観光経路作成支援システムの提案と北大キャンパスへの適用に関する

基礎研究

複雑系工学講座

調和系工学研究室

丸山 加奈

背景

• 観光客の旅行形態が多様化

– 団体旅行から個人旅行へ変化

• 自分で観光経路を作る観光客が増加

• 観光客は多様で曖昧な要望を持っている

– 宿泊先で夕方時間があるので、1時間くらいでまわれる良さそうな所はないか

観光経路作成を支援するシステムの構築の必要性

システム要件 ユーザの多様な要望、目的に対応できる

多様な要望（時刻、費用、目的地） 目的（最短、最安、魅力が高い）を選択

短時間で観光経路作成

出発地/最終目的地

時刻、費用、目的地

観光経路

観光資源の訪問順番と道順

④

③ ②

⑤

①

従来研究

• 組合せ最適化問題としてモデル化 [Kitamura,1998][Godart,2003]

最短経路

地図 完全グラフ

⑤

④

③

①

②

○観光資源

観光資源→ノード

観光資源間の最短経路→エッジ

観光経路→観光資源の訪問順番と道順

[Simon,

2004]

[Kitamura,19

98]

[Kitamura,19

99]

[木下,2005]

[丸山,2003]

[丸山,2004]

[白石,2003]

所要時間 ○ ○ ○

予算 ○ × ×

目的地 ○ ○ ○

訪問順番 × ○ ○

目的地の重要度

○ × ○

滞在時間 × ○ ○

到着時刻 × × ○

関連研究

ユーザ要望

部分的に実現されているが、全部のユーザ要望を考慮する必要がある

目的

• 観光経路の作成を支援するシステムの提案

ユーザの要望、目的を定式化

時刻指定や費用、目的地の指定→制約

最短、魅力度が高い観光経路をまわりたい→目的関数

北大キャンパスへの適用

定式化されたユーザ要望を用い、計算時間がどのように変化するか検証

環境設定とユーザ要望定義

経路計算制限時間

拒否地

の重要度目的地　

上限からの出発時刻目的地　　

下限からの出発時刻目的地　

上限への到着時刻目的地　　

下限への到着時刻目的地　

目的地集合

所要時間

到着時刻

出発時刻

　

最終目的地

出発地

　　　速度　

　予算　

Time

NND

dpref

dt

dt

dt

dt

Dd

ND

ttT

t

t

Ne

Ns

v

M

kk

k

dmax

k

k

dmin

k

k

amax

k

k

amin

k

k

se

e

s

)(

)(

)(

)(

)(

に訪れた時刻

　観光経路

の移動時間エッジ

での費用エッジ

の距離エッジ　

集合間のエッジ

訪問可能性

のにおける時刻

のクローズ時刻

のオープン時刻

の滞在時間

での費用

の魅力値における時刻

観光資源集合

ii

ilast

pp

pppp

ijij

jiij

ji

ji

ij

ij

jijiji

iiii

i

i

i

i

i

i

i

ii

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m

ntT

mlastNnnnnP

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nn

nn

nnjiNnnnnE

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n

n

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n

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/distancedur

),(dur

),(

),(

cost

distance

,},,|),{(

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0

1)(

dur

cost

)(score

},......,,{

21

21

複数の目的関数 → 魅力値を最大化、費用を最小化、距離を最小化、時間を最小化

＜システム設定＞ ＜ユーザ要望＞

提案手法のテスト運用：北大キャンパス

観光資源N

実際に北大キャンパスを調査し35

箇所を採用

クラーク像、ポプラ並木、イチョウ並木など

魅力値 観光資源の特徴から設定

滞在時間

[min]

観光資源の特徴から設定

iscore

idur

エッジE 観光資源間の最短経路(Dijkstra法)

移動距離 各観光資源の緯度・経度から実距離を計算

移動速度 歩行速度(1.88m/s)

移動時間 移動距離と移動速度から計算

ijdur

ijdistance

v

vijij /distancedur

ユーザの要望（制約条件）と経路算出までの計算時間変化の調査

北大キャンパスへ適用

要望： 出発地 s 最終目的地 e 所要時間 T を指定

目的： 魅力値 scoreが最大

問 題 定 義

ensn

T

last

iii

pp

last

i

last

i

,ppp

,

durdur

1

1

1 2

　

last

1i

max)(scoreii pp t　

制約条件

目的関数

1つの拒否地を指定した場合

1つの目的地と1つの

拒否地を指定した場合

1つの目的

地と到着時刻を指定

1つの目的地を指定した場合

基準問題

• 基準問題を設定，制約条件を基準問題に付加

制約条件の追加

観 光 経 路 の 探 索 手 法

厳密解法

近似解法 (hill-climbing)

初期解（ランダム）

ノード挿入

2

1

魅力値が上がれば実行

ノード置換

計算時間<10[s]

2

1

観光経路

ノード挿入

1 2 5 経路 1 2 5 6

ノード置換

経路 1 2 5 1 ３ 5

近 傍 定 義

厳密解法による最適経路生成の計算時間

制約付加による計算時間の変化（厳密解法）

050

100150200250300350400

170 180 190 200 210 220 230 240

所要時間Ｔ[min]

計算時間[s] 基準問題

目的地

拒否地

目的地＋拒否地

目的地＋到着時刻

経路計算制限時間

Time=10[s]

•所要時間が増える

→解が増える

•目的地指定など制約が増える→解が減る

•近似解法が必要

•どれくらいで解けなくなるかがわかった

制限時間内に経路探索が終了しない場合がある

近似解法のほうが良い解を求められる可能性がある

経路計算時間内での最も良い解を厳密解法による解とする

厳密解法・近似解法の評価値比較

<実験設定>

•基準問題を厳密解法と近似解法で解いた

•評価値（魅力値）の20回平均を結果として用いた

経路計算制限時間を10[s]にした場合の厳密解法と近似解法の評価値比較

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

270 280 290 300 310 320 330 340

所要時間Ｔ[min]

比（近似解法の評価値

/厳密解法の評価値)

厳密解法 近似解法

所要時間の指定によって、厳密解法と近似解法どちらを用いるかを判断する必要がある

経路制限時間を10[s]にした場合の厳密解法と近似解法の評価値比較

0

50

100

150

200

180 200 220 240 260 280 300 320 340

所要時間Ｔ[min]

魅力値

近似解法

厳密解法

計算時間が制限された場合、近似解法が厳密解法の解を超える場合がある

→近似解法の方が評価値が高くなる

このような実験をあらかじめ行うことで、与えられた制約条件において厳密解法と近似解法どちらを適用すれば良いかを推定できる

北大キャンパスへの適用

例）80分(=36分（移動時間） +44分(滞在時間） でまわれる経路

正門→（2分)→佐藤昌介像→(13分)→古河記念講堂→(3

分)→クラーク像→(3分)→予科記念碑→(4分)→中央ローン→(10分)→南門

正門

博物館

ポプラ並木

花木園

イチョウ並木

南門

結論と課題

• 観光経路作成支援システムを提案した – ユーザの多様な要望を最適化問題としてモデル化し定式化した

• 複数の目的関数を選択可能

• 制約条件を付加する形でユーザの多様な指定に応える

– 計算時間が制限される場合、近似解法と厳密解法どちらを適用するのが良いかを推定する方法を提案した

より最適な解を得るために近傍の定義を変えたり、ＳＡを適用する

交通機関として徒歩以外の場合を考慮する

さらに多様な制約を加えたときに厳密解法と近似解法はどのように使っていくか

複数の経路を提供するために、GAを適用する

＜課題＞