多脚動物が示す巧みな脚間協調に着想を得た交通信号制御の新展開

2015 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 26630193
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 加納 剛史 東北大学, 電気通信研究所, 助教 (80513069)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 杉山 雄規 名古屋大学, 情報科学研究科, 教授 (20196778)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2016-03-31
• Keywords: 交通信号制御 / 自律分散制御 / 四脚ロコモーション

Outline of Annual Research Achievements

交通信号は現状，予定調和的に制御されており，それゆえに予期せぬ交通量の変化に対して脆弱である．申請者らはこれまで，四脚動物のロコモーションにおける脚間協調（環境や身体特性の変化に呼応して，各脚の接地・非接地のタイミングを自律分散的に調節すること）の発現機序解明に取り組んできた．そして，四脚動物が示すさまざまなロコモーション様式が，きわめて単純な脚間協調原理によって再現できることを最近明らかにした．これを踏まえ申請者は，「四脚動物の各脚の接地・非接地の切替えを交通信号の赤・青の切替えに対応づけて考えれば，四脚動物の脚間協調の原理は，予期せぬ交通量の変化に適応可能な交通信号の制御にも使えるのではないか？」との着想を得た．そこで本研究では，この着想の具現化を試みた．
まず，四脚動物の脚間協調制御則についてその物理的意義の考察を行い，四脚動物の脚が検出する床反力と脚の接地期間の積を「力積」として解釈することができることを見出した．そして，この考え方を交通流に適用し，「赤信号もしくは信号機付近の車が後続車に与える力積を小さくするように各信号機を自律分散的に制御すれば良い」というアイデアを得た．このアイデアをもとに，自律分散制御則を立式した．
提案制御則の妥当性を検証するため，シミュレーションを行った．シミュレーションは，碁盤の目の形をした道路網，歩行者・右左折なしという単純化した条件のもとで行った．そして，車の密度の変化や一部の信号機の故障など，さまざまな状況下で検証を行い，従来制御則と比べて車の平均速度が速くなることを確認した．
この手法は極めて簡便であり，さまざまな道路状況に適用できるため，今後応用が期待される．また，本研究で提案した制御方策は物理学的にも妥当であり，交通流以外の他の非平衡系にも適用可能だと考えられる．