This paper presents an efficient algorithm, naming Centralized Searching and Decentralized Optimization (CSDO), to find feasible solution for large-scale Multi-Vehicle Trajectory Planning (MVTP) problem. Due to the intractable growth of non-convex constraints with the number of agents, exploring various homotopy classes that imply different convex domains, is crucial for finding a feasible solution. However, existing methods struggle to explore various homotopy classes efficiently due to combining it with time-consuming precise trajectory solution finding. CSDO, addresses this limitation by separating them into different levels and integrating an efficient Multi-Agent Path Finding (MAPF) algorithm to search homotopy classes. It first searches for a coarse initial guess using a large search step, identifying a specific homotopy class. Subsequent decentralized Quadratic Programming (QP) refinement processes this guess, resolving minor collisions efficiently. Experimental results demonstrate that CSDO outperforms existing MVTP algorithms in large-scale, high-density scenarios, achieving up to 95% success rate in 50m $\times$ 50m random scenarios around one second. Source codes are released in https://github.com/YangSVM/CSDOTrajectoryPlanning.


翻译:本文提出一种高效算法,称为集中式搜索与分布式优化(CSDO),用于求解大规模多车辆轨迹规划(MVTP)问题的可行解。由于非凸约束随智能体数量呈难处理性增长,探索蕴含不同凸区域的各类同伦类对寻找可行解至关重要。然而,现有方法因将同伦类探索与耗时的精确轨迹求解相耦合,难以高效探索多种同伦类。CSDO通过将二者解耦至不同层级,并集成高效的多智能体路径查找(MAPF)算法搜索同伦类,解决了这一局限。该方法首先采用大搜索步长搜索粗略初始猜测,以确定特定同伦类;随后通过分布式二次规划(QP)细化过程处理该猜测,高效消除微小碰撞。实验结果表明,在50米×50米随机场景中,CSDO在大规模高密度场景下优于现有MVTP算法,可在一秒左右实现高达95%的成功率。源代码发布于https://github.com/YangSVM/CSDOTrajectoryPlanning。

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