In this paper, we address the real-time risk-bounded safety verification problem of continuous-time state trajectories of autonomous systems in the presence of uncertain time-varying nonlinear safety constraints. Risk is defined as the probability of not satisfying the uncertain safety constraints. Existing approaches to address the safety verification problems under uncertainties either are limited to particular classes of uncertainties and safety constraints, e.g., Gaussian uncertainties and linear constraints, or rely on sampling based methods. In this paper, we provide a fast convex algorithm to efficiently evaluate the probabilistic nonlinear safety constraints in the presence of arbitrary probability distributions and long planning horizons in real-time, without the need for uncertainty samples and time discretization. The provided approach verifies the safety of the given state trajectory and its neighborhood (tube) to account for the execution uncertainties and risk. In the provided approach, we first use the moments of the probability distributions of the uncertainties to transform the probabilistic safety constraints into a set of deterministic safety constraints. We then use convex methods based on sum-of-squares polynomials to verify the obtained deterministic safety constraints over the entire planning time horizon without time discretization. To illustrate the performance of the proposed method, we apply the provided method to the safety verification problem of self-driving vehicles and autonomous aerial vehicles.


翻译:在本文中,我们探讨了在时间变化不定的非线性安全限制的情况下,自主系统持续的国家轨迹的实时受风险限制的安全核查问题;将风险定义为不能满足不确定的安全限制的概率; 为解决不确定性下的安全核查问题的现有办法,要么局限于不确定性和安全限制的特定类别,例如高斯的不确定性和线性限制,要么依靠基于取样的方法; 在本文件中,我们提供快速螺旋算法,以有效评估在任意概率分布和长期规划地平线实时出现不稳定性非线性非线性安全限制,而无需进行不确定抽样和时间分解; 所提供的办法核查特定州轨迹及其周边的安全性(图),以考虑到执行的不确定性和风险; 在所提供的办法中,我们首先利用不确定性分布的概率时刻,将概率安全限制转化为一套确定性的安全限制。 我们随后使用基于任意概率分布和长时间实时规划前景的同类方法,不需进行不确定性样本和时间分解; 所提供的办法,用于核实特定州轨迹及其周边(图)的安全性方法; 提供我们所拟的确定性安全度方法,用以核查。

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