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ITS時代の交通マネジメント - ISITカーエレクトロニクス研究会
第４回 カーエレクトロニクス研究会 ITS時代の交通 ネジメント ITS時代の交通マネジメント 2009年9月17日 東京大学生産技術研究所 東京大学生産技術 究所 桑原 雅夫 交通渋滞 時間損失（渋滞による移動の遅れ） 交通事故（渋滞中の事故率は極めて高い） 環境負荷（大気汚染，騒音，振動など） 1 渋滞のメカニズム 通れる人数／時間 容量 ＜ ＜ やってくる人数／時間 需要 渋滞とはネットワークに交通が滞留する現象 時間的にダイナミックな解析が必要 需要 容量 需要 容量 需要 容量 2 渋滞とはネットワークに交通が滞留する現象 ２０００［台／時／車線］ １時間後 滞留２００［台］ １８００［台／時／車線］ Ｘ 渋滞長？ Ｘ ２時間後 滞留４００［台］ 渋滞長？ Ｘ ３時間後 滞留６００［台］ 渋滞長？ 渋滞している状態 密度 ８０ ［台／km／車線］ Ｘ 渋滞していない状態 密度 ４０ ［台／km／車線］ Ｘ 3 道路にはそれほど貯められない ２０００［台／時／車線］ １時間後 Ｘ １８００［台／時／車線］ 滞留２００［台］≈ 渋滞長 ２００／４０＝５ｋｍ Ｘ ２時間後 滞留４００［台］ ≈ 渋滞長 ４００／４０＝１０ｋｍ Ｘ ３時間後 滞留６００［台］ ≈ 渋滞長 ６００／４０＝１５ｋｍ 渋滞の模式図 旅行時間 渋滞長 時刻 需要 容量 10 100 時刻 4 都市内平日ピーク時の超過需要 青梅街道 ： 約 ３－５％ 環状７号線： 約 ７％ 首都高速４号線上り：約 １０％ ループ式車両感知器 (都市間高速道路) e.g. インターチェンジ間におおよそ１つ設置 インタ チ ンジ間におおよそ１ 設置 超音波車両感知器 (都市内高速、一般街路) e.g. 首都高速道路 (３００ｍに１つ設置) 5 首都高 浜崎橋 速度［km/h］ 降雨量 2200 ［台／時／車線］ 交通量［台／時／車線］ VICS since April 1996 (Vehicle Information and Communication System) 赤外線ビーコン 電波ビーコン FM 6 光ビーコン （赤外線を使った双方向通信） Uplink(1) Uplink(2) Uplink(3) AVI（自動車番読み取り装置） Automatic Vehicle Identification ETC(Electronic Toll Collection) Brisbane go via Melbourne e-tag Congestion at Toll Gates has been reduced from 35% to 2.5% 7 ETC Utilization July, 2009 ETC Trips per Day [104] % of ETC vehicles on roads 81.3% 81 3% Probe Data 業務用無線 携帯 GPS 赤外線 電波 (Dynamic Multi Channel Access) タクシー会社 自動車メーカ 一般街路 高速道路 (Ministry of Land Infrastructure and Transport) Transport Centre 8 首都高におけるOD変動解析 Metropolitan Expressway Length = 300 km Ramps = about 150 on-ramps about 150 off-ramps Daily trips = 1 million % of ETC vehicles on MEX > 80% OD Variability (June to December 2006) Av.trips / 30 minutes 350 3 300 2.5 250 2 Large Variability 200 STD/Average 1.5 STD = 1.0 / E ( X ) 150 1 100 0.5 50 0 0 0 10 20 30 40 Time of day 30-minute OD from Ikejiri to Yoga Weekday 0 5 10 15 20 Av trips/ hour Av.trips/ 25 30 18 60-minute OD Weekday 9 ITSセンサーを活用した信号制御 AVI、光ビーコン、車両感知器情報の活用 警察庁、県警、信号機 メーカとの連携プロジェ メ カとの連携プロジェ クト 名古屋におけるフィー ルド実験 (2004) CARREN Control Algorithm Retuning paRameters with self performance EvaluatioN AVI: Automatic Vehicle Identification ① ② Evaluation by simulation Field Experiment Probe + AVI + 信号データの融合解析 AVI これらの情報から ここを通過する すべての車両の軌跡を 推計する 信号 プローブ 旅行時間の分布 渋滞量の分布 排ガスの推計 AVI 10 Probe + AVI + 信号データの融合解析 Space [m] … .. … .. .. …… . ….. .. AVI Signal Timing 1100m Probe trajectory Queue Backing Up . . …… .. 15 minutes … .. .. ……. ….. AVI time プローブデータは、単に旅行時間を推計するだけでなく、 車両の規制と伊y豊富な情報を持っているので、それを 活用したい。 Kinematic Wave Theory & Cumulative Curve Cumulative Trips Forward Wave Lighthill Whitham Richards Shock-Wave B k Backward dW Wave Flo w spa ce tim e Newell 11 Complete Trajectories based on Kinematic Wave Theory Big gap without Probe data Estimated trajectory Probe trajectory without Probe data (only vehicle passing times at AVI locations and signal timings are used) Complete Trajectories based on Kinematic Wave Theory 2nd Probe (1-second freq) with 2nd Probe data (1-seconds uplink frequency) (together with vehicle passing times at AVI locations and signal timings) 12 Complete Trajectories based on Kinematic Wave Theory 4th Probe (1-second freq) with 4th Probe data (1-second uplink frequency) (together with vehicle passing times at AVI locations and signal timings) Complete Trajectories based on Kinematic Wave Theory 4th Probe (1-second freq) 4th Probe ((1-minute freq) q) with 4th Probe data (1-minute uplink frequency) (together with vehicle passing times at AVI locations and signal timings) 13 Complete Trajectories based on Kinematic Wave Theory 4th Probe (1-second freq) 4th Probe (use only matched passing time information) with 4th Probe data (use only matched passing time information) (together with vehicle passing times at AVI locations and signal timings) 一般街路の渋滞原因 路上駐車 交差点 信号調整 14 路上駐車管理 教育、取り締まり 教育 走る＋止める＝ 駐車の方法 誰にどれだけ迷惑をかけるのか 効率的な取り締まり 使用者責任の導入 民間委託の拡充 取締り関係事務（事実確認・記録、書類作成、など） 15 柔軟な規制 時間と場所を選択した路上駐車規制 駐車時間に合わせた駐車料金の設定 利用者の受容性確保 短時間駐車需要への対応 動的な運用も視野に 路上駐車を排除すべき場所 青時間内に捌けき る長さ（飽和流で） 16 路上駐車を排除すべき場所 路上駐車を排除すべき場所 サイクル長が短いほど、必要な長さは、短くて済む 路上駐車の出入り の影響の考慮 車を貯められ る長さ 青時間内に捌けき る長さ（飽和流で） 路肩側の車線利用率 を如何に高くするか 17 高速道路の渋滞原因 料金所 ３５％ 1995 2003 ４３％ １４％ 2007 ２.5％ 0% １８％ 40% ２５％ １2.7％ 6.7％ 7８％ 20% その他 １７％ 合流部 １２％ サグ・トンネル ３６％ 60% 80% 100% ２００３年のその他のうち１１％は接続道路からの渋滞 ２００７年のその他のうち０．８％は車線減少部 大和サグ（東名下り ２２ｋｐ） 18 サグ・トンネルの自然渋滞 サグ トンネル 渋滞が始まる原因 １ 車の群れ（車群） １．車の群れ（車群） ２．追い越し車線に偏在 19 大和サグ（東名下り ２２ｋｐ） 交通量／５分 速度 速度［km/h] 交通量／５分 渋滞後の容量低下の原因 １ 大きな車間距離 １．大きな車間距離 ２．わかりにくい渋滞の先頭 この先渋滞終了 速度回復願います 20 ダイナミック・インフラ ボトルネック 地点 通常時 混雑時 通常時 左流入増加時 閑散時 渋滞時、事故時、工事中などにおける 円滑性＋安全性の向上 路肩の活用 × 21 アウトバーンA3号 長期運用 シュペッサルト 3．75 3．75 0.5 2.5 3．33 3．33 3.33 0.5 長期的な運用：ドイツでは、250 km (2000年時点) 出典：車線運用及び交通運用による渋滞対策に関する研究、H20.3、（財）高速道路調査会 アウトバーンA5における工事中の路肩活用 （車線別の表示によって車線別の利用可否、速度規制） 22 ミュンヘンのオートバーンにおけるダイナミック路肩利用 ピーク時間の路肩活用 German Autobahn 23 イギリスのM42号のダイナミック路肩活用 通常は60 [miles/h]の速度制限を、40-50 [miles/h]に落として運用 出典：車線運用及び交通運用による渋滞対策に関する研究、H20.3、（財）高速道路調査会 天王山・梶原トンネルの事例 3.00 3.50 3.50 1.25 2車線（完全路肩） 3車線 0.75 3.25 3.25 3.25 0.75 容量値は渋滞解消のため観測できず 350［台/5分］以上＝４２００［台/時］以上 暫定断面における円滑な交通流：警察協議スムーズ 出典：車線運用及び交通運用による渋滞対策に関する研究、H20.3、（財）高速道路調査会 24 暫定3車線区間の事故率 100件 /億台キロ 暫定3車線区間 20件 /億台キロ 改築前 ：トンネル入口事故多発 100件／億台キロ 暫定3車（H9）：約20件 ＜ 全国平均 55件／億台キロ 出典：車線運用及び交通運用による渋滞対策に関する研究、H20.3、（財）高速道路調査会 道路工事に伴う緊急短期の路肩運用 （名神高速 茨木IC－高槻BS H18.5下旬－H19.６上旬） 3.25m @3 ＋ 0．75m 出典：車線運用及び交通運用による渋滞対策に関する研究、H20.3、（財）高速道路調査会 25 道路工事に伴う緊急短期の路肩運用 （外環 草加IC－三郷西IC 終日車線規制 H18.11/6－11/16） 工事中 車線幅を3.0ｍ まで縮小 出典：車線運用及び交通運用による渋滞対策に関する研究、H20.3、（財）高速道路調査会 交通状態と事故率 大口らの研究 交通工学 Vol.39 、No.3 2004 東名高速 上り 21－36 kp 2000年 日曜・休日69日間 速度 ［km/h］ 120 臨界領域 100 80 非拘束領域 60 渋滞領域 40 20 0 0 100 200 300 400 500 交通量［台／5分］ 非拘束領域 7．7 ［件／億台キロ］ 臨界領域 396.3 ［件／億台キロ］ 渋滞領域 316.1 ［件／億台キロ］ ＊臨界領域の手前までに制御したい 1件 24件 21件 26 事故の起き易い交通状況（東京港ＴＮ） 事故率 500 事 事故率（件/億台キロ） 450 400 471 明かり部 トンネル内 350 300 300 250 200 150 100 50 121 46 146 60 0 非拘束領域 臨界（拘束）領域 渋滞領域 旅行時間の予測 旅行時間 予測モデル DATA 異常事象 車両感知器、プローブ 短期予測 中期予測 27 旅行時間の予測 SPACE Trraffic Detectors Travel Time? Latest Completed Trip Travel Time TRAJECTORY OF VEHICLE JUST STARTING ITS TRIP: UNKNOWN Present Time LATEST COMPLETED VEHICLE TRAJECTORY TIME パターンマッチング Present Pattern Historical Database DAY1 28 首都高への適用 Route 3: 12.0 km Route 4: 13 13.5 5 km Route 5: 21.5 km Route 6: 09.5 km Bayshore Route: 24.2 km PERFORMANCE ON ROUTE 3 80 Travel Time (min) Predicted TT Actual TT 60 40 20 0 2004/1/21 2004/1/22 2004/1/23 Method R2 Proposed 0.965 Instanteneous 0.941 2004/1/24 RMSE 10.1% 14.4% 29 PERFORMANCE ON ROUTE 4 80 Travel Time (min) Predicted TT Actual TT 60 40 20 0 2004/1/21 2004/1/22 2004/1/23 2004/1/24 Method R2 RMSE Proposed 0.954 12.5% Instanteneous 0.936 18.1% PERFORMANCE ON ROUTE 5 80 Travel Time (min) Predicted TT Actual TT 60 40 20 0 2004/1/21 2004/1/22 Method 2004/1/23 R2 2004/1/24 RMSE Proposed 0.956 11.3% Instanteneous 0.920 14.6% 30 PERFORMANCE ON ROUTE 6 80 Travel Time (min) Predicted TT Actual TT 60 40 20 0 2004/1/21 2004/1/22 2004/1/23 2004/1/24 Method R2 RMSE Proposed 0.967 9.6% Instanteneous 0.942 13.9% 新機能 渋滞の増減傾向を表示！ これまで 事故渋滞等の場合も、渋滞の“長さ”と“所要時間”のみを表示 25分 渋滞が伸びているか縮んでいるか傾向が分からない・・・ 31 新機能② 渋滞の増減傾向を表示！ これから 長さ、所要時間に加えて、渋滞の増減をシンボルマークで表示 渋滞が伸びている場合 40分 60分 渋滞が縮んでいる場合 今後の渋滞状況の見当がつくので、選択行動が可能！ 需要の時間分散（TDM) 渋滞緩和、交通安全、 生活環境、地域活性化 容量増大 需要調整(TDM) 道路ネットワーク整備 ボトルネック解消 交通規制の改善 交通規制 改善 信号制御の高度化、etc 需要の時間的・空間的分散 輸送効率の向上 インターモーダルな交通体系 タ ダ な交通体系 交通負荷の小さい都市造り,etc ITS 32 需要の時間的分散 需要 容量 時刻 時間的分散による効果 (首都高・通勤交通） 11.6km 12:00 OD交通量 10:00 8:00 32652 走行時間 自由流： 自由流 15 混雑時： 40 25 最大遅れ時間 7 最大渋滞長 台 分 分 分 km 6:00 平均時間シフト 16 分 4:00 市川 千鳥町 浦安 葛西 JCT 進行方向 40～ km/h 20～40 km/h ～20 km/h 33 時間的分散による効果 (関越・行楽交通） 関越高速道路の日曜日午後の渋滞 time 22 最大渋滞長 = 23 km 最大遅れ時間 = 33 min. 総損失時間 = 9,900 veh.hr 20 18 16 14 平均時間シフト = 20 min. 12 10 0.0 10.0 20.0 30.0 わずかな時間シフトで 大きな効果期待 渋滞長 [km] 東京都区部南西部の一般道路ネットワーク ・空間分散（空いている経路に需要分散） ・時間分散 (最大30分、平均１５分程度の時間変更) → 時間分散を実施するシナリオが効果的. 時間分散を実施するシナリオが効果的 現状 at 9:00am 0-7.5km/h 7.5-15km/h 時間分散 渋滞75%削減 空間分散 渋滞5%削減 渋滞削減効果における時間分散と空間分散との比較 34 累積交通量 時間シフト量 観測 A 同じ時刻に 会社に到着 （誰も不利益 を被らない） 遅れ ゆっくり通勤プログラム 渋滞に巻き込まれた分（遅れ分） 観測 B（勾配は容量値） 明日はゆっくり 明日は ゆっくり家を出て！ 家を出て！ 時刻 自由走行時間 B A 会社 家 ボトルネック どうやって時間シフトしてもらうか？ １．情報提供 時刻の選択ができるように、時間的に幅のある情報 （現在の交通情報だけではダメ） Travel time 7:00 8:00 time 35 ２．TDMツール •混雑課金 ETCの活用 •旅行予約制 旅行する時刻を予約する制度＋割引・割増 •ナンバープレート規制、ゾーン規制、車種規制 ナンバ プレ ト規制 ゾ ン規制 車種規制 •乗り継ぎ制，対距離料金制 ロンドン混雑課金 36 生研プレハブ食堂 累積人数 300 250 食堂入口 10分 200 150 20分 食事 食堂出口 配膳容量 100 50 0 0 600 1200 1800 2400 3000 3600 4200 4800 5400 6000 6600 7200 時間［秒］ 交通関連データ融合 プローブデータ 車両感知器データ ODセンサス 画像データ PT 調査 信号制御データ (タクシー、バス、乗用車) 走行実験車データ VICSデータ Networkデータ ETCデータ 事故データ 交通規制データ 携帯プ 携帯プローブ ブ 気象デ タ 気象データ 土地利用データ International Traffic DB + 首都高、EPFL, TU Delft, INRETS, UCB 散在する交通関連の多様なデータを流通させる http://www.trafficdata.info 37 Translator into Common Format Common Common Data Structure Language Common Format Dictionary Data Translator Format A English Format B French Format C Japanese International Collaboration Europe America NEARCTIS New EU project NEDO project Asiaｰ Pacific 38 International Traffic Database (ITDb) http://www.trafficdata.info/ Partners 39