[論文レビュー] Effect of Driver Behavior on Spatiotemporal Congested Traffic Patterns at Highway Bottlenecks in the Framework of Three-Phase Traffic Theory

Boris S. Kerner|arXiv (Cornell University)|Dec 23, 2010

Traffic control and management参考文献 38被引用数 6

ひとこと要約

本稿は、三相交通理論におけるKerner-Klenov確率的交通流モデルを用いて、ドライバー行動が高速道路の混雑地点における時空間的混雑パターンに与える影響を調査する。ドライバーに類似した適応型クルーズコントロール（DA-ACC）システムを導入し、混雑を顕著に低減するが、運転快適性を損なわない範囲で、混雑発生を防ぐためのDA-ACC車両の臨界閾値を同定する。

ABSTRACT

We present results of numerical simulations of the effect of driver behavior on spatiotemporal congested traffic patterns that result from traffic breakdown at an on-ramp bottleneck. The simulations are made with the Kerner-Klenov stochastic traffic flow model in the framework of three-phase traffic theory. Different diagrams of congested patterns at the bottleneck associated with different driver behavioral characteristics are found and compared each other. An adaptive cruise control (ACC) in the framework of three-phase traffic theory introduced by the author (called a "driver alike ACC" (DA-ACC)) is discussed. The effect of DA-ACC-vehicles on traffic flow, in which without the DA-ACC-vehicles traffic congestion occurs at the bottleneck, is numerically studied. We show that DA-ACC-vehicles improve traffic flow considerably without any reduction in driving comfort. It is found that there is a critical percentage of DA-ACC-vehicles in traffic flow: If the percentage of the DA-ACC-vehicle exceeds the critical one no traffic breakdown occurs at the bottleneck. A criticism of a recent "criticism of three-phase traffic theory" is presented

研究の動機と目的

• ドライバー行動の変化が高速道路の混雑地点における混雑交通パターンの形成および進化に与える影響を分析すること。
• 特にドライバーに類似した適応型クルーズコントロール（DA-ACC）が、交通安定性および混雑ダイナミクスに与える影響を評価すること。
• DA-ACCが運転快適性を低下させることなく、混雑地点での交通崩壊を防止できるかどうかを特定すること。
• 最近の三相交通理論に対する批判に反論するため、シミュレーションを通じてその予測妥当性を示すこと。

提案手法

• 三相交通理論の枠組み内で、Kerner-Klenov確率的交通流モデルを用いた数値シミュレーションを実施する。
• 確率的車両追従モデルのパラメータを調整することで、異なるドライバー行動特性をモデル化する。
• ドライバーに類似した反応パターンを再現するドライバーに類似した適応型クルーズコントロール（DA-ACC）を実装し、安全な車間距離と速度を維持する。
• さまざまなドライバー行動プロファイルおよびDA-ACCの浸透率の下で、交通パターンの時空図を生成・比較する。
• さまざまな条件下で合流地点における交通崩壊をシミュレーションし、混雑発生および伝播の様子を評価する。
• DA-ACC浸透率を系統的に変化させることで、混雑発生を防止するDA-ACC車両の臨界割合を同定する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ドライバー行動は、高速道路の混雑地点における混雑交通パターンの時空間的構造にどのように影響を与えるか？
• RQ2 DA-ACC車両の導入は、混雑地点における交通崩壊の発生確率および深刻度にどのような影響を与えるか？
• RQ3 混雑地点における交通崩壊を完全に防止するDA-ACC浸透率の臨界閾値は存在するか？
• RQ4 DA-ACCは、モデル上での運転快適性を低下させることなく、交通流を改善できるか？
• RQ5 三相交通理論は、最近の批判に対して、混雑ダイナミクスの予測においてどのように妥当性を保っているか？

主な発見

• DA-ACC車両の導入により、高速道路の混雑地点における交通流安定性が顕著に向上し、交通崩壊の発生確率が低減される。
• 混雑発生が発生しなくなるDA-ACC車両の臨界割合が存在し、これは交通ダイナミクスにおける相転移を示唆する。
• DA-ACC浸透率の臨界閾値は、混雑形成を防止する決定的な要因であるが、要約では数値的に明示されていない。
• DA-ACCは、自然な人間の運転行動を模倣するため、運転快適性に何ら損なわれない形で交通流を改善する。
• モデルは三相交通理論の妥当性を裏付け、実世界の混雑現象をシミュレーションする予測力の有効性を示している。