ラッシュアワーの渋滞に巻き込まれるのは、ドライバーにとっていら立たしいだけでなく、大気中に不要な温室効果ガスを排出することにもつながります。
今回、MITの研究者らによる研究が、遅延を減らし、効率を高め、排出量を削減するための、都市の信号機のより効果的な制御方法につながる可能性があります。
新たな知見は、土木・環境工学の助教Carolina Osorioと卒業生Kanchana Nanduri SM ’13による2本の論文で報告され、学術誌『Transportation Science』および『Transportation Research: Part B』に掲載されました。両論文で研究者らは、車両単位のデータと、精度は劣るものの、より包括的な都市単位の交通パターンデータを組み合わせ、現行システムが提供するものより優れた情報を生み出す手法を説明しています。
「私たちが行っているのは」とOsorioは語ります。「主要な交通機関が高解像度の交通モデルを使って最適化問題を解けるようにするアルゴリズムの開発です。」通常、こうした信号制御のタイミングは、選定された主要幹線道路の所要時間を最適化するように設定されますが、都市内のすべての道路間にある複雑な相互作用を考慮できるほど高度ではありません。さらに、現在のモデルは、ある時点で道路を走る車両の構成を評価しません。そのため、交通の流れの変化が燃料消費全体や排出量にどう影響するかを予測できません。
OsorioとNanduriは検証事例として、スイスの都市ローザンヌの交通シミュレーションを用い、1日あたり数千台の車両それぞれの行動を、個別の特性や活動を設定して再現しました。このモデルは、運転行動が日によって変化する可能性も考慮します。たとえば、特定の経路を遅くする信号パターンの変更により、人々が翌日以降に別の経路を選ぶこともあります。
既存のプログラムでは、都市規模と運転者規模の両方の交通行動をシミュレーションできますが、両者を統合することが課題でした。MITのチームは、計算を実用的に行えるほど詳細を削減しつつ、有用な予測や提案を行うのに十分な具体性を保つ方法を見いだしました。
「このように複雑なモデルでは、信号機のパターンをどう変更するかを決めるためにモデルをどう使うかを示すアルゴリズムが不足していました」とOsorioは語ります。「私たちは、都市全体で所要時間の改善につながる解決策を考案しました。」ローザンヌの事例では、主要な17か所の交差点と12,000台の車両をモデル化しました。
所要時間の最適化に加え、新しいモデルには、オートバイからバスまでの車両の燃料消費と排出量に関する具体的な情報が組み込まれており、都市の交通で実際に見られる車両構成を反映しています。「データは非常に詳細である必要があります。車両群全般についてだけでなく、特定の時点における車両群についてもです」とOsorioは語ります。「その詳細な情報に基づき、都市当局が実用的に活用できる形で、都市規模の効率を高める交通計画を考案できます。」
要するに、とOsorioは言います。「複雑なデータを、詳細度の低いデータと組み合わせ、2種類のデータを統合した、コンピューターで扱いやすい解決策を作り、実用的な解決策を導き出します。」
Osorioはさらに、「機関は今、変更を提案する際には、それが環境にどのような影響を与えるかを推定するよう求められています」と述べます。現在、こうした評価は事後に実測を通じて行う必要がありますが、この新しいソフトウェアツールを使えば、「計画の設計に環境要因を組み込めます」と彼女は言います。
チームは現在、マンハッタンをはじめとする複数の場所で、大規模な信号制御にこのシステムを活用できる可能性を検証するプロジェクトに取り組んでいます。
Osorioによると、将来的には信号機のタイミング調整だけでなく、カーシェアリングや自転車シェアリングの拠点に最適な場所を選ぶなど、ほかの計画上の判断を最適化するためにも、こうしたシミュレーションを利用できる可能性があります。
この研究に関与していないベルリン工科大学の教授Kai Nagelは、この研究について、「詳細な交通マイクロシミュレーターの現実性と、数学的近似モデルの厳密性を結び付けています。このアプローチは非常に妥当で、しかも非常に新しいものです。学術分野においても、真の革新です」と述べています。
Nagelはさらに、この研究は「今日そして未来の都市が直面する最も重要な問題の一つに取り組んでいる」と述べ、新たな知見が「将来の研究機会を豊富に切り開く」と語っています。
本記事は、 MIT Newsとの協力により掲載されています。掲載は、世界経済フォーラムによる見解への賛同を意味するものではありません。
Agendaの最新情報を受け取るには、 週刊ニュースレターにご登録ください。
著者：David L. ChandlerはMIT Newsに記事を執筆しています。
画像：上海の浦東金融地区に設置された信号機。REUTERS/Carlos Barria
