Agentengestützte Fahrerassistenzsysteme für das ... · kompatibilität FIFO ITSA TSE. Information...

Universität Karlsruhe (TH)Forschungsuniversität • gegründet 1825

Information Managementand Market Engineering

Agentengestützte Fahrerassistenzsystemefür das Kreuzungsmanagement

Christoph Ammann

Betreuer: Heiko Schepperle

Ausgewählte technische, rechtliche und ökonomische Aspektedes Entwurfs von Fahrerassistenzsystemen

Interdisziplinäres Seminar im Sommersemester 2007

10. Mai 2007


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Agentengestützte Fahrerassistenzsysteme für das Kreuzungsmanagement

Christoph Ammann

� Motivation

� Definitionen

� Erwünschte Eigenschaften

� Agentengestützte Fahrerassistenzsysteme

• Allgemeines Szenario

• First-in, first-out (FIFO)

• Initial Time-Slot Auction (ITSA)

• Time-Slot Exchange (TSE)

� Vergleich

� Ausblick

ÜberblickMotivation

DefinitionenEigenschaften

FahrerassistenzsystemeVergleichAusblick


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Christoph Ammann

� Traditionelle Verkehrsregelungssysteme:

• Keine Berücksichtigung der Wertschätzung der Fahrer für reduzierte Wartezeit

• Keine Möglichkeit, die eigene Wertschätzung anderen Fahrern oder dem Verkehrssteuerungsmechanismus mitzuteilen

• Zusätzlich:

� Ineffektiv oder

� Kostenintensiv





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Christoph Ammann




Fahrzeit des Fahrzeugs j:

Minimale Fahrzeit von j:

Wartezeit des Fahrzeugs j:

Durchschnittliche Wartezeit:


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Christoph Ammann




Gewichtung des Fahrzeugführers j:

Gewichtete Wartezeit des Fahrzeugs j:

Durchschnittliche gewichtete Wartezeit:


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Christoph Ammann

� Effektivität:Gegeben, wenn die durchschnittliche gewichtete Wartezeit

bezüglich FIFO reduziert wird.

� Verhinderung von „verhungernden“ Fahrzeugen:Gegeben, wenn in Abhängigkeit des Verkehrsaufkommens für jedes Fahrzeug j eine obere Schranke für die Wartezeit

existiert.





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Christoph Ammann

� Anreizkompatibilität:Gegeben, wenn die wahrheitsgemäße Angabe der Gewichtungfür Fahrer j optimal ist und gleiches für die übrigen Fahrer gilt.

� Nullsummen-Mechanismus:Gegeben, wenn das Gesamtbudget aller Fahrer konstant bleibt.

� Frühe/späte Allokation:Gegeben, wenn die Reservierung der Zeitfenster zum frühest-/spätestmöglichen Zeitpunkt erfolgt.





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Christoph Ammann

AllgemeinFIFOITSATSE




„An agent is a computer system that is situated in some

environment, and that is capable of autonomous action in this

environment in order to meet its design objectives.“Definition: Agent aus [2]

Abbildung: Agentenkommunikation nach [1]


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Christoph Ammann

First-in, first-out (FIFO):

� Reservierung der Zeitfenster in der Reihenfolge der Anfragen:

• Zeitfenster konfliktfrei:

� Zeitfenster wird reserviert

� Periodische Überprüfung: zeitliche Vorgaben einhaltbar?

• Falls nicht: Stornierung des aktuellen und Reser-vierungsversuch des nun frühesten Zeitfensters

• Zeitfenster konfliktbehaftet:

� Reservierungsversuch des nächst-frühesten Zeitfensters






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Christoph Ammann

Initial Time-Slot Auction (ITSA):

� Prämissen für Auktionsteilnahme:

• Fahrzeuge mit früherem Zeitfenster ausgeschlossen

• Vorausfahrende Fahrzeuge besitzen ein Zeitfenster

� Auktion von Zeitfenstern (Zweitpreis- bzw. Vickrey-Auktion):

• Agent mit höchstem Gebot:

� Erhält Zeitfenster, Preis entspricht zweithöchstem Gebot

� Eventuell Stornierung erforderlich

• Übrige Gebote:

� Ablehnung � Teilnahme an nächster Auktion






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Christoph Ammann





Abbildung: Prämissen ITSA nach [3]


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Christoph Ammann

Time-Slot Exchange (TSE):

� Prämissen für Austausch:

• Neues Zeitfenster nach/vor dem Zeitfenster des vorausfahrenden/folgenden Fahrzeugs

� 2 Phasen, 1 weiterer Agent (Tauschagent)

� 1. Phase: FIFO

� 2. Phase:

• Tausch des Zeitfensters mit Fahrzeug i möglich, wenn:

• Prämissen von beiden beteiligten Fahrzeugen erfüllt & Nutzen von i durch den Tausch erhöht wird






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Christoph Ammann





Abbildung: Prämissen TSE nach [3]


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Christoph Ammann

Effektivität:Gegeben, wenn die durchschnittliche gewichtete Wartezeit

bezüglich FIFO reduziert wird.




7.3 - 15.7%30.6%-Effektivität

TSEITSAFIFO


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Christoph Ammann

Verhinderung von „verhungernden“ Fahrzeugen:Gegeben, wenn in Abhängigkeit des Verkehrsaufkommensfür jedes Fahrzeug j eine obere Schranke für die Wartezeit

existiert.




��verhindert

„Verhungern“

TSEITSAFIFO


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Christoph Ammann

Anreizkompatibilität:Gegeben, wenn die wahrheitsgemäße Angabe derGewichtung für Fahrer j optimal ist und gleichesfür die übrigen Fahrer gilt.




��-Anreiz-kompatibilität

TSEITSAFIFO


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Christoph Ammann




��Nullsummen-Mechanismus

TSEITSAFIFO

Nullsummen-Mechanismus:Gegeben, wenn das Gesamtbudget aller Fahrer konstantbleibt.


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Christoph Ammann




frühfrüh/spätfrühfrühe/späte

Allokation

TSEITSAFIFO

Frühe/späte Allokation:Gegeben, wenn die Reservierung der Zeitfenster zumfrühest-/spätestmöglichen Zeitpunkt erfolgt.


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Christoph Ammann

� Initial Time-Slot Auction (ITSA):

• Subventionierung:

� Erhöht Effektivität auf 43.0% gegenüber FIFO

� Aber: Verlust der Anreizkompatibilität

• Verhinderung von „verhungernden“ Fahrzeugen:

� Pausieren der Auktion, wenn die Wartezeit eines Fahrzeugs einen Maximalwert überschreitet

� Auktionsfortsetzung nach Überquerung der Kreuzung


• Nullsummen-Mechanismus:







Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit



• Quellen der Abbildungen & Definition:[1] Schepperle, H., Böhm, K.: Agent-Based Traffic Control Using Auctions. Eleventh International

Workshop on Cooperative information Agents, September 2007

[2] Wooldridge, M.: An Introduction to MultiAgent Systems. John Wiley & Sons Ltd., 2002, S. 15-16

[3] Schepperle, H.: Driver Assistance using Multi-Agent Systems in Traffic. Vorstellung des DAMAST-Projekts bei der init innovation in traffic systems AG, Oktober 2006

• Quellen der Ausarbeitung:[1] Schepperle, H., Böhm, K.: Agent-Based Traffic Control Using Auctions. Eleventh International

Workshop on Cooperative information Agents, September 2007[2] Schepperle, H., Böhm, K., Forster, S.: Traffic Management Based on Negotiations between

Vehicles – a Feasibility Demonstration Using Agents. 9th International Workshop on Agent-Mediated Electronic Commerce, Mai 2007

[3] Dresner, K., Stone, P.: Multiagent Traffic Management: A Reservation-Based Intersection ControlMechanism. The Third International Joint Conference on Autonomous Agents and Multiagent Systems (AAMAS 2004), Juli 2004, S. 530-537

[4] Dresner, K., Stone, P.: Multiagent Traffic Management: An Improved Intersection ControlMechanism. The Fourth International Joint Conference on Autonomous Agents and Multiagent Systems (AAMAS 2005), Juli 2005, S. 471-477

[5] Dresner, K., Stone, P.: Human-Usable and Emergency Vehicle-Aware Control Policies forAutonomous Intersection Management. The Fourth International Workshop on Agents in Trafficand Transportation (ATT 06), Mai 2006, S. 17-25

[6] Wooldridge, M.: An Introduction to Multiagent Systems. John Wiley & Sons Ltd., 2002, S. 15-16

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