2020 Fiscal Year Research-status Report

高度な動的制御のためのゲーム理論に基づくネットワーク交通流解析理論の構築

Research Project

Project/Area Number	20K14843
Research Institution	Tohoku University
Principal Investigator	佐津川功季東北大学, 未来科学技術共同研究センター, 助教 (40867347)
Project Period (FY)	2020-04-01 – 2023-03-31
Keywords	動的交通量配分 / 粒子モデル / Nash均衡 / ゲーム理論 / 交通制御
Outline of Annual Research Achievements	本課題では，情報通信技術などの新技術導入による個別利用者の挙動変化がネットワーク交通流に与える影響の解析を通して，新技術を交通システム上で運用するための基盤理論を構築する．まず，新技術導入時の車両挙動や供給特性を表現するモデルを構築し，それらが相互作用した結果実現する均衡状態を解析するための動的交通流ゲームを構築する．次に，動的交通流ゲームの特性を解析する．最後に，ケーススタディによる新技術の導入評価を通した理論の応用可能性について検証する．本年度では，ネットワークを走行する全利用者の総交通費用が最小化された状態である，動的システム最適配分状態の収束性・安定性について解析した．まず，V2I通信などにより各利用者に対して個別に限界費用課金が実施できる状況を想定し，均衡状態が最適状態と一致する戦略型ゲーム（DSOゲーム）を定式化した．次に，DSOゲームがpotential gameであることを活用し，局所的最適状態への収束性および大域的最適状態の確率安定性を明らかにした．さらにこの解析の応用として，限界費用課金の進化的・固定的遂行スキームの特性について比較考察した．具体的には，各利用者が（DSOゲームとは異なり）固定的な課金パターンを考慮して自身の利得を最大化する戦略型ゲーム（DUE-FCPゲーム）を定式化した．次に，このゲームが収束性・安定性に関する知見が蓄積されたweakly acyclic gameであることを示した．そして，potential gameとweakly acyclic gameにおける外部性の構造および安定状態の違いから，固定課金スキームに対して進化的課金スキームは次の点で優れていることを明らかにした：（１）総旅行時間がスムーズに減少していくこと；（２）より効率的な状態が安定化すること．
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 本年度では，動的交通流ゲームの構築とその特性解析に関する研究を遂行しており，当初提出した研究計画での想定を上回る進捗となっている．また，上記の成果は論文として海外の研究者と共同執筆しており，世界トップクラスの査読付国際会議であるInternational Symposium on Transportation and Traffic Theory (ISTTT) に採択された（tentatively accepted．なお，発表は2022年を予定）．一方で，構築したモデルには計算効率が悪い点などがあり，このモデルを用いての大規模ネットワークにおけるケーススタディなどを想定すると，理論的に解決されなければならないいくつかの課題が残っている．また昨今の社会的情勢を考慮すると，技術の導入にあたっては効率性だけでなく安全性などの新たな評価軸を考慮する必要もあり，これを考慮したモデルの改善余地もある．従って，総合的には順調的に進行しているものと評価する．
Strategy for Future Research Activity	次年度は，進捗状況記した課題の解決を目標とする．すなわち，モデルの改良と効率的な数値計算手法の開発を中心として研究を遂行していく予定である．
Causes of Carryover	本年度に国内外の関連分野の研究者と研究打ち合わせ・討議のために複数回の出張を予定していたが，昨今の社会情勢の変化により不可能となったため，未使用額が生じた．このため，打ち合わせや討議を次年度に行うこととし，未使用額はその経費に充てることとしたい．