[论文解读] Beyond Safety Drivers: Staffing a Teleoperations System for Autonomous Vehicles.

Andrew Daw, Robert C. Hampshire+1 more|arXiv (Cornell University)|Jul 30, 2019

Advanced Queuing Theory Analysis参考文献 46被引用 7

一句话总结

本文提出了一种用于支持自动驾驶汽车的远程操作中心的人员配置方法，通过将远程操作员系统建模为具有大批次到达的排队系统，并将其与存储过程关联，以计算服务容量超限的概率。该方法提出了一种基于矩生成函数的数值方法，以确定精确的人员配置水平，从而在系统可靠性、安全性与操作员数量之间实现平衡，为人在回路的自动化系统提供了可应用的框架。

ABSTRACT

Driverless vehicles promise a host of societal benefits including dramatically improved safety, increased accessibility, greater productivity, and higher quality of life. As this new technology approaches widespread deployment, both industry and government are making provisions for teleoperations systems, in which remote human agents provide assistance to driverless vehicles. This assistance can involve real-time remote operation and even ahead-of-time input via human-in-the-loop artificial intelligence systems. In this paper, we address the problem of staffing such a remote support center. Our analysis focuses on the tradeoffs between the total number of remote agents, the reliability of the remote support system, and the resulting safety of the driverless vehicles. By establishing a novel connection between queues with large batch arrivals and storage processes, we determine the probability of the system exceeding its service capacity. This connection drives our staffing methodology. We also develop a numerical method to compute the exact staffing level needed to achieve various performance measures. This moment generating function based technique may be of independent interest, and our overall staffing analysis may be of use in other applications that combine human expertise and automated systems.

研究动机与目标

• 为确保系统可靠性和车辆安全性，解决自动驾驶汽车远程操作中心人员配置的挑战。
• 建模远程操作支持中操作员数量、系统可靠性与车辆安全性之间的权衡关系。
• 开发一种精确的人员配置方法，以确定满足特定性能水平所需的准确操作员人数。
• 建立具有大批次到达的排队系统与存储过程之间的联系，以分析服务容量超限的概率。
• 提供一种基于矩生成函数的数值稳健方法，用于精确计算人员配置。

提出的方法

• 将远程操作系系统建模为具有大批次到达的排队系统，以表示同时需要远程协助的车辆组。
• 建立该排队系统与存储过程之间的数学联系，以分析服务容量超限的概率。
• 利用矩生成函数推导出一种数值方法，以计算满足指定性能目标的精确人员配置水平。
• 将性能度量（如服务容量溢出概率）表述为操作员数量与到达批次大小的函数。
• 应用推导出的方法计算满足期望可靠性与安全性阈值的人员配置水平。
• 通过解析推导与数值计算验证该方法，证明其适用于人在回路的自动化系统。

实验结果

研究问题

• RQ1 在远程操作设置中，为维持系统可靠性和车辆安全性，所需的最优远程操作员人数是多少？
• RQ2 服务容量超限的概率如何依赖于批次到达规模与操作员数量？
• RQ3 何种数学框架可准确建模远程操作中大规模批次到达与类似存储系统行为之间的相互作用？
• RQ4 如何利用矩生成函数计算关键性能系统中的精确人员配置水平？
• RQ5 所提出的方法在多大程度上可推广至其他人机协同系统集成？

主要发现

• 本文建立了具有大批次到达的排队系统与存储过程之间的新颖对偶性，实现了对服务容量超限的精确分析。
• 基于矩生成函数的数值方法可实现满足特定性能标准的人员配置水平的精确计算。
• 该人员配置方法在远程操作系统的操作员数量、系统可靠性与车辆安全性之间实现了有效平衡。
• 该方法为确定维持期望安全与可靠性水平所需的最少远程操作员人数提供了定量框架。
• 该方法具有可推广性，可应用于结合人工监督与自动化运行的其他系统。
• 分析表明，大批次到达显著影响系统过载风险，因此需要精心设计人员配置。