紹介する論文
論文の要約
- 自動運転のための安全を確保した動作計画（経路選択）法を提案する
- 周囲の障害物（他車など）が最も走行しそうな経路に加え，物理的に走行可能な領域まで計算する
- 自車が走行すべき経路に加え，周囲の障害物が走行可能な領域を外した地点にフェールセーフ経路を計画しておく
- 周囲障害物が交通ルールを無視するなどして衝突しそうな危険が発生した場合には，フェールセーフ経路に舵を切ることで安全を確保する
はじめに
自律移動ロボットや自動車のための経路・動作計画は，非常にポピュラーな研究トピックの1つであり，これまでにも多くの研究が行われています．しかしながら「その安全性をどのように保証するか？」という問いに対する答えは，未だに未解決であるように思います（個人的に）．本論文では，オンラインの経路計画に加え，フェールセーフ経路計画まで行い，もし周囲の障害物と衝突の可能性がある場合には，フェールセーフ経路に舵を切ることで安全を確保する方法を提案しています．
なお本論文はワークショップの論文なので，詳細な数式やアルゴリズムが記載されていません．
手法の概要
大きく分けて2段階で構成されます．
到達可能領域の解析（reachability analysis）
まず周囲の障害物（他車など）が最も走行する可能性が高い経路（most likely trajectory）を計算します．これに加え，障害物が物理的に行うことが可能な行動（feasible behavior）や計測の不確かさやになども考慮して，到達可能な領域を計算します．「物理的に行うことが可能な行動」を考慮しているので，交通ルールに従わないような行動までも考慮されています．
フェールセーフ経路の計算
フェールセーフ経路は，自車の目標経路から枝分かれした経路です．このフェールセーフ経路は，周囲の障害物が到着可能な経路までを考慮したものなので，衝突しない安全な経路であるといえます．下図（論文中図1）に，フェールセーフ経路の例が示されています．
もし障害物と衝突しそうな場合には，(1)フェールセーフ経路に従い走行する，(2)新たな目標経路とフェールセーフ経路の組を探索する，2つの戦略を取ることで，衝突回避を実現し，安全を確保します．
シミュレーションによる検証
下図（論文中図2）に，シミュレーションの結果が示されています．3台の他車（$b1$，$b2$，$b3$）が存在する中で，それぞれの物理的に到達できる経路を計算しています．なおこの状況では，直進する自車が優先となっています．しかし実験では，$b2$が自車を見落としたと仮定し，T字路を自車より先に左折しようとします．ここで自車はフェールセーフ経路を計算しているので，衝突を回避することができています．なお自車は，6秒先の衝突までを予測しているとのことです．
感想
経路・動作計画のほとんどの問題は，コスト関数などの最適化などで定式化されます．そのため，どのようにコスト関数を設計するかが，手法の性能を左右します．その中で，「安全を保証するコスト関数」と言われると，中々定義が難しくなりますが，それとは別に明示的にフェールセーフ経路を計算しておく，とすると，シンプルですが確かに効果的であるなと思いました．