[論文レビュー] Platoon Forming Algorithms for Intelligent Street Intersections

Rik W. Timmerman, Marko Boon|arXiv (Cornell University)|Jan 2, 2019

Traffic control and management参考文献 29被引用数 7

ひとこと要約

本稿では、知能交差点における自律走行車両のための新規の列車形成アルゴリズム（PFAs）を提案する。速度制御を用いて車両を同期化し、高速列車にすることで遅延を最小限に抑え、交差点の処理能力を最大化する。包括的PFAは平均遅延を顕著に低減し、従来の信号機に比べてほぼ2倍の処理能力を達成するが、公平性に欠けるため、遅延と公平性のバランスを取るためにk制限付きポリシーの導入が求められる。

ABSTRACT

We study intersection access control for autonomous vehicles. Platoon forming algorithms, which aim to organize individual vehicles in platoons, are very promising. To create those platoons, we slow down vehicles before the actual arrival at the intersection in such a way that each vehicle can traverse the intersection at high speed. This increases the capacity of the intersection significantly, offering huge potential savings with respect to travel time compared to nowadays traffic. We propose several new platoon forming algorithms and provide an approximate mean delay analysis for our algorithms. A comparison between the current day practice at intersections (through a case study in SUMO) and our proposed algorithms is provided. Simulation results for fairness are obtained as well, showing that platoon forming algorithms with a low mean delay sometimes are relatively unfair, indicating a potential need for balancing mean delay and fairness.

研究の動機と目的

• 自律走行車両の交差点効率と処理能力を向上させる新しい列車形成アルゴリズム（PFAs）の設計を目的とする。
• 交差点への車両アクセスにおける平均遅延を最小限に抑えつつ、公平性を確保するというトレードオフを扱うことを目的とする。
• ポーリングモデルとキューイング理論からの既存手法を統合・拡張し、知能交差点制御のためのフレームワークを構築することを目的とする。
• シミュレーションと解析的近似を用いてPFAsの性能を評価し、従来の信号機システムと比較することを目的とする。
• 従来車両を含む混在交通環境において、速度アドバイザリーシステムを用いてPFAsを適用可能かどうかを検討することを目的とする。

提案手法

• 本稿では、交差点進入前に車両を同期化するための正確な速度調整を可能にする、閉形式の速度プロファイルアルゴリズムの新規クラスを導入する。
• 交差点へのアクセスをポーリングモデルでモデル化し、サーバー（交差点）がPFAスケジューリングルールに従って、到着車両の列（キュー）を順次処理する。
• 包括的PFAポリシーは、キュー内の全車両を処理した後で切り替えるが、k制限付きPFAポリシーは最大列車サイズを制限することで公平性を向上させる。
• キューイング理論を用いて平均遅延の近似解析を導出し、PFA設計と性能指標の関連を明確にする。
• SUMOを用いたシミュレーションを実施し、固定サイクルおよび適応型信号制御をベースラインとして比較する。
• 速度制御により、列車が高速で交差点を通過できるようにし、クリアランス時間を最小限に抑え、スループットを最大化する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 どのようにして、平均遅延を最小限に抑えつつ、車両の交差点アクセスにおける公平性を維持できる列車形成アルゴリズムを設計できるか？
• RQ2 従来の信号機システムに比べて、PFAベースの制御は遅延と処理能力の点でどの程度の性能向上を達成できるか？
• RQ3 ポーリングポリシーとしての包括的対k制限付きの違いが、列車ベースの交差点制御における遅延と公平性のトレードオフにどのように影響するか？
• RQ4 従来車両を含む混在交通環境において、速度アドバイザリーシステムを用いてPFAsをどの程度適用可能か？
• RQ5 ポーリングモデルを用いて、PFAベースの交差点制御における平均遅延の解析的近似を導出可能か？

主な発見

• 包括的PFAは平均遅延を顕著に低減し、シミュレーションでは従来の固定サイクル信号機に比べてほぼ2倍の処理能力を達成した。
• 包括的PFAは、特に高密度交通状況下で、固定および適応型信号制御を上回る平均遅延性能を示した。
• 平均遅延が低い一方で、包括的PFAは相対的に低い公平性を示しており、効率性と公平性のバランスを取る必要があることが示唆された。
• 列車サイズを制限するk制限付きPFAポリシーは、低遅延と改善された公平性の両立に有望なトレードオフを提供した。
• 速度制御により、列車が高速で交差点を通過できるようになり、全体の遅延とブレーキング回数が削減された。
• 提案されたPFAsは、速度アドバイスシステムを介して従来交通にも適用可能であり、実運用への応用可能性が示唆された。