[论文解读] Priority-based coordination of autonomous and legacy vehicles at intersection

Xiangjun Qian, Jean Grégoire+2 more|arXiv (Cornell University)|Jul 22, 2014

Traffic control and management参考文献 9被引用 8

一句话总结

本文提出了一种基于优先级的协调系统，可在不损害无碰撞或无死锁保证的前提下，安全地将传统车辆整合到自动驾驶交叉路口管理系统中。通过假设传统车辆保持安全跟车间距，该系统采用特殊配置确保其安全通过，并通过SUMO仿真验证了其可证明的安全特性。

ABSTRACT

Recently, researchers have proposed various autonomous intersection management techniques that enable autonomous vehicles to cross the intersection without traffic lights or stop signs. In particular, a priority-based coordination system with provable collision-free and deadlock-free features has been presented. In this paper, we extend the priority-based approach to support legacy vehicles without compromising above-mentioned features. We make the hypothesis that legacy vehicles are able to keep a safe distance from their leading vehicles. Then we explore some special configurations of system that ensures the safe crossing of legacy vehicles. We implement the extended system in a realistic traffic simulator SUMO. Simulations are performed to demonstrate the safety of the system.

研究动机与目标

• 解决将非自动驾驶（传统）车辆整合到基于优先级的自动驾驶交叉路口管理系统中的挑战。
• 在存在传统车辆的情况下，维持可证明的安全保证——具体而言，确保无碰撞和无死锁运行。
• 设计系统配置，以确保在假设传统车辆保持安全跟车间距的前提下，其能够安全通过交叉路口。
• 通过真实交通仿真验证扩展系统的安全性和可行性。

提出的方法

• 将现有的基于优先级的自动驾驶车辆协调框架扩展，以包含传统车辆。
• 假设传统车辆与前车保持安全距离，从而实现可预测的行为。
• 设计特殊系统配置，以在保留基于优先级的调度逻辑的同时，容纳传统车辆。
• 使用真实交通仿真器（SUMO）实现并评估扩展后的系统。
• 应用形式化推理，证明在给定假设下，扩展系统仍保持无碰撞和无死锁。
• 采用时间扩展调度，基于优先级和安全约束协调车辆运行。

实验结果

研究问题

• RQ1 是否可以在不损害安全保证的前提下，将传统车辆安全地整合到基于优先级的自动驾驶交叉路口管理系统中？
• RQ2 在假设保持安全跟车间距的前提下，需要何种系统配置才能确保传统车辆安全通过交叉路口？
• RQ3 传统车辆的存在如何影响交叉路口管理系统整体的安全性和效率？
• RQ4 当存在传统车辆时，扩展系统是否可证明为无碰撞和无死锁？

主要发现

• 即使包含传统车辆，扩展系统仍保持可证明的无碰撞和无死锁特性。
• 当传统车辆与前车保持安全距离时，可安全通过交叉路口，这与模型假设一致。
• 系统的安全性通过SUMO交通仿真器中的大量仿真得到验证。
• 基于优先级的系统特殊配置可实现与传统车辆的安全协调，而无需其完全自动驾驶。
• 仿真结果证实，安全保证在真实交通条件下依然成立。
• 该方法可实现自动驾驶车辆与传统车辆在交叉路口的无缝共存，且无需基础设施升级。