Các nhà nghiên cứu đề xuất đèn tín hiệu giao thông thứ tư cho ô tô tự lái
bởi Matt Shipman
Ảnh: Pixabay/CC0 Miền công cộng
Tại một đèn giao thông, màu đỏ có nghĩa là dừng lại và màu xanh lá cây có nghĩa là đi. Nhưng các kỹ sư giao thông vận tải tại Đại học Bang North Carolina hiện đang đề xuất một loại "đèn trắng", cho phép các phương tiện tự trị giúp kiểm soát luồng giao thông—và cho người lái xe biết điều gì đang xảy ra. Trong các mô phỏng tính toán, phương pháp mới cải thiện đáng kể thời gian di chuyển qua các giao lộ và giảm mức tiêu thụ nhiên liệu.
Ali Hajbabaie, tác giả tương ứng của bài báo và là phó giáo sư dân sự cho biết: "Khái niệm này mà chúng tôi đang đề xuất cho các giao lộ giao thông, mà chúng tôi gọi là 'giai đoạn trắng', khai thác sức mạnh tính toán của các phương tiện tự hành (AV). xây dựng và kỹ thuật môi trường tại NC State. "Khái niệm pha trắng cũng kết hợp một tín hiệu giao thông mới để người lái xe biết họ phải làm gì. Đèn đỏ vẫn có nghĩa là dừng. Đèn xanh vẫn có nghĩa là đi. Và đèn trắng sẽ cho người lái xe biết chỉ cần đi theo xe ở phía trước họ."
Khái niệm pha trắng dựa trên thực tế là các AV có thể giao tiếp không dây với nhau và máy tính điều khiển tín hiệu lưu lượng. Khi có đủ AV đang đến gần giao lộ, điều này sẽ kích hoạt đèn trắng. Đèn trắng là tín hiệu cho biết AV đang điều phối chuyển động của chúng để tạo điều kiện thuận lợi cho giao thông qua giao lộ hiệu quả hơn. Bất kỳ phương tiện không tự động nào — do một người điều khiển — sẽ chỉ được yêu cầu đi theo phương tiện phía trước: nếu phương tiện phía trước dừng lại, họ dừng lại; nếu xe phía trước họ đi qua ngã tư, họ sẽ đi qua ngã tư.
Khi có quá nhiều phương tiện tiến đến giao lộ đang được điều khiển bởi người lái xe, chứ không phải AV, đèn giao thông sẽ trở lại dạng tín hiệu xanh-vàng-đỏ thông thường.
Hajbabaie nói: “Cấp một số quyền kiểm soát luồng lưu lượng cho AV là một ý tưởng tương đối mới, được gọi là mô hình kiểm soát di động. "Nó có thể được sử dụng để điều phối giao thông trong bất kỳ tình huống nào liên quan đến AV. Nhưng chúng tôi nghĩ rằng điều quan trọng là kết hợp khái niệm đèn trắng tại các giao lộ vì nó cho người lái xe biết chuyện gì đang xảy ra, để họ biết họ phải làm gì khi đến gần ngã tư.
"Và, nói rõ hơn, màu sắc của 'ánh sáng trắng' không quan trọng. Điều quan trọng là phải có một tín hiệu mà người lái xe có thể nhận dạng rõ ràng."
Các nhà nghiên cứu lần đầu tiên giới thiệu khái niệm nút giao thông "pha trắng" vào năm 2020. Tuy nhiên, khái niệm ban đầu đó dựa trên phương pháp điện toán tập trung, trong đó máy tính điều khiển đèn giao thông chịu trách nhiệm nhận đầu vào từ tất cả các AV đang đến gần, thực hiện các phép tính cần thiết và sau đó nói cho AV biết cách họ nên đi qua giao lộ.
Hajbabaie nói: “Chúng tôi đã cải thiện khái niệm đó và bài báo này phác thảo một khái niệm giai đoạn trắng dựa trên điện toán phân tán—sử dụng hiệu quả tài nguyên điện toán của tất cả các AV để điều khiển luồng lưu lượng”. "Điều này vừa hiệu quả hơn, vừa ít có khả năng trở thành nạn nhân của các lỗi liên lạc. Ví dụ: nếu có sự gián đoạn hoặc trễ thời gian khi liên lạc với đèn giao thông, thì phương pháp điện toán phân tán vẫn có thể xử lý lưu lượng giao thông một cách suôn sẻ."
Để kiểm tra hiệu suất của khái niệm pha trắng điện toán phân tán, các nhà nghiên cứu đã sử dụng các trình mô phỏng lưu lượng cực nhỏ. Những trình mô phỏng này là các mô hình tính toán phức tạp được thiết kế để tái tạo lưu lượng truy cập trong thế giới thực, cho đến hành vi của từng phương tiện. Sử dụng các trình mô phỏng này, các nhà nghiên cứu có thể so sánh hành vi giao thông tại các giao lộ có và không có pha trắng, cũng như mức độ ảnh hưởng của số lượng AV liên quan đến hành vi đó.
"Các mô phỏng cho chúng tôi biết một số điều," Hajbabaie nói. "Đầu tiên, AV cải thiện lưu lượng giao thông, bất kể sự hiện diện của pha trắng. Thứ hai, nếu có AV, pha trắng sẽ cải thiện hơn nữa lưu lượng giao thông. Điều này cũng làm giảm mức tiêu thụ nhiên liệu vì có ít lưu lượng dừng và đi hơn. Thứ ba, tỷ lệ giao thông tại giao lộ có đèn pha trắng được tạo thành từ AV càng cao thì giao thông di chuyển qua giao lộ càng nhanh và chỉ số tiêu thụ nhiên liệu càng tốt."
Khi chỉ có 10-30% lưu lượng truy cập tại giao lộ pha trắng được tạo thành từ AV, các mô phỏng cho thấy lưu lượng giao thông có những cải thiện tương đối nhỏ. Nhưng khi tỷ lệ phần trăm AV tại các giao lộ pha trắng tăng lên, thì lợi ích cũng tăng theo.
Hajbabaie nói: “Điều đó nói rằng, ngay cả khi chỉ có 10% phương tiện tại giao lộ có đèn pha trắng là tự động, bạn vẫn thấy ít sự chậm trễ hơn”. "Ví dụ: khi 10% phương tiện tự lái, bạn sẽ thấy độ trễ giảm 3%. Khi 30% phương tiện tự lái, độ trễ giảm 10,7%."
Các nhà nghiên cứu thừa nhận rằng AV chưa sẵn sàng để áp dụng phương pháp điện toán phân tán mới vào ngày mai các chính phủ cũng sẽ không lắp đặt đèn giao thông hoàn toàn mới ở mọi ngã tư trong tương lai gần.
"Tuy nhiên, có nhiều yếu tố khác nhau của khái niệm pha trắng có thể được áp dụng chỉ với những sửa đổi nhỏ đối với cả giao lộ và AV hiện có," Hajbabaie nói. "Chúng tôi cũng nghĩ rằng có những cơ hội để thử nghiệm phương pháp này tại các địa điểm cụ thể.
"Ví dụ: các cảng có lưu lượng phương tiện thương mại cao, trong đó lưu lượng giao thông đặc biệt quan trọng. Phương tiện thương mại dường như có tỷ lệ sử dụng phương tiện tự hành cao hơn, vì vậy có thể có cơ hội thực hiện một dự án thử nghiệm trong bối cảnh đó có thể mang lại lợi ích giao thông cảng và vận tải thương mại."
Bài viết "Kiểm soát giao lộ pha trắng thông qua điều phối phân tán: Mô hình bộ điều khiển di động trong luồng lưu lượng hỗn hợp" được xuất bản trong Giao dịch IEEE trên Hệ thống giao thông thông minh.
