In this paper we propose a novel observer-based method to improve the safety and security of connected and automated vehicle (CAV) transportation. The proposed method combines model-based signal filtering and anomaly detection methods. Specifically, we use adaptive extended Kalman filter (AEKF) to smooth sensor readings of a CAV based on a nonlinear car-following motion model. Under the assumption of a car-following model, the subject vehicle utilizes its leading vehicle's information to detect sensor anomalies by employing previously-trained One Class Support Vector Machine (OCSVM) models. This approach allows the AEKF to estimate the state of a vehicle not only based on the vehicle's location and speed, but also by taking into account the state of the surrounding traffic. A communication time delay factor is considered in the car-following model to make it more suitable for real-world applications. Our experiments show that compared with the AEKF with a traditional $\chi^2$-detector, our proposed method achieves a better anomaly detection performance. We also demonstrate that a larger time delay factor has a negative impact on the overall detection performance.


翻译:在本文中,我们提出一种新的观察员为基础的方法,以改善连接和自动化车辆(CAV)运输的安全和安保。拟议方法将基于模型的信号过滤和异常探测方法结合起来。具体地说,我们使用适应性的扩大的Kalman过滤器(AEKF),根据非线性汽车跟踪运动模型,平滑CAV的感应读数。根据汽车跟踪模型的假设,主题车辆利用其主要车辆的信息,通过使用以前受过训练的单级支持矢量机(OCSVM)模型来检测传感器异常。这种方法使AEKF不仅能够根据车辆的位置和速度估计车辆状况,而且能够考虑到周围交通状况。在汽车跟踪模型中考虑通信延迟因素,使其更适合实际应用。我们的实验表明,与传统为$chi%2美元检测元的AEKEKF相比,我们拟议的方法取得了更好的异常检测性。我们还表明,一个较大的时间延迟因素对总体探测性产生了负面影响。

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