[論文レビュー] A Cooperative Freeway Merge Assistance System using Connected Vehicles

Salman Ahmed, Mohammad A. Hoque+2 more|arXiv (Cornell University)|Apr 29, 2018

Vehicular Ad Hoc Networks (VANETs)参考文献 5被引用数 9

ひとこと要約

本稿では、V2X対応のコネクテッドビークルを活用した協調的フリーウェイ合流支援システムを提案し、合流に起因する衝突、混雑、燃料消費を低減することを目的としている。DSRCを介した三方向ハンドシェイクプロトコルを用いて合流車両と本線交通を調整し、ドライバーへのリアルタイムアドバイザリーメッセージを提供することで、安全性と効率性を向上させている。

ABSTRACT

The rapid growth of traffic-related fatalities and injuries around the world including developed countries has drawn researchers' attention for conducting research on automated highway systems to improve road safety over the past few years. In addition, fuel expenses due to traffic congestion in the U.S. translate to billions of dollars annually. These issues are motivating researchers across many disciplines to develop strategies to implement automation in transportation. The advent of connected-vehicle (CV) technology has added a new dimension to the research. The CV technology allows a vehicle to communicate with roadside infrastructure (vehicle-to-infrastructure), and other vehicles (vehicle-to-vehicle) on roads wirelessly using dedicated short-range communication (DSRC) protocol. Collectively, the vehicle-to-vehicle (V2V) and vehicle-to-infrastructure (V2I) communication technologies are known as V2X technology. Automotive companies have started to include On-Board Units (OBUs) on latest automobiles which can run safety-critical and assistive applications using V2X technology. For example, US Department of Transportation has already launched various applications including but not limited to lane-change assistance, collision avoidance, SPaT for emergency and transit vehicles. Merge conflicts, especially when vehicles are trying to merge from ramps to freeways, are a significant source of collisions, traffic congestion and fuel use. This paper describes a novel freeway merge assistance system utilizing V2X technology with the help of the DSRC protocol. The freeway merge assistance system uses an innovative three-way handshaking protocol and provides advisories to drivers to guide the merging sequence.

研究の動機と目的

• フリーウェイ合流地点における交通関連の死亡事故と混雑の増加という深刻な問題に対処すること。
• ストップアンドゴー交通や攻撃的な合流行動に起因する合流関連の衝突と燃料非効率を低減すること。
• コネクテッドビークル（CV）技術を活用し、合流車両と本線交通との間でリアルタイムでの調整を可能にすること。
• 合流シーケンスを最適化するための、タイムリーで実行可能なアドバイスをドライバーに提供する協調型システムの開発。
• 車両対車両（V2V）および車両対インfraストラクチャー（V2I）通信を活用して、フリーウェイにおける全体の交通流れと安全性を向上させること。

提案手法

• 信頼性が高く遅延が小さいV2VおよびV2I通信を実現するため、専用短距離通信（DSRC）プロトコルを採用する。
• 合流地点手前の本線車両と合流車両を事前に調整するための画期的な三方向ハンドシェイクプロトコルを導入する。
• 合流調整メッセージの処理と中継を実行するため、車両に搭載されたオンボードユニット（OBU）を活用する。
• 車両の速度、位置、予定される合流タイミングに基づいて、リアルタイムのアドバイスを生成する。
• 車両の意図、速度、合流地点までの距離に関する情報を交換することで、合流順序を調整する。
• 緊急車両や公共交通機関の優先処理を実現するSPaT（信号フェーズおよびタイミング）などの既存DSRCアプリケーションと統合する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 V2X技術をどのように活用すれば、フリーウェイの合流ポイントにおける合流衝突を低減できるか？
• RQ2 完全自動化を要しない状況で、安全かつ効率的な合流を保証する調整メカニズムは何か？
• RQ3 三方向ハンドシェイクプロトコルは、非協調的合流と比較して、どのように合流シーケンスの調整を改善するか？
• RQ4 リアルタイムのアドバイザリーメッセージは、合流時の燃料消費と混雑にどのような影響を与えるか？
• RQ5 既存のDSRCインfraストラクチャーおよびOBUを用いて、協調的合流支援システムを実装できるか？

主な発見

• 三方向ハンドシェイクプロトコルにより、合流車両と本線交通の間で効果的な調整が実現され、不確実性と衝突の可能性が低減した。
• タイムリーなアドバイスにより、ドライバーが滑らかに合流できるようになり、急ブレーキや急な車線変更が最小限に抑えられた。
• 合流シーケンスの最適化により、燃料消費の低減と交通流れの効率性向上に貢献した。
• 本手法は、既存のDSRCベースのインfraストラクチャーおよび現代の車両に搭載されたオンボードユニット（OBU）と互換性がある。
• 本手法は、現在のコネクテッドビークル技術およびプロトコルを用いて、実用化可能なことが実証された。
• 本手法は、SPaTや緊急車両優先制御などの他の安全応用と統合可能であることが示された。