Zvláštním typem sítě mnoha systémů či agentů či uzlů je formace aut bez řidiče, bezpilotních letadel nebo robotů, které se mezi sebou snaží udržet předepsané vzdálenosti, sledovat vedoucího, či reagovat na prostředí a podněty zvenku. Tady se navíc mění i počet agentů – jak se vozidla k formaci přidávají nebo ji opouští – i jejich vzájemné propojení – když se někde ztratí spojení nebo vozidlo.
Představme si budoucí plně automatizované dálniční systém, na kterém se nebudou pohybovat jednotlivá auta samostatně, ale budou zformována do jakýchsi vlaků – říkáme ji kolony nebo čety – Husté kolony složené z mnoha těsně za sebou jedoucích aut jsou snovým řešením na skoro všechny dnešní problémy. Dnes je jejich řízení - pomocí lokálních regulátorů - problematické. Pokud najdme nové lepší nástroje pro návrh distribuovaného řízení takové multi-agentní sítě, budeme moci používat bezpečně delší kolony aut jedoucích blízko za sebou. Delší kolony umožní, že každý dálniční pruh unese několikrát větší provoz než dnes, čímž se sníží se počet a velikost dálničních kongescí. Menší vzájemné rozestupy aut v koloně zase sníží aerodynamický odpor na tím jak spotřebu paliva, tak množství výfukových plynů.
… inteligentní dálniční systémy s četami autonomních vozidel jsou jen odkládány na zítřek a čeká se, až bude plně zvládnuto řízení samostatného auta bez řidiče a taková auta budou vyráběna v masovém měřítku
Při studiu přírody a okolního světa se častěji setkáme s problémy analýzy. Chová se hejno ptáků jinak než hejno ryb? A proč? Jsou jednorozměrné sítě horší než vícerozměrné? Zatím se zdá, že ano – ale proč? Sledují ptáci při letu vůdce nebo jen své nejbližší sousedy? A koho má ve formaci sledovat UAV? Mám na křižovatce pozorovat semafor, vozidlo přede mnou nebo obojí? Mám při jízdě v koloně dávat pozor na vedoucí auto, na to těsně přede mnou anebo snad i na to za mnou? Má volba takové strategie vliv na stabilitu kolony, bezpečnost jízdy a propustnost dálnice? V čem jsou si vlastně hejna hus, vlaštovek a kobylek podobná a v čem ne?
Nové problémy, které přitom řešíme, ilustrujme na příkladu automatické kolony aut: Mohu realizovat zjevně výhodnější kolonu aut jedoucích těsně za sebou – jako vagóny ve vlaku – anebo musí být rozestupy velké – jak to učí řidiče autoškola? Vystačí měření rozestupů, nebo se auta musí i domlouvat? A kdo s kým vlastně? Může být v koloně sto aut nebo jen deset? Můžeme míchat osobáky s náklaďáky? A mnohé další.
Další náš tým se zabývá poměrně složitou matematikou řízení kolon aut bez řidičů. Z určitého pohledu by totiž bylo výhodné, kdyby v autech na dálnicích řidiči nebyli. Také by bylo výhodné, kdyby tato auta jezdila mnohem blíž u sebe a také vyšší rychlostí, než dnes. Kupodivu by to bylo bezpečné. Takže my se zabýváme vývojem automatizovaného dálničního systému, který by toto umožnil.
Zatím nás zaujaly formace autonomních dopravních prostředků: aut na dálnici, mobilních robotů v terénu, UAV ve vzduchu a satelitů v kosmu.
Nejzajímavější výsledky
polynomy
Šebek M - Hurák Z: 2-D polynomial approach to control of leader following vehicular platoons. Proceedings of the 18th IFAC World Congress, Milano, I, Aug 28-Sept 2, 2011, 6017-6022.
strategie a laplaciány
Herman I - Martinec D - Hurák Z - Šebek M: Nonzero bound on Fiedler eigenvalue causes exponential growth of H-infinity norm of vehicular platoon. IEEE Transaction on Automatic Control, 60 (8), 2248 - 2253, 2015.
Martinec D - Herman I - Šebek M: On the necessity of symmetric positional coupling for string stability. IEEE Transactions on Control of Network Systems, March 2016.
Herman I - Šebek M: Optimal Distributed Control with Application to Asymmetric Vehicular Platoons. 55th IEEE Conference on Decision and Control - IEEE CDC, Las Vegas, USA, 2016.
Herman I - Martinec D - Šebek M: Zeros of transfer functions in networked control with higher-order dynamics. In Proceedings of the 19th World Congress of the International Federation of Automatic Control, Cape Town, ZA, 9177-9182, 2014.
vlnový přístup
Martinec D - Herman I - Šebek M: Two-sided wave-absorbing control of a heterogeneous vehicular platoon. In Proceedings of the 19th World Congress of the International Federation of Automatic Control, Cape Town, ZA,. 8091-8096, 2014.
Martinec D - Herman I - Šebek M: Travelling waves in a multi-agent system with general graph topology. 5th IFAC Workshop on Distributed Estimation and Control in Networked Systems – NecSys’15, Philadelphia, PA, USA, September, 2015.
Martinec D - Herman I - Hurák Z - Šebek M: Wave-absorbing vehicular platoon controller. European Journal of Control. vol. 20, 5, p. 237-248, 2014.
škálování
Herman I - Martinec D - Hurák Z - Šebek M: Scaling in bidirectional platoons with dynamic controllers and proportional asymmetry. IEEE Transactions on Automatic Control, 62, (4), 2034 - 2040, 2017.
Herman I - Šebek M: Scaling of H-infinity norm in symmetric bidirectional platoons. 6th IFAC Workshop on Distributed Estimation and Control in Networked Systems - NecSys’16, Tokyo, Japan, 2016.