Análise do gerenciamento de veículos automatizados com exploração livre da área da interseção

Abstract

O tráfego em grandes cidades e rodovias tem sua operação impactada pelos congestionamentos com grande gasto de tempo, consumo de combustível e erros humanos na condução de veículos. Neste trabalho, aborda-se o uso de um Gerenciamento de Interseção Cooperativa que coordene um ambiente composto de Veículos Automatizados e que atenda a requisitos como eficiência e segurança. Nesse sistema de tomada de decisão, a troca de informações entre veículos é usada para realizar movimentos que não necessariamente seguem os caminhos convencionados pelas leis de trânsito atuais, por meio de um modelo de exploração flexível em uma área discretizada da interseção. Desta forma, estabeleceu-se uma coordenação capaz de organizar veículos que precisam cruzar o mesmo local em instantes de tempo relativamente próximos. Assim, construiu-se abstrações de um espaço de estados, com ferramentas de verificação formal, usando sistemas de transição para executar as especificações de manobras dos Veículos Automatizados e a lista de prioridades de passagem a ser seguida. Para analisar a alcançabilidade de estados, optou-se pela implementação de técnicas de tratamento de grafos, a fim de identificar os menores caminhos seguros possíveis que um conjunto de veículos leva para sair do setor de recursos compartilhados. Os testes iniciais do processo de tomada de decisão passaram por reduções no modelo, a fim de as limitações em termos de processamento de dados e de memória. Posteriormente, analisa-se a evolução dos modelos finais para variadas condições iniciais e explora-se visualmente os comportamentos de uso da área de interseção. Ao final, a exploração exaustiva e automática dos estados atingíveis gerou de uma gama de alternativas de caminhos em diversos cenários, com a possibilidade de escalar o modelo para outras condições iniciais. Estes resultados devem contribuir para a adoção de uma nova perspectiva em relação às pesquisas de coordenação de interseções.

Abstract: Traffic in large cities and highways has its operation impacted by traffic jams, with great expenditure of time, fuel consumption, and human errors in driving vehicles. This work addresses the use of a Cooperative Intersection Management that coordinates an environment composed of Automated Vehicles and that meets requirements such as efficiency and safety. In this decision-making system, the exchange of information between vehicles is used to perform movements that do not necessarily follow the paths established by current traffic laws, through a flexible exploration model in a discrete area of the intersection. In this way, a coordination system capable of organizing vehicles that need to cross the same place in relatively close moments was established. Thus, state-space abstractions were constructed, with formal verification tools, using transition systems to execute the Automated Vehicle maneuver specifications and the pass priority list to be followed. To analyze the reachability of states, it was decided to implement graph treatment techniques in order to identify the smallest possible safe paths that a set of vehicles takes to leave the shared resources sector. Initial tests of the decision-making process underwent reductions in the model to address limitations in terms of data processing and memory. Subsequently, the evolution of the final models for various initial conditions is analyzed and the use behaviors of the intersection area are visually explored. In the end, the exhaustive and automatic exploration of the attainable states generated a range of alternative paths in different scenarios, with the possibility of scaling the model to other initial conditions. These results should contribute to the adoption of a new perspective concerning intersection coordination research.