シミュレーションで交通渋滞を考える
２年Ａ組 村田 宏暁
指導教諭 米田 隆恒

１．要約
私は顧問の先生から車や信号の動きをシミュレーションすることで交通渋滞を減らす研究が行われていると教えていただき、興味を持った。そこで私は交通渋滞のシミュレーターを作り、渋滞について調べることにした。本稿ではその研究の内容を紹介する。なお、今回のプログラムはすべて JAVA 言語で作成した。

キーワード

交通渋滞、シミュレーション、JAVA、グラフ

２．研究の背景と目的
私が現在行っている研究は、コンピューターを用いて車や信号の動きをシミュ

３．研究方法とその結果（１）研究事項
今回、私は次の２つの研究を行った。

レーションすることで、交通渋滞の発生［研究１］渋滞交通量についてや解消について調べるものである。

［研究２］交通量や信号間隔を変化させ交通渋滞の発生や解消の仕組みがわかたときの渋滞の動きについてれば、効果的な対策を立てることができ、渋滞を減らすことができるようになると考えられる。交通渋滞が減れば、移動にかかる時間が減り、時間を有効に使えるようになるだけでなく、車の燃費が良くなり、限りある資源を有効に使えるよう（２）シミュレーターの概要
・1 本の道路とその途中に信号が 1 つある。
・車は道路の左から進入して、右へ抜けていく。になるなど様々なメリットがある。交通渋滞の発生や解消の仕組みについては、現在も研究中であるため現段階でわかったことを報告する。

（３）用語の定義
渋滞をどう定義するかはいろいろ考えられる。このシミュレーターでは、渋滞を含め、3 つの用語を次のように定義することにする。

交通量：単位時間あたりに道路に入って交通量くる車の数を交通量と定義する。

［結果１］
図１は信号の赤と青の長さの比を 赤

渋滞：1つの車が信号を通過するまでに渋滞45s：青 45s とし、車の最高速度と加速2 回以上止まったときを渋滞と定度が渋滞交通量に与える影響を調べた。

義する。

ここで赤 45s とは赤信号の時間が 45 秒

渋滞交通量：渋滞にならない最大の交通渋滞交通量続くことを表す。このグラフで(km/h)/s

量をその条件における渋滞交通量

は加速度の単位で、1 秒間に速度(km/h)と定義する。

がどれだけ変化するかを表す。線の色はまた、渋滞交通量が小さいことを「渋渋最高速度を表しており、赤は 10km/h、滞になりやすい」、渋滞交通量が大きい滞になりやすい

緑 は 30km/h 、 青 は 50km/h 、 黄 色 はことを「渋滞になりにくい渋滞になりにくい」と呼ぶこと渋滞になりにくい

80km/h、水色は 100km/h である。にする。

［研究１］
他の条件がどのようなものであっても、交通量が少なければ渋滞にはならず、交通量が多ければ渋滞になる。そこで、条件を変化させながら、渋滞交通量の変化を調べることで、その条件と交通渋滞の関係を調べることができるのではないかと考え、そのようなシミュレーションを図１ 信号の長さ 赤 45s：青 45s

するプログラムを作った。
まず十分に少ない交通量でシミュレーションを行い、渋滞にならなければ交通量を増やしてもう一度シミュレーションをする。これを繰り返し、渋滞が発生したときの交通量がその条件下での渋滞交通量であるとわかる。これをある条件を変化させながら繰り返し、グラフを作成した。

図２は、最高速度を 50km/h とし、信号の赤と青の長さと車の加速度が渋滞交通量に与える影響を調べた。線の色は信号の赤と青の長さの比を表しており、赤は赤 9s：青 81s、緑は赤 27s：青 63s、
青は赤 45s：青 45s、黄色は赤 63s：青27s、水色は赤 81s：青 9s である。

図４は、加速度を 3.33(km/h)/s とし、車の最高速度と信号の赤と青の長さの比が渋滞交通量に与える影響を調べた。線の色は信号の赤と青の長さの比を表しており、赤は赤 9s：青 81s、緑は赤 27s：青 63s、青は 赤 45s：青 45s、黄色は赤63s：青 27s、水色は 赤 81s：青 9s である。

図２ 最高速度 50km/h図３は、信号の赤と青の長さの比を赤 45s：青 45s とし、車の最高速度と加速度が渋滞交通量に与える影響を調べた。
線の色は加速度を表しており、赤は0.55(km/h)/s、緑は 1.11(km/h)/s、青は3.33(km/h)/s、黄色は 5.56(km/h)/s、水
色は 11.1(km/h)/s である。
図４ 加速度 3.33(km/h)/s

図５、図６は、最高速度を 50km/h とし、車の加速度と信号の赤と青の長さの比が渋滞交通量に与える影響を調べ、グラフを左右で分けたものである。線の色は 加 速 度 を 表 し て お り 、 赤 は0.55(km/h)/s、緑は 1.11(km/h)/s、青は3.33(km/h)/s、黄色は 5.56(km/h)/s、水
図３ 信号の長さ 赤 45s：青 45s

色は 11.1(km/h)/s である。

図５ 最高速度 50km/h（その１）

図７ 加速度 3.33(km/h)/s（その１）

図６ 最高速度 50km/h（その２）

図８ 加速度 3.33(km/h)/s（その２）

図７、図８は、加速度を 3.33(km/h)/s［研究２］とし、車の最高速度と信号の赤と青の長

ここまでで私が作ったシミュレーター

さの比が渋滞交通量に与える影響を調べ、は、シミュレーション中に交通量が変化グラフを左右に分けたものである。線のすることはなかったため、交通渋滞が一色は最高速度を表しており、赤は度起こってしまうと、それが解消される

10km/h、緑は 30km/h、青は 50km/h、ことはなかった。しかし、実際には交通

黄色は 80km/h、水色は 100km/h である。

量が変化し、交通渋滞が解消される。そこで、私はシミュレーションを行っている途中に交通量を変化させることができるようにした。同時に、信号の変わる間図中の縦線はそれぞれの車の位置を表し隔も変化させることができるようにし、ている。また、色はスピードを表しておそれらを変化させたときの交通渋滞の動り、赤に近いほど遅く、青に近いほど速きを観察した。

い。また、下の赤色の曲線は車の速度の移動平均を、赤色の直線は車の速度の全［結果２］体の平均を表している。また、▽は信号交通量や信号の間隔を変化させた結果の位置を表している。

以下のような動きをした。
信号の位置▽

速度の移動平均

速度の平均

図９ 交通量=60 台/３分 信号の間隔=赤 67.5s:青 22.5s

信号の位置
▽

速度の移動平均速度の平均

図 10 図９から交通量を 24 台/３分にしたもの

信号の位置
▽

速度の移動平均速度の平均

図 11 図 10 から交通量を 60 台/３分に戻したもの

信号の位置▽

速度の平均速度の移動平均

図 12 図 11 から信号の間隔を赤 22.5s:青 67.5s にしたもの

４．考察

５．今後の課題

以上から、次のようなことがわかる。

現在のシミュレーターでは、直線の道・図１、図２より、加速度の小さい領域しかシミュレーションすることができな

では加速度を大きくすれば渋滞交通量い。しかし、実際には曲線の道がある。

が大きくなるが、加速度が 1(km/h/)s

そこで、私はまず曲線の道でもシミュレより大きくなると、加速度を大きくしーションできるようなシミュレーターをても、渋滞交通量はあまり変化しない。

作ろうと考えている。また、現在のシミ

・図３、図４より、最高速度の小さい領ュレーターでは、処理に非常に時間がか域では最高速度を大きくすれば渋滞交

かり大規模なシミュレーションができな通量が大きくなるが、最高速度がいので、処理を軽くする必要がある。

20km/h より大きくなると、最高速度を大きくしても、渋滞交通量はあまり６．参考文献変化しない。また、最高速度が[1]Math（Java Platform SE 6）

90km/h を超えると、最高速度を速く

http://java.sun.com/javase/ja/6/docs/ja

した際に渋滞交通量が小さくなる。

/api/java/lang/Math.html

・図５～図８より、信号の長さの比を大きくしたとき、渋滞交通量は比例的に大きくなる。

７．謝辞
サイエンス研究会物理班の活動におい・図９～図 12 より、交通量を減らしたて顧問の米田先生をはじめ、多くの先生り、信号の赤の時間を短くする(青の方に多大なご指導を賜りました。また、時間を長くする)と渋滞が解消される。

先輩方にも多くのアドバイスをいただきました。この場で深く感謝申し上げます。