包括国立信息研究所信息系统架构科学研究部的Hasuo Ichiro教授、京都大学信息学研究生院信息学助理教授Waga Masaki博士等人在内的一个研究小组，用数学方法制定了ISO 34502中规定的危险场景。这是一项国际标准，规定了自动驾驶系统车辆的安全保障框架，作为先进技术探索性研究的一部分。
这项研究将传统上用英语和其他自然语言描述的危险场景转换成一种称为信号时间逻辑(STL)的形式语言。这修复了可能导致解释差异的危险场景的含义，并为使用危险场景的自动化和简化安全评估任务开辟了道路。
这一成果对自动驾驶车辆的安全保障具有积极作用。它还表明，数学在利用需求方面发挥着重要作用，就像信息系统和人类社会之间的契约一样。
该研究结果于2024年4月9日在第39届ACM/SIGAPP应用计算研讨会(SAC)上发表，这是一个关于信息学应用的国际会议。
要点
- 为了让自动驾驶汽车全面普及，我们必须建立起对它们的社会信任以广泛和详细的安全保证活动为基础。
- 为此，自动驾驶车辆面临的危险场景在ISO 34502中进行了全面定义。由于它们是用自然语言描述的，因此在解释它们的含义时可能会出现差异。用软件工具机械地处理它们也很困难。
- 本研究采用一种称为STL的形式化语言，以数学方式表述ISO 34502中的危险场景。这确定了危险场景的含义，并为mo的自动化和流线型打开了道路监测和其他安全e评估任务。
- 对自动驾驶车辆的安全保障具有积极作用。它还表明，数学可能在社会接受自动驾驶和其他新技术方面发挥重要作用。
要使自动驾驶技术被社会广泛接受，仅仅提高自动驾驶车辆的安全性是不够的。为了说服社会接受在公共道路上行驶的自动驾驶汽车，有必要保证其高度的安全性，并向社会解释这一点。在日本和国外，已经提出了许多不同的安全保证框架。其中，ISO 34502是在日本汽车工业协会的努力下，起源于日本的一个框架。
ISO 34502提供了自动驾驶车辆面临的危险场景的全面列表。它们是基于感知、决策和控制这三个阶段中每一个阶段的危险因素的组合，配备自动驾驶系统的车辆的操作被分为三个阶段。这一立场采取了通过评估在这些危险场景中是否可以采取适当的安全措施来保证自动驾驶车辆安全的方法。
然而，在ISO 34502中，这些危险场景是用自然语言描述的，特别是用英语。这对它们的大规模应用构成了障碍。第一个问题来自于自然语言的模糊性。以“强制变道”为例。对它的确切含义有不同的解释。
第二个问题是软件处理的难度。为了使用危险场景来评估安全性，有必要执行大量的安全评估任务，包括监控以检测危险场景的发生，并创建测试数据来模拟可能发生危险场景的操作条件。我们需要软件将它们自动化。然而，对于使用自然语言描述的危险场景，有必要重新创建软件来从头开始执行每个场景的任务。这需要大量的劳动力。
研究方法与成果
为了解决上述问题，研究小组用数学方法制定了ISO 34502中描述的一些危险情景，特别是那些在决策阶段由危险因素引起的危险情景。这一过程为个别危险情况创造了数学定义，并确定了它们的含义。
本研究采用STL对这些场景进行数学表述。当编写程序时，人们使用一些编程语言，这是一种形式语言。类似地，危险场景用称为STL的正式语言表示。
由于STL词汇表的含义已经用数学方法定义了，所以危险场景的含义也用数学方法定义了。此外，在制定过程中，使用研究组正在开发的交互式工具STL Debugger检查所描述的数学含义是否符合ISO 34502的初衷。
STL中的数学公式也解决了上述第二个问题。有大量的算法可以将STL表示的数据作为输入进行监测并生成测试数据，包括课题组之前的研究结果。目前的研究成果为将这些算法应用于ISO 34502标准下的安全性评价开辟了道路。
前景
STL是一种有望在制造业中得到广泛应用的形式语言。一个基于stl的质量保证软件工具生态系统正在迅速兴起。目前的研究结果将软件生态系统与ISO 34502框架联系起来，以确保自动驾驶车辆的安全。这不仅提高了社会对自动驾驶的接受度，也加速了制造业的自动化和数字化。
同时，人们普遍认为，预期的描述只能由熟悉STL的工程师形式化。这阻碍了STL在工业领域的使用。STL绝不是一种困难的形式语言。即便如此，学习过程与学习一门新的编程语言非常相似。
在研究项目中使用的STL调试器与用于一般编程语言的调试器起着相同的作用。它有助于学习STL的过程和在工业中使用该语言。
本研究采用责任敏感安全(RSS)距离的概念来界定制定过程中的危害概念。RSS作为一种从数学上证明自动驾驶车辆安全性的方法而备受关注。希望目前的研究成果能够进一步证明RSS的实际应用价值。
更一般地说，各种信息系统的属性、需求、规格、预期使用场景等的数学公式有助于澄清含义和自动化数据处理。它具有巨大的工业和社会意义，因为它有助于开发高度可靠和高效的产品。
该研究小组将努力在社会上广泛传播这种特殊形式的数学应用，并加强支持它的技术和软件工具。因此，它将继续其研究工作，以期建立可靠的信息系统并使这些系统得到社会的接受。
Ichiro教授表示:“这项研究的灵感来自于与三菱电机公司的合作。它提出ISO 34502作为STL中需求的数学公式的案例研究，这使得这些成就成为可能。
“自动驾驶系统和生成式人工智能等新信息技术总是面临社会信任问题。换句话说，测试它们是为了看它们是否足够安全，可以被社会接受。在这一过程中，这些信息系统应满足的要求是与社会的契约，是社会信任的基础。研究项目中的数学公式在这方面非常重要。
我们将推进数学技术的研究和开发，以组织信息技术与社会的关系，实现安全地使用信息技术的以人为本的社会。”
更多信息:ISO 34502关键场景的时间逻辑形式化:具有RSS安全距离的模块化结构。第39届ACM/SIGAPP应用计算研讨会(SAC) 2024。引文:自动驾驶系统危险情景的数学公式(2024,4月29日)检索自https://techxplore.com/news/2024-04-mathematical-hazardous-scenarios-automated.html。除为私人学习或研究目的而进行的任何公平交易外，未经书面许可，不得转载任何部分。内容仅供参考之用。
