JP4820540B2 - 信号制御情報生成装置およびその方法 - Google Patents

Description

本発明は、広域の道路網を対象として複数の信号機を同期させて制御する制御エリアを設けた信号制御情報生成装置およびその方法に関し、特にシミュレーションによる評価を行い最適な制御エリアおよび制御パラメータを決定する信号制御情報生成装置およびその方法に関するものである。

従来の信号機は、信号シーケンスが一巡する時間を示すサイクル長Ｃ、青信号が点灯する割合を示すスプリットＳ、および隣接する交差点との青信号開始時刻のずれを示すオフセットＯの３つの制御パラメータに従って制御され、特に広域を対象とする信号制御では、車両が交差点で停止する回数と待ち時間（遅れ時間）ができるだけ少なくなるように信号機の制御パラメータを関連付けた制御エリアを設けて系統的な制御が行われている。

例えば、信号機を同期させる制御エリアを予め設定されたパターンから時刻などに応じて選択し、制御エリア内の信号機のサイクル長Ｃを制御エリア内の重要交差点での飽和交通流率から求められる最大交通量に対する今の交通量の割合を表す負荷率に基づいて設定し、各信号機のスプリットＳをそれぞれの信号機の流入路における負荷率の比に基づいて、また、オフセットＯを隣接する交差点間の距離などによって予め設定されたパターンまたは車両感知器の交通情報に基づいて設定する。

このような広域を対象とした信号制御において、最適な制御パラメータを評価によって求めようとするものがある（例えば、特許文献１および特許文献２参照）。

特許文献１の信号制御システムでは、自交差点の制御パラメータを作成するローカルステーションを、最も負荷率の高い基軸交差点とその隣接交差点と間で発生する平均遅れ予想値の和（評価関数Ｆ）を最小とするように制御パラメータを作成する基軸ローカルステーションと、基軸交差点からの距離を隣接交差点との間で発生する平均遅れ予想値に重みとして掛け合わせた和（評価関数Ｆ’）を最小とするように基軸交差点以外の協調交差点の制御パラメータを作成する協調ローカルステーションとに分けて構成しており、一の装置の負荷を分散させながら最も混雑しているエリアの混雑を解消することができる。

また、特許文献２の信号制御装置では、信号機毎に設定した信号パターン番号の一部を遺伝的アルゴリズムを用いて他の番号に入れ替えた制御案を生成し、生成された制御案で各信号機に割り当てられた信号パターン番号に基づいて交通状態を予測して目的関数（渋滞余裕度など）による評価値の総和を求め、評価値の高い制御案を残して再び遺伝的な手法を用いて新たな制御案を生成する処理を所定世代数並列に繰り返す複数の処理装置（ＭＰＵ）と、最終的に存在する制御案の中で最も評価値が良いものを最適案として出力する並列制御ユニットとで構成されており、交通空間内の全域に亘って渋滞を解消または低減させることができる。
特開２００３−２７２０９３号公報 特開平８−１７１６９４号公報

しかしながら、上記特許文献１の信号制御方式においては、特定の基軸交差点とその周囲の遅れ時間を最小にすることを目的としているため、かえって広域の道路網全体の遅れ時間の短縮化が図れないという問題がある。また、上記特許文献２の信号制御方式においては、遺伝的アルゴリズムによる最適化試行において、世代毎に複数の制御案を生成し、各案に対する突然変異、交叉、選択といった操作を並列に行う。この一つの最適化試行内での並列化によって１世代あたりの処理を高速化しているが、１つの最適化試行内の並列化であり、複数の最適化試行を並列に行うものではない。遺伝的アルゴリズムのような確率的手法の場合には、複数回の試行を行う必要がある。したがって、オンライン・リアルタイム制御のように一定時間内で生成する必要がある場合には適切な解が得られるとは限らないため、より安定したパラメータ生成方法が求められる。

本発明は、上記従来の事情に鑑みてなされたものであって、広域の道路網を対象としたとき最適な信号制御を行うことができる制御エリアの構成と制御パラメータを簡単に生成する信号制御情報生成装置およびその方法を提供することを目的とする。

本発明の信号制御情報生成装置は、広域の道路網に、制御パラメータを生成する信号交差点群に基づく制御エリアを設けて交差点に配置された信号機の制御パラメータを設計する信号制御情報生成装置であって、制御エリアおよび制御パラメータを生成する生成手段と、交差点間のリンクに流入する交通量に基づいて前記制御エリアおよび制御パラメータの評価値を算定する評価手段と、前記評価値に基づいて前記生成した制御エリアおよび前記制御パラメータを選択する選択手段と、を有し、前記生成手段と前記評価手段と前記選択手段とを繰り返し実行して評価値がより小さくなる制御エリアおよび制御パラメータを選択する複数の第１の最適化手段と、前記第１の最適化手段で選択された前記評価値の中で最小となる評価値を選定する第２の最適化手段と、を備える。この構成により、評価値がより小さくなると期待できる新しい制御エリアおよび制御パラメータが簡単に得られる。

本発明は、広域を対象とした信号制御において最も良い評価が期待できる新しい制御エリアおよび制御パラメータを簡単に得られるという効果を奏する。

以下、本発明の実施形態の信号制御情報生成装置について、図面を用いて説明する。第１の実施形態は、１つの処理装置にネットワークを介して接続される複数の生成エンジンを用いて同時に複数の制御エリアと制御パラメータ案を生成するものであり、第２の実施形態は、１つの処理装置で制御エリアと制御パラメータ案を生成するものである。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。

図１に本発明の実施形態の信号制御情報生成装置を用いた交通システム全体の構成図を示す。図１において、交通システムは、複数の道路２と道路２の交わる交差点３とで構成された広域の道路網４において、交差点３に配置された信号機５と、道路２上や交差点３に設けられた超音波式センサー、あるいはテレビカメラなどの車両感知器６とをそれぞれ通信回線７によって本発明の第１の実施形態の信号制御情報生成装置１または本発明の第２の実施形態の信号制御情報生成装置１００に接続して構成される。

本発明の第１の実施形態の信号制御情報生成装置１および本発明の第２の実施形態の信号制御情報生成装置１００は、車両感知器６によって収集された交通量および道路２上を走行する車両の速度データなどの交通情報８に基づいて道路網４を制御エリア９に分け、制御エリア９の中で重要交差点３３を決め、同じ制御エリア９内に配置されたすべての信号機５のサイクル長Ｃを制御エリア９の重要交差点３３の信号機５５のサイクル長Ｃとして制御パラメータ１０を決定し、通信回線７を介して道路網４内の信号機５に送信する。

（第１の実施形態）
図２は、本発明の第１の実施形態における信号制御情報生成装置の構成例を示すブロック図である。図２において、信号制御情報生成装置１は、管理コンピュータ１１と、管理コンピュータ１１と通信ネットワーク１２によって接続されたｉ＝１〜ｎのｎ台の生成エンジン１３とを備える。管理コンピュータ１１は、通信回線７を介して車両感知器６から交通情報８を受信し、生成した制御エリア９と制御パラメータ１０を道路網４に配置された信号機５に出力する。ｎ台の生成エンジン１３は、通信ネットワーク１２を介して管理コンピュータ１１からそれぞれ交通情報などを受信し、生成した制御エリアと制御パラメータ案を管理コンピュータ１１に送信する。

管理コンピュータ１１は、通信回線７と接続された生成管理手段２１に、接続された通信ネットワーク１２を介してｎ台の生成エンジン１３を同時に起動する遠隔制御手段２２と、通信回線７を介して受信した交通情報８を記録する交通情報データベース２３と、演算のためのメモリ２４と、ｎ台の生成エンジン１３で生成された制御エリアと制御パラメータ案を記録する信号制御情報データベース２５と、信号制御情報データベース２５に記録された制御エリアと制御パラメータ案から最適な制御エリアと制御パラメータを選択する選択手段２６とを接続し、さらに、交通情報データベース２３と、メモリ２４と、信号制御情報データベース２５を遠隔ファイルシステム２７に接続し、遠隔制御手段２２と、遠隔ファイルシステム２７と、を通信ネットワーク１２に接続して構成される。

生成管理手段２１は、通信回線７を介して受信した交通情報８を交通情報データベース２３に記録するとともに、遠隔制御手段２２として、例えばｒｓｈ（remote shell）などを用いてｎ台の生成エンジン１３を同時に起動して、ｎ台の生成エンジン１３がそれぞれ生成した制御エリアと制御パラメータ案を信号制御情報データベース２５に記録させ、選択手段２６によって信号制御情報データベース２５に記録された制御エリアと制御パラメータ案から最適な制御エリア９と制御パラメータ１０を選択して通信回線７を介して信号機５に出力する。

遠隔ファイルシステム２７として、例えばＮＦＳ（Network File System）などを用い、遠隔ファイルシステム２７に接続された交通情報データベース２３、メモリ２４、および信号制御情報データベース２５と、ｎ台の生成エンジン１３との間でそれぞれファイルおよびデータなどの送受信を行う。具体的には、遠隔ファイルシステム２７によって生成エンジン１３から交通情報データベース２３に記録された交通情報８に記憶された制御エリア９と制御パラメータ１０、制御周期Ｔ、および算出時間ｔなどを参照したり、生成エンジン１３が生成した制御エリアと制御パラメータ案を信号制御情報データベース２５に格納することができる。

生成エンジン１３は、制御エリアと制御パラメータ案を生成してシミュレーションによってそれを評価する制御エリア・制御パラメータ案生成手段３１と演算のためのメモリ３２とを有するコンピュータである。制御エリア・制御パラメータ案生成手段３１は、遠隔制御手段２２から通信ネットワーク１２を介して起動される。

以上のように構成された信号制御情報生成装置１について、図３から図１１を用いてその動作を説明する。図３に本発明の第１の実施形態における生成管理手段の動作説明のためのフロー図を示す。生成管理手段２１では、図１に示す道路２上や交差点３に設置された車両感知器６から通信回線７を介して受信した交通情報８を交通情報データベース２３に格納しながら（Ｓ１０１）、例えば１秒ごとに通信ネットワーク１２を介してｎ台の生成エンジン１３にＰＩＮＧを順に送信し、受信した通信情報を解析して通信ネットワーク１２とそれに接続されたｎ台の生成エンジン１３に異常が発生していないかを監視する（Ｓ１０２）。

ｎ台の生成エンジン１３のうち正常なものがあれば（Ｓ１０３；ＮＯ）、制御周期Ｔが経過するまで（Ｓ１０４；ＮＯ）、Ｓ１０１に戻ってＳ１０４までの処理を繰り返し、異常を監視しながら交通情報８を交通情報データベース２３に収集する。制御周期Ｔは、道路網４の交通事情などによって、予め例えば２．５分、５分、または１５分などの時間が設定される。

制御周期Ｔが経過すると（Ｓ１０４；ＹＥＳ）、遠隔制御手段２２を用いてｉ＝１〜ｎ
のｎ台の生成エンジン１３に起動命令を発行する（Ｓ１０５）。起動命令を受信した生成エンジン１３は、制御エリア・制御パラメータ案生成手段３１によって算出時間ｔの間それぞれ独自に制御エリアと制御パラメータ案を生成する。制御エリア・制御パラメータ案生成手段３１で行われる処理については、図４で説明する。

管理コンピュータ１１は、生成エンジン１３を起動後、再び通信ネットワーク１２を介してｎ台の生成エンジン１３に順にＰＩＮＧを送信して受信した通信情報を解析し、通信ネットワーク１２とそれに接続されたｎ台の生成エンジン１３に異常が発生していないかを監視する（Ｓ１０６）。ｎ台の生成エンジン１３のうち正常なものがあれば（Ｓ１０７；ＮＯ）、算出時間ｔが経過するまで（Ｓ１０８；ＮＯ）、Ｓ１０６に戻って通信ネットワーク１２とｎ台の生成エンジン１３の異常を監視する。

算出時間ｔが経過すると（Ｓ１０８；ＹＥＳ）、遠隔制御手段２２を用いて制御エリア・制御パラメータ案生成手段３１のプロセスが存在する生成エンジン１３を強制終了させ（Ｓ１０９）、後述の選択手段２６を実行する（Ｓ１１０）。選択手段２６によって選択された最適な制御エリアと制御パラメータを次の制御エリア９と制御パラメータ１０として通信回線７を介してそれぞれの信号機５に送信し（Ｓ１１１）、Ｓ１０１に戻って新たな交通情報８を交通情報データベース２３に格納してＳ１１１までの処理を繰り返す。

Ｓ１０３またはＳ１０７においてｎ台の生成エンジン１３がすべて異常であると（Ｓ１０３；ＹＥＳ，Ｓ１０７；ＹＥＳ）、予め用意した制御エリアと制御パラメータのデフォルト値を設定して（Ｓ１１２）、信号機５に送信し（Ｓ１１１）、Ｓ１０１に戻る。制御エリア９と制御パラメータ１０、信号制御情報生成装置１の制御周期Ｔ、および制御エリアと制御パラメータ案の算出時間ｔなどはメモリ２４に記憶される。

図４に、本発明の第１の実施形態における制御エリア・制御パラメータ案生成手段の動作説明のためのフロー図を示す。ｎ台の生成エンジン１３は、同じ制御エリア・制御パラメータ案生成手段３１を有し、同じ処理を行って制御エリアと制御パラメータ案を生成することから、以下の説明においてはｉ番目の生成エンジン１３の制御エリア・制御パラメータ案生成手段３１の処理について説明する。

制御エリア・制御パラメータ案生成手段３１は、通信ネットワーク１２を介して遠隔ファイルシステム２７に対してコマンドを送信し、交通情報データベース２３から交通情報を読み込み、メモリ２４からメモリ３２に現在の制御エリア９と制御パラメータ１０および算出時間ｔを読み込む（Ｓ２０１）。現在の制御エリア９の制御パラメータ１０を始めの制御エリアおよび制御パラメータ案として、例えばＴＲＡＮＳＹＴを用いた交通流量のシミュレーションを行い、評価値Ｅｉを算出する（Ｓ２０２）。

ＴＲＡＮＳＹＴ（Traffic Network Study Tool）は、車群拡散モデル式によって交通情報８に基づいて交通流量を予測して交差点で発生する遅れ時間と停止回数を計算するシミュレータであり、評価値Ｅｉおよび再評価値Ｅｒとして、図１に示されるような道路網４において交差点３をノード、２つのノード間を接続する道路２をリンクとし、ノードに設置された信号によってノードに接続されるすべてのリンク上で待たされる車両の平均待ち時間の総和、すなわちリンクでの遅れ時間の総和を用いる。

なお、評価値Ｅｉおよび再評価値Ｅｒは、遅れ時間の総和に限定されない。車両の運行状況を定量的に評価できる妥当なものであれば、すべてのノードに接続されるリンクでの遅れ時間と停止台数との総和を用いてもよいし、リンク走行速度に基づいた総燃料消費量、大気汚染物質の排出、または騒音などのパフォーマンス・インデックスなどを用いてもよい。

次に、制御エリアと制御パラメータを生成する方法について図５から図９を用いて説明する。図５は、本発明の第１の実施形態において制御エリアを生成する方法を説明するための概念図であり、（ａ）は、制御エリアを正規化する方法を説明する図、（ｂ）は、正規化した制御エリアを変更する方法を説明する図、（ｃ）は、正規化した制御エリアを逆変換して新しい制御エリアを生成する方法を説明する図である。

図６は、本発明の第１の実施形態において制御パラメータを生成する方法を説明するための概念図であり、（ａ）は、制御パラメータを正規化する方法を説明する図、（ｂ）は、正規化した制御パラメータを変更する方法を説明する図、（ｃ）は、正規化した制御パラメータを逆変換して新しい制御パラメータを生成する方法を説明する図である。

図５（ａ）に示すように、道路網４において交差点３をノードＮｊ（ｊ＝１、２、・・・、ｍ）、２つのノード間を接続する道路２をリンクＬｋ（ｋ＝１、２、・・・、ｑ）とし、道路網４内にあるすべてのノードＮｊとリンクＬｋに番号を付与し、１つのノードＮｊに１つの信号機５を対応させて信号機５の制御エリアと制御パラメータの生成を行う。

始めの制御エリアと制御パラメータ案としてメモリ３２に記憶される現在の制御エリア９と制御パラメータ１０を正規化する（Ｓ２０３）。制御エリア９については、図５（ａ）に示すように、道路網４内にあるすべてのリンクＬｋについて、リンクＬｋが接続する２つの例えばノードＮｊとノードＮｊ＋１を同じ制御エリア９として連結するリンクＬｋに「１」を、リンクＬｋが接続する２つのノードＮｊとノードＮｊ＋１を別の制御エリアとして分離するリンクＬｋに「０」を設定した数値列をｋ＝１、２、・・・、ｑの順に並べて、正規化した制御エリアの数値列Ｃｅを作成する。

制御パラメータ１０については、図６（ａ）に示すように、道路網４内にあるすべてのノードＮｊについて、ノードＮｊに対応させた信号機５の制御パラメータであるサイクル長Ｃ、スプリットＳ、およびオフセットＯを、それぞれが取り得るレンジの何パーセントに当たるかを「００」〜「９９」の２桁の数値で表して、ｊ＝１、２、・・・、ｍの順に並べ、正規化した制御パラメータの数値列Ｃｐを作成する。図６（ａ）に示すように、サイクル長Ｃが９０秒から１１０秒までの値をとるとき、例えば、サイクル長１００秒を正規化すると、
（１００秒−９０秒）／（１１０秒−９０秒）×１００＝５０
となる。

次に、正規化した制御エリアの数値列Ｃｅと正規化した制御パラメータの数値列Ｃｐを乱数によって変更する処理を実行する（Ｓ２０４）。ここでは、正規化した制御エリアの数値列Ｃｅと正規化した制御パラメータの数値列Ｃｐを繋げて正規化した制御情報の数値列Ｃｅｐとし、正規化した制御情報の数値列Ｃｅｐを乱数によって変更する。

図７は、本発明の第１の実施形態における正規化した制御情報の数値列Ｃｅｐを示す図である。正規化した制御エリアの数値列Ｃｅは、リンク数ｑと同じ長さを有する「０」か「１」数値列であり、正規化した制御パラメータの数値列Ｃｐは、ノード数ｍ×制御パラメータ数３×数値列の桁数２の長さを有する「０」から「９」の数値列であり、正規化した制御情報の数値列Ｃｅｐは、ｚ＝リンク数ｑ＋ノード数ｍ×制御パラメータ数３×数値の桁数２の長さを有する数値列となる。

図８は、本発明の第１の実施形態における乱数よる変更処理を説明するためのフロー図である。図８に従ってＳ２０４の正規化した制御情報の数値列Ｃｅｐを乱数によって変更する処理について詳細に説明する。乱数による変更個数は、任意に設定可能である。設定された変更個数の処理が終了していなければ（Ｓ３０１；ＮＯ）、１からｚまでのいずれかの数を乱数として発生させ、それを正規化した制御情報の数値列Ｃｅｐの変更位置ｘとする（Ｓ３０２）。

変更位置ｘが道路網４の全リンク数ｑ以下の場合（Ｓ３０３；ＹＥＳ）、正規化した制御エリアの数値列Ｃｅの変更処理を実行する。変更位置ｘのリンクＬｘ＝「０」、すなわち、リンクＬｘで接続された例えばノードＮｊとノードＮｊ＋１の属する制御エリア９がリンクＬｘによって分離されていれば（Ｓ３０４；ＹＥＳ）、Ｌｘ＝「１」として、リンクＬｘで接続されたノードＮｊとノードＮｊ＋１の属する制御エリア９を連結させる（Ｓ３０５）。

そして、新たに構成された制御エリア９において重要交差点３３を決定し（Ｓ３０６）、新たに構成された制御エリア９内にあるすべての信号機５の正規化された制御パラメータの数値列Ｃｐのサイクル長Ｃを、重要交差点３３の信号機５５の正規化された制御パラメータのサイクル長Ｃに設定して（Ｓ３０７）、Ｓ３０１に戻る。

Ｓ３０４において、変更位置ｘのリンクＬｘ＝「１」、すなわち、リンクＬｘで接続された例えばノードＮｊとノードＮｊ＋１の属する制御エリア９がリンクＬｘによって連結されていれば（Ｓ３０４；ＮＯ）、Ｌｘ＝「０」として、リンクＬｘで接続されたノードＮｊとノードＮｊ＋１の属する制御エリア９を分離させる（Ｓ３０８）。

Ｓ３０８において、リンクＬｘで接続されたノードＮｊとノードＮｊ＋１の属する制御エリア９を分離したため、リンクＬｘで分離されるノードＮｊまたはノードＮｊ＋１の属するいずれかの制御エリア９に重要交差点３３がなくなってしまった場合（Ｓ３０９；ＹＥＳ）、重要交差点３３のない制御エリア９内で新たに重要交差点３３を決定し（Ｓ３１０）、Ｓ３０７に進んで、同じ制御エリア９内にあるすべての信号機５の正規化された制御パラメータの数値列Ｃｐのサイクル長Ｃを、重要交差点３３の信号機５５の正規化された制御パラメータのサイクル長Ｃに設定し、Ｓ３０１に戻る。

Ｓ３０９において、リンクＬｘで接続されたノードＮｊとノードＮｊ＋１の属する制御エリア９を分離しても、リンクＬｘで接続されたノードＮｊとノードＮｊ＋１の属するいずれの制御エリア９にも重要交差点３３があれば（Ｓ３０９；ＮＯ）、そのままＳ３０１に戻る。

Ｓ３０３において、変更位置ｘがリンク数ｑを超える場合（Ｓ３０３；ＮＯ）、正規化した制御パラメータの数値列Ｃｐの変更処理を実行して（Ｓ３１１）、Ｓ３０１に戻る。Ｓ３０１で設定された変更個数の処理が終了すれば（Ｓ３０１；ＹＥＳ）、乱数よる変更処理を終了する。図５（ｂ）は、変更位置ｘ＝７、Ｌｘ＝「１」の例である。

図９は、本発明の第１の実施形態における制御パラメータの変更処理を説明するためのフロー図である。図９に従ってＳ３１１の正規化された制御パラメータの数値列Ｃｐの変更処理について詳細に説明する。「０」から「９」までのいずれかの数を乱数として発生させ、それを変更値ｙとする（Ｓ４０１）、正規化した制御パラメータの数値列Ｃｐの変更位置ｘに変更値ｙを代入する（Ｓ４０２）。Ｓ４０２の変更処理は、変更位置ｘによって指定された「００」〜「９９」の２桁の数値のいずれか１桁を変更値ｙに変更するものである。

変更位置ｘが制御パラメータの数値列Ｃｐのサイクル長Ｃの位置に当たれば（Ｓ４０３；ＹＥＳ）、同じ制御エリア９内にあるすべての信号機５の正規化された制御パラメータの数値列Ｃｐのサイクル長Ｃを、Ｓ４０２で変更したサイクル長Ｃに設定して（Ｓ４０４）、制御パラメータの変更処理を終了する。変更位置ｘが制御パラメータの数値列Ｃｐのサイクル長Ｃの位置に当たらなければ（Ｓ４０３；ＮＯ）、そのまま制御パラメータの変更処理を終了する、すなわち、ステップＳ４０２において代入された変更値に基づき、制御パラメータ（スプリットＳ、オフセットＯ）の変更処理を行う。

なお、Ｓ４０３で変更位置ｘが制御パラメータの数値列Ｃｐのサイクル長Ｃの位置に当たり、かつ変更位置ｘが重要交差点３３のときＳ４０４の処理を行い、変更位置ｘが重要交差点３３でないときはサイクル長Ｃの変更処理を行わないようにしてもよい。図６（ｂ）は、変更値ｙ＝「４」の例である。

なお、図８の乱数よる変更処理では、制御エリアの数値列Ｃｅと制御パラメータの数値列Ｃｐの両方の変更処理が変更個数分行えるように用意されているが、Ｓ３０２の乱数発生処理を１からｑまでの制御エリアの数値列Ｃｅの位置に限定したり、ｑ＋１からｚまでの制御パラメータの数値列Ｃｐの位置に限定して乱数を発生させるようにすれば、制御エリアのみの変更、または制御パラメータのみの変更を行うこともできる。

変更後、図５（ｃ）および図６（ｃ）に示すように、正規化した制御エリアの数値列Ｃｅと正規化した制御パラメータの数値列Ｃｐをそれぞれ逆変換して、新たな制御エリアと制御パラメータ案を作成する（Ｓ２０５）。

新たに生成した制御エリアと制御パラメータ案に基づいて、Ｓ２０２と同じ交通流量のシミュレーションを行い、同じ評価方法を用いて再評価値Ｅｒを計算し（Ｓ２０６）、Ｓ２０２で算出した評価値Ｅｉと再評価値Ｅｒを比較する。

評価値Ｅｉを遅れ時間としているので再評価値Ｅｒの方が小さい、すなわち再評価値Ｅｒの評価が良ければ（Ｓ２０７；ＹＥＳ）、評価値Ｅｉに再評価値Ｅｒを代入して（Ｓ２０８）、メモリ３２に新たな制御エリアと制御パラメータ案を記憶し（Ｓ２０９）、算出時間ｔが経過していなければ（Ｓ２１０；ＮＯ）、Ｓ２０３に戻ってＳ２１０までの処理を繰り返し、より良い再評価値Ｅｒが得られる制御エリアと制御パラメータ案を探索する。ｉ番目の生成エンジン１３において最も良い評価のものは、Ｓ２０８によって常に評価値Ｅｉに記憶されている。

Ｓ２０７で再評価値Ｅｒの評価がよくなければ（Ｓ２０７；ＮＯ）、そのまま、Ｓ２１０へ移り、算出時間ｔが経過していなければ（Ｓ２１０；ＮＯ）、Ｓ２０３に戻ってＳ２１０までの処理を繰り返し、より良い再評価値Ｅｒが得られる制御エリアと制御パラメータ案を探す。

算出時間ｔが経過すると（Ｓ２１０；ＹＥＳ）、メモリ３２に記憶されたｉ番目の生成エンジン１３において最も良い評価値Ｅｉとその制御エリアと制御パラメータ案を通信ネットワーク１２によって管理コンピュータ１１の信号制御情報データベース２５に転送し（Ｓ２１１）、制御エリア・制御パラメータ案生成手段３１の処理を終了する。なお、現在の制御エリアと制御パラメータ、評価値Ｅ、再評価値Ｅｒ、正規化した制御パラメータの数値列Ｃｐと正規化した制御エリアの数値列Ｃｅを繋げた正規化した制御情報の数値列Ｃｅｐ、および制御エリアと制御パラメータ案などはメモリ３２に記憶される。

以上の処理によって、ｉ＝１〜ｎまでの生成エンジン１３によって生成された最も良い評価値Ｅｉと制御エリアと制御パラメータ案は、管理コンピュータ１１の信号制御情報データベース２５に記録される。

また、生成エンジン１３が図４に示す制御エリア・制御パラメータ案生成手段３１のプロセスの途中で生成管理手段２１から図３のＳ１０９の強制終了を受信したとき、制御エリア・制御パラメータ案生成手段３１は、メモリ３２に記憶された評価値Ｅｉと制御エリアと制御パラメータ案を管理コンピュータ１１の信号制御情報データベース２５に転送するＳ２１１の処理を実行して処理を終了する。

図１０は、本発明の第１の実施形態における信号制御情報データベースの構成例を示す図である。信号制御情報データベース２５には、生成エンジン番号ｉ＝１〜ｎ順に各生成エンジン番号ｉが生成した評価値Ｅｉおよび制御エリアと制御パラメータ案が記録される。

図１１に、本発明の第１の実施形態における選択手段の動作説明のためのフロー図を示す。図１１に従って図３に示すＳ１１０の選択手段２６について詳細に説明する。図１１に示すように、選択手段２６は、ｎ台の生成エンジンによってそれぞれ生成され、遠隔ファイルシステム２７によって信号制御情報データベース２５に格納された評価値Ｅｉのうちを最も良いものを検索し、最も良い評価値Ｅｉを算出した生成エンジン１３の生成した制御エリアと制御パラメータ案を次の制御周期の制御エリアと制御パラメータとする。ここで、最も良い評価値Ｅｉとは、評価値Ｅｉを遅れ時間の総和としているため最も小さいものとなる。

信号制御情報データベース２５を検索するための初期設定を行う。すなわち、ｉ＝１、最も良い生成エンジン番号を記憶するＣＰＮＯ＝１、最も良い評価値Ｅｉを記憶する最適評価値Ｅにｉ＝１番目の生成エンジン１３で算定された評価値Ｅ１を設定する（Ｓ５０１）。

ｉ＝ｎすなわちｎ台の生成エンジン１３についての処理が終了していなければ（Ｓ５０２；ＮＯ）、ｉ＝ｉ＋１として次の生成エンジン１３を指定し（Ｓ５０３）、最適評価値Ｅと次の生成エンジン１３で算出された評価値Ｅｉを比較し、ｉ番目の生成エンジン１３で算出された評価値Ｅｉが良ければ（Ｓ５０４；ＹＥＳ）、最適評価値Ｅに評価値Ｅｉを代入し、最適評価値Ｅを生成した生成エンジン１３の番号ｉをＣＰＮＯに代入して（Ｓ５０５）、Ｓ５０２に戻ってすべての生成エンジン１３についての処理が終了するまで（Ｓ５０２；ＹＥＳ）、Ｓ５０３からＳ５０５までの処理を繰り返す。

Ｓ５０４で評価値Ｅｉが最良評価値Ｅより良くなければ（Ｓ５０４；ＮＯ）、何もしないでＳ５０２に戻る。Ｓ５０２でｉ＝ｎすなわちすべての生成エンジン１３についての処理が終了すれば（Ｓ５０２；ＹＥＳ）、ＣＰＮＯに記憶された生成エンジン１３が算出した制御エリアと制御パラメータ案を次の制御周期の制御エリアと制御パラメータとして記憶して（Ｓ５０６）、処理を終了する。なお、ｉ、ＣＰＮＯ、次の制御エリアと制御パラメータなどは、メモリ２４に記憶される。

このような第１の実施の形態によれば、シミュレーションを行って生成した制御エリアと制御パラメータ案を評価し、評価値のより良いものを制御エリアと制御パラメータとして選定しているので、最も良い評価が期待できる新しい制御エリアと制御パラメータを簡単に得られることとなる。また、制御エリアと制御パラメータの生成と評価を複数の生成エンジンを用いて並列に行っているため、多くの制御エリアと制御パラメータ案の中から最も信頼の置ける最適な制御エリアと制御パラメータを迅速に得ることができる。

また、制御エリアと制御パラメータを組み合わせて評価しているため、制御エリアと制御パターンの最適な組み合わせを同時に求めることができる。さらに、制御エリアを設定して制御パラメータを決定しているため、制御エリアを設けない場合に比較して制御パラメータ案の絶対数が減るため、最適な制御エリアと制御パラメータを確実に求めることができる。

また、制御エリアを正規化して「０」、「１」で簡単に表わしているので、制御エリアの連結および分離などの接続を変える処理が非常に簡単である。さらに、制御パラメータの値としてそれぞれが取り得る値の範囲を一律「００」から「９９」のレンジに変換して正規化してから、各桁を「０」から「９」の乱数によって置き換えているので、本来は異なる値であるサイクルＣ、スプリットＳ、オフセットＯを同じロジックを使って簡単に変更できる。

また、制御パラメータの値としてそれぞれが取り得る値の範囲を一律「００」から「９９」のレンジに変換して正規化してから、各桁を「０」から「９」の乱数によって置き換えているので、変更によって得られる制御パラメータの値が必ず有効なものの範囲にあるので、無駄な評価を行うことがない。

また、乱数によって制御エリアおよび制御パラメータのいずれか少なくとも一方の構成を変更するため、無作為にまったく新しい制御エリア構成を得ることができる。

（第２の実施形態）
図１２は、本発明の第２の実施形態における信号制御情報生成装置の構成例を示すブロック図である。図１２において、第１の実施形態で説明した図１と重複する部分には同一の符号を付して説明を省略する。

信号制御情報生成装置１００は、通信回線７と接続された生成管理手段１２１に、制御エリアと制御パラメータ案を生成してシミュレーションによってそれを評価する複数の制御エリア・制御パラメータ案生成手段３１と、車両感知器６から受信した交通情報８を記録する交通情報データベース２３と、現在の制御エリア９と制御パラメータ１０、信号制御情報生成装置１の制御周期Ｔ、および制御エリア９と制御パラメータ１０の算出時間ｔなどを記憶するメモリ２４と、制御エリア・制御パラメータ案生成手段３１で生成された制御エリアと制御パラメータ案を記録する信号制御情報データベース２５と、信号制御情報データベース２５に記録された制御エリアと制御パラメータ案から最適な制御エリアと制御パラメータを選択する選択手段２６とを接続して構成される。

生成管理手段１２１は、通信回線７を介して交通情報８を交通情報データベース２３に記録するとともに、制御エリア・制御パラメータ案生成手段３１によって制御エリアと制御パラメータ案を生成させて信号制御情報データベース２５に記録させ、選択手段２６によって信号制御情報データベース２５に記録された制御エリアと制御パラメータ案から最適な制御エリア９と制御パラメータ１０を選択して通信回線７を介して出力する。

以上のように構成された信号制御情報生成装置１００について、図１３を用いてその動作を説明する。図１３に本発明の第２の実施形態における生成管理手段の動作説明のためのフロー図を示す。図１３に示すように、生成管理手段１２１では、受信した交通情報８を交通情報データベース２３に格納する処理を（Ｓ６０１）、制御周期Ｔが経過するまで繰り返し（Ｓ６０２；ＮＯ）、制御周期Ｔが経過すると（Ｓ６０２；ＹＥＳ）、複数の制御エリア・制御パラメータ案生成手段３１を実行して生成した評価値Ｅｉと制御エリアと制御パラメータ案を信号制御情報データベース２５に記録する（Ｓ６０３）。

選択手段２６を実行して信号制御情報データベース２５から最適評価値Ｅおよびその制御エリアと制御パラメータを選択し（Ｓ６０４）、選択手段２６によって選択された最適な制御エリアと制御パラメータを次の制御エリアと制御パラメータとして通信回線７を介してそれぞれの信号機５に送信し（Ｓ６０５）、Ｓ６０１に戻ってＳ６０５までの処理を繰り返す。

なお、制御エリア・制御パラメータ案生成手段３１は、図４の制御エリア・制御パラメータ案生成手段３１とほぼ同じであるが、データの参照元が異なる。すなわち、Ｓ２０１では、交通情報データベース２３から直接交通情報を読み込み、メモリ２４から直接現在の制御エリア９と制御パラメータ１０および算出時間ｔを読み込むようにし、再評価値Ｅｒ、正規化した制御パラメータの数値列Ｃｐと正規化した制御エリアの数値列Ｃｅを繋げた正規化した制御情報の数値列Ｃｅｐ、および制御エリアと制御パラメータ案などをメモリ２４に記憶させて、Ｓ２１１では、メモリ２４に記憶された評価値Ｅｉおよび制御エリアと制御パラメータ案を直接信号制御情報データベース２５に格納させる。

このような第２の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様の効果が簡単な装置で安価に得られる。

なお、第２の実施の形態の信号制御エリアと制御パラメータの生成装置１００では、制御エリア・制御パラメータ案生成手段３１を複数設ける構成として説明したが、より簡単な構成とするために制御エリア・制御パラメータ案生成手段３１を１つとし、図１３のＳ６０４および図１２の選択手段２６を削除してもよい。

以上のように、本発明にかかる信号制御情報生成装置およびその方法は、広域の道路網を対象とした信号制御において、最も良い評価が期待できる新しい制御エリアと制御パラメータを簡単に得られるという効果を有し、複数の信号機を同期させて制御する制御エリアを設けた信号制御情報生成装置およびその方法に関し、特に制御エリアと制御パラメータの一部を変更してシミュレーションによる評価値を行い最適な制御エリアおよび制御パラメータを決定する信号制御情報生成装置およびその方法として有用である。

本発明の信号制御情報生成装置を用いた交通システム全体の構成図 本発明の第１の実施形態における信号制御情報生成装置の構成例を示すブロック図 本発明の第１の実施形態における生成管理手段の動作説明のためのフロー図 本発明の第１の実施形態における制御エリア・制御パラメータ案生成手段の動作説明のためのフロー図 本発明の第１の実施形態において制御エリアを生成する方法を説明するための概念図であり、（ａ）制御エリアを正規化する方法を説明する図、（ｂ）正規化した制御エリアを変更する方法を説明する図、（ｃ）正規化した制御エリアを逆変換して新しい制御エリアを生成する方法を説明する図 本発明の第１の実施形態において制御パラメータを生成する方法を説明するための概念図であり、（ａ）制御パラメータを正規化する方法を説明する図、（ｂ）正規化した制御パラメータを変更する方法を説明する図、（ｃ）正規化した制御パラメータを逆変換して新しい制御パラメータを生成する方法を説明する図 本発明の第１の実施形態における正規化した制御情報の数値列Ｃｅｐを示す図 本発明の第１の実施形態における乱数よる変更処理を説明するためのフロー図 本発明の第１の実施形態における制御パラメータの変更処理を説明するためのフロー図 本発明の第１の実施形態における信号制御情報データベースの構成例を示す図 本発明の第１の実施形態における選択手段の動作説明のためのフロー図 本発明の第２の実施形態における信号制御情報生成装置の構成例を示すブロック図 本発明の第２の実施形態における生成管理手段の動作説明のためのフロー図

符号の説明

１、１００ 信号制御情報生成装置
２ 道路
３ 交差点
４ 道路網
５、５５ 信号機
６ 車両感知器
７ 通信回線
８ 交通情報
９ 制御エリア
１０ 制御パラメータ
１１、１１１ 管理コンピュータ
１２ 通信ネットワーク
１３ 生成エンジン
２１ 生成管理手段
２２ 遠隔制御手段
２３ 交通情報データベース
２４、３２ メモリ
２５ 信号制御情報データベース
２６ 選択手段
２７ 遠隔ファイルシステム
３１ 制御エリア・制御パラメータ案生成手段
３３ 重要交差点

Claims (15)

1. 広域の道路網に、制御パラメータを生成する信号交差点群に基づく制御エリアを設けて交差点に配置された信号機の制御パラメータを複数の生成装置を用いて設計する信号制御情報生成装置であって、
   前記生成装置は、それぞれ制御エリアおよび制御パラメータを生成する生成手段と、交差点間のリンクに流入する交通量に基づいて前記制御エリアおよび制御パラメータの評価値を算定する評価手段と、前記評価値に基づいて前記生成した制御エリアおよび前記制御パラメータを選択する選択手段と、を有し、
   前記生成手段と前記評価手段と前記選択手段とを繰り返し実行して評価値がより小さくなる前記生成装置ごとに固有の制御エリアおよび制御パラメータを選択する第１の最適化手段と、
   前記第１の最適化手段で選択された複数の前記評価値の中で最小となる評価値の制御エリアおよび制御パラメータを選定する第２の最適化手段と、
   を備える信号制御情報生成装置。
2. 前記第２の最適化手段と前記複数の第１の最適化手段とをそれぞれ通信ネットワークを介して接続する請求項１に記載の信号制御情報生成装置。
3. 前記生成手段は、前記道路網にある交差点の間を接続するすべての道路毎に前記交差点が属する制御エリアの連結状態を数値で表した第１の数値列を求める正規化手段と、前記第１の数値列を乱数によって変更する変更手段と、前記変更手段によって変更した前記第１の数値列による表現を制御エリアによる表現に戻す手段とを有する請求項１または２に記載の信号制御情報生成装置。
4. 前記生成手段は、前記道路網にある交差点に配置されたすべての信号機の前記制御パラメータを正規化した第２の数値列とを求める正規化手段と、前記第２の数値列を乱数によって変更する変更手段と、前記変更手段によって変更した前記第２の数値列による表現を制御パラメータによる表現に戻す手段とを有する請求項１または２に記載の信号制御情報生成装置。
5. 前記生成手段は、前記道路網にある交差点の間を接続するすべての道路毎に前記交差点が属する制御エリアの連結状態を数値で表した第１の数値列と、前記道路網にある交差点に配置されたすべての信号機の前記制御パラメータを正規化した第２の数値列とを求める正規化手段と、前記第１の数値列と前記第２の数値列を乱数によって変更する変更手段と、前記変更手段によって変更した前記第１の数値列と前記第２の数値列による表現を制御エリアおよび制御パラメータによる表現に戻す手段とを有する請求項１または２に記載の信号制御情報生成装置。
6. 前記変更手段は、前記第１の数値列の変更位置を乱数によって求め、前記変更位置に指定された道路によって接続される２つの交差点が属する制御エリアが連結状態にあれば前記道路を分離状態に、前記変更位置に指定された道路によって接続される２つの交差点が属する制御エリアが分離状態にあれば前記道路を連結状態に変更する請求項３または５に記載の信号制御情報生成装置。
7. 前記正規化手段は、前記交差点に配置されたすべての信号機の制御パラメータの値を前記制御パラメータの取り得る値の範囲を００から９９で表して前記第２の数値列とし、前記変更手段は、前記第２の数値列の変更位置を第１の乱数によって求め、前記第２の数値列の前記変更位置に第２の乱数によって生成した値を代入して前記第２の数値列を変更する請求項４または５に記載の信号制御情報生成装置。
8. 前記評価手段は、ＴＲＡＮＳＹＴの車拡散モデルを用いたシミュレーションによって算定した遅れ時間の総和を前記評価値とする請求項１から７のいずれか一項に記載の信号制御情報生成装置。
9. 広域の道路網に、制御パラメータを生成する信号交差点群に基づく制御エリアを設けて交差点に配置された信号機の制御パラメータを複数のパラメータ生成ステップを用いて設計する信号制御情報生成方法であって、
   前記パラメータ生成ステップはそれぞれ制御エリアおよび制御パラメータを生成する生成ステップと、交差点間のリンクに流入する交通量に基づいて前記制御エリアおよび制御パラメータの評価値を算定する評価ステップと、
   前記評価値に基づいて前記生成した前記制御エリアおよび前記制御パラメータを選択する選択ステップと、を有し、
   前記生成ステップと評価ステップと選択ステップとを順に繰り返し実行して評価値がより小さくなる前記パラメータ生成ステップごとに固有の制御エリアおよび制御パラメータを選択する第１の最適化ステップと、
   前記第１の最適化ステップを複数同時に実行させた後に、前記第１の最適化ステップで選択された複数の前記評価値の中で最小となる評価値の制御エリアおよび制御パラメータを選定する第２の最適化ステップと、
   を有する信号制御情報生成方法。
10. 前記生成ステップは、前記道路網にある交差点の間を接続するすべての道路毎に前記交差点間の制御エリアの連結状態を数値で表した第１の数値列を求める正規化ステップと、前記第１の数値列を乱数によって変更する変更ステップと、前記変更ステップによって変更した前記第１の数値列による表現を制御エリアによる表現に戻すステップとを有する請求項９に記載の信号制御情報生成方法。
11. 前記生成ステップは、前記道路網にある交差点に配置されたすべての信号機の前記制御パラメータを正規化した第２の数値列とを求める正規化ステップと、前記第２の数値列を乱数によって変更する変更ステップと、前記変更ステップによって変更した前記第２の数値列による表現を制御パラメータによる表現に戻すステップとを有する請求項９に記載の信号制御情報生成方法。
12. 前記生成ステップは、前記道路網にある交差点の間を接続するすべての道路毎に前記交差点間の制御エリアの連結状態を数値で表した第１の数値列と、前記道路網にある交差点に配置されたすべての信号機の前記制御パラメータを正規化した第２の数値列とを求める正規化ステップと、前記第１の数値列と前記第２の数値列を乱数によって変更する変更ステップと、前記変更ステップによって変更した前記第１の数値列と前記第２の数値列による表現を制御エリアおよび制御パラメータによる表現に戻すステップとを有する請求項９に記載の信号制御情報生成方法。
13. 前記変更ステップは、前記第１の数値列の変更位置を乱数によって求め、前記変更位置に指定された道路によって接続される２つの交差点が属する制御エリアが連結状態にあれば前記道路を分離状態に、前記変更位置に指定された道路によって接続される２つの交差点が属する制御エリアが分離状態にあれば前記道路を連結状態に変更する請求項１０または１２に記載の信号制御情報生成方法。
14. 前記正規化ステップは、前記交差点に配置されたすべての信号機の制御パラメータの値を前記制御パラメータの取り得る値の範囲を００から９９で表して前記第２の数値列とし、前記変更ステップは、前記第２の数値列の変更位置を第１の乱数によって求め、前記第２の数値列の前記変更位置に第２の乱数によって生成した値を代入して前記第２の数値列を変更する請求項１１または１２に記載の信号制御情報生成方法。
15. 前記評価ステップは、ＴＲＡＮＳＹＴの車拡散モデルを用いたシミュレーションによって算定した遅れ時間の総和を前記評価値とする請求項９から１４のいずれか一項に記載の信号制御情報生成方法。

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