14、交叉口汽车的分布式协调与集中调度

交叉口汽车的分布式协调与集中调度

1. 引言

车辆的基本目标是安全、高效地完成从起点到终点的运输任务。当多辆车试图同时通过同一位置时，就会产生冲突，而交叉口是最常见的冲突场景之一。传统上，可利用交通信号灯、停车标志和交通规则定义的优先级来解决交叉口的冲突。随着技术的发展，联网自动驾驶车辆（CAVs）为交叉口管理提供了一种革命性的解决方案：
- 联网功能使车辆与车辆之间、车辆与路侧单元之间能够共享充足的信息，从而确定安全高效的通行顺序。
- 自动驾驶功能提供精确的控制，确保车辆能够按照既定的通行顺序行驶。

解决交叉口管理问题（从更广泛的角度看，即冲突解决问题）的方法主要分为两类：
- 分布式协调：车辆各自进行协调，然后分别确定通行顺序。
- 集中调度：由一个称为交叉口管理器的集中单元确定车辆的通行顺序，并向车辆提供指令。

无论采用分布式还是集中式方法，从单个车辆或整个交通系统的角度来看，这些方法都应具备以下特性：
|特性|说明|
| ---- | ---- |
|可行性|车辆的通行顺序和相应轨迹（包括空间和时间约束）必须在物理上可实现。|
|安全性（无碰撞）|通行顺序必须解决每对试图通过同一位置的车辆之间的冲突，即同一时间每个冲突区域最多只能有一辆车占用。|
|活性（无死锁）|通行顺序不能导致死锁，即多辆车之间不会出现无限等待的情况。|
|稳定性|通行顺序应在时间线上保持稳定。|
|高效性|通行顺序应优化交通效率，尽量减少车辆延误，使车辆尽快通过交叉口。|
|实时决策|通行顺序应实时确定，避免因等待决策或相应指令而延误车辆。|

2. 分布式协