コ−５

２＋１車線型道路構造の交通流シミュレーションの構築（独）土木研究所寒地土木研究所 ○宗広 一徳（独）土木研究所寒地土木研究所

秋元清寿（独）土木研究所寒地土木研究所

浅野基樹

１． まえがき
近年、北海道郊外部の一般国道では、道路利用者へのサービス水準を向上させるために、既存の２車線道路に付加車線を設置する施策が検討並びに整備が推進されつつある。すでに、欧州などでは、交通安全、走行性、追越機会の付与の観点から、付加車線を連続的に設置する２＋１車線道路の整備が強く進められる共に、事前事後の評価事例が数多く報告されている。しかし、我が国においては、地方部における２＋１車線道路の交通特性が十分に明らかにされておらず、交通特性の把握及び道路構造評価の観点から、適切な交通流ミクロシミュレーションの構築が求められている。
当研究所では、1996 年に、主として単路部と交差点部を対象とし、道路交通状況の適正な現況再現及び予測評価を行うために、交通流ミクロシミュレーションプログラム「SIM-R」の初版を開発した。さらに、2005 年より、一般国道 38 号白糠町の付加車線区間（避譲形式）を対象とし、分流、避譲、追越、合流等の車両挙動実測調査の分析に取り組んでいる。同分析結果を踏まえ、２＋１車線道路の交通流を再現するため、同区間の車両挙動再現のモデル化に着手した。同モデルを組み込んだ改良シミュレーションプログラム「SIM-R」により、２＋１車線道路の交通流の再現並びに道路構造評価を行うことを目指している。本稿では、上記経緯を踏まえ、一般国道３８号白糠町の２＋１車線道路の車両挙動実測調査結果、車線変更挙動（避譲、本線復帰）の再現方法及びシミュレーションの試行結果について報告する。
２． 調査方法
２．１

一般国道３８号白糠における車両挙動実測調査

一般国道３８号は、北海道を東西に結ぶ主要幹線国道である。北海道白糠町は、釧路市の西隣に位置している。調査対象区間は、一般国道３８号白糠町の付加車線区間（Ｌ＝1.605km）である。付加車線の形
態は、避譲方式である。実測調査は、2005 年 8 月 12 日（金）午前７時から 8 月 21 日（日）午前７時までの 10日間実施した。簡易トラフィック・カウンター（３M 社
製：STC-2100P）を設置し、走行車線区間及び避譲車線区間の走行速度、走行位置、通過台数（小型車、大型 写真－１ 一般国道３８号白糠町の避譲車線区間車別の交通量）等に関する実測調査を実施した。簡易トラフィック・カウンターは、図－１に示す
KP275

西KP276

275.8

A

KP277

276.8 277.145

BKP279KP278

277.695

KP280

278.345 278.6

CEGD

F

H

KP282

東280.9IJ

ビデオカメラ
1.605km

図－１ 簡易トラフィック・カウンター（ＴＣ）の設置位置（一般国道３８号白糠町の２＋１車線道路：避譲車線区間）
Kazunori Munehiro, Seijyu Akimoto, Ｍotoki Asano,

KP281

進行方向

ように A～J の 10 箇所に設置した。また、定点にビデオカメラを設置し、付加車線区間における分流、避譲、追越、合流などの車線変更時の挙動をビデオ観測した。
２．２

交通流ミクロシミュレーションの実施（１）シミュレーション条件の検討
上記の２．１の一般国道３８号白糠町での車両挙動実測調査の結果を踏まえ、シミュレーション条件について検討した。同条件は、主として以下の３つである。
①車線別の車種別交通量（小型車、大型車の別）
簡易トラフィック・カウンターにより実測した車種別交通量（小型車、大型車）とする。本データは、シミュレーション対象時間帯の設定、モデル構築時の発生交通量、大型車混入率へ利用する。
②車線別の走行速度分布
簡易トラフィック・カウンターにより実測した車両速度データとする。計測された全車両、及び自由単独走行車両を対象とした場合、２種類のデータに分けて利用する。
③追従走行している車両比率
追従走行しているか否かの判断は、以下の式により求めるものとする。
前車との時間差（秒）×自車の速度（ｍ／秒）＜ 自車の制動停止距離（ｍ）………式 2. 1
上記式に従うものを追従走行、同制動停止距離を超えるものを自由走行としている。なお、制動停止距離の算出は、「道路構造令の解説と運用、2004 年 2 月」に従った。
（２）車線変更挙動のモデル化
２＋１車線区間における車両挙動（避譲、本線復帰）に関してモデル化を試行した。
（３）シミュレーションの実行
上述の車線変更挙動モデルを組み込んだ改良シミュレーションプログラム「SIM-R」により、一般国道 38 号白糠町の２＋１車線（付加車線：避譲形式）の現況交通の再現を行い、上記２．１により取得の実測調査結果との比較による検証作業を試行した。
３．一般国道３８号白糠での実測調査結果
３．１

走行速度分布

2005 年 8 月 12 日～21 日までの 10 日間、一般国道３８号白糠の付加車線区間（２＋１車線道路）を対象とし、簡易トラフィック・カウンターによる実測調査（全車両を対象）を実施した。対象期
間中の路面状態は、基本的に乾燥であった。対象期間中の観測車線の日交通量は、平均で 10,130台／24h（平日）、11,815 台／24h（休日）であった。１日当りの大型車混入率は、平均 13％であった。観測期間中の時間交通量を図－２に示しているが、昼間（７～17 時）で約 600～800 台／時であるが、8 月 13 日のピーク時間帯では 1,100 台／時を超えている。
他方、走行車線及び避譲車線の各観測地点（Ａ～Ｊ）における通過車両の平均速度を図－３に示した。１車線区間であるＪ地点、２車線区間の中間部に位置するＥ地点（走行車線）及びＦ地点（避譲車線）における大型車及び小型車両別の走行速度分布を図－４及び図－５に示した。これらより得られた傾向は以下の通りである。
①１車線区間から２車線区間に入って間もない観測地点Ｇ（走行車線）と観測地点Ｈ（避譲車線）における全車両の平均速度は、ともに約 66km/h であり、ほとんど差が見られない。
②２車線区間の中間に位置する観測地点 E（走行車線）と観測地点 F（避譲車線）を比較したと
き、平均速度は、10km 程度、走行車線側が高い。
③観測地点 E（走行車線）を対象とし、走行速度（実勢速度）分布を示したところ、例えば、小1,2001009080706050403020100

速度 (km/h)

時間交通量 (台／時 )

1,000
800
600
400
200
08/12 8/13 8/14 8/15 8/16 8/17 8/18 8/19 8/20 8/21
月日

本線(走行車線)
避譲車線

A図－３

図－２ 交通量時間変動図（Ｒ38白糠 Ｉ地点）

B

C,D

E,F

観測地点

G,H

I

J

各観測地点における平均速度（2005年8月12日～8月21日）

交通量 (台)交通量（台）

6,000

6,000

5,500
5,000

小型車両

5,500

大型車両

5,000

4,500

小型車両
大型車両

4,500
平均
小型車両: 76
大型車両: 77

4,000
3,500
3,000

4,000

3,000

85パーセンタイル
小型車両: 87
大型車両: 90

2,500
2,000

平均
小型車両:70
大型車両:64

3,500

2,500
85 パーセンタイル2,000

1,500

1,500

1,000

1,000500500

0

小型車両:82
大型車両:73

図－４ 実勢速度分布［Ｅ地点：本線（走行車線）］

図－５ 実勢速度分布［Ｆ地点：避譲車線］（2005年8月12～21日）（2005年8月12～21日）

130km/h

120km/h
125km/h

110km/h
115km/h

95km/h100km/h
105km/h

80km/h
85km/h
90km/h

70km/h
75km/h

65km/h

50km/h
55km/h
60km/h

40km/h
45km/h

35km/h

20km/h
25km/h
30km/h

10km/h
15km/h

5km/h

130km/h

125km/h

120km/h

115km/h

110km/h

95km/h105km/h

100km/h

90km/h

85km/h

80km/h

75km/h

70km/h

65km/h

60km/h

55km/h

50km/h

45km/h

40km/h

35km/h

30km/h

25km/h

20km/h

15km/h

5km/h

10km/h0速度（km/h）

型車両の場合、平均速度が 76km/h、85 パーセンタイル速度が 87km/h となった。これにより、ドライバーにより、幅広い希望速度ニーズがあることが確認された。
３．２

避譲車線の利用状況

定点カメラにより取得したビデオ映像をもとに、付加車線区間内の車線利用状況を分析した。分
析対象は、2005 年 8 月 18 日（木）10 時～12 時の通過車両約 1,000 台（うち小型車両 80％、大型車両 20％）とした。避譲車線利用状況の分析結果は、以下のようになった。
①避譲車線利用車両：全車両 49％（うち、単独走行：11％、車群走行の先頭：22％、車群走行の追従走行：12％、左側追越：4％）となった。
②利用しない車両（走行車線を利用）：全車両 51％
なお、車種別にみると、小型車両：避譲車線利用 38％、走行車線利用 62％、大型車両：避譲車線利用 94％、走行車線利用 6%となった。よって、大型車両の避譲車線利用率が高いことが明らかになった。
４．交通流シミュレーションプログラム「SIM-R」の改良
４．１

基本の車両挙動モデル（１）自由走行モデル
車両の走行状態は、前後車両の影響を受けない自由走行と、前車の走行速度の影響を受ける追従走行の２つに分けることができる。自由走行においては、基本的な考え方として、各車両は希望速度に達するまで、一定の加速度（最大加速度）で走行速度を上げていくものとした。
（２）追従走行モデル
追従走行のモデルとしては、代表的なものに Hermann のモデルがあり、以下の式で表現されてい速度（km/h）

る。本シミュレーションプログラム「SIM-R」では、この追従方程式に因っている。
χ”n+1 ( t +T ) ＝ α［χ’n(t)-χ’n+1(t)］［χn(t)-χn+1(t)］

…………

式４．１

ここに、

χ”n+1(t+T)：後車の T 秒後の加速度(m/s2)

χ’n (t) - χ ’n+1 (t) ：前後車の速度差(m/s),

４．２

χn(t)-χn+1(t)：前後車の車頭距離(m),α：感度定数(m/s),

T：後車の反応遅れ(s),車線変更挙動のモデル化

本 線件及び可否判断条件の２つの段階から検討した。
① 意思発生条件

条件１

後車が追従走行しているか

YES

NO

条件２

後車の速度が十分に速いか

YES

NO

条件３

ターゲット車線（避譲車線）にスペースがあるか

YES

NO

条件４

避譲車線の残り距離は十分か

YES

NO

No Change

線変更条件を以下に示す車線変更の意思発生条

意思発生条件図－６に示す。なお、本線から避譲車線への車本線⇒避譲車線

内での車線変更挙動の再現プロセスについて、可否判断条件付加車線設置（避譲形式）を想定し、同区間・自車と後車との距離≦後車の制動停止距離
Change Left

（後車が追従状態か否かの判断）
・後車の希望速度－自車の希望速度≧B１（km/h）
なお、速度差 B１は、シミュレーション実行時のパラメータとする。

≧最低車間距離・避譲車線終了までに、後車が自車を追い抜

条件５

前車の速度が十分遅いか

YES

NO

条件６

ターゲット車線（本線）にスペースがあるか

YES

NO

No Change

・避譲車線に存在する前後車との車間距離

避譲車線⇒本線②可否判断条件

可否判断条件 意思発生条件

避譲車線

Change Right

ける場合
図－６ 車線変更挙動プロセス （避譲車線設置区間）
22VV
D1 ≧ 0 + (V0 − V1 ) + L0 かつ D2 ≧ 2 + (V2 − V0 ) + L0 ………
2 gf
2 gf

式４．２

ここで、

D1 : 前車と自車の車間距離（m）,
D2 : 自車と後車の車間距離（m）
V0 : 自車速度（km/h）
V1 : 前車速度（km/h）

V2 D 2後車

自車

D1

V 1 前車V0

V2 : 後車速度（km/h）
ｆ : 縦滑り摩擦係数
L0 : 停止時の車間距離（=1.5m） 自車と後車との車間距離≧ 最低車間距離t : 反応時間（=2.5 秒）
g : 重力加速度（=9.8m/s2）
５．シミュレーションの実行
５．１

シミュレーション条件（１）交通データ

前車と自車の車間距離≧ 最低車間距離

図－７ 車線変更の可否判断 （避譲車線部）

８月 13 日の午前 10 時台の交通データを対象とした。実測調査結果を踏まえ、発生交通量は 1,100台／時、大型車混入率は 7.7％とした。希望速度分布は、対象を自由単独走行車両のデータとし、同データを多く得られる避譲車線設置区間の中間に位置する E 及び F 地点の速度を利用した。
（２）その他の設定
制動停止距離の算定に用いる縦すべり摩擦係数は、乾燥路面：0.60、湿潤路面：0.31 とした。本ケースでは、乾燥路面を条件としてシミュレーションを実行した。その他の設定項目は、以下を基本とした。
・車両長さ：小型車 4.7ｍ、大型車 12.0ｍ
・最小車間距離：1.5ｍ
・自由走行と追従走行の判断基準：車間距離 ＜ 制動停止距離・演算サイクルタイム：0.5 秒
・シミュレーション回数：５回（平均値を算出）
５．２

シミュレーション結果

上記５．１の条件により、一般国道 38 号白糠の２＋１車線道路区間の現況交通について、シミュレーションを実行した。付加車線の形式は避譲形式である。路面状態は乾燥である。
シミュレーションによる交通量及び速度分布の計算値と実測値の比較結果について、地点 E 及び地点 F の例を図－８に示す。本結果より、以下のことが明らかになった①交通量について、近似曲線の傾きから判断すると、避譲時の希望速度差：B が 15km/h による計算値の方が、10km/h と比較して、わずかに相関が高く、再現性が高くなった。
②速度のパーセンタイル値は、避譲時の希望速度差：B が 10km/h による計算値の方が、15km/hと比較し、やや観測値に近づく傾向が見られた。
地点E

1,200

地点 F
1,200B=10km/h
B=15km/h

B=10km/h
B=15km/h

900

600
y = 0.9304x
2

R = 0.9949

300

y = 1.0651x

計算値 (台)計算値 (台)900

600
y = 1.2025x
2

R = 0.9841

300

y = 0.9476x

2

R = 0.9976

02

R = 0.988

00300

600

900

1,2000

観測 値 (台 )（１）交通量（地点E）

300

600

観 測 値 (台 )900

1,200（２）交通量（地点F）
地点F地点E
100%

100%

80%

80%
60%

60%

観 測値

観測 値

40%

計算 値
B=10km/h
計算 値
B=15km/h

20%40%

計 算値B=10km/h
計 算値
B=15km/h

20%0%0%020 40 60 80 100 120 140
速度 (km/h)

020 40 60 80 100 120 140
速度 (km/h)（３）速度分布（地点E）（４）速度分布（地点F）
図－８ シミュレーションによる計算値と実測値の比較（グラフ凡例中のBは、自車と後車の希望速度差パラメータ）

６．シミュレーションによる構造評価

表－１ シミュレーションによる評価項目の例
本交通流シミュレーションによる再現性については、

国道 38 号及び他の地方部道路を対象とし、更なる検証

交通特性・区間旅行速度・各地点（本線及び避譲車線）の速度・各地点（本線及び避譲車線）の交通量
・追越車両の台数
・追従比率
・夏期及び冬期の路面条件別の交通特性

構造評価

・付加車線延長
・付加車線の設置間隔
・付加車線の形態（避譲及び追越）・分合流の形態
・夏期及び冬期条件を考慮した構造評価

総合評価

・走行時間短縮便益の算出
・費用対効果の試算作業を進める予定である。十分な検証作業を踏まえた上で、今後は、本交通流シミュレーションにより、北海道地方部の２＋１車線道路を対象とした構造評価への適用を進める予定である。具体的には、夏期及び冬期の路面条件を考慮し、適切な付加車線延長や設置間隔、付加車線の形態（避譲及び追越）などの構造評価が想定される。（表－１参照）
７．まとめ（１）2005 年 8 月の 10 日間に亘り、一般国道 38 号白糠町の付加車線区間（２＋１車線道路）において、簡易トラフィック・カウンター及びビデオデータの取得により車両挙動実測調査を実施し、付加車線区間の中間位置において、走行車線（本線）及び避譲車線ともに、観測車両の平均速度が最も高くなった。このとき、本線部の方が、避譲車線部よりも、走行速度の平均値が全体で 10km/h 程度高くなること等が明らかになった。同分析結果を踏まえ、交通流シミュレ
ーションプログラム「SIM-R」への入力条件として、車線別の車種別交通量（小型車、大型車の別）、車線別の希望速度分布、追従走行している車両比率の３要素を主体として利用した。
（２）避譲車線部での車線変更挙動プロセスのモデル化を試行した。避譲車線に存在する前車、自車、並び後車間の車間距離の関係から、避譲挙動、避譲後の本線復帰挙動の可能性を判断させた。これらをモデル化し、シミュレーションプログラム「SIM-R」の改良に反映させた。改良
プログラムにより、一般国道 38 号白糠町の付加車線区間（２＋１車線）の現況（夏期、乾燥路面条件）を対象とし、交通流ミクロシミュレーションによる再現を実行した。その結果、断面交通量及び走行速度分布共に、シミュレーションによる計算値は観測値に近づく結果となった。
（３）本車線変更挙動のモデル化については、夏期条件（乾燥路面）を対象とし、国道 38 号白糠及び国道 40 号更喜苫内道路の実測調査結果を踏まえ、更なる検証作業を進めていると共に、具体的な改善点について整理中のところである。なお、北海道の気象特性を考慮したとき、冬期条件（圧雪あるいは凍結路面条件）時を対象とした交通流ミクロシミュレーションの実行が必要とされる。今後、冬期の車両挙動実測調査を進めると共に、冬期条件下の車線変更挙動のプログラム改良、シミュレーション実行を進める予定である。これにより、北海道における夏期条件及び冬期条件を考慮した２＋１車線道路の交通特性及び構造評価への活用を目指している。
謝辞
本稿は、2005 年度土木学会実践的ＩＴＳ研究（Ａ－３）の成果の一部についても活用させて頂き、取りまとめたのである。同研究北海道班の関係各位の皆様をはじめ、北海道開発局釧路開発建設部道路第一課、パシフィックコンサルタンツの佐々木完氏他に対し、謝意を申し上げる。
参考文献
１）日本道路協会：道路構造令の解説と運用、2004 年 2 月
２）宗広一徳、秋元清寿、鵜束俊哉、浅野基樹：北海道の地域特性を考慮した道路構造に関する研究、第 33 回土木計画学研究発表会論文集、2006 年 6 月
３）佐藤光、鵜束俊哉、清水哲夫、高橋清：避譲車線設置区間における車両挙動、第 34 回土木計画学研究発表会論文集、2006 年 12 月