絶対値に対して前記車頭間距離が増加する増加関数にしたがって前記所定値を決定するようにした車線変更判定方法。
【請求項１２】
請求項９または請求項１１に記載の車線変更判定方法において、
前記増加関数を、前記絶対値に対する一次関数とした車線変更判定方法。
【請求項１３】
請求項８または請求項１０に記載の車線変更判定方法において、
前記道路上を走行する各車両について実測された平均速度と車頭間距離との関係に基づいて各平均速度における前記車頭間距離の最短値を包絡するように作成された包絡線にしたがって、前記平均速度に対応する車頭間距離を前記所定値として決定するようにした車線変更判定方法。
【請求項１４】
請求項８または請求項１０に記載の車線変更判定方法において、
前記対象車両と、前記対象車両の走行方向前方に設定された所定地点との間の距離の減少に伴って、前記所定値を減少させるようにした車線変更判定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、道路上を走行する車両を一台毎に模擬することにより交通流を予測する交通流ミクロシミュレーションにおいて、対象車両が、走行中車線から隣接車線へと車線変更することの可否を判定する方法、およびその判定方法を適用した交通流ミクロシミュレーションシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
高速道路等の道路上の交通状況をシミュレーションし、既存の道路の渋滞緩和のための対策立案や、新規に建設を予定している道路の設計に資するために交通流シミュレーションシステムの開発がなされている。
【０００３】
この種の交通流シミュレーションシステムにおいて、交通流をシミュレーションする方法は、その考え方の違いから、交通流を巨視的な流れとして扱う交通流マクロシミュレーションと、微視的な流れとして扱う交通流ミクロシミュレーションとの２つに大別される。
【０００４】
交通流マクロシミュレーションは、交通流の巨視的な挙動の把握に適しており、巨視的な車両の流量と密度の関係を与えるだけで交通流を表現することが可能である。これに対し、交通流ミクロシミュレーションは、例えば特許文献１に記載されているように、車両１台１台の挙動を周囲の状況に応じて動的に表現することに適している。
【０００５】
交通流ミクロシミュレーションの代表的手法である追従モデルについて説明する。追従モデルの最も基本的な形は、下記に示す（１）式のように表現される。
【０００６】
【数１】
2005062944.tif 000003
ここで、ｖｋはｋ番目の車両の速度、ｔは時間、α１は定数である。
【０００７】
上記に示す（１）式では、ｋ番目の車両の加速度ｄｖｋ／ｄｔは、直前を走る（ｋ−１）番目の車両との相対速度（ｖｋ−１−ｖｋ）に比例し、相対速度が零となるように加減速が行われる。また、上記（１）式では、車頭間距離が考慮されていないため、車両密度に依存した渋滞の発生を記述することはできない。
【０００８】
現実の交通流では車両密度に依存して渋滞が引き起こされる。これを記述するためには、車両の挙動が車両間隔で調整される概念が必要であり、近年この考えを取り入れて追従モデルを修正した最適速度モデルが一般的に用いられている。この最適速度モデルは、下記に示す（２）式のように表現されることが多い。
【数２】
2005062944.tif 000004
ここで、ｘｋはｋ番目の車両の位置、Δｘｋは（ｋ−１）番目の車両とｋ番目の車両との車頭間距離、Ｖｏｐｔは先行車両との車頭間距離に依存する最適速度、α２は定数である。
【０００９】
このモデルでは、α２が大きければ最適速度と現在の速度差はすぐに解消され、走行車両は速やかに最適速度に漸近し、渋滞は生じにくい。一方、α２が小さければ先行車両の挙動に追従することができず追突が生じる可能性が高い。
【００１０】
最適速度Ｖｏｐｔは、先行車両との車頭間距離に応じて想定された最適な速度を表し、車頭間距離が十分に大きければ自由走行、すなわち希望した目標速度に達し、車頭間距離が小さくなると急激に零に近づく関数である。この関数形の例として、以下に示す（３）式で表されるようなものがよく用いられる。
【数３】
2005062944.tif 000005
ここで、ｖｍａｘは目標速度、ｄ、ｗ、ｃはそれぞれ定数である。
【００１１】
車線の変更については、いくつかの手法が提案されている。いずれもロジックによるものであるが、代表的な例は、前方に車両がつかえていたり、障害物があるなど、車両発生時に与えられた目標速度に達することができない場合、隣接車線を走行する車両をはじめとする周囲車両の情報から追い越しのための車線変更の有無を判定するというものである。
【００１２】
具体的には、
（ａ）前方車両との車間距離が、一定値よりも小さくなる。
（ｂ）前方車両の速度が自分の目標速度に比べて小さい。
（ｃ）前方車両の速度が、一定値より小さくなる。
といった条件が、｛（ａ）ａｎｄ｛（ｂ）ｏｒ（ｃ）｝｝を満たし、かつ、隣接車線において前方車両との車間距離が十分に大きいという条件を満たしたときに車線変更を行うといったモデルが用いられている。
【００１３】
【特許文献１】
特開平１１−２３２５８３号公報
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の交通流ミクロシミュレーションでは、以下のような問題がある。
【００１５】
すなわち、交通流ミクロシミュレーションにおいては、上述したように車線変更を行う場合におけるロジックは提案されている。このロジックに基づいて車線変更の有無を判定するためには、車間距離を具体的に決定しなければならない。しかしながら、車間距離を具体的に決定するための有効な方法が提案されていない。このため、従来の交通流ミクロシミュレーションにおいては、特に道路の分岐部や合流部を含むような複雑な条件においては、自然な交通流を再現することが困難であるという問題がある。
【００１６】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、自然な交通流を再現することが可能な交通流ミクロシミュレーションにおける車線変更判定方法およびそれを適用した交通流ミクロシミュレーションシステムを提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明では、以下のような手段を講じる。
【００１８】
すなわち、請求項１の発明は、道路上を走行する各車両を模擬することにより交通流を予測する交通流ミクロシミュレーションシステムにおいて、対象車両が、走行中車線から隣接車線へ車線変更することが可能か否かを判定する条件として、隣接車線において対象車両の直前を走行する車両と、対象車両との車頭間距離が所定値よりも大きい場合には、対象車両は車線変更が可能であると判定する。
【００１９】
請求項２の発明は、請求項１の発明の交通流ミクロシミュレーションシステムにおいて、直前を走行する車両の速度が、対象車両の速度よりも小さい場合には、直前を走行する車両の速度と、対象車両の速度との差の絶対値に対して車頭間距離が増加する増加関数にしたがって所定値を決定する。
【００２０】
請求項３の発明は、道路上を走行する各車両を模擬することにより交通流を予測する交通流ミクロシミュレーションシステムにおいて、対象車両が、走行中車線から隣接車線へ車線変更することが可能か否かを判定する条件として、隣接車線において対象車両の直後を走行する車両と、対象車両との車頭間距離が所定値よりも大きい場合には、対象車両は車線変更が可能であると判定する。
【００２１】
請求項４の発明は、請求項３の発明の交通流ミクロシミュレーションシステムにおいて、直後を走行する車両の速度が、対象車両の速度よりも大きい場合には、直後を走行する車両の速度と、対象車両の速度との差の絶対値に対して車頭間距離が増加する増加関数にしたがって所定値を決定する。
【００２２】
請求項５の発明は、請求項２または請求項４の発明の交通流ミクロシミュレーションシステムにおいて、増加関数を、絶対値に対する一次関数とする。
【００２３】
請求項６の発明は、請求項１または請求項３の発明の交通流ミクロシミュレーションシステムにおいて、道路上を走行する各車両について実測された平均速度と車頭間距離との関係に基づいて各平均速度における車頭間距離の最短値を包絡するように作成された包絡線にしたがって、平均速度に対応する車頭間距離を所定値として決定する。
【００２４】
請求項７の発明は、請求項１または請求項３の発明の交通流ミクロシミュレーションシステムにおいて、対象車両と、対象車両の走行方向前方に設定された所定地点との間の距離の減少に伴って、所定値を減少させる。
【００２５】
請求項８の発明は、道路上を走行する各車両を模擬することにより交通流を予測する交通流ミクロシミュレーションシステムにおいて、対象車両が、走行中車線から隣接車線へ車線変更することが可能か否かを判定する方法であって、隣接車線において対象車両の直前を走行する車両と、対象車両との車頭間距離が所定値よりも大きい場合には、対象車両は車線変更が可能であると判定する。
【００２６】
請求項９の発明は、請求項８の発明の車線変更判定方法において、直前を走行する車両の速度が、対象車両の速度よりも小さい場合には、直前を走行する車両の速度と、対象車両の速度との差の絶対値に対して車頭間距離が増加する増加関数にしたがって所定値を決定する。
【００２７】
請求項１０の発明は、道路上を走行する各車両を模擬することにより交通流を予測する交通流ミクロシミュレーションシステムにおいて、対象車両が、走行中車線から隣接車線へ車線変更することが可能か否かを判定する方法であって、隣接車線において対象車両の直後を走行する車両と、対象車両との車頭間距離が所定値よりも大きい場合には、対象車両は車線変更が可能であると判定する。
【００２８】
請求項１１の発明は、請求項１０の発明の車線変更判定方法において、直後を走行する車両の速度が、対象車両の速度よりも大きい場合には、直後を走行する車両の速度と、対象車両の速度との差の絶対値に対して車頭間距離が増加する増加関数にしたがって所定値を決定する。
【００２９】
請求項１２の発明は、請求項９または請求項１１の発明の車線変更判定方法において、増加関数を、絶対値に対する一次関数としている。
【００３０】
請求項１３の発明は、請求項８または請求項１０の発明の車線変更判定方法において、道路上を走行する各車両について実測された平均速度と車頭間距離との関係に基づいて各平均速度における車頭間距離の最短値を包絡するように作成された包絡線にしたがって、平均速度に対応する車頭間距離を所定値として決定する。
【００３１】
請求項１４の発明は、請求項８または請求項１０の発明の車線変更判定方法において、対象車両と、対象車両の走行方向前方に設定された所定地点との間の距離の減少に伴って、所定値を減少させる。
【００３２】
このように本発明では、車線変更可否の判定条件の一つとして、対象車両と、隣接車線を走行する車両との車頭間距離を閾距離として考慮している。この閾距離は、対象車両と隣接車線を走行する車両との速度差に対応して増加する増加関数や、実測された速度−車頭間距離の関係図から決定される包絡関数や一次関数に基づいて定める。これによって、現実に即した車線変更を模擬することが可能となる。
【００３３】
また、例えば合流部や分岐部における交通流を模擬する場合には、車両が合流部あるいは分岐部に近づくにしたがって閾距離を減少させる。これによって、合流部あるいは分岐部に近づくにつれて、車線変更可否の判定条件が緩和され、時には少し無理をしてでも合流するというような現実に即した模擬が可能となる。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００３５】
図１は、本発明の実施の形態に係る車線変更判定方法を適用した交通流シミュレーションシステムの構成例を示す機能ブロック図である。
【００３６】
すなわち、同実施の形態に係る車線変更判定方法を適用した交通流シミュレーションシステムは、条件入力部１０と、交通流シミュレーション実行部２０と、結果表示記憶部３０とから構成している。
【００３７】
更に、条件入力部１０は、道路形状入力部１２と、交通流条件入力部１４と、シミュレーション条件入力部１６とを備えている。
【００３８】
交通流シミュレーション実行部２０は、時間情報管理部２１と、車両発生部２２と、車両情報管理部２３と、ポテンシャル計算部２４と、進行方向加速度決定部２５と、車線変更判定部２６と、車線横断方向加速度決定部２７とを備えている。
【００３９】
結果表示記憶部３０は、結果表示部３１と、表示装置３２と、結果通信部３３と、結果保存部３４と、記憶装置３５とを備えている。
【００４０】
道路形状入力部１２は、交通流シミュレーションの対象とする道路の道路長、幅、車線数、登坂度などといった道路の形状に関する情報の入力をオペレータから受け付ける。そして、オペレータによって入力されたこれら情報を、交通流シミュレーション実行部２０へと出力する。
【００４１】
交通流条件入力部１４は、交通流シミュレーションの対象とする道路毎の時間毎の交通量等の情報の入力をオペレータから受け付ける。そして、オペレータによって入力された情報を、交通流シミュレーション実行部２０へと出力する。
【００４２】
シミュレーション条件入力部１６は、交通流シミュレーションで考慮する総車両台数、シミュレーションされた交通情報をモニターする位置などのシミュレーション条件の入力をオペレータから受け付ける。そして、オペレータによって入力されたこれら情報を、交通流シミュレーション実行部２０へと出力する。
【００４３】
時間情報管理部２１は、交通流条件入力部１４から出力された交通流シミュレーションの対象とする道路毎の時間毎、すなわちタイムステップ毎の交通量等の情報を車両情報管理部２３へと出力する。
【００４４】
車両発生部２２は、シミュレーション条件入力部１６から出力された情報に基づいて、道路毎に仮想的に車両を発生させ、この車両発生情報を車両情報管理部２３へと出力する。
【００４５】
車両情報管理部２３は、時間情報管理部２１から出力される情報と、車両発生部２２から出力される情報と、進行方向加速度決定部２５から出力される減速判定結果と、車線変更する場合に車線横断方向加速度決定部２７から出力される車線横断方向加速度と、車線変更しない場合に車線変更判定部２６から出力される車線変更しないとの判定結果とに基づいて、道路毎に時間帯毎に走行する各車両の管理情報を作成する。そして、作成した管理情報をポテンシャル計算部２４へと出力する。
【００４６】
ポテンシャル計算部２４は、車両情報管理部２３から出力された管理情報、および道路形状入力部１２から出力された情報に基づいて、以下に示すようにしてポテンシャル場の計算を行う。そして、この計算結果であるポテンシャル場の２次元分布を進行方向加速度決定部２５と車線変更判定部２６とに出力する。
【００４７】
ポテンシャル場の計算方法について以下に説明する。交通流シミュレーションにおいてポテンシャル場とは、道路上を走行するおのおのの車両に対して影響を与える様々な要因の大きさを、走行方向と走行方向に対する左右方向とに広がる２次元分布を用いて定量的に示したものである。このようなポテンシャル場としては、車両の停車時および走行時における加速度の方向と大きさとを、車両の走行に影響を与える時間的に一定な外的要因の影響度の大きさで定義される静的ポテンシャル場と、車両の走行に影響を与える時間的に変動する外的要因の影響度の大きさで定義される動的ポテンシャル場とに区分される。
【００４８】
静的ポテンシャル場では、道路の車線、車線境界、道路の傾斜、および道路上の障害物が車両の走行に与える影響度の大きさを定義する。たとえば、路側や白線があると、そこをまたがないように運転しようとする影響度、あるいは下り坂だと減速するように運転しようとする影響度などを静的ポテンシャル場によって定義する。
【００４９】
動的ポテンシャル場としては、車両の周囲に存在する他車両が車両の走行に与える影響度の大きさを定義する。隣にトラックの様な大型車や、外国車のような高級車が走行している場合に運転手が受ける心理的な影響度なども動的ポテンシャル場によって定義する。
【００５０】
このように車両に対して影響を与える要因、すなわちポテンシャルは様々有るが、ポテンシャル場を全て数式を用いて定量的に定義することによって、プログラム上では、それらを区別することなく画一的に取り扱うことができるので、より詳細なシミュレーションを行うことを可能としている。このようなポテンシャル場の詳細については、本願の出願人によって出願された特願２００３−０４７７３０号に記載されている。
【００５１】
進行方向加速度決定部２５は、ポテンシャル計算部２４から出力されたポテンシャル場の２次元分布から、各車両の走行方向におけるポテンシャル場の傾きを取得する。そして、この傾きが負の車両については加速、正の車両については減速するものと判定し、その方向きに基づいて加速度を決定する。このような各車両についての決定結果を、車両情報管理部２３および結果通信部３３へと出力する。
【００５２】
車線変更判定部２６は、各車両の速度や、例えば図２の道路平面図に示すように、車両Ｘ（＃１）の走行方向前方に設定された分岐点Ａや、図３の道路平面図に示すように、車両Ｘ（＃１）の走行方向前方に設定された合流点Ｂといった所定地点までの車両Ｘ（＃１）からの距離を把握する。また、各車両Ｘ（＃１〜＃ｎ）の速度に基づいて、任意の２つの車両Ｘの速度差と、任意の２つの車両Ｘの車頭間距離を把握する。そして、以下のようにして任意の車両Ｘに対して車線変更可否を判定し、車線変更可能と判定した場合には、その判定結果と、ポテンシャル場の２次元分布とを車線横断方向加速度決定部２７へと出力する。
【００５３】
車両横断方向加速度決定部２７では、ポテンシャル場の車線横断方向の傾きが例えば正の場合には右車線へ、傾きに基づいて加速度を決定する。傾きが負の場合には、傾きに基づいて左車線への車線変更の加速度を決定する。そして、決定した車線変更方向と加速度とを車両情報管理部２３へと出力する。
【００５４】
車線変更判定部２６が行う車線変更可否の判定方法について具体的に説明する。
【００５５】
すなわち、図４に示すように、車両Ｘ（＃１）が走行車線Ｃから、隣接車線Ｄへと車線変更することの可否を判定する場合には、隣接車線Ｄにおいて車両Ｘ（＃１）の直前を走行する車両Ｘ（＃２）と、車両Ｘ（＃１）との車頭間距離が所定の閾距離よりも大きい場合には、車両Ｘ（＃１）は車線変更可能と判定する。
【００５６】
また、図５に示すように、車両Ｘ（＃１）が走行車線Ｃから、隣接車線Ｄへと車線変更することの可否を判定する場合には、隣接車線Ｄにおいて車両Ｘ（＃１）の直後を走行する車両Ｘ（＃３）と、車両Ｘ（＃１）との車頭間距離が所定の閾距離よりも大きい場合には、車両Ｘ（＃１）は車線変更可能と判定する。
【００５７】
つまり、車両Ｘ（＃１）が走行車線Ｃから、隣接車線Ｄへと車線変更することが可能と判定できる条件は、隣接車線Ｄにおいて直前を走行する車両Ｘ（＃２）との車頭間距離のみならず、隣接車線Ｄにおいて直後を走行する車両Ｘ（＃３）との車頭間距離もまた所定の閾距離よりも大きくなければならない。
【００５８】
隣接車線Ｄにおいて直前を走行する車両Ｘ（＃２）との間の閾距離は、車両Ｘ（＃２）の速度が車両Ｘ（＃１）の速度よりも小さい場合には、車両Ｘ（＃２）の速度と、車両Ｘ（＃１）の速度との差の絶対値に対する例えば一次関数などの増加関数にしたがって決定する。隣接車線Ｄにおいて直後を走行する車両Ｘ（＃３）との間の閾距離については、車両Ｘ（＃３）の速度が車両Ｘ（＃１）の速度よりも大きい場合には、車両Ｘ（＃２）の速度と、車両Ｘ（＃１）の速度との差の絶対値に対する例えば一次関数などの増加関数にしたがって決定する。
【００５９】
すなわち、隣接車線Ｄにおいて直前を走行する車両Ｘ（＃２）の速度が自車両Ｘ（＃１）の速度よりも小さいときには、安全な車線変更を行なうために、速度差が小さいときに比べて大きな車頭間距離を必要とする。一方、隣接車線Ｄにおいて直後を走行する車両Ｘ（＃３）の速度が自車両Ｘ（＃１）の速度よりも大きいときにもまた安全な車線変更を行なうために、大きな車頭間距離を必要とする。よって、速度差に対する増加関数に基づいて閾距離を設定することにより、自然で安全な車線変更を模擬できるようにしている。
【００６０】
このような増加関数の一例を図６に示す。図６に示す増加関数は、以下に示す（４）式の通り、閾距離（車頭間距離）ｄを、車両Ｘ（＃１）と、隣接車線Ｄの前方または後方を走行する車両Ｘとの速度差Δｖに対する関数で示したものである。なお、（４）式において、ｖ０は、車両Ｘ（＃１）の速度である。
【００６１】
【数４】
2005062944.tif 000006
また、増加関数の別の例を、図７における包絡関数Ｆおよび一次関数Ｇで示す。図中に示すプロットは、道路上を走行する各車両Ｘ（＃１〜＃ｎ）の平均速度（ｋｍ／ｈ）に対する車頭間距離（ｍ）を示している。これらは、高速道路等において一定時間間隔で測定されている。曲線Ｆは、図中に示すプロットに対し、各平均速度における車頭間距離の最短値を包絡するような関数である。一方、直線Ｇは、図中に示すプロットにおいて、各平均速度に対する車頭間距離の最短値を包絡するような一次関数である。
【００６２】
なお、図２に示すように、本線Ｈ（＃１）を走行している車両Ｘ（＃１）が分岐線Ｊに移動するために分岐点Ａに至る前に車線変更しなければならない場合や、図３に示すように、分岐線Ｋを走行している車両Ｘ（＃１）が本線Ｈに移動するために合流点Ｂに至る前に車線変更しなければならない場合には、図６に示す増加関数、あるいは図７に示す包絡関数Ｆまたは一次関数Ｇにしたがって求められた閾距離を、車両Ｘ（＃１）から分岐点Ａや合流点Ｂまでの距離の減少に伴って、更に減少させる。
【００６３】
図２において、車両Ｘ（＃１〜＃ｎ）は図中下部側から流入し、例えば車両Ｘ（＃４）のように一部の車両Ｘは分岐線Ｊへと分岐し、その他の車両Ｘは本線Ｈを上部側に向って走行する。このとき、例えば車両Ｘ（＃１）が分岐線Ｊへと分岐することを希望しているとする。そうすると、車両Ｘ（＃１）はまず本線の左車線Ｈ（＃２）に車線変更する必要がある。しかしながら、図２では、左車線Ｈ（＃２）において車両Ｘ（＃１）の前後を走行する車両Ｘ（＃３）と車両Ｘ（＃２）とのそれぞれに対する車頭間距離を十分に確保できないために、ロジック上は車両Ｘ（＃１）の車線変更は許可されない可能性が高い。その結果、車両Ｘ（＃１）は分岐線Ｊへと流出できないことになる。実際の状況においては、車両Ｘ（＃１）は分岐点Ａが近づくにつれ、若干の無理をしてでも左車線Ｈ（＃２）へと車線変更を実施する。
【００６４】
したがって、車線変更可否の判定に用いる車頭間距離の閾距離を、車両Ｘ（＃１）から、図２に示す分岐点Ａのような定地点までの距離に応じて減少させる。これによって、現実的なシミュレーションを行うようにしている。図３に示すような合流点Ｂがある場合についても同様で、車両Ｘ（＃１）から、合流点Ｂまでの距離が近づくにつれて車線変更可否の判定に用いる車頭間距離の閾距離を減少させることにより、現実的なシミュレーションを行うようにしている。
【００６５】
車線横断方向加速度決定部２７は、車線変更判定部２６から出力されたポテンシャル場の２次元分布に基づいて、各車両Ｘ（＃１〜＃ｎ）の加速度の方向および大きさとともに各車両Ｘ（＃１〜＃ｎ）の車線変更時に生ずる車線横断方向におけるポテンシャル場の傾きを把握する。そして、この傾きに基づいて、各車両Ｘ（＃１〜＃ｎ）の車線横断方向における加速度を求め、求めた加速度を車両情報管理部２３および結果通信部３３へと出力する。
【００６６】
結果通信部３３は、進行方向加速度決定部２５から出力された情報と、車線横断方向加速度決定部２７から出力された車線横断方向加速度とを取得し、結果表示部３１および結果保存部３４へと出力する。車線変更する場合には、車線横断方向加速度は正の値となり、車線変更しない場合には零となる。
【００６７】
結果表示部３１は、結果通信部３３から出力された情報を表示装置３２の画面上から表示させる。
【００６８】
結果保存部３４は、結果通信部３３から出力された情報を記憶装置３５に記憶させる。
【００６９】
次に、以上のように構成した同実施の形態に係る車線変更判定方法を適用した交通流シミュレーションシステムの動作について図８に示すフローチャートを用いて説明する。
【００７０】
（ステップＳ１：計算条件設定）
本発明の実施の形態に係る車線変更判定方法を適用した交通流シミュレーションシステムを用いて交通流のシミュレーションを行う場合には、まず、条件入力部１０から条件を入力する必要がある。
【００７１】
交通流シミュレーションの対象とする道路の道路長、幅、白線の数、登坂度などといった道路の形状に関する情報は、オペレータによって道路形状入力部１２から入力され、更にそこから交通流シミュレーション実行部２０へと出力される。
【００７２】
交通流シミュレーションの対象とする道路毎の時間毎の交通量等の情報は、オペレータによって交通流条件入力部１４から入力され、更にそこから交通流シミュレーション実行部２０へと出力される。
【００７３】
交通流シミュレーションの対象とする道路を走行する車両Ｘの台数、存在する障害物、道路毎に課せられている車両規制等の交通情報は、オペレータによってシミュレーション条件入力部１６から入力され、更にそこから交通流シミュレーション実行部２０へと出力される。
【００７４】
（ステップＳ２：ポテンシャル場計算）
ステップＳ１において、条件入力部１０によって入力された情報に基づいて、交通流シミュレーション実行部２０では、以下に示すようにしてポテンシャル場の計算がなされる。
【００７５】
まず、ステップＳ１において、交通流条件入力部１４から出力された道路毎の時間毎、すなわちタイムステップ毎の交通量等の情報は、時間情報管理部２１によって取得され、ここから車両情報管理部２３へと出力される。また、車両発生部２２では、シミュレーション条件入力部１６から出力された情報に基づいて、道路毎に車両Ｘ（＃１〜＃ｎ）が仮想的に発生される。そして、この車両発生情報が車両情報管理部２３へと出力される。
【００７６】
次に、車両情報管理部２３では、時間情報管理部２１から出力された情報、車両発生部２２から出力された情報に基づいて、道路毎の時間毎、すなわちタイムステップ毎に走行する各車両Ｘ（＃１〜＃ｎ）の位置、速度などの管理情報が作成される。なお、あるタイムステップにおけるポテンシャル場の計算がポテンシャル計算部２４によって既になされており、次のタイムステップにおけるポテンシャル場の計算を行う場合には、車両情報管理部２３には、進行方向加速度決定部２５からの減速判定結果と、車線変更可能な場合には車線横断方向加速度決定部２７からの車線横断方向加速度と、車線変更不可の場合には車線変更判定部２６から車線変更不可との判定結果とがそれぞれ入力される。
【００７７】
そして、車線横断方向加速度決定部２７から車線横断方向加速度が出力された場合には、時間情報管理部２１からの情報、車両発生部２２からの情報に加えて、進行方向加速度決定部２５からの減速判定結果、および車線横断方向加速度決定部２７からの車線横断方向加速度に基づいて、次のタイムステップにおける各車両Ｘの管理情報が作成される。
【００７８】
また、車線変更判定部２６から車線変更不可との判定結果が出力された場合には、時間情報管理部２１からの情報、車両発生部２２からの情報に加えて、進行方向加速度決定部２５からの減速判定結果に基づいて、次のタイムステップにおける各車両Ｘの管理情報が作成される。
【００７９】
このように作成された該タイムステップにおける各車両Ｘの管理情報は、車両情報管理部２３からポテンシャル計算部２４へと出力される。
【００８０】
ポテンシャル計算部２４では、車両情報管理部２３から出力された管理情報、および道路形状入力部１２から出力された情報に基づいてポテンシャル場が計算され、その結果が、進行方向加速度決定部２５および車線変更判定部２６へと出力される。
【００８１】
（ステップＳ３：ポテンシャル場の走行方向の傾き）
進行方向加速度決定部２５では、ポテンシャル計算部２４から出力されたポテンシャル場の走行方向の傾きが負の場合（＜０）には、該車両Ｘは加速するものと判定する（ステップＳ４）。一方、演算された加速度が負ではない場合（≧０）には、ステップＳ５の処理が行われる。また、ポテンシャル場の走行方向の勾配に基づいて、車両Ｘが障害物を避走するか否かが判定される。これら判定結果は、車両情報管理部２３および結果通信部３３へと出力される。
【００８２】
（ステップＳ５：車線変更有無の判定）
車線変更判定部２６では、ポテンシャル計算部２４から出力されたポテンシャル場の２次元分布から、各車両Ｘ（＃１〜＃ｎ）の速度、車両Ｘ（＃１）の走行方向前方に設定された例えば図２の道路平面図に示すような分岐点Ａや、図３の道路平面図に示すような合流点Ｂなどの所定地点までの距離が把握される。また、各車両Ｘ（＃１〜＃ｎ）の速度に基づいて、任意の２つの車両Ｘの速度差と、任意の２つの車両Ｘの車頭間距離が把握される。そして、以下のようにして任意の車両Ｘに対して車線変更可否が判定され、車線変更可能と判定した場合には、その判定結果と、ポテンシャル場の２次元分布とが車線横断方向加速度決定部２７へと出力される。一方、車線変更不可と判定した場合には、車線変更不可との判定結果が車両情報管理部２３へと出力される。
【００８３】
例えば、図４に示すように、車両Ｘ（＃１）が走行車線Ｃから、隣接車線Ｄへの車線変更可否を判定する場合には、隣接車線Ｄにおいて車両Ｘ（＃１）の直前を走行する車両Ｘ（＃２）と、車両Ｘ（＃１）との車頭間距離が所定の閾距離よりも大きい場合には、車両Ｘ（＃１）は車線変更可能と判定される。
【００８４】
また、図５に示すように、車両Ｘ（＃１）が走行車線Ｃから、隣接車線Ｄへの車線変更可否を判定する場合には、隣接車線Ｄにおいて車両Ｘ（＃１）の直後を走行する車両Ｘ（＃３）と、車両Ｘ（＃１）との車頭間距離が所定の閾距離よりも大きい場合には、車両Ｘ（＃１）は車線変更可能と判定される。
【００８５】
隣接車線Ｄにおいて直前を走行する車両Ｘ（＃２）と車両Ｘ（＃１）との間の閾距離は、車両Ｘ（＃２）の速度が車両Ｘ（＃１）の速度よりも小さい場合には、車両Ｘ（＃２）の速度と、車両Ｘ（＃１）の速度との差の絶対値に対する例えば一次関数などの増加関数にしたがって決定される。隣接車線Ｄにおいて直後を走行する車両Ｘ（＃３）と車両Ｘ（＃１）の間の閾距離については、車両Ｘ（＃３）の速度が車両Ｘ（＃１）の速度よりも大きい場合には、車両Ｘ（＃２）の速度と、車両Ｘ（＃１）の速度との差の絶対値に対する例えば一次関数などの増加関数にしたがって決定される。
【００８６】
すなわち、隣接車線Ｄにおいて直前を走行する車両Ｘ（＃２）の速度が自車両Ｘ（＃１）の速度よりも小さいときには、安全な車線変更を行なうために、速度差が小さいときに比べて大きな車頭間距離を必要とする。一方、隣接車線Ｄにおいて直後を走行する車両Ｘ（＃３）の速度が自車両Ｘ（＃１）の速度よりも大きいときにもまた安全な車線変更を行なうために、大きな車頭間距離を必要とする。このように、速度差に対する増加関数に基づいて閾距離が設定されることにより、自然で安全な車線変更がシミュレーションされる。このような増加関数の一例としては、図６に示すように（４）式で表されるものや、図７に示す包絡関数Ｆあるいは一次関数Ｇがある。
【００８７】
なお、図２に示すように、本線Ｈを走行している車両Ｘ（＃１）が分岐線Ｊに移動するために分岐点Ａに至る前に車線変更しなければならない場合や、図３に示すように、分岐線Ｋを走行している車両Ｘ（＃１）が本線Ｈに移動するために合流点Ｂに至る前に車線変更しなければならない場合には、図６に示す増加関数、あるいは図７に示す包絡関数Ｆまたは一次関数Ｇにしたがって求められた閾距離が、車両Ｘ（＃１）から分岐点Ａや合流点Ｂまでの距離の減少に伴って減少される。これによって、現実的なシミュレーションがなされる。
【００８８】
（ステップＳ６：車線横断方向における加速度の算出）
車線横断方向加速度決定部２７では、車線変更判定部２６からの出力されたポテンシャル場および車線変更するとの判定結果が取得される。そして、取得したポテンシャル場の２次元分布に基づいて、各車両Ｘ（＃１〜＃ｎ）の加速度の方向および大きさとともに車両Ｘ（＃１）の車線変更時に生ずる車線横断方向におけるポテンシャル場の傾きが把握される。そして、この傾きに基づいて、車線変更する車両Ｘの車線横断方向における加速度が求められ、求められた加速度が車両情報管理部２３および結果通信部３３へと出力される。
【００８９】
（ステップＳ７：次のタイムステップのシミュレーションを行うか？）
次のタイムステップのシミュレーションを行う場合（Ｓ７：Ｙｅｓ）には、ステップＳ２に戻る。行わない場合（Ｓ７：Ｎｏ）には、処理を終了する。
【００９０】
上述したように、同実施の形態に係る車線変更判定方法を適用した交通流シミュレーションシステムにおいては、上記のような作用により、隣接車線Ｄの前後を走行する車両Ｘと自車両Ｘ（＃１）との間の車頭間距離に基づいて、車線変更可能か否かを判定するための閾距離を設定することができる。
【００９１】
特に、この閾距離を、隣接車線Ｄの前後を走行する車両Ｘと自車両Ｘ（＃１）との速度差に対する増加関数によって表すことができる。更に、分岐や合流がある場合には、自車両Ｘ（＃１）が分岐点Ａや合流点Ｂまでの距離が近づくにつれて閾距離を小さくすることができる。以上により、自然な交通流を再現することが可能となる。
【００９２】
以上、本発明の好適な実施の形態について、添付図面を参照しながら説明したが、本発明はかかる構成に限定されない。特許請求の範囲の発明された技術的思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００９３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の交通流ミクロシミュレーションにおける車線変更判定方法およびそれを適用した交通流ミクロシミュレーションシステムによれば、隣接車線の前後を走行する車両と自車両との間の車頭間距離に基づいて、車線変更可能か否かを判定するための閾距離を設定することにより、自然な交通流を再現することが可能となる。
【００９４】
特に、この閾距離を、隣接車線の前後を走行する車両と自車両との速度差に対する増加関数によって表したり、分岐や合流がある場合には、自車両が分岐点や合流点までの距離が近づくにつれ閾距離を小さくすることにより、更により自然な交通流を再現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る車線変更判定方法を適用した交通流シミュレーションシステムの構成例を示す機能ブロック図。
【図２】分岐点を含む道路状態の一例を示す平面図。
【図３】合流点を含む道路状態の一例を示す平面図。
【図４】隣接車線へ車線変更しようとする車両の一例を示す道路平面図。
【図５】隣接車線へ車線変更しようとする車両の一例を示す道路平面図。
【図６】車両間速度差と閾距離との関係を示す増加関数を示す図。
【図７】車両平均速度と車頭間距離とについて実測された結果を示す図。
【図８】同実施の形態に係る車線変更判定方法を適用した交通流シミュレーションシステムの動作を示すフローチャート。
【符号の説明】
１０…条件入力部、１２…道路形状入力部、１４…交通流条件入力部、１６…シミュレーション条件入力部、２０…交通流シミュレーション実行部、２１…時間情報管理部、２２…車両発生部、２３…車両情報管理部、２４…ポテンシャル計算部、２５…進行方向加速度決定部、２６…車線変更判定部、２７…車線横断方向加速度決定部、３０…結果表示記憶部、３１…結果表示部、３２…表示装置、３３…結果通信部、３４…結果保存部、３５…記憶装置
【図１】
2005062944.tif 000007
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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