美国研发智能交通系统 让车辆无需停车安全驶过十字路口

每天，驾驶员们都需要忍受因道路建设或十字路口事故导致的交通堵塞。因此，人们对自动驾驶汽车的未来充满了希望，期望智能交通系统能够提供平稳的交通、提高安全性，带来各种经济和环境效益。

（图片来源：亚利桑那州立大学）

据外媒报道，美国亚利桑那州立大学Ira A. Fulton工程学院的计算机科学系教授Aviral Shrivastava表示：“当然，此种转变不会突然发生。在很长的一段时间内，自动驾驶和人工驾驶汽车会并存。因此，我们必须研发交通管理系统来适应非常复杂的互动关系，十字路口更是需要此种系统。”

根据美国联邦高速公路管理局（Federal Highway Administration）的数据，道路网络研究主要集中于十字路口，因为超过一半的交通伤亡事故都发生在十字路口或附近。因此，最近有120多项与自动驾驶汽车相关的研究都研究了如何在十字路口保证交通通畅。

Shrivastava解释表示，整个过程涉及一台称为十字路口管理器（IM）的计算机。当每辆车驶近十字路口时，就会与IM联系，并说出类似这样的话：“我现在在这个地方，以这个速度行驶，我想直走或左转，经过你的十字路口。” 然后，IM会为这辆车预定好时间，以便其在特定的时间、以特定的车速、按特定的路线经过十字路口，同时也确保其不会与事先预定也要驶近同一区域的车辆相撞。

在接收到预定数据点后，驶近的车辆会确定到达十字路口的最佳路径，并让IM知道其计划。该计划实质上是一个位置-时间图，指定了汽车在任何时间点的位置。然后，该辆驶近的车可以遵循计划的轨迹到达十字路口，并继续遵循指示穿过十字路口。但是，如果事情没有按照计划进行呢？

Shrivastava则表示：“我们的算法可以让汽车在不停车的情况下，高效地穿过十字路口。但是在实际中的应用如何呢？如果我们想要在现实世界中采用十字路口管理系统，就需要系统非常强大，能够应对多种故障。”

想象一下，一台IM对驶近的车辆发出了详细的指示，但是该车没有按照计划行驶。也许需要在到达十字路口之前采取规避动作，以避免发生碰撞；也可能是传感器出现了问题，导致误报了车速或位置。

Shrivastava表示：“不管原因是什么，车辆只会做该做的，而不是预期需要做的。因此，我们需要一个足够强大的系统，即使面对此类不确定性，也能让汽车安全地穿过十字路口。”

（图片来源：亚利桑那州立大学）

因此，Shrivastava与团队研发了一种算法，用于处理车辆在穿过十字路口时，突然开始加速或刹车的情况。该研究在概念上与之前的研究有所不同，以前的研究创造的IM算法只能在理想的环境中运行。研究人员研发的算法R2IM是一种强大且具有弹性的十字路口管理系统，能够允许车辆做出任意的行为，同时保证所有车辆的安全。

研究人员表示：“我们的方法采用了一个监控系统，如安装在十字路口的摄像头，能够探测如果车辆没有遵循预期轨迹所超出的公差极限。如果发生此种情况，十字路口管理员会认为那辆车是一个“流氓”。”

然后，IM会向所有驶近的车辆发出警报，告知可能会发生的紧急情况，车辆也可以做出相应的反应。其实，通过为所有驶近的车辆安排穿过十字路口的时间，也已经保证了安全性。即使车辆在任何时间点失控，也有足够的内置缓冲区，也不可能发生事故。

该研究团队还评估了R2IM算法的功能，方法是建立一个1/10比例的十字路口模型，并向在此场景中行驶的小型电动自动驾驶车输入故障，迫使车辆在行进轨道上意外加速或减速，从而使IM证明其不会让任何车辆处于危险中。

Khayatian表示：“然后，我们通过计算机模拟了各种交通模式，验证了我们的方法在真实十字路口的可扩展性。在20个小时的交通中，总共输入了500个故障，其中110个故障可能会导致事故。不过，我们的算法成功避免了所有的碰撞。”

最后，该团队确认，一旦紧急情况得到解决，一辆失控的车辆离开或被移开该区域后，该算法可以让IM恢复十字路口的正常运行。