[論文レビュー] Scheduling Autonomous Vehicle Platoons Through an Unregulated Intersection

Juan José Besa Vial, William E. Devanny+2 more|arXiv (Cornell University)|Sep 15, 2016

Traffic control and management参考文献 23被引用数 12

ひとこと要約

本稿では、最大遅延を最小化するため、信号や停止標識のない交差点を通過する自律走行車両の列車のスケジューリングに向けた多項式時間アルゴリズムを提示する。k路線合流および2路線交差のシナリオにおいて、動的計画法とパラメトリックサーチを用いる。さらに、非定数k路線合流と2路線交通を併せ持つより一般的な問題は、分割問題への還元によりNP完全であることを証明する。

ABSTRACT

We study various versions of the problem of scheduling platoons of autonomous vehicles through an unregulated intersection, where an algorithm must schedule which platoons should wait so that others can go through, so as to minimize the maximum delay for any vehicle. We provide polynomial-time algorithms for constructing such schedules for a $k$-way merge intersection, for constant $k$, and for a crossing intersection involving two-way traffic. We also show that the more general problem of scheduling autonomous platoons through an intersection that includes both a $k$-way merge, for non-constant $k$, and a crossing of two-way traffic is NP-complete.

研究の動機と目的

• 信号や停止標識のない交差点を通過する自律走行車両列車の調整の課題に対処する。
• 列車の整合性を保ちつつ、列車内のいかなる車両に対しても最大遅延を最小化する。
• k路線合流（定数k）および2路線交差の特定の交差点タイプに対する効率的なスケジューリングアルゴリズムを開発する。
• 非定数k路線合流と2路線交通を含む一般ケースにおける計算量の境界を確立し、NP完全性を証明する。
• すべての列車の経路と到着時刻が事前に完全に把握可能であると仮定したオフラインスケジューリングソリューションを提供する。

提案手法

• 列車が同期して移動し、後退を許可しない離散的時間・空間モデルを用いてスケジューリング問題を定式化する。
• 定数kにおけるk路線合流および2路線交差交差点の最適スケジュールを構築するために動的計画法を適用する。
• 遅延制約下での最適化問題を効率的に解くためにパラメトリックサーチを用いる。
• 交差点を干渉しない経路の集合としてモデル化し、同時に競合する経路を2つの列車が占領しないようにする。
• PARTITION問題をMULTI-CROSS問題に還元することで、一般ケースにおけるNP完全性を証明する。
• 最大遅延パラメータd_maxを含む決定問題を定義し、スケジュールの妥当性と遅延の上限を検証する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 kが定数であるk路線合流交差点を通過する列車のスケジューリングに、多項式時間アルゴリズムを設計できるか？
• RQ2 2路線交差交差点を通過する列車を、最大遅延を最小化しながら効率的にスケジューリングすることは可能か？
• RQ3 非定数k路線合流と2路線交通を併せ持つ交差点における列車スケジューリングの計算量的複雑性は何か？
• RQ4 現実的な制約下で、一般スケジューリング問題がNP完全であることを証明できるか？
• RQ5 すべての到着時刻と出発時刻が事前に完全に分かっている場合に、効率的なオフラインアルゴリズムは存在するか？

主な発見

• kが定数であるk路線合流交差点を通過する列車のスケジューリングには、動的計画法とパラメトリックサーチを用いた多項式時間アルゴリズムが存在する。
• 2路線交差交差点のための多項式時間アルゴリズムが提供され、列車の連続性が保たれるとともに最大遅延が最小化される。
• 非定数k路線合流と2路線交通を併せ持つ一般問題は、分割問題への還元によりNP完全であることが証明された。
• 入力集合に有効な分割が存在する場合、構築されたスケジュールにおける最大遅延は2q+1で抑えられる。また、重要な列車に対して正確な遅延が達成される。
• NP完全性の結果は、2q+1を超える遅延が許容されないため、最大遅延制約を満たすには特定のスケジューリング順序が強制され、それが有効な分割に対応するからである。
• 任意の提案されたスケジュールが衝突の有無と最大遅延の計算を多項式時間で検証できるため、問題はNPに属する。