Fuzzy理論の利用

2018年1月13日
Copy Right 2018，Dr.YIKAI Family（Kunio & Masato）

　養豚家一家は，1990年より約四半世紀の間親子二代にわたって，Fuzzy理論の実用的な応用としてのsimulatorを構築してきた。 その成果として，
　　�@ 道路交通をsimulationするMITRAM
　　�A 社会現象をsimulationするUFSfOM
という二つのsimulation systemを開発し，それによって�@渋滞を起す道路交通の解析や対策の提言および�A競争入札の状況解析ができた。

　前者は，1990年から猪飼國夫（Kunio：父）と電通大の二つの研究室（すでに退官した本多研，板倉研）および東洋大（すでに逝去された佐藤章研），成蹊大の各工学部の先生方と共同で研究した。 その成果として，2001年3月に電通大より博士（工学）の学位を授与された。
　後者は，猪飼維斗（Masato：子）が2011年から電通大の板倉研究室で博士課程生として，MITRAM研究の応用として零から取り組んだものであり，2017年3月に電通大より博士（工学）の学位を授与された。

道路交通渋滞の研究：MITRAM
Fuzzy理論の応用
2004年6月7日更新

　道路交通の渋滞解析を目的とした研究MITRAM（MIcroscopic model for analizing TRAffic jaM）は，Fuzzy理論の実用的な応用例として，1990年から上述の多くの大学の研究室との共同研究として，約20年にわたって進められてきた。
　その成果は，日本ファジィ学会，日本シミュレーション学会，情報処理学会等，電子情報通信学会など多くの学会にたくさんの論文として発表されたのみではなく，私を含めて4名の博士取得者を得，幾つかの県の公安委員会でも，実際の道路交通simulationに使われた。
　このsiteでは，その成果である論文類の索引とsimulation systemを構成する諸tool類で，私が作成したものを公開する。 Simulator自体はこの公開版以後さらに電通大の研究室主体として発展しているが，その公開はここでは行っていない。

内容目次
1.　渋滞解析の話
2.　Tool類（Simulation system, Manual, Sample data）
3.　道路交通simulation関係の論文list

1.　渋滞解析の話

　道路交通のsimulationの研究は，高速道路での渋滞が問題となった米国でcomputerが実用的に利用できるようになると，早々と実行された。そしてTRANS，UTCS-1，TRAF-NETSIMなどは多くの後発の研究に影響を与えた。これらのsimulatorは現在でも継続的に改良を重ねている。
　詳しい内容を知りたい人は，研究の概要が以下の多くの文献に記載されているのでそれらを参照していただけると幸いである。この分野全般に関する最近の解説としては，
　　　斎藤 威：「交通渋滞予測のための道路交通現象の再現」，電気学会誌，117巻9号，pp.600-603 (1997)
 が主に渋滞について，
　　　桑原 雅夫：「広域ネットワーク交通流シミュレーション」，自動車技術，Vol.52，No.1，pp.28-34 (1998)
 が広域simulationについて詳しいので参照されたい。
　1950年代からのいろいろなsimulationについて評価したものに，
　　　栗本 譲：「交通道路交通流解析のディジタル・シミュレーション・モデル」，土木学会論文報告集，320号，pp.137-148 (1982)
 がある。追従運転理論と数式モデルを紹介したものには，
　　　高橋理一，辻 紘良：「自動車交通シミュレーションの現状と将来」，自動車技術，Vol.35，No.7，pp.759-766 (1981)
 がある。　最近では猪飼等がまとめたものに，
　　　猪飼國夫，本多中二：「駅前などの渋滞の状況を微視的ファジィモデルで予測する手法」，日本ファジィ学会誌，Vol.11 No.2，pp.215-221 (1999)
 がある。この論文は次項のわれわれが開発している道路交通simulation system MITRAMの紹介にもなっている。
　日本でも日本独自の都市道路交通事情をsimulateするために，科警研や土木工学者，simulation学者を中心として，大学・高専や自動車会社，関連機関で表に示すように多くの道路交通simulatorが提案されている。これらは独自のあるいは過去のものを改良した道路modelおよび微視的自動車modelを用意している。

主な微視的modelの道路交通simulator

2.　Tool類（Simulation system, Manual, Sample data）

　Fuzzy論理の構築と道路交通simulation systemのために3種のtoolを用意した。これらは，このsiteで公開している。GNU / GPLには準拠していないが，研究・教育・業務用に自由に利用してよい。

　○ Simulator　MITRAM研究用の道路交通simulator
　○ FIU Builder　2入力Fuzzy論理構築tool（Rel. 1.2 がdown load可能）
　○ Net Builder　多入力の多段推論構造の構築tool

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2.1 Simulator

　MITRAM用のsimulation systemとして，私および電通大等で開発研究が進められているsimulatorがある。現状の公開版のsimulatorとそれ用のsample dataがdown loadできるように準備している。
　通常のWindowsパソコン上で動作が確かめられている。ただし，Windows2000/WindowsMe以降では動作を確認していない。Memory管理の問題で動作しない可能性が高い。なお，このmemory管理の問題からLinux上のKDEに移植を準備している。
　次の画面は，simulatorのviewer上で車の動きを可視化したものである。

2.2　Fuzzy論理の構築tool−FIU Builder−

　MITRAMのsimulation systemはFuzzy理論を実用的に応用しているので，Fuzzy処理を実行する機能が必要であり，それらのための論理を構築するtoolが必要である。
　Mamdaniの方法による2入力のFuzzy論理を構築するためのtoolとして，下図に示すFIU Builderを公開している。現在は 2003/6/1改版の Rel.1.21 である。
　　FIU Builderのdown loadはこちら
　なお，このFIUのtoolは一般的なFuzzy論理の構築に使えるので，MITRAM以外のFuzzyを応用したsystemにも使える。

2.3　多段推論構造構築tool−Net Builder−

　道路交通simulationのような大規模なFuzzy applicationでは，数多くの種類のFuzzy論理を組み合わせなければ，実用的なsimulationができない。そのために下図のような多段論理構造構築toolとしてNet Builderがdown loadできるように準備している。
　公開しているNet Builderは2004/6/7改版のRel.1.41aが最新版である。
　　Net Builderのdown loadはこちら
　なお，このnetwork構築toolは一般的な多段推論の構築に使えるので，MITRAM以外のFIEを応用したsystemにも使える。

3.　道路交通simulationおよびそれに関連するFuzzy関係の論文list

3.1　筆頭著者論文（学協会誌掲載の査読付き論文・解説および学位論文）

猪飼國夫，本多中二，板倉直明，佐藤淳一，佐藤章，中西俊男，高橋道哉
ファジィ化微視的モデルによる渋滞解析を目的とした道路交通シミュレータ
シミュレーション Vol.16, No.3, pp.45-55（1997）

猪飼國夫，本多中二
ファジィモデルに基づく市街地での渋滞予測用微視的シミュレータ（解説）
日本ファジィ学会誌 Vol.11, No.2, pp.101-107（1999）

猪飼國夫，佐藤 章
微視的道路交通シミュレーションのためのオブジェクト指向道路モデルの構築とその検証
シミュレーション Vol.18, No.3, pp.206-215（1999）

猪飼國夫，本多中二，板倉直明
道路交通シミュレータのためのファジィ推論による自動車の運転モデル
日本ファジィ学会誌 Vol.12, No.3, pp.425-435（2000）

猪飼國夫
道路交通シミュレーションシステムMITRAMでのモデルの構築とそのためのファジィ処理方式に関する研究
電気通信大学学位論文 （2001）

猪飼國夫，石川 亮，本多中二，板倉直明
ファジィ推論を用いたネットワーク構造モデルによる自動車すり抜け運転動作のシミュレーションと渋滞解析
情報処理学会論文誌「数理モデル化と応用」 Vol.42，No.SIG 14，pp.90-97（2001）

猪飼國夫
ネットワーク構造ファジィ推論網の構築ツールとその検証（解説）
パソコンリテラシ Vol. 27，No. 3，pp.25-31（2002）

猪飼國夫，本多中二，板倉直明
ネットワーク構造ファジィ推論エンジンとその検証
パーソナルコンピュータユーザー利用技術協会論文誌　Vol.12，No.1，pp.3-11（2002）

3.2　共著論文（学協会誌掲載査読付き論文）

Toshio NAKANISHI, Kunio YIKAI, Jun-ichi SATOH, Isao MIYOSHI, Akira SATOH and Michiya TAKAHASHI:
The development of a road traffic simulation system in broad areas
Mathematics and Computers in Simulation Vol.39，pp.207-212 (1995)

Naoaki ITAKURA，Azusa FUKEDA，Nakaji HONDA and Kunio YIKAI
Evaluation Method Using Chaotic Analysis for the Model of Vehicle's Behavior in Road Traffic System
Mathematical and Computer Modelling  Vol.33, pp.771-782（2001）
−A special issue of Mathematical and Computer Modelling, Integrated Modelling and Estimation−

板倉直明，本多中二，猪飼國夫
ファジィニューラルネットワークモデルによる追従自動車運転論理の実現
シミュレーション Vol.18, No.4, pp.273-281 (1999)

千葉信二，板倉直明，本多中二，猪飼國夫
ファジィモデル自動車の再構成データを与える実測データ規範シミュレーションの提案と検討
シミュレーション Vol.20, No.2, pp.171-179（2001）

石川亮，風間洋，本多中二，板倉直明，猪飼國夫
交差点走行車両の運転動作モデル化と交通解析
情報処理学会論文誌：数理モデルと応用 Vol.44，No.SIG14(TOM9)，pp.71-80(2003)

3.3　筆頭口頭発表（学協会大会発表論文）

Kunio YIKAI，Jun'ichi SATOH，Naoaki ITAKURA, Nakaji HONDA and Akira SATOH
A Fuzzy Model for Behaviour of Vehicle to Analize Traffic Congestion
International Congress of Modeling and Simulation in Australia Vol.2（1993）

Kunio YIKAI，Nakaji HONDA and Akira SATOH
A Fuzzy Processor Consisting of Memory and Controlling LSI
Fifth IFSA World Congress pp.789-792 (1993)

猪飼國夫，高橋道哉，佐藤章，中西俊男
渋滞解析を目的とした微視的道路交通シミュレーションシステム
情報処理学会第42回全国大会論文集�T，pp125-126 (1991)

猪飼國夫，板倉直明，本多中二
MITRAMにおける個別自動車のファジィモデルによるシミュレーションの実現方法
第11回シミュレーションテクノロジー・コンファレンス pp.175-178 (1992)

猪飼國夫
ファジィコンピュータのハードウェアについて
（社）日本工業技術振興協会 第11回ファジィ理論のAI応用研究部会 (1991)

猪飼國夫，佐藤淳一，本多中二，佐藤章
微視的道路交通シミュレーションでの支援コンピュータシステム
情報処理学会第42回全国大会論文集�T pp.127-128 (1991)

猪飼國夫，佐藤淳一，本多中二
微視的道路交通シミュレーションでの推論処理用ファジィプロセッサ
1992年電子情報通信学会春季全国大会（D-218） pp. （1992）

猪飼國夫，本多中二
微視的道路交通シミュレーションの高速化のための専用ファジィプロセッサの作成,
第8回ファジィシステムシンポジウム pp.453-456 (1992)

猪飼國夫，板倉直明，本多中二
メタ論理を構築することを考慮したハードウェアファジィ推論ユニットの製作
第5回インテリジェント・システム・シンポジウム pp.1-4 (1995)

猪飼國夫，本多中二
多段2項推論ユニットからなるファジィプロセッサへのデータ供給方法
第10回ファジィシステムシンポジュウム pp.77-80 (1994)

猪飼國夫，五反田秋彦，佐藤淳一
MITRAMの実時間表示
第17回シミュレーション・テクノロジー・コンファレンス pp.231-234 (1998)

猪飼國夫，板倉直明，比留間健一郎，本多中二
MITRAMのファジィ自動車運転モデルを実現するハードウェアエミュレータ
第12回シミュレーション・テクノロジー・コンファレンス pp.157-160 (1993)

猪飼國夫，五反田秋彦，板倉直明，本多中二
ハードウェアファジィ推論ユニットの単独動作の評価
第6回インテリジェントシステム・シンポジウム pp.340-343 (1996)

猪飼國夫
ネットワーク構造ファジィ推論網の構築ツールとその検証
第18回パソコン利用技術研究発表会 pp.5-8（2001）

猪飼國夫，本多中二，板倉直明，佐藤章
MITRAM道路交通シミュレーションシステムの統合シミュレーション環境
第20回シミュレーション・テクノロジ・コンファレンス pp.283-286（2001）

3.4　共著口頭発表（学協会大会発表論文）

Akira. SATOH，Kunio YIKAI et al.
Human-Interface on Large Scale Simulation System with a Microscopic Model
Proc. of Int. congress on Modelling and Simulation '93, Vol.2 pp.819-824 (1993)

Akira SATOH，Kunio YIKAI et al.
A System for Verifying the MITRAM Model
Proc. of Int. congress on Modelling and Simulation '95 pp.331-342 (1995)

Naoaki ITAKURA，Azusa FUKEDA, Nakaji HONDA and Kunio YIKAI
Evaluation method using chaotic analysis for road transportation system simulator
International Congress on Modelling and Simulation '96 pp. (1996)

本多中二，猪飼國夫，板倉直明
ファジィ制御による自動車運転操作を取入れた道路交通シミュレーションモデル
日本ファジィ学会第7回ファジィシステムシンポジュウム pp. （1991）

高橋道哉，猪飼國夫，三好勲，滑川光裕，佐藤章
微視的道路交通シミュレーションのための実交通データ解析
情報処理学会第42回全国大会論文集�T pp129-130（1991）

本多中二，猪飼國夫，板倉直明，佐藤淳一
微視的道路交通シミュレーションでのファジィモデル自動車
情報処理学会第42回全国大会論文集�T pp131-132（1991）

向殿政男，猪飼國夫，馬野元秀，戸貝正喜，本多中二，安信誠二，柳田益造
ファジィコンピュータについて
日本ファジィ学会誌 Vol.4, No.2, pp.411-426（1992）

佐藤章，猪飼國夫，半場哲，中西俊男
渋滞解析を目的とした微視的道路交通システムの機能と構成
第11回シミュレーション・テクノロジー・コンファレンス pp171--174（1992）

板倉直明，本多中二，猪飼國夫
MITRAM におけるファジィモデル自動車の多段二項ファジィ論理による構築
第11回シミュレーション・テクノロジー・コンファレンス pp189-192（1992）

佐藤淳一，猪飼國夫，佐藤 章，高橋道哉
MITRAMのクロソイドを用いた道路モデルの一元化
第11回シミュレーション・テクノロジー・コンファレンス pp.181-184 (1992)

板倉直明，猪飼國夫，本多中二
ニューラルネットワークによるファジィモデル自動車のモデリング方法
第9回ファジィシステムシンポジュウム pp.（1993）

佐藤章，猪飼國夫，佐藤淳，半場哲，中西俊男
MITRMのマンマシンインターフェース
第12回シミュレーション・テクノロジー・コンファレンス pp141-144（1993）

高橋道哉，佐藤淳一，猪飼國夫，三好勲，佐藤章
MITRAMのデータベースシステム
第12回シミュレーション・テクノロジー・コンファレンス pp145-148（1993）

板倉直明，本多中二，猪飼國夫
MITRAM におけるファジィモデル自動車のニューラルネットによる具体化
第12回シミュレーション・テクノロジー・コンファレンス pp153-156（1993）

板倉直明，本多中二，猪飼國夫
MITRAM における運転者の意志決定機構をエキスパートの経験と神経回路網によりモデリングする方法とそのシミュレーション
第13回シミュレーション・テクノロジー・コンファレンス pp87-90（1994）

板倉直明，本多中二，猪飼國夫
場合分けを含むニューラルネットワークによるファジィモデル自動車の実現
第5回インテリジェントシステム・シンポジウム pp5-8（1995）

板倉直明，本多中二，猪飼國夫
MITRAMにおけるファジィモデル自動車(FMV)の評価のための実走行データの解析
第14回シミュレーション・テクノロジー・コンファレンス pp205--208（1995）

木村誠志，本多中二，板倉直明，猪飼國夫
並列ファジィ論理モデルに予測機能を加えた自動車運転シミュレーション
第6回インテリジェント・システム・シンポジウム pp.231-234 (1996)

五反田秋彦，猪飼國夫，板倉直明，本多中二
ハードウェアファジィ推論ユニット用シミュレータによる多段推論構造の検証
第6回インテリジェントシステム・シンポジウム pp.344-347 (1996)

五反田秋彦，木村誠志，本多 中二，板倉直明，猪飼國夫
並列ファジィ処理による自動車運転特性のモデリング
第13回ファジィシステムシンポジュウム pp. (1997)

更田あづさ，山田光夫，板倉直明，本多中二，猪飼國夫
先行車以外の情報も考慮したファジィモデル自動車運転論理の実現
第17回シミュレーション・テクノロジー・コンファレンス pp.235-238 (1998)

岩間 望，板倉直明，猪飼國夫，本多中二
ファジィモデル自動車のモデリングの違いによる学習結果の評価
第17回シミュレーション・テクノロジー・コンファレンス pp.239-242 (1998)

五反田秋彦，猪飼國夫，本多中二，板倉直明
微視的道路交通シミュレータのファジィ推論機構へのデータ供給方法
第14回ファジィシステムシンポジュウム pp.835-838 (1998)

萩原勉・猪飼國夫・本多中二・板倉直明
微視的道路交通シミュレータにおける高度情報判断運転モデル
情報処理学会数理モデル化と問題解決研究会第6回シンポジウム pp.201-206（2000）

3.5　他著者の論文誌論文・解説・著書・口頭発表

R.E.Chandle，R.Herman and E.W.Montroll
Jr. Opns. Res. Soc No.118, pp.1-20 (1966) 追従運転理論

Rathi,A.K.
Urban Network Traffic Simulation TRAF--NETSIM Program
J. of Transportation Engineering Vol.116, No.6 (1990)

M Resnick
Turtles，Termites，and Traffic Jams
MIT Press，pp68-74（1994）

M. Takahashi, J. Satoh, et al.
Data Input Subsystem for the Simulation through MITRAM
Proc. of Int. congress on Modelling and Simulation '95 pp.325-330 (1995)

S. Yamashita，N. Yamamoto and T. Nakano：
100 Traffic Flow Simulations System by Celluar Automata，
AVEC, No.9 pp.561-565 (1998)

Boris S. Kerner
The physics of traffic
Physics World Vol.12 No.8 (1999)
訳：坂東昌子
パリティ Vol.15 No.5，p20（2000）

池上慶一郎，斎藤 威，花堂紘之
街路交通のシミュレーション・モデル(MICSTRAN-IとMACSTRAN-I)
科学警察研究所報告交通編 Vol.16, No.1, pp.1-16 (1975)

高橋理一，辻 紘良
自動車交通シミュレーションの現状と将来
自動車技術 Vol.35, No.7, pp.759-766 (1981)

栗本 譲
交通道路交通流解析のディジタル・シミュレーション・モデル
土木学会論文報告集 320号 pp.137-148 (1982)

堀口良太，片倉正彦，桑原雅夫
都市街路網の交通流シミュレータ −AVENUE− の開発
第13回交通工学研究発表論文報告集 pp.33-36 (1993)

高橋伸夫，久保田尚，坂本邦宏，杉浦考臣
ミクロな交通状況を考慮した交差点シミュレーションシステムの開発
第15回交通工学研究発表会論文報告集 pp.49-52 (1995)

曽田信行，久保田尚，高橋信夫
混雑時の市街地道路における車両挙動シミュレーション
第15回交通工学研究発表会論文報告集 pp.45-48 (1995)

木俣 昇，高木秀彰，黒川浩嗣
ペトリネットによる交通流シミュレーションの開発
土木計画学研究・講演集 No.17, pp.177-180 (1995)

後藤幸夫，駒谷喜代俊，福田豊生
自律型走行モデルによる道路交通シミュレータの開発
電気学会論文誌 D Vol.116, No.5, pp.669-577 (1996)

平子，馬場，寺本英二
交通情報システム評価用広域交通量流シミュレータ
第16回交通工学研究発表論文報告集 pp.97-100 (1996)

小野寺博，佐藤 章他
MITRAM道路環境情報入力システム
第15回シミュレーションテクノロジー・コンファレンス pp.157-160 (1996)

駒形真樹，佐藤 章他
MITRAMのヒューマンインターフェース
第15回シミュレーションテクノロジー・コンファレンス pp.149-152 (1996)

藤沢哲也他
MITRAM実験システム−道路ネットワークモデル，トラックモデルの検証−
第15回シミュレーション・テクノロジー・コンファレンス pp.153-156 (1996)

貴志泰久，香月伸一，谷口正明，岡本 智
路上駐車回避挙動の構造化とシミュレーションモデルの開発
第16回交通工学研究発表会論文報告集 pp.113-116 (1996)

岡村寛明，桑原雅夫，吉井稔雄，西川 功
一般街路網シミュレーションモデルの開発と検証
第16回交通工学研究発表会論文報告集 pp.93-96 (1996)

小原 誠，高橋伸夫，坂本邦宏，久保田尚
路上駐車追い越し挙動の類型化とシミュレーションシステムの開発
第16回交通工学研究発表会論文報告集 pp.109-112 (1996)

斎藤 威
交通渋滞予測のための道路交通現象の再現
電気学会誌 Vol.117, No.9, pp.600-603 (1997)

永井 徹，横田孝義，堀田 都，滑川正明
対話型3次元交通流ミクロシミュレータの開発
第17回交通工学研究発表会論文報告集 pp.57-60 (1997)

山本直史，森下 信，中野孝昭
創発的計算法による交通流シミュレータ
日本機械学会第75期通常総会講演論文集 I pp.405-406 (1998)

桑原雅夫
広域ネットワーク交通流シミュレーション
自動車技術 Vol.52，No.1，28-34 (1998)

坂東昌子・中西健一・中山章宏
交通流理論の新しい流れ
数理科学 Vol.37, No.3, p66 (1999)

3.6　Fuzzy関連論文・著書・解説・口頭発表

J. Rasmussen
Skills, Rules and Knowledge
IEEE Trans. on Systems, Man and Cybernetics Vol.13 pp.257-266（1983）

M.Tokai and H.Watanabe
A VLSI Implementation of a Fuzzy Inference Engine
Toward an Expert System on a Chip, Information Sciences, Vol.38, pp.147-163 (1986)

T.Yamakawa
Fuzzy Microprocessors-Rule Chip and Defuzzifier Chip.
Proc. International Workshop on Fuzzy System Applications Iizuka pp.51-52 (1988)

本多中二，大里有生
ファジィ工学入門
海文堂（1989）

有川晴彦，廣田薫
アドレスルックアップ仮想ページング方式によるファジィ推論チップ
計測自動制御学会論文集 Vol.26, No.2, pp.180-187 (1990)

特集
ファジィ制御ハードウェア
日本ファジィ学会誌 Vol.6, No.3, pp.426-501 (1994).

秋山孝正，高羽俊光，水谷香織
ナビゲーションのためのファジィ交通行動分析
日本ファジィ学会誌 Vol.11, No.2, pp.205-214 (1999)