�交通流モデルのシミュレーションと解析
中央大学 香取研究室 学部 4 年
卒業研究発表
2023 年 2 月 7 日（火）
森本 早織
目次
→ 動きの条件
→ シミュレーション
→ 解析
導入
やりたいこと
渋滞が起こらないようにしたい
渋滞の要因 を解明する必要がある
信号をなくす
車線を増やす
遅い車を減らす
車間距離をあける
車を減らす
渋滞の要因の分類
信号をなくす
車線を増やす
遅い車を減らす
車間距離をあける
車を減らす
個体要因
環境要因
渋滞の要因の分類
個体要因
環境要因
車の性能、運転の仕方など
道路の構造、周辺施設など
・いきなり最高スピードを出すことができない。
・車の体積について考える必要がある。
・動き出すのに時間がかかる。
・車間距離を空けて動く。
・車間距離を空けずに動く。
・先読みして動ける。
・信号
・交差点
・カーブ
・坂道
・車線数
・商業施設（スパーマーケット、コンビニ 等）
・路上駐車
・天候
渋滞予測イメージ
個体要因
・車間距離を空けて動く車
・車間距離を空けずに動く車
・先読みして動ける車
→ 4
→ 6
→ 3
１ ２ ３ ４ ５ ６ ７ ８ ９
環境要因
・交差点
・カーブ
・坂道
4
6
6
3
6
3
6
4
3
4
3
4
8
7
6
5
4
3
2
3
4
4
5
4
4
8
9
3
7
6
2
1
1
2
3
4
5
6
7
8
9
3
2
1
1
1
1
1
1
1
1
渋滞の定義
density
Flow
実測基本図の例. 中央自動車道, 上り相模湖付近
（横軸が密度 [台/km], 縦軸が流量 [台/5分]）[2]
渋滞
「密度の増加とともに
交通量が減少する状態 」
臨界密度
自由相
渋滞相
メタ安定
[3]
モデル化の方法
モデル化 [ model ]
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実際
CAモデル [ Cellular Automaton model ]
モデル化
基本的性質
前が空いていれば、進む。
空いていなければ、進まない。
基本的な動き
前の箱（セル）が空のとき、1つ進む
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境界条件 [ Boundary Condition ]
周期境界 [ Periodic boundary ]
開放境界 [ Open boundary ]
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更新ルール [ Update Rule ]
ランダム [ Random update ]
パラレル [ Parallel update ]
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t 秒後
t+1 秒後
t 秒後
t+1 秒後
パラレル
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t 秒後
t+1 秒後
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①
②
③
④
⑤
①
②
③
④
⑤
密度、速度、流量
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t 秒後
t+1 秒後
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| 式 | 例 |
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| 記号 | 例 |
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セル数
粒子数
動いた粒子数
L
N
M
10
5
4
例 〉
密度
ボンド平均流量
①
②
③
④
⑤
①
②
③
④
⑤
密度、速度、流量
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t 秒後
t+1 秒後
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| 式 | 例 |
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| 記号 | 例 |
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セル数
粒子数
動いた粒子数
L
N
M
10
5
4
例 〉
密度
粒子平均速度
ボンド平均流量
①
②
③
④
⑤
①
②
③
④
⑤
モデルの紹介
動き１
前の箱（セル）が空のとき、必ず1つ進む
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t 秒後
t+1 秒後
動き１
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t 秒後
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①
③
④
⑤
⑥
①
③
④
⑤
⑥
②
②
t+1 秒後
前の箱（セル）が空のとき、必ず1つ進む
特徴
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クラスターが
後ろにずれていく
境界条件：開放条件
先頭を少し止める
Rule-184 （ 前が空いていれば必ず進む ）
セル数 ： L = 20
粒子数 ： N = 10
初期状態 ： 等間隔
境界条件 ： 開放条件（流入なし）
先頭を２秒間停止
Rule-184 （ 前が空いていれば必ず進む ）
セル数：L = 20 初期状態：ランダム 境界条件：周期条件
粒子数：N = 10
粒子数：N = 2
粒子数：N = 18
基本図
セル数 ： L = 100
初期状態 ：10 パターン
平均化時間： t = 250 ~ 300
境界条件 ： 周期条件
わかること
渋滞相
密度が高くなると渋滞になる
動き２
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t 秒後
仮 t+1 秒後
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①
③
④
⑤
⑥
①
③
④
⑤
⑥
②
②
③
t+1 秒後
t+1秒後 の状態を予測して進む
特徴
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クラスターが
２台ずつばらけていく
境界条件：開放条件
先頭を少し止める
QM（ 前が進むのを予想して進む ）
セル数 ： L = 20
粒子数 ： N = 10
初期状態 ： 等間隔
境界条件 ： 開放条件（流入なし）
先頭を２秒間停止
Quick Move（ 前の動きを予想して進む ）
セル数：L = 20 初期状態：ランダム 境界条件：周期条件
粒子数：N = 10
粒子数：N = 2
粒子数：N = 18
基本図
セル数 ： L = 100
初期状態 ：10 パターン
平均化時間： t = 250 ~ 300
境界条件 ： 周期条件
全ての車が動きを先読みするとき
基本図
セル数 ： L = 100
初期状態 ：10 パターン
平均化時間： t = 250 ~ 300
境界条件 ： 周期条件
わかること
だんだん渋滞ができにくくなっている
動き出し
前が進んでもすぐには進まない
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t 秒後
t+1 秒後
t+2 秒後
動き３
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t 秒後
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①
③
④
⑤
⑥
①
③
④
⑤
⑥
②
②
t+1 秒後
前が進んでもすぐには進まない
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①
③
④
⑤
⑥
②
t+2 秒後
特徴
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クラスターが
後ろに伸びていく
境界条件：開放条件
先頭を少し止める
セル数 ： L = 20
粒子数 ： N = 10
初期状態 ： 等間隔
境界条件 ： 開放条件（流入なし）
先頭を２秒間停止
SlS（ 動き出しが遅い ）
SlS（ 動き出しが遅い ）
セル数：L = 20 初期状態：ランダム 境界条件：周期条件
粒子数：N = 10
粒子数：N = 2
粒子数：N = 18
基本図
セル数 ： L = 100
初期状態 ：10 パターン
平均化時間： t = 250 ~ 300
境界条件 ： 周期条件
全ての車の動き出しが遅いとき
基本図
セル数 ： L = 100
初期状態 ：10 パターン
平均化時間： t = 250 ~ 300
境界条件 ： 周期条件
わかること
だんだん渋滞ができやすくなっている
基本図
セル数 ： L = 100
初期状態 ：10 パターン
平均化時間： t = 250 ~ 300
境界条件 ： 周期条件
わかること
車間距離が足りない
車間距離がちょうどいい
車間距離が空きすぎ
加速・減速条件
加速条件
加速しても前に追突せずに止まれそうであれば加速する。
減速条件
前の車との距離と今の速度を考えて減速する。
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１ずつ減速
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２ずつ減速
加速・減速条件
の 前の車との距離
の 速度 までの 階和
加速後
加速後
＞
の 前の車との距離
の 速度 までの 階和
直進後
直進後
＜
→ 加速
→ 減速
確率条件
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t 秒後
t+1 秒後
個体要因まとめ
今後の展望
など
参考文献
[1] NEXCO 中日本. Q. 渋滞の定義は？
https://highwaypost.c-nexco.co.jp/faq/traffic/rule/345.html
[2] 友枝 明保. (2019). 「渋滞」を分析する数理モデルとしてのセルオートマトンとその利用. J-stage.
https://www.jstage.jst.go.jp/article/isciesci/63/7/63_271/_pdf/-char/ja
[3] 西成 活裕. (2016).渋滞のサイエンスとその解消法. 日本物理学会誌, Vol. 71, No. 3.
https://www.jps.or.jp/books/gakkaishi/2016/03/71-03mijika.pdf
[4] 阪神高速道路株式会社. 阪神高速の取り組み 情報収集.
https://www.hanshin-exp.co.jp/company/torikumi/anzen/traffic_control/collection.html
[5] 莖田 慎司. (2018).交通流動における社会ジレンマの構造に関する解析的研究. 九州大学学術情報リポジトリ.
https://catalog.lib.kyushu-u.ac.jp/opac_download_md/2236283/tj1093.pdf
[6] 柳澤 大地, 西成 活裕. (2016). 渋滞学のセルオートマトンモデル.
http://yana.xii.jp/CV/Papers/JSIAM.22.002.2012_160217.pdf
[7] Sakai, S., Nishinari, K., & Iida, S. (2006). A new stochastic cellular automaton model on traffic flow and its jamming phase transition. Journal of physics A: Mathematical and General
[8] 数理科学 summer school 講義資料
[9] 国土交通省. 道路保守・管理.
https://www.mlit.go.jp/road/soudan/soudan_08b_19.html