交通信号制御と調整

交通信号機の通常の機能には、交通と歩行者が可能な限りスムーズかつ安全に移動するのを保証するための視覚的な制御と調整以上のものが必要です。これを実現するために、単純な時計仕掛けのメカニズムから、交差点を利用する人々の遅延を最小限に抑えるために自動調整する高度なコンピューター制御および調整システムまで、さまざまな制御システムが使用されています。

交通信号を制御する最初の自動化システムは、発明家のレナード・カシアートとジョセフ・ケイツによって開発され、1954年にトロントで使用されました。 ^{[1] [2] [3]}

オーストラリアとニュージーランドでは、用語が異なります。「フェーズ」とは、一連の交通の動きが青信号を受信する期間のことで、英国と米国の「ステージ」の概念に相当します。交通信号制御装置からの 1 つの電気出力は「信号グループ」と呼ばれ、英国と米国の「フェーズ」の概念に似ています。PTV VISSIMでも、信号グループの用語が使用されています。

フェーズとは、交通信号機（信号機のヘッドに1つのライト）で交通に示される表示です。たとえば、緑のフェーズでは、特定のアプローチからのすべての交通にジャンクションを通過する優先権が与えられます（曲がる交通は禁止）。英国では、フィルターフェーズにより、衝突しない交通がジャンクションで特定の方向転換（通常は左折または前進）を行うことができます。^{[4] [5] [6]}

動きとは、交差点を通過する車両や歩行者が通行を許可されている経路のことです。これらの経路が交差する場合、動きは衝突します。通常、衝突する動きは許可されていませんが、反対の右折または左折（運転側による）または、一部の管轄区域で歩行者と車両が並行方向に移動している場合を除いては許可されています。^[4]

ステージとは、同時に進行する矛盾のない段階のグループです。^{[7] [4]}たとえば、4 つの進入アームがある交差点は、各道路に青信号が与えられる 2 段階操作、または主要道路に青信号が与えられ、次に各側道に順番に青信号が与えられる 3 段階操作で操作できます。サイクルは、ステージの 1 つの完全なシーケンスです。サイクル時間は、サイクルが完了するのにかかる時間です。管轄区域によっては、最大サイクル時間が定められています。たとえば、英国では、これは 120 秒ですが、歩行者施設がある場合は 90 秒です。作動制御では、復帰は、需要がない場合に交通管制官が戻るステージです。^[4]

インターステージまたはインターグリーン期間は、あるフェーズの青信号の終了から次のフェーズの青信号の開始までの期間です。これには通常、緑フェーズが終了するアプローチでの黄色の信号と、交差点を通過できるようにすべての信号が赤になる全赤ステージが含まれます。全赤ステージでは、道路利用者が交差点を通過できず、時間のロスが発生します。^{[4] [8]}

間隔とは、信号段階の変化の間隔のことです。たとえば、車両青間隔とは、車両交通が青信号になっている時間です。間隔は、事前計時制御では固定され、作動制御では変化します。作動設定では、信号が変わる前に青のままになる最小時間間隔です。これは、地方道路では 2 秒ほど短くなることがありますが、幹線道路では最大 15 秒になる場合があります。最大間隔とは、別の道路で需要がある場合に、ある道路で青信号が許可される最大時間です。^{[4] [9]}

歩行者にとって、誘導期間とは、歩行者が道路を渡り始めるよう誘導される期間のことです。これは通常、緑色または白色の歩く男性の図で示されます。^[4]

交通信号機は通常、キャビネット内に取り付けられたコントローラによって制御されます。 ^[10] 一部の電気機械式コントローラは現在でも使用されています（ニューヨーク市には1998年の時点でまだ4,800台ありましたが、信号コントローラボックスの普及により現在はその数は少なくなっています^[11]）。ただし、現代の交通信号機はソリッドステートです。キャビネットには通常、キャビネット内に電力を分配するための電源パネル、ループ検出器や他の検出器に接続するための検出器インターフェイスパネル、検出器アンプ、コントローラ自体、衝突監視ユニット、フラッシュ転送リレー、警察が信号を無効にできるようにする警察パネル、およびその他のコンポーネントが含まれています。^[10]

米国では、コントローラはNEMAによって標準化されており、コネクタ、動作限界、間隔の標準が定められています。^[10] TS-1規格は、1976年に第1世代のソリッドステートコントローラ用に導入されました。^[12]

ソリッド ステート コントローラには、フェイルセーフ操作を保証する独立した衝突監視ユニット(CMU)が必要です。CMU はコントローラの出力を監視し、障害が検出されると、CMU はフラッシュ転送リレーを使用して交差点をFLASH状態にし、潜在的に危険な信号の組み合わせを表示するのではなく、すべての赤信号が点滅します。CMU は、許容される信号の組み合わせでプログラムされており、たとえば、交差点で北行きと東行きの両方の交通に青信号を表示するなど、コントローラが矛盾する方向を出した場合にそれを検出します。衝突監視は、雷雨のときに、近くの落雷によって誘発される電力サージやノイズのために、誤って作動する傾向があります。

1990年代後半、米国では運輸技術者協会が先進交通制御装置（ATC）として知られる国家標準化の取り組みに着手した。^{[12]このプロジェクトは、交通信号制御装置の単一の国家標準を作成することを試みている。標準化の取り組みは、1991年の}ISTEAに始まり、TEA-21、その後の法案と続くさまざまな高速道路法案によって資金提供されている国家高度道路交通システムプログラムの一部である。制御装置は、インターネットプロトコル、ISO/OSI、およびASN.1に基づくITS用国家交通通信プロトコル（NTCIP ）を使用して通信する。^[12]

信号機は、いつ段階を変えるかを指示される必要があり、通常は、段階の変更が近くの他の信号機、歩行者ボタンの押下、タイマーの動作、またはその他のいくつかの入力と何らかの関係で発生するように調整されます。

停電が発生しやすい地域では、交通信号機システムにバッテリー バックアップを追加することで、運転者と歩行者の安全性を高めることができます。以前は、白熱灯を使用した交通信号機の完全な動作を継続するには、大容量の無停電電源装置が必要でした。このようなシステムのコストは法外なものでした。消費電力が 85 ～ 90% 少ないLED ライトを使用する新しい世代の交通信号機の登場により、交通信号機システムにバッテリー バックアップを組み込むことが可能になりました。バッテリー バックアップは、交通信号機のキャビネット内、またはコントローラーに隣接する専用のキャビネット内に設置されます。

バッテリーバックアップは、赤色のライトが点滅する緊急モードまたは完全に機能するモードでコントローラーを操作できます。2004年、カリフォルニア州エネルギー委員会は、地方自治体にバッテリーバックアップ付きのLED信号機への変更を推奨しました。これにより、エネルギー消費が削減され、主要な交差点の安全性が向上します。この推奨事項は、停電後2時間完全に機能する交通信号を提供するシステムでした。その後、信号機はさらに2時間、赤色のライトが点滅します。^[13]

交通信号によって制御される交差点には、いくつかの種類の制御メカニズムがあります。

交通管制において、単純で古い形式の信号制御機は、電気機械式信号制御機として知られている。 コンピュータ化された信号制御機とは異なり、電気機械式信号制御機は、直接配線された信号を制御する可動部品（カム、ダイヤル、シャフト）から主で構成される。 可動部品以外に、電気リレーも使用される。 一般に、電気機械式信号制御機は、固定の信号交差点時間プランを持つダイヤルタイマーを使用する。 信号交差点のサイクルの長さは、ダイヤルタイマー内にある小さなギアによって決定される。 一般にサイクルギアと呼ばれるものは、35秒から120秒の範囲である。^[要出典]ダイヤルタイマーのサイクルギアが故障した場合は、使用に適した別のサイクルギアと交換することができる。 ダイヤルタイマーには信号交差点時間プランが1つしかないため、信号交差点の位相を1つの方法でしか制御できない。多くの古い信号交差点では、依然として電気機械式信号制御装置が使用されており、それらによって制御される信号は、一方通行のグリッドでは効果的であり、多くの場合、掲示されている速度制限に合わせて信号を調整することができます。しかし、交差点の信号タイミングが、一日の時間帯によって変化する主要な流れに適応することで恩恵を受ける場合には、それらは不利です。^[14]

ドライバーがグリーンウェーブ （青信号の連続）に遭遇するように、交通信号を協調システム上に配置しようとする試みがしばしばなされます 。協調信号と同期信号の区別は非常に重要です。同期信号はすべて同時に変化し、特別な場合または古いシステムでのみ使用されます。協調（進行）システムはマスターコントローラーから制御され、信号が順番に「カスケード」（進行）するように設定され、車両隊列が連続した一連の青信号を通過できるようにします。距離と時間の2軸平面上の位相状態のグラフィック表示は、信号交差点の間隔と予想される車両速度に基づいて確立された「グリーンバンド」を明確に示します。^[15]一部の国（ドイツ、フランス、オランダなど）では、この「グリーンバンド」システムは特定のエリアで速度を制限するために使用されています。信号は、速度が所定の制限（市街地ではほとんどが時速50キロ（時速30マイル））より低い場合、運転者が停止せずに通過できるようにタイミングが調整されています。このシステムはドイツ語で「grüne Welle」、フランス語で「vague verte」、オランダ語で「groene golf」（英語: 「緑の波」）として知られている。このようなシステムは 1940 年代から米国の都市部で一般的に使用されていたが、現在ではそれほど一般的ではない。英国では、バークシャーのスラウでA4の一部がこれを実験的に導入した。米国の多くの都市では、双方向の道路で、どちらの方向でも交通を進行させるのではなく、交通量の多い方向にグリーン ウェーブを設定している。しかし、最近導入された点滅黄色矢印（「信号機の信号と操作」の記事を参照）により、進行を助けるリード ラグ信号が保護/許可方向転換で利用可能になった。^{[15] [16]}

現代の協調信号システムでは、ドライバーは赤信号に遭遇することなく長距離を走行できます。この協調は、交通量がほぼ一定している一方通行の道路でのみ簡単に行われます。双方向の道路は、交通量の多い方向の速度を上げるためにラッシュ アワーに合わせて配置されることがよくあります。ただし、渋滞により、協調がうまくいかないことがよくあります。一方、一部の交通信号は、ドライバーが長い青信号に遭遇しないように協調されています。この方法は、遅延を誘発しながら渋滞を防ぐことで交通量の増加を抑制したり、特定の道路の使用を抑制したりします。これは、通勤者の「通過するだけの」交通量が多い地域で、地元住民の要請に応じて行われることがよくあります。協調信号システムでは、速度は自動的に調整されます。つまり、速度が速すぎるドライバーは赤信号で止まってしまいますが、速度が遅すぎるドライバーは次の信号に間に合わず、緑信号を利用できません。ただし、同期システムでは、ドライバーはできるだけ多くの信号を通過するために、しばしば過度の速度で走行します。

最近では、さらに洗練された方法が採用されています。信号機は、変化する交通パターンに対処するためにリアルタイムで調整できるように、モニターやコンピューターで集中管理されることがあります。 ^[17] ビデオカメラや歩道に埋め込まれたセンサーを使用して、都市全体の交通パターンを監視できます。調整されていないセンサーは、車が前の信号から到着したちょうどその時、信号が途切れたことを検知して赤に変わることで、交通を妨げることがあります。最もハイエンドのシステムは、数十個のセンサーを使用し、交差点ごとに数十万ドルの費用がかかりますが、交通量を非常に細かく制御できます。これにより、さらに高価な他の対策（新しい道路など）の必要性がなくなります。

利点としては以下が挙げられる: ^{[18] [19]}

• 道路の交通処理能力の向上
• 車両と歩行者の衝突と待ち時間の削減^[20]
• 青信号に間に合うよう制限速度内での走行を奨励する
• 交通の不必要な停止と発進を減らすことで、燃料消費、大気汚染、騒音公害、車両の摩耗が軽減されます。
• 移動時間の短縮
• ドライバーのフラストレーションとロードレイジを軽減

例:

• ニューヨーク市：信号付き交差点7,660箇所（全12,460箇所中）が中央コンピュータネットワークによって制御され、交通管理センターによって監視されている。^{[11] [21]}
• トロント：信号の83％は主要交通信号システム（MTSS）によって制御されています。15％は適応型信号制御システムであるSCOOT（分割サイクルおよびオフセット最適化技術）も使用しています。^[22]
• シドニー：シドニー協調適応交通システム（SCATS）によって調整された3,400の交通信号。RTAによって設計および開発されたこのシステムは、1963年に初めて導入され、それ以来徐々に開発されてきました。2010年10月までに、SCATSはシンガポール、香港、ダブリン、テヘラン、ミネアポリス、デトロイトを含む世界24か国144都市の33,200の交差点にライセンスされました。^{[19] [23] [24]}
• メルボルン：ジーロングやバララットなどの地方を含むビクトリア州全域の3,200の信号機にSCATSが使用されている。約500の交差点では路面電車とバスが優先される。^[25]
• アデレード：アデレード協調交通信号システム（ACTS）によって管理されている首都圏全体の580セットの協調信号機。^[18]

• メドウランズ交通量削減適応信号システム(MASSTR) -ニュージャージー州メドウランズ委員会は、リンドハースト行政ビルでこの「インテリジェント交通システム」を監視している。これは、メドウランズに交通制御交差点と車両検知器を備えた、州で初めてのシステムである。2013年現在^{[アップデート]}、このシステムは稼働しており、2014年までに128の交差点をカバーする予定である。2014年3月頃から始まる予定のプラスキースカイウェイの北行き車線の2年間の閉鎖による遅延を減らすため、このシステムはカーニーポイントとジャージーシティのUS 1/9トラックとルート440沿いの15の交差点で信号機を同期させる。^{[26] [27] [28] [29]}
• ミッドタウン・イン・モーション -複数の技術を採用したニューヨーク市の適応型交通管制システム。カメラ、マイクロ波モーションセンサー、無線周波数識別（RFID）E-ZPassタグリーダーが、交通の流れを監視するための入力として使用されます。データは、政府専用のブロードバンド無線インフラストラクチャを通じて交通管理センターに送信され、信号機の適応型交通管制に使用されます。^[30]
• スケーラブルな都市交通制御
• シドニー協調適応交通システム

• 分離制御とは、ジャンクションまたは交差点のタイミングが他のジャンクションまたは交差点にリンクされていない制御です。
• 失敗例: 電力がまだ供給されている場合、点滅する黄色のライトを使用して交差点を警告します。主要道路と二次道路 (および優先道路) を区別する方法には、二次道路での譲歩 (譲る) 標識、一時停止標識、または点滅する赤色ライトの使用、および文字による標識の使用が含まれます。オーストラリアを含む一部の国では、道路規則に右側通行などの手順が概説されています。このシステムは、交通信号が不要になったために廃止された場合に時々使用されます。
• パートタイム運用：一部の信号機は夜間や交通量が少ないときには作動しません。一部の信号機は特定の時間（例えば、大規模工場の稼働時間）のみ作動したり、スポーツや展示会などの特別なイベントのときのみ作動する場合があります。作動していないときは、故障時と同じ措置が取られます。パートタイム運用には利点と欠点があります。^{[31] [32]}
• 鉄道優先権：交差点が踏切の近くにある場合、列車の接近に合わせて交通信号が作動します。鉄道優先権も参照してください。
• バスと交通機関の優先: バス専用道路、バス専用レーン、路面電車の到着に合わせて交通信号が作動します。バス優先も参照してください。
• 緊急車両消防署や救助署の外にある信号には緑色の信号がなく、消防車、救急車、その他の緊急車両などが緊急事態に向かうために署を出るときに黄色に変わり、その後赤色に変わることがあります。交通信号の優先権も参照してください。
• 速度標識は、次の信号が青のときに近づくための推奨速度をドライバーに知らせるために使われる、めったに使用されない標識です。

信号システムは、LINSIG、TRANSYT、CORSIM/TRANSYT-7F、VISSIMなどのソフトウェアを使用して設計されます。

米国では、以下のハンドブックがあります。

• Seyfried, Robert K. (2013-01-01).交通管制装置ハンドブック.運輸技術者協会. ISBN 978-1-933452-67-8。
• 「交通管制システム ハンドブック」。FHWA運用局。米国運輸省連邦道路管理局。2005 年 10 月。

• Koonce, Peter; et al. (2008 年 6 月)。交通信号タイミング マニュアル (レポート)。米国連邦道路管理局。FHWA-HOP-08-024。2010年 4 月 5 日に閲覧。