Κατάλογος Εκδηλώσεων

ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΚΡΗΤΗΣ
Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών
Πρόγραμμα Προπτυχιακών Σπουδών

ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗ ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗΣ ΕΡΓΑΣΙΑΣ

Παύλου Γερωνυμάκη

με θέμα

Αποκεντρωμένος Συγχρονισμός Αυτόνομων Οχημάτων για Οδήγηση Χωρίς τη Χρήση Λωρίδων Κυκλοφορίας και Υπό Περιορισμούς Επικοινωνίας  
Decentralized Coordination of Autonomous Vehicles for Lane-Free Driving under Restricted Communication 

Εξεταστική Επιτροπή

Καθηγητής Γεώργιος Χαλκιαδάκης (επιβλέπων)
Καθηγητής Μιχαήλ Λαγουδάκης
Καθηγητής Ιωάννης Παπαμιχαήλ (Πολυτεχνείο Κρήτης, Σχολή ΜΠΔ)

Περίληψη
Τα τελευταία χρόνια έχει επιτευχθεί μεγάλη πρόοδος στον τομέα των αυτόνομων οχημάτων, η οποία πηγάζει από τις σημαντικές εξελίξεις στην τεχνολογία αισθητήρων, στα συστήματα ανίχνευσης, την υπολογιστική ισχύ και τους αλγόριθμους τεχνητής νοημοσύνης. Συνολικά οδήγησαν σε μεγαλύτερη αποδοχή των αυτόνομων οχημάτων από το κοινό και σε διεύρυνση του ορίζοντα της έρευνας σε αυτόν τον τομέα. Μία από τις ιδέες που πρόσφατα ερευνάται είναι η κυκλοφορία σε περιβάλλοντα χωρίς λωρίδες, η οποία μελετά οχήματα που κινούνται σε δρόμους χωρίς να υπόκεινται στους περιορισμούς της παραδοσιακής λωρίδας και είναι ελεύθερα να κινούνται σε όλο το πλάτος του δρόμου. Σε αυτόν τον τομέα, υπάρχουσες έρευνες έχουν χρησιμοποιήσει τον αλγόριθμο διαβίβασης μηνυμάτων Max-plus, προκειμένου να επιτρέψει τον συντονισμό των οχημάτων στο περιβάλλον αυτό. Για αυτήν την ερευνητική κατεύθυνση, θεωρείται ότι όλα τα οχήματα που κινούνται κατά μήκος του αυτοκινητόδρομου είναι συνδεδεμένα, μπορούν να επικοινωνούν μεταξύ τους και να συντονίζονται. Ο Max-plus είναι ένας επαναληπτικός αλγόριθμος για την επίτευξη του συντονισμού συστημάτων πολλαπλών πρακτόρων, όπου συνδεδεμένοι πράκτορες ανταλλάσσουν τοπικά μεγιστοποιημένα μηνύματα μέχρι να επιτευχθεί σύγκλιση ή κάποιος χρονικός περιορισμός.
Ωστόσο, μια πιο ρεαλιστική υπόθεση είναι η συνύπαρξη των παραπάνω πρακτόρων με οχήματα που δεν μπορούν ή δεν επιθυμούν να επικοινωνήσουν. Αυτό δημιουργεί ένα ορισμένο επίπεδο αβεβαιότητας που καθιστά την προαναφερθείσα προσέγγιση συντονισμού ακατάλληλη. Για τους νέους ανεξάρτητους πράκτορες που εισάγονται στον αυτοκινητόδρομο, οι παρατηρήσιμες τους πληροφορίες (θέση, ταχύτητα) είναι γνωστές στους πράκτορες που συντονίζονται με τον Max-plus, αλλά όχι και οι επιθυμητές ενέργειες τους. Για να το καταπολεμήσουμε αυτό, σε αυτή τη διπλωματική εργασία προσαρμόσαμε τον αλγόριθμο Max-plus ανάλογα, έτσι ώστε οι πράκτορες που συντονίζονται με αυτόν μπορούν επίσης να παρατηρούν
και να λαμβάνουν υπόψη ανεξάρτητους πράκτορες μέσω προσομοιωμένων μηνυμάτων. Αυτά τα προσομοιωμένα μηνύματα σχηματίζονται μέσω της χρήσης διάφορων μεθόδων από την βιβλιογραφία που σχετίζεται με την λήψη αποφάσεων σε περιβάλλοντα πολλαπλών πρακτόρων υπό αβεβαιότητα, συγκεκριμένα τα κριτήρια Maximax, Maximin, Hurwicz, Minimax Regret και Laplace. Αναπτύξαμε επίσης μια απλή μοντελοποίηση αντιπάλων που προβλέπει τις ενέργειες των ανεξάρτητων πρακτόρων. Τέλος, παρέχουμε μια πειραματική αξιολόγηση της προσέγγισής μας, συμπεριλαμβανομένης μιας λεπτομερούς σύγκρισης όλων των κριτηρίων που χρησιμοποιούνται για τον υπολογισμό των μηνυμάτων. Η αξιολόγηση των πειραμάτων μας εξετάζει και συγκρίνει την απόδοση των κριτηρίων που χρησιμοποιήσαμε σε διαφορετικά σενάρια, με ποικίλα ποσοστά ανεξάρτητων πρακτόρων στον αυτοκινητόδρομο χωρίς λωρίδες και κάτω από διαφορετικά επίπεδα πρόσθετου θορύβου στη συμπεριφορά τους.

Abstract 
In recent years, there are significant advancements in the field of autonomous vehicles, due to progress in sensor technology, detection systems, computing power, and artificial intelligence algorithms. All together generated a greater acceptance of autonomous vehicles in the public eye and have widen the horizon of research in this field. One recently introduced concept currently explored is lane-free traffic, which studies vehicles moving in roads without being subjected to traditional lane-based restrictions and are free to move across the width of the road. In this domain, existing research has employed the Max-plus message-passing algorithm in order to enable coordination of vehicles in the environment. For that research endeavor, it is assumed that all vehicles moving along the lane-free highway are connected, can communicate and coordinate with each other. Max-plus is an iterative algorithm for coordination in multi-agent environments, where connected agents exchange locally maximized messages until convergence or a time restriction. However, when allowing for the realistic perspective that there exist independent agents (vehicles) that are unable or unwilling to communicate with others, a certain level of uncertainty is created that renders the aforementioned coordination approach ineffective. For the new independent agents introduced to the lane-free environment, we consider that their observational information (position, speed) is known to the agents coordinating with Maxplus, but not their intended actions. To combat this, in the present diploma thesis we adjust the Max-plus algorithm accordingly so that coordinating agents can observe and take into consideration independent agents via emulated messages. 
These emulated messages are formed through the employment of various methods from the literature of Multiagent Decision Making under Uncertainty, namely the Maximax, Maximin, Hurwicz, Minimax Regret and Laplace criteria. Moreover, we formulate a simple opponent model that predicts the actions of the observed agents. Finally, we provide a thorough evaluation of our approach, including a detailed comparison of all criteria used for calculation of messages. Our experimental evaluation examines the performance across various situations, with ranging penetration rates for independent agents and under different levels of added noise in their behavior.