日本全国規模のネットワークを対象とした交通流シミュレーションの開発
小出白石

勝亮1・田中智良3・花房伸治2・飯島 護久3・比佐友3・堀口 良太31株式会社アイ・トランスポート・ラボ（〒101-0051 東京都千代田区神田神保町1-4 神保町1-4ビル3階）
E-mail:koide@i-transportlab.jp

2正会員

横浜国立大学大学院 都市イノベーション研究院（〒240-8501 横浜市保土ヶ谷区常盤台79-5）
E-mail: stanaka@ynu.ac.jp
3株式会社アイ・トランスポート・ラボ （〒101-0051 東京都千代田区神田神保町1-4 神保町1-4ビル3階）

本研究では日本全国規模のネットワークを対象にした広域交通流シミュレーションシステムを開発している。本稿では、まず、シミュレーションシステムの概要について説明する。次に、本システムを用いてシミュレーションを実施し、得られた結果と道路交通センサスで観測された交通量とを比較して、現況再現性を確認した。また、得られた知見から今後の課題を整理した。

Key Words : Grid computing, Traffic simulation, census

1. はじめにいる。
このような全国規模のシミュレーションを開発・整備することの利点には、任意の地域でシミュレーションス
近年は、様々な場面で都市圏を越える規模の広域なネタディを迅速に行えるようになることも挙げられる。こットワークでの交通流シミュレーション利用へのニーズ
れまで、任意の地域でシミュレーションを行う場合、入が高まりつつある。例えば、都市間高速道路の料金制度
力データを得るための調査等に多大な労力を必要として改定や、大規模災害時・復旧時の交通運用施策を考えるきたが、あらかじめよく調整された全国シミュレーショと、地方規模、場合によっては全国規模での影響評価がンがあれば、そこから対象地域のネットワークやシミュ必要となる。従来は、このような規模で施策評価するたレーションの境界条件（部分OD表）を切り出すことがめに、日交通量ベースの静的交通量配分手法が利用されでき、速やかに地域規模のシミュレーションを実施できてきたが、静的配分手法では時間帯別の条件設定や、渋滞状況の動的な変化を加味した評価ができないことから、 るようになる。
本稿ではこれまでに開発されたシステムの概要とそれ動的な交通流シミュレーションでの評価が望まれる。しを用いたシミュレーション結果と道路交通センサスの実かし、これまでに開発された広域交通流シミュレーショ測値を比較し、今後の課題点を確認した。
ンソフトウェアでは、計算機リソースの制約や、計算時間の面から、日本全国規模を扱うことは難しかった。
2. システムの概要
このような背景から、本研究では、日本全国規模のネットワークを対象とした交通流シミュレーションの開発(1) エリアの分割に取り組んでいる。広域なエリアへの適用に際しての課題を解決するため、日本全国を複数のエリアに分割し、本システムでは、既存のメソ交通流シミュレータそれぞれのエリアの交通流計算に1台のPCを割り当て、（SOUND）をベースとし、日本全国を図 1に示すように、グリッドコンピューティングで並列計算させている。ま複数のエリアに分割し、それぞれのエリアの交通流計算た、複数のエリアをまたがるトリップについても、動的に 1 台の PC を割り当て、グリッドコンピューティングな経路選択ができるよう、シミュレータに内包する経路で並列同期計算させている。
選択モデルにおいて、エリア単体をカバーするものと、その際、エリア分割により寸断されるネットワークの日本全体をカバーする2つに階層化することで対応して端点となる接続部に車両の発生集中点となるエリア中継1その経路は交通状況により異なる。

点を設け、車両が分割エリアから他の分割エリアへ移動できるようにしている。

Road

Boundary
CentroidCentroid
Localエリア2

Localエリア1

全国を９ブロックに分割

Localエリア3

図 3 グローバルネットワーク
グローバルネットワーク上の仮想リンクのコストは、ローカルガイダンス側から定期的に更新され、グローバルネットワーク上での最小費用経路探索に使われる。こうして算出された各エリア中継点から目的地までのコストはローカルガイダンスに通知され、自エリア外の目的地であっても経路探索が可能となる（図 4参照）。

－ ：30～－ ：20～30－ ：10～20－ ：～10[%]

図 1 分割エリア(2) 全国 OD 表の利用
車両の発生台数を時間帯別に指定するOD表は、エリアの分割方法に依存しないよう、全国を一元化したOD表を利用する。

エリア中継点ローカルエリア(3) 階層的な経路選択機能
全国 OD 表を利用するに際して、車両のトリップが分割エリア内で完結しないため、複数のエリアにまたがる範囲での動的な経路選択を考慮する必要がある。そこで、分割エリアだけをカバーする狭域の経路選択層（ローカルガイダンス）に加え、その上位層として全エリアを対象に経路選択を行える広域な経路選択層（グローバルガイダンス）を設置し、階層的な経路選択手法を導入した（図 2参照）。分割エリアをまたがる OD の経路選択時にはローカルガイダンスとグローバルガイダンスが協調することで、ローカルガイダンスにとっては未知である他のエリアの経路を案内することが可能となる。
グローバルガイダンス

出発地
ローカルコストグローバルコスト
目的地

図 4 経路選択用リンクコスト

エリア中継点ローカルガイダンス

経路選択手順エリアを越える OD を持つ車両の経路選択は以下のような手順となる（図 4参照）。
1. 車両がローカルガイダンスに経路を問い合わせる。
2. ローカルガイダンスは目的地が自エリア内ではない場合、グローバルガイダンスで算出された自エリアの各エリア中継点から目的地までのコストを用意する。
3. ローカルガイダンスは、車両の位置から自エリア内の各エリア中継点までのコスト(ローカルコスト)を算出する。
4. ローカルガイダンスは、グローバルコストとローカルコストを合算した上で、複数の経路から最適な経路を決定する。どのエリア中継点を経由した経路が良いかを車両に案内する。
5. 車両は、自エリア内での目的地として、4 で案内さDestination
Origin

図 2 階層的経路選択機能


経路探索
広域をカバーするグローバルガイダンスでは、全国全ての道路を検索対象とすると効率が悪いため、分割エリア内の発生集中セントロイドと、端点であるエリア中継点どうしを仮想的に結んだリンクで構成されるグローバ
ルネットワーク（図 3）を扱う。このネットワークは経路探索を行うためだけに必要なものであり、車両が走行する必要はなく、コストのみを扱う。また 1 本の仮想リンクに対し、実道路ネットワーク上では複数の道路と動的に対応する。通知されるコストは各区間での、ローカルガイダンス上で最小費用となる経路のコストであり、2れる経路上のエリア中継点を仮目的地に設定する。
120000

シミュレーション交通量[台]3. 現況再現性の確認

高速自動車国道

都市高速道路一般国道

100000y = 1.2933x
R² = 0.6661

y = 0.7836x

R² = 0.632(1) ケーススタディ
80000
本シミュレーターを利用して、日本全国の交通状況を60000再現するシミュレーション実施した。設定は以降のとお
y = 0.4497x
りである。
40000
R² = 0.3725
 ネットワーク20000
ここでは、日本デジタル道路地図(DRM)の基本道路の指定市の一般道以上を対象とした。道路本数で約78万本、0総延長で約39万kmであった。
020000 40000 60000 80000 100000 120000
センサス交通量［台］ ゾーン
車両の発生集中箇所となるゾーンは、ここでは市区町
図 5 交通量の再現性村単位とした。ゾーン数は1385ゾーンであった。
 時間帯別OD表
高速自動車国道や都市高速道路では、回帰係数がそれ時間帯別OD表は、 道路交通センサス自動車起終点調
ぞれ1.29，0.78となり良好な結果を得た。しかしながら、査に基づく日単位のOD表を1 時間単位に分割して作成
一般国道では、回帰係数が0.45となりシミュレーションした。時間帯分割にあたっては、道路交通センサス一般交通量が大きく過小となった。
交通量調査の時間帯別交通量から時間係数を設定した。
この原因として、現状のシミュレーションでは、車両
この時間係数は、首都圏の主だった河川（多摩川、荒川、 の発生集中ゾーンを市区町村単位で指定しているが、ゾ利根川）にスクリーンラインを設定し、対象路線の日交ーン内々トリップが考慮されていないため、一般道では通量と時間帯交通量の比から算出した4）。
実測値よりも過小の交通量になったものと考えられる。
この問題は、発生ゾーンを細分化すること、及びゾーン
シミュレーション対象時間は4:00～翌4:00までの24時
内々トリップをネットワークにローディングするモデル間とした。ただし、予め車両をネットワークに存在させを導入することで改善される。ておくため、プレラン時間として4時間分を追加した。
総発生台数は、約6000万台/日であった。
 時間帯別交通量との比較(2) 現況再現性の確認
さらに時間帯別の交通量変動をセンサスと比較した。
センサス交通量では、日中は夜間に比べ2倍位以上に交現況再現性を確認するため、道路交通センサスの一般通量が増加するのに対し、シミュレーションでは昼間の交通量調査の交通量を対象に比較した。
交通量の伸びが小さかった。シミュレーション結果を分 対象路線
析すると、車両の発生量が増加する日中になると、発生センサス交通量が観測された断面であること、また広域的な交通に利用されるネットワークという条件のもと、 ゾーンから特定の道路へ流出する需要が集中し、リンク容量を超えてしまうことで発生ゾーンに滞留したままとセンサスの調査対象区間ごとに比較した。
DRM：一般国道以上なっていたことがわかった。この問題は、発生ゾーンからネットワークに流入するリンクを分散させるモデルを本数：約1万センサス区間導入することで改善される。
 日交通量との比較
まず日交通量についてセンサスの値とシミュレーションの計算結果を道路種別に比較した。
センサス交通量とシミュレーション交通量を道路種別ごとに比較した図 5のグラフでは、切片を0にした場合の回帰係数が1に近いほど再現性が高く、1を上回るとシミュレーション交通量が過大となり、1を下回るとシミュレーションが過小となる。

3

用できる経路選択モデルが、コスト最小のルートを確定的に選択するモデルのみの実装のため、１つの経路に車両が集中してしまい、発生ゾーンの滞留を生む要因となっている。今後は確率的な経路選択モデルを加え、利用される経路にバリエーションを与えて、交通量の再現性向上を目指す。
また、シミュレーション交通量が過少となる原因の一つであるゾーン内々トリップに対しては、発生・集中地点を1箇所に定めず、ゾーン内でランダムに分散させる機能を実装する。これによりゾーン内々トリップも取り扱うことができる。
3点目は、キャリブレーションの実施である。別途研

3500
センサス
シミュレーション交通量[万台・km]

3000
2500
2000
1500
1000
500

2時0時

22時

20時

18時

16時14時

12時

8時

10時

6時

4時

0

図 6 時間帯別総走行距離の比較結果

究中のネットワーク交通シミュレーションのための時間
帯別OD交通量推定手法5）を適用し、与件に即したOD交通量設定を自動的に行う。

4. おわりに

本稿では、これまで開発された全国規模の交通シミュ
謝辞：本研究は，（独）新エネルギー・産業技術総合開
レーションのシステムの概要について説明し、キャリブ発機構の「エネルギーITS推進事業～国際的に信頼されレーション前ではあったものの、それを用いて実測値でる効果評価方法の確立」において実施した．
あるセンサス交通量と比較した。日交通量での比較では、高速道路において、ある程度センサス交通量と近い結果
参考文献
1)
http://i-transportlab.jp/products/sound/index.htmlが得られたものの、一層の精度向上が必要であることが2) 小出勝亮, 田中伸治, 飯島護久, 白石智良, 花房比佐示された。また、時間帯別の交通量では、需要のピーク
友, 堀口良太：階層的な経路選択による日本全国交通となる時間帯においてシミュレーションでは車両が発生シミュレーションシステムの開発, 第 10 回 ITS シン
点に滞留してしまい、過小な交通量となっていた。
ポジウム 2011, CD-ROM, 2011 年 11 月.
3) 小出勝亮, 田中伸治, 白石智良, 飯島護久, 堀口良太：今後、精度向上等に対して必要となる課題として、以グリッドコンピューティングによる日本全国交通シ下の3点が挙げられる。
ミュレーションシステムの開発, 第 9 回 ITS シンポジ
1点目は、再現性の向上としてゾーン、ネットワーク
ウム 2010, CD-ROM, 2010 年 12 月.の精緻化を行う。現状では、ゾーンサイズが市区長村単位となっているため、ゾーン内を起終点とする短いトリップが再現できておらずセンサス交通量と比較し、過小な交通量となっている。そのため今後はより細かいゾーン単位であるBゾーンを用いて、再現性の向上を図る。
またゾーンサイズに合わせて、ネットワークもより詳細な道路種別を用いる必要があり、「その他道路」以上を対象とする。
2点目は、シュミレータ機能を拡充する。現状では利4)

5)

飯島護久，福本大輔，桑原雅夫：首都圏ネットワー
クにおける動的シミュレーションの適用可能性，第27 回日本道路会議論文集，CD-ROM，2007 年 11 月.
小林正人：ネットワーク交通シミュレーションのための時間帯別 OD 交通量と 確率経路選択モデルのロ
ジット感度パラメータ一括推定プログラムの開発，
第 30 回交通工学研究発表会

DEVELOPMENT OF JAPAN NATION-WIDE TRAFFIC SIMULATION SYSTEM
Katsuaki KOIDE, Shinji TANAKA, Morihisa IIJIMA, Tomoyoshi SHIRAISHI,
Hisatomo HANABUSA and Ryota HORIGUCHI
This study, we have developed a nation-wide traffic simulation system targeted to Japan so far. In thispaper, we confirm the reproducibility carried out a simulation that describes the behavior of the simulation was to reproduce reality, using this system. Compared with the volume of traffic was observed in theindicators and road traffic census which is output from the simulation, we confirmed the reproducibility
current state. In addition, we organize the challenge of the future from the knowledge obtained from there.
4