×

使用机会约束时序逻辑实现感知不确定性下的安全自主。 (英语) Zbl 1425.93202号

摘要:自动飞行器在航空航天、陆地和海上应用中得到了广泛应用。这些系统通常在不确定环境和存在噪声传感器的情况下运行,并使用机器学习和统计传感器融合算法来形成固有概率的世界内部模型。自动车辆需要使用这种不确定的世界模型进行操作,因此,无法确定其正确性。即使指定了概率正确性,证明自动驾驶车辆能够正确运行也是一个具有挑战性的问题。在本文中,我们通过提出正合自主车辆控制方法。我们提出了时态逻辑的概率扩展,称为机会约束时态逻辑(C2TL),它可以用于在存在不确定性的情况下指定正确性要求。C2TL通过在公式中包含机会约束作为谓词来扩展时序逻辑允许对感知不确定性建模,同时保持其推理的便利性。我们提出了一种新的自动综合技术,该技术将C2TL规范编译成混合整数约束,并使用二阶(二次)锥规划来综合符合C2TL规格的自主车辆的最优控制。我们还提出了一种风险分配方法,可以在不增加总体风险的情况下,以较低的成本合成计划。我们通过一组不同的示例证明了所提方法的有效性。

MSC公司:

93C85号 控制理论中的自动化系统(机器人等)
03B44号 时序逻辑
60年第68季度 规范和验证(程序逻辑、模型检查等)
93亿B50 合成问题
PDF格式BibTeX公司 XML格式引用
全文: DOI程序 链接

参考文献:

[1] Abate,A.,Prandini,M.,Lygeros,J.,Sastry,S.:受控离散时间随机混合系统的概率可达性和安全性。Automatica 44(11),2724-2734(2008)·Zbl 1152.93051号 ·doi:10.1016/j.automatica.2008.03.027
[2] Akametalu,A.K.,Fisac,J.F.,Gillula,J.H.,Kaynama,S.,Zeilinger,M.N.,Tomlin,C.J.:基于可达性的高斯过程安全学习。摘自:第53届IEEE决策与控制会议,第1424-1431页。IEEE(2014)·Zbl 1482.93720号
[3] Andersen,M.S.、Dahl,J.、Vandenberghe,L.:Cvxopt:用于凸优化的python包,版本1.1。6.可从cvxopt获取。组织,(2013)
[4] 奥斯特罗姆,K.J.:随机控制理论导论。Courier Corporation,北切姆斯福德(2012)·Zbl 0226.93027号
[5] Bailey,T.,Durrant Whyte,Hugh:同时定位和映射(slam):第二部分。IEEE机器人。自动。Mag.13(3),108-117(2006)·doi:10.1109/MRA.2006.1678144
[6] Belotti,P.,Lee,J.,Liberti,L.,Margot,F.,Wachter,A.:非凸MINLP的分支和边界收紧技术。最佳方案。方法软件。24, 597-634 (2009) ·Zbl 1179.90237号 ·doi:10.1080/10556780903087124
[7] Berkenkamp,F.,Schoellig,A.P.:高斯过程的安全鲁棒学习控制。在:控制会议(ECC),2015欧洲,第2496-2501页。IEEE(2015)
[8] Bernini,N.、Bertozzi,M.、Castangia,L.、Patander,M.和Sabbatelli,M.:使用立体视觉对自动地面车辆进行实时障碍物检测:一项调查。收录于:ITSC,第873-878页。IEEE(2014)
[9] Broggi,A.等人:VisLab洲际自主挑战中的自主车辆控制。《年度修订控制》36(1),161-171(2012)·doi:10.1016/j.arcontrol.2012.03.012
[10] Cassandras,Christos G.,Lygeros,John:随机混合系统,第24卷。CRC出版社,博卡拉顿(2006)·Zbl 1123.93004号
[11] Charnes,A.、Cooper,W.W.、Symonds,G.H.:成本范围和确定性等价物:热油随机规划方法。管理。科学。4(3), 235-263 (1958) ·doi:10.1287/mnsc.4.235
[12] De Nijs,R.,Ramos,S.,Roig,G.,Boix,X.,Gool,L.V.,Kuhnlenz,K:使用不确定性的在线语义感知。见:《国际税务条例》,第4185-4191页。IEEE(2012)
[13] Devroye,Luc,Györfi,László,Lugosi,Gábor:模式识别的概率理论,第31卷。柏林施普林格出版社(2013)·Zbl 0853.68150号
[14] Dietterich,T.G.,Horvitz,Eric J.:对人工智能关注的兴起:反思和方向。Commun公司。ACM 58(10),38-40(2015)·数字对象标识代码:10.1145/2770869
[15] Donzé,A.,Maler,O.:时间逻辑对实值信号的稳健满足。格式,第92-106页,(2010年)·Zbl 1290.68071号
[16] Fu,J.,Topcu,U.:具有度量区间时序逻辑规范的随机控制的计算方法。收录于:CDC,第7440-7447页,(2015年)
[17] Fu,J.,Topcu,U.:时间逻辑约束下的联合控制和主动传感策略的合成。IEEE传输。自动。控制61(11),3464-3476(2016)·兹比尔1359.68192 ·doi:10.1109/TAC.2016.2518639
[18] Goerzen,C.,Kong,Zhaodan,Mettler,Bernard:从自主无人机制导的角度对运动规划算法进行了调查。J.智力。机器人。系统。57(1-4), 65-100 (2010) ·Zbl 1203.68235号 ·doi:10.1007/s10846-009-9383-1
[19] Huth,Michael,Ryan,Mark:《计算机科学中的逻辑:系统建模和推理》。剑桥大学出版社,剑桥(2004)·兹比尔1073.68001 ·doi:10.1017/CBO9780511810275
[20] Jha,S.,Raman,V.:感知不确定性下安全自动车辆控制的自动合成。收录于:NASA正式方法,第117-132页(2016)
[21] Koutsoukos,X.,Riley,D.:随机混合系统可达性分析的计算方法。收录于:HSCC,第377-391页。柏林施普林格出版社(2006)·Zbl 1178.93027号
[22] Kwiatkowska,M.,Norman,G.,Parker,D.:棱镜:概率符号模型检查器。摘自:《计算机性能评估:建模技术和工具》,第200-204页。柏林施普林格出版社(2002年)·Zbl 1047.68533号
[23] Li,P.,Arellano-Garcia,H.,Wozny,Gnter:不确定性下过程优化的机会约束规划方法。计算。化学。工程32(1-2),25-45(2008)·doi:10.1016/j.compchemeng.2007.05.009
[24] 麦克·克里斯等人:摩尔定律五十年。IEEE传输。半秒。制造24(2),202-207(2011)·文件编号:10.1109/TSM.20.2096437
[25] Martinet,P.,Laugier,C.,Nunes,U.:关于自动车辆感知和导航的特别问题。IEEE机器人。自动。Mag.21(1),26-27(2014)·doi:10.1109/MRA.2014.2301112
[26] Mathys,D.C.等人:感知的不确定性和分层高斯滤波器。前面。嗯,神经科学。8, 825 (2014) ·doi:10.3389/fnhum.2014.00825
[27] McGee,T.G.,Sengupta,R.,Hedrick,K.:使用天空分割的小型自主飞机障碍物检测。收录于:ICRA 2005,第4679-4684页。IEEE(2005)
[28] Miller,Bruce L.,Wagner,Harvey M.:具有联合约束的机会约束规划。操作人员。第13(6)号决议,930-945(1965)·Zbl 0132.40102号 ·数字对象标识代码:10.1287/opre.13.6.930
[29] Mitchell,I.,Tomlin,C.J.:混合系统计算的水平集方法。摘自:混合系统国际研讨会:计算与控制,第310-323页。施普林格,柏林(2000)·Zbl 0952.93006号
[30] Mitchell,Ian M.,Bayen,Alexandre M.,Tomlin,Claire J.:连续动态博弈可达集的含时Hamilton-Jacobi公式。IEEE传输。自动控制50(7),947-957(2005)·Zbl 1366.91022号 ·doi:10.1109/TAC.2005.851439
[31] Patchett,C.,Jump,M.,Fisher,M.:无人机系统的安全和认证。工程技术。参考文献1,1(2015)
[32] 普努利:程序的时序逻辑。载:普罗维登斯,第46-57页(1977年)
[33] Prajna、Stephen、Jadbabaie、Ali、Pappas、George J:使用屏障证书进行最坏情况和随机安全验证的框架。IEEE传输。自动。控制52(8),1415-1428(2007)·Zbl 1366.93711号 ·doi:10.1109/TAC.2007.902736
[34] Prandini,Maria,Jianghai,Hu:随机可达性:理论和数值近似。斯托克。混合系统。自动。控制工程师服务。24, 107-138 (2006) ·Zbl 1130.93050号
[35] 普雷科帕,《安德拉斯:随机编程》,第324卷。柏林施普林格出版社(2013)·Zbl 0863.90116号
[36] Pshikhopov,V.K.,Medvedev,M.Y.,Gaiduk,A.R.,Gurenko,B.V.:自动水下航行器的控制系统设计。参加:2013年拉丁美洲机器人研讨会和竞赛(2013)
[37] Raman,V.,Donzé,A.,Maasoumy,M.,Murray,R.M.,Sangiovanni-Vincentelli,A.L.,Seshia,S.A.:具有信号时序逻辑规范的模型预测控制。美国疾病控制与预防中心,第81-87页(2014)
[38] Raman,V.、Donzé,A.、Sadigh,D.、Murray,R.M.、Seshia,S.A.:基于信号时序逻辑规范的反应合成。收录于:HSCC,第239-248页(2015年)·Zbl 1366.68180号
[39] Rouff、Christopher、Hinchey和Mike:DARPA城市挑战的经验。柏林施普林格出版社(2011)
[40] Rushby,J.:飞机软件认证的新挑战。收录于:EMSOFT,第211-218页。ACM(2011)
[41] Sadigh,D.,Kapoor,A.:概率信号时序逻辑下的不确定性安全控制。In:Robotics:Science and Systems XII(2016年)
[42] Summers,S.,Kamgarpour,M.,Lygeros,J.,Tomlin,C.:具有随机障碍的随机可达无效问题。摘自:《第14届混合系统国际会议论文集:计算与控制》,第251-260页。ACM(2011)·Zbl 1364.93870号
[43] Sun,W.,van den Berg,J.,Alterovitz,R.:《随机扩展LQR:不确定性下基于优化的运动规划》,第609-626页。施普林格,商会(2015)
[44] Svorenova,M.、Kretínskí,J.、Chmelik,M.,Chatterjee,K.、Cerná,I.、Belta,C.:随机线性系统的时间逻辑控制,使用概率博弈的抽象精炼。收录于:HSCC,第259-268页(2015年)·Zbl 1364.93751号
[45] Todorov,E.,Li,W.:约束非线性随机系统局部最优反馈控制的广义迭代LQG方法。摘自:2005年美国控制会议。《2005年会议记录》,第1卷,第300-306页。IEEE(2005)
[46] Vitus,M.:通过机会约束优化的随机控制及其在无人机上的应用。斯坦福大学博士论文(2012)
[47] Vitus,M.P.,Tomlin,C.J.:线性高斯系统的闭环信念空间规划。收录于:ICRA,第2152-2159页。IEEE(2011)
[48] Vitus,M.P.,Tomlin,C.J.:不确定环境中机会约束控制的混合方法。收录于:CDC,第2177-2182页(2012年)
[49] Vitus,M.P.,Tomlin,C.J.:城市自动驾驶中规划和控制的概率方法。收录于:CDC,第2459-2464页(2013年)
[50] Xu,W.、Pan,J.、Wei,J.和Dolan,J.M.:道路自动驾驶的不确定性运动规划。收录于:ICRA,第2507-2512页。IEEE(2014)
此参考列表基于出版商或数字数学图书馆提供的信息。其项与zbMATH标识符进行启发式匹配,可能包含数据转换错误。在某些情况下,zbMATH Open的数据对这些数据进行了补充/增强。这试图尽可能准确地反映原始论文中列出的参考文献,而不要求完整或完全匹配。