An Ontology-based Approach Towards Traceable Behavior Specifications in Automated Driving

要約

自動運転システムを搭載した公共交通機関の車両には、さまざまな期待が求められます。とりわけ、その動作は安全であり、道路規則に準拠し、ユーザーにモビリティを提供する必要があります。
これは、このようなシステムの開発者にとって課題となります。開発者は、たとえばシステム設計時の要件に関して、この動作を指定する責任があります。
この記事で説明するように、この仕様には常に仮定とトレードオフの必要性が伴います。
その結果、そのような動作仕様に不備が発生し、安全でないシステム動作につながる可能性があります。
仕様の不備の特定をサポートするには、要件とそれぞれの前提を明示する必要があります。
この記事では、自動運転システム搭載車両の動作を指定するためのオントロジーベースのアプローチとして、セマンティック規範動作分析を提案します。
当社はオントロジーを使用して、対象となる運用環境の指定された動作を正式に表現し、指定された動作と対処されたステークホルダーのニーズとの間のトレーサビリティを確立します。
さらに、2 つのシナリオ例を使用して、ドイツの法的文脈における意味規範行動分析の適用を説明し、結果を評価します。
私たちの評価では、動作仕様における前提条件の明示的な文書化が、仕様の不備の特定とその対処の両方をサポートしていることが示されています。
したがって、この記事では、自動運転におけるオントロジーベースの動作仕様を促進するための要件、用語、およびそれに応じた方法論を提供します。

要約(オリジナル)

Vehicles in public traffic that are equipped with Automated Driving Systems are subject to a number of expectations: Among other aspects, their behavior should be safe, conforming to the rules of the road and provide mobility to their users. This poses challenges for the developers of such systems: Developers are responsible for specifying this behavior, for example, in terms of requirements at system design time. As we will discuss in the article, this specification always involves the need for assumptions and trade-offs. As a result, insufficiencies in such a behavior specification can occur that can potentially lead to unsafe system behavior. In order to support the identification of specification insufficiencies, requirements and respective assumptions need to be made explicit. In this article, we propose the Semantic Norm Behavior Analysis as an ontology-based approach to specify the behavior for an Automated Driving System equipped vehicle. We use ontologies to formally represent specified behavior for a targeted operational environment, and to establish traceability between specified behavior and the addressed stakeholder needs. Furthermore, we illustrate the application of the Semantic Norm Behavior Analysis in a German legal context with two example scenarios and evaluate our results. Our evaluation shows that the explicit documentation of assumptions in the behavior specification supports both the identification of specification insufficiencies and their treatment. Therefore, this article provides requirements, terminology and an according methodology to facilitate ontology-based behavior specifications in automated driving.

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