Parameter-Conditioned Reachable Sets for Updating Safety Assurances Online

要約

ハミルトン・ヤコビ (HJ) 到達可能性分析は、自律システムの安全性を分析するための強力なツールです。
ただし、提供される安全性の保証は、多くの場合、システムまたはその環境が一度導入されると進化しないという前提に基づいています。
ただし、オンラインでは、自律システムはシステムのダイナミクス、制御権限、外乱、周囲環境の変化に遭遇する可能性があり、最新の安全保証が必要になります。
安全性分析を最初からやり直すのではなく (時間もかかり、オンラインで実行するのは困難なことが多い)、\textit{パラメータ条件付き} 到達可能セットを計算することを提案します。
予想されるシステムと環境の変化をパラメータ化できると仮定して、これらのパラメータをシステム内の仮想状態として扱い、高次元の到達可能性分析における最近の進歩を活用して、対応する到達可能性の問題をオフラインで解決します。
これにより、環境およびシステム要因によってパラメーター化された、到達可能なセットのファミリーが生成されます。
オンラインでは、これらの要因が変化すると、システムはこのファミリーの対応する安全機能にクエリを実行するだけでシステムの安全性を確保でき、安全性保証のリアルタイム更新が可能になります。
さまざまなシミュレーション研究を通じて、システムと環境の進化にもかかわらずシステムの安全性を維持するアプローチの能力を実証します。

要約(オリジナル)

Hamilton-Jacobi (HJ) reachability analysis is a powerful tool for analyzing the safety of autonomous systems. However, the provided safety assurances are often predicated on the assumption that once deployed, the system or its environment does not evolve. Online, however, an autonomous system might experience changes in system dynamics, control authority, external disturbances, and/or the surrounding environment, requiring updated safety assurances. Rather than restarting the safety analysis from scratch, which can be time-consuming and often intractable to perform online, we propose to compute \textit{parameter-conditioned} reachable sets. Assuming expected system and environment changes can be parameterized, we treat these parameters as virtual states in the system and leverage recent advances in high-dimensional reachability analysis to solve the corresponding reachability problem offline. This results in a family of reachable sets that is parameterized by the environment and system factors. Online, as these factors change, the system can simply query the corresponding safety function from this family to ensure system safety, enabling a real-time update of the safety assurances. Through various simulation studies, we demonstrate the capability of our approach in maintaining system safety despite the system and environment evolution.

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