トラフィック信号はどのように機能するか（2019年）

大都市にお住まいなら、おそらく最も一般的なフラストレーションの一つである交通渋滞について、かなりの確信を持って推測できます。都市部での運転では、目的地よりも移動そのものが苦痛であることがよくあります。ほとんどの場合、私たちはただ目的地に行きたいだけなのです。交通渋滞は、フラストレーションの原因になるだけでなく、環境にも影響を与えます。アイドリングしている車はすべて、大気の質に影響を与えます。長い車の列に閉じ込められて座っていると、交通の悩みの解決策について考えを巡らせたくなるものです。しかし、密集した都市部での交通管理は、数多くの相反する目標と課題を持つ、極めて複雑な問題です。その最も根本的な課題の一つは、車両、自転車、歩行者を含む複数の交通の流れが、安全に、そしてうまくいけば効率的に、互いの進路を横断する必要がある交差点で発生します。長年にわたり、私たちは単純な標識からラウンドアバウトまで、誰が行き、誰が待つかを管理するための多くの方法を開発してきました。しかし、交差点での優先権を制御する最も一般的な方法の一つが、トラフィック信号です。 都市と人間の解剖学の間には多くの良いアナロジーがあり、道路も例外ではありません。高速道路は、大容量で単一の主要な目的地を持つ大動脈のようなものです。小さなコレクター道路は、容量は少ないものの、個々の家やビジネスすべてに接続された毛細血管のようなものです。そして、その中間に位置するのが、適切に名付けられた動脈道路であり、都市中心部を結ぶ中容量の接続路です。ランプ、オーバーパス、アクセス道路の代わりに交通の流れを制御するのは、地上交差点であり、一度に少数の交通の流れしか通過できません。これは、明らかな理由から「中断された交通流」と呼ばれます。ほとんどの場合、これらの交差点が道路の最大スループットの限界となります。つまり、車線数を増やしたり、制限速度を上げたりしても、道路全体の容量には影響しません。安全に車両がA地点からB地点へ移動する数を増やす唯一の方法は、交差点の効率を高めることです。さらに、これらの交差点は、事故の大部分が発生する場所です。これらの理由から、交通技術者は、交差点の設計と、それを可能な限り安全かつ効率的にする方法について、多くの思考と分析を費やしています。 交差点での交通の流れを制御すること、すなわち優先権の割り当ては、途方もない課題であり、スペース、コスト、進入速度、サイクル時間、視距離、交通の種類と量、そして習慣、期待、反応時間などの人間的要因を含む、数多くの相反する考慮事項の妥協をほぼ常に必要とします。交差点はまた、厳密に標準化される必要があり、見慣れない交差点に来たときでも、車両と歩行者の注意深く混沌としたダンスにおける自分の役割をすでに知っているようにします。スループットの観点からは、理想的な交差点は流れを全く中断させないでしょうが、都市ブロックごとにハイファイブインターチェンジを設置することはできません。一方、単純な標識は費用対効果が高く、追加のスペースを必要としませんが、交差点を通過するすべての車両に中断を引き起こすため、大量の交通量を処理できません。 トラフィック信号がなぜそれほど人気があるのかがわかります。それらはすべての交通問題の万能薬ではありませんが、私たちが議論した考慮事項の非常に良いバランスを提供します。比較的低コスト、最小限のスペース要件、そしていくつかの中断があるだけで大量の交通量を処理できることです。最も単純な形では、トラフィック信号は、交差点の各車線に面した3つのライトのセットです。ライトが緑のとき、その車線は横断する権利があります。ライトが赤のとき、それらはありません。アンバーライトは、信号が緑から赤に変わろうとしていることを警告します。この基本的な機能を超えて、トラフィック信号はあらゆる種類の状況に対応するために、数え切れないほどの複雑さを取ることができます。ここでは、米国で一般的な交差点を見て、それらがどのように機能するかを見てみましょう。 交差点への各進入路には、車両が移動できる3つの方向があります。右折、直進、左折です。右折と直進は通常、単一の動きとしてグループ化されるため、典型的な四方向交差点には8つの車両と4つの歩行者の動きがあります。これらの動きは、信号のフェーズにグループ化できます。たとえば、反対側の進入路での左折は、同時に衝突なく進行できるため、単一のフェーズにグループ化できます。交通技術者は、リングアンドバリアーダイアグラムを使用して、信号のさまざまなフェーズがどのように動作できるかをスケッチします。これは、例の交差点のリングアンドバリアーダイアグラムです。最初のフェーズは主要道路の左折、次に主要道路の車両と歩行者の直進、交差点をクリアするための「バリア」、次にマイナー道路の左折、マイナー道路の車両と歩行者の直進、そして最後にサイクルが再び始まる前の別の「バリア」です。交通技術者は、さまざまな交差点構成と各動きの交通量を処理するために、無数のフェーズ配置を使用しています。保護左折と非保護左折のどちらを使用するかという単純な決定でさえ、かなりの分析と考慮が必要です。 もう一つの重要な決定は、各フェーズのシーケンスがどれくらいの時間持続すべきかということです。理想的には、緑のライトは、赤のライトの間に蓄積されたキューをクリアするのに十分な長さ持続するはずです。これは、特に忙しい交差点のピーク時には、常に可能とは限りません。交差点が飽和しているこれらのケースでは、起動時間とクリアランス時間を最小限に抑えるために、各フェーズの緑のライトが延長される場合があります。起動時間とクリアランス時間は、交差点が最大容量で利用されていない期間です。アンバーライトは、ドライバーが警告を認識し、快適な速度で車両を減速させて停止するのに十分な長さ持続する必要があります。制限速度の毎時10マイル（または毎時16キロメートル）あたり1秒というのが一般的な経験則ですが、交通技術者は、進入路の勾配やその他の地域の考慮事項も、黄色信号のタイミングを設定する際に考慮に入れます。北米のほとんどの場所では、黄色信号の全期間、交差点に進入することが許可されています。これは、すべてのフェーズが赤信号になって交差点をクリアできるようにする時間が必要であることを意味します。このクリアランスインターバルは通常約1秒ですが、制限速度と交差点のサイズに基づいて調整できます。 これまでは、設定されたタイミングシーケンスの信号についてのみ話してきましたが、今日のほとんどのトラフィック信号はそれよりも洗練されています。アクチュエート信号制御とは、外部からの入力を受け取り、その情報を使用して、その場でライトのタイミングとシーケンスに関する決定を下すことができる信号を指す用語です。これらのタイプの信号は、交通検知システムからのデータに依存しています。これらの検出器は、ビデオカメラやレーダーであることもありますが、最も一般的なのは、道路表面に埋め込まれた誘導ループセンサーです。これらは基本的に大きな金属探知機であり、車やトラックが存在するかどうかを測定するだけで、自転車、スクーター、オートバイがループをトリガーするには小さすぎる場合があることに時々悩まされます。センサーの種類に関係なく、すべてが近くにある機器キャビネットにデータをフィードします。あなたは、その目的を理解せずに、これらのキャビネットを何百も見たことがあるでしょう。 このキャビネットの中には、トラフィック信号コントローラーがあります。これは基本的に、検出器からの情報に基づいて、各ライトがいつ、どれくらいの期間点灯するかを決定するように特定のロジックでプログラムされたシンプルなコンピューターです。アクチュエート制御により、トラフィック信号は交通量の変動を処理する上で、はるかに柔軟性があります。たとえば、近くの道路が閉鎖され、通常はそれほど高い需要がない信号に交通が迂回された場合、閉鎖前に再プログラムが必要になる場合があります。近くの道路が閉鎖され、通常はそれほど高い需要がない信号に交通が迂回された場合、閉鎖前に再プログラムが必要になる場合があります。 lig