The robustness of signal temporal logic not only assesses whether a signal adheres to a specification but also provides a measure of how much a formula is fulfilled or violated. The calculation of robustness is based on evaluating the robustness of underlying predicates. However, the robustness of predicates is usually defined in a model-free way, i.e., without including the system dynamics. Moreover, it is often nontrivial to define the robustness of complicated predicates precisely. To address these issues, we propose a notion of model predictive robustness, which provides a more systematic way of evaluating robustness compared to previous approaches by considering model-based predictions. In particular, we use Gaussian process regression to learn the robustness based on precomputed predictions so that robustness values can be efficiently computed online. We evaluate our approach for the use case of autonomous driving with predicates used in formalized traffic rules on a recorded dataset, which highlights the advantage of our approach compared to traditional approaches in terms of expressiveness. By incorporating our robustness definitions into a trajectory planner, autonomous vehicles obey traffic rules more robustly than human drivers in the dataset.


翻译:信号时间逻辑的稳健性不仅评估信号是否符合规格,而且提供了衡量公式完成或违反程度的尺度。稳健性计算基于对基底上游的稳健性的评估。然而,上游的稳健性通常以无模型的方式界定,即不包括系统动态。此外,准确界定复杂上游的稳健性往往并非易事。为了解决这些问题,我们提出了一个模型预测稳健性概念,它提供了一种比较以往方法更系统的方法,通过考虑基于模型的预测来评估稳健性。特别是,我们利用高斯进程回归法学习基于预先估算的预测的稳健性,以便网上有效计算稳健性值。我们评估了我们使用自主驾驶和在记录数据集正式交通规则中使用的上游的情况,这突出表明了我们的方法与传统方法在明确性方面的优势。通过将我们的稳健性定义纳入轨迹规划器,自主车辆比数据集中的人类驱动器更严格地遵守交通规则。

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