【研究分野】土木計画学・交通工学

【研究領域課題番号】15H02270 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

交通信号 / 整流化予備信号 / 信号灯器位置 / ドライビング・シミュレータ / 横断歩道設置位置 / オフセット最適化 / 確率的最適化 / 交通工学・国土計画 / 最適化問題 / 交通工学 / 最適化

【研究成果の概要】

交通安全上・円滑上極めて重要な交通の要衝である信号制御交差点を対象に，実証・シミュレーション・理論の3つのアプローチと，幾何構造構造，個別信号制御設計，複数交差点の連携の3つの視点から研究した。整流化予備信号による交差点交通容量の増加策の有効な条件導出，ドライビングシミュレータ実験による停止線と信号灯器位置の関係の違いの影響評価，左折車通行軌跡の推定モデル導出，横断歩道を2つの交差点間に設置することが有効な条件導出，変動する交通需要を街路ネットワーク上で信号制御設計パラメータを確率的最適問題の理論導出，および隣接する2つの交差点間の青時間タイミング（オフセット）の最適性の理論解明を実現した。

【研究の社会的意義】

本研究は，近年改めて着目されている交差点部における車両と歩行者の安全性と効率的な交通処理のバランスを図りながら，交通流を安定的に運用し，交通社会に安心と快適を与える為に必要な基礎的な科学的知見を得る研究である。交差点に来ても不合理な信号表示であれば，歩行者であればしばしば信号無視や横断歩道外横断をしてしまっているし，これに心理的にいらつくことなどが，間接的に車両のドライバの運転心理に影響を及ぼす。こうした不合理をなくし，効率的で安全なシステムを実現することに大きく貢献するものである。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2015-04-01 - 2019-03-31

【配分額】33,930千円 (直接経費: 26,100千円、間接経費: 7,830千円)

【研究分野】社会システム工学・安全システム

【研究領域課題番号】22310089 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

OR / 最適化 / センサネットワーク / 最適化問題 / 半正定値計画 / 位置推定

【研究成果の概要】

センサネットワークは,環境モニタリング,構造物管理,交通制御などのさまざまな分野で使われている.アンカーと呼ばれるその位置が既知のm個のセンサとネットワーク上で隣接するセンサ間の距離の情報からその位置が未知のn個のセンサの位置を推定する問題は最も基本的で重要な問題の1つである.理論的にはNP困難な難しい問題として知られており,さまざまな分野で研究が行われている.この研究課題では,センサネットワーク位置推定問題に対する半正定値計画緩和を中心に研究を進めた.半正定値計画緩和は精度の良い推定位置を生成することが知られているが,センサネットワーク位置推定問題の規模の増加に伴って,計算コストが急速に増加する欠点を有している.この欠点を解消するためにネットワークの構造的な疎性の有効利用および半正定値計画問題を解く主双対内点法ソフトウェアSDPAの高速化をおこなった.この研究課題の主たる研究成果として大規模な問題を高速に解くソフトウェアパッケージSFSDPを開発・公開した.

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2010 - 2012

【配分額】14,950千円 (直接経費: 11,500千円、間接経費: 3,450千円)

【研究分野】社会システム工学・安全システム

【研究領域課題番号】22310088 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

施設配置 / 公共事業見直し / 相関係数 / 時間地図 / 都市インフラ / 愛着度 / 最適化 / 市役所 / 道路 / 劣モジュラ / 縮小時代 / ガソリンスタンド / 交通インフラ施設 / 基地局 / 優モジュラ / カバー率 / 逐次最適 / 最適化問題 / 都市計画

【研究成果の概要】

縮小時代やインフラ老朽化に直面し,道路,交通標識,信号機,図書館,ガソリンスタンド,防災拠点などの施設の整備の見直しが必要となってきた.廃止手続きとして計算負担が軽く現実の政策実施の近似となるけちけち算法の効率性が高いことを証明した.現実データへの適用により,平均距離最小化問題の最適値とカバー率最大化問題の最適値との相関が高いこと,パレート最適配置が狭いことを地理空間を通して確認できた.全体の効率性と地域間公平性とのトレードオフ状況を視覚化することにより,平成の大合併や昭和の大合併の影響を評価した.

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2010 - 2012

【配分額】8,840千円 (直接経費: 6,800千円、間接経費: 2,040千円)

【研究分野】社会システム工学

【研究領域課題番号】12680433 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

最適化 / アルゴリズム / 内点法 / 線形計画問題 / 最適化問題

【研究成果の概要】

本研究は、大規模な数理計画問題を効率よく解くアルゴリズムを開発し、その理論的な性質と実用性を明らかにすることを目的としている。平成12年度には、そのための基礎的な研究を行った。大規模な数理計画問題では、問題に含まれる変数に自由変数、非負変数、上下限制約付きの変数の3種類がある。これらの変数を同時に、そのまま処理することが、問題を効率よく解く上で重要である。そこで、このような問題を直接解く内点法によるアルゴリズムについて研究を行った。平成13年度には、係数行列に特殊な構造を持つ大規模な最適化問題に対するアルゴリズムの研究を行った。特に、多期間の確率計画問題から派生する線形計画問題を効率よく解くアルゴリズムについて研究した。この問題は、期間の数あるいはシナリオの数が増えると、変数の数が非常に大きくなるが、係数行列の右上部分がゼロ行列という特徴を持つ。この特徴を利用し、大規模な多期間の確率計画問題を効率的に解くアルゴリズムを開発することができた。平成14年度は、大規模な線形計画問題あるいは非線形計画問題を解く新しい内点法について研究した。この方法は、問題に現れる一部の変数について対数変換を施した後に、ニュートン法を適用する点において従来のアルゴリズムと大きく異なる。変数に対数変換を施すことにより、問題の実行可能領域に横たわる複雑なセンターパスが滑らかになり、内点法により効率よくパスを追跡することが可能となることが期待される。実際、数値実験により、現実の線形計画問題において、提案したアルゴリズムにより対数変換を使わない場合に比べ反復回数を減少させることができることを確認した。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2000 - 2002

【配分額】3,400千円 (直接経費: 3,400千円)

【研究分野】物性一般(含基礎論)

【研究領域課題番号】09640459 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

最適化問題 / 量子効果 / 画像修復 / 量適化問題 / シミュレーション / 最適化

【研究成果の概要】

シミュレーテッドアニーリングは、組み合わせ最適化問題における近似解法として広く普及している。シミュレーテッドアニーリングにおいては温度を適切に制御することにより状態を徐々に最適な方向に持っていく。本研究においては、状態間の繊維のメカニズムとして、温度の変わりに量子揺らぎを用いてより高速な最適解の探索の方法を確立し、巡回セールスマン問題に応用した。さらに、その成果を使って量子揺らぎによる画像処理技法の最適化にも新しい視点を導入した。
横磁場のあるイジング模型の基底状態における系の様々な性質は、横磁場のない有限温度の性質に類似した側面を持っている。そこで、平衡系の性質のみならずシミュレーテッドアニーリングのような動的な課題に対しても、横磁場が温度と同等以上の役割を果たすと期待することができる。実際、横磁場を時間の関数として変化させたイジング模型の基底状態を時間依存シュレディンガー方程式の数値解や量子モンテカルロ法で計算したところ、相互作用の形態に依存せずに常に横磁場による量子揺らぎを利用した量子アニーリングの方が温度揺らぎを利用した従来の方法より正しい基底状態に確実に到達することが明らかになった。この成果を、典型的な最適化問題である巡回セールスマン問題と、確率的なプロセスを用いた画像修復に適用し、良好な結果を得た。特に後者では、温度制御と量子効果の導入を適切に組み合わせることによりハイパーパラメータの推定誤差に対して安定な修復が可能となることが示された。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】1997 - 1999

【配分額】2,800千円 (直接経費: 2,800千円)