Measurable Safety of Automated Driving Functions in Commercial Motor Vehicles

With the further development of automated driving, the functional performance increases resulting in the need for new and comprehensive testing concepts. This doctoral work aims to enable the transition from quantitative mileage to qualitative test coverage by aggregating the results of both knowledge-based and data-driven test platforms. The validity of the test domain can be extended cost-effectively throughout the software development process to achieve meaningful test termination criteria

Measurable Safety of Automated Driving Functions in Commercial Motor Vehicles - Technological and Methodical Approaches

Fahrerassistenzsysteme sowie automatisiertes Fahren leisten einen wesentlichen Beitrag zur Verbesserung der Verkehrssicherheit von Kraftfahrzeugen, insbesondere von Nutzfahrzeugen. Mit der Weiterentwicklung des automatisierten Fahrens steigt hierbei die funktionale Leistungsfähigkeit, woraus Anforderungen an neue, gesamtheitliche Erprobungskonzepte entstehen. Um die Absicherung höherer Stufen von automatisierten Fahrfunktionen zu garantieren, sind neuartige Verifikations- und Validierungsmethoden erforderlich. Ziel dieser Arbeit ist es, durch die Aggregation von Testergebnissen aus wissensbasierten und datengetriebenen Testplattformen den Übergang von einer quantitativen Kilometerzahl zu einer qualitativen Testabdeckung zu ermöglichen. Die adaptive Testabdeckung zielt somit auf einen Kompromiss zwischen Effizienz- und Effektivitätskriterien für die Absicherung von automatisierten Fahrfunktionen in der Produktentstehung von Nutzfahrzeugen ab. Diese Arbeit umfasst die Konzeption und Implementierung eines modularen Frameworks zur kundenorientierten Absicherung automatisierter Fahrfunktionen mit vertretbarem Aufwand. Ausgehend vom Konfliktmanagement für die Anforderungen der Teststrategie werden hochautomatisierte Testansätze entwickelt. Dementsprechend wird jeder Testansatz mit seinen jeweiligen Testzielen integriert, um die Basis eines kontextgesteuerten Testkonzepts zu realisieren. Die wesentlichen Beiträge dieser Arbeit befassen sich mit vier Schwerpunkten: * Zunächst wird ein Co-Simulationsansatz präsentiert, mit dem sich die Sensoreingänge in einem Hardware-in-the-Loop-Prüfstand mithilfe synthetischer Fahrszenarien simulieren und/ oder stimulieren lassen. Der vorgestellte Aufbau bietet einen phänomenologischen Modellierungsansatz, um einen Kompromiss zwischen der Modellgranularität und dem Rechenaufwand der Echtzeitsimulation zu erreichen. Diese Methode wird für eine modulare Integration von Simulationskomponenten, wie Verkehrssimulation und Fahrdynamik, verwendet, um relevante Phänomene in kritischen Fahrszenarien zu modellieren. * Danach wird ein Messtechnik- und Datenanalysekonzept für die weltweite Absicherung von automatisierten Fahrfunktionen vorgestellt, welches eine Skalierbarkeit zur Aufzeichnung von Fahrzeugsensor- und/ oder Umfeldsensordaten von spezifischen Fahrereignissen einerseits und permanenten Daten zur statistischen Absicherung und Softwareentwicklung andererseits erlaubt. Messdaten aus länderspezifischen Feldversuchen werden aufgezeichnet und zentral in einer Cloud-Datenbank gespeichert. * Anschließend wird ein ontologiebasierter Ansatz zur Integration einer komplementären Wissensquelle aus Feldbeobachtungen in ein Wissensmanagementsystem beschrieben. Die Gruppierung von Aufzeichnungen wird mittels einer ereignisbasierten Zeitreihenanalyse mit hierarchischer Clusterbildung und normalisierter Kreuzkorrelation realisiert. Aus dem extrahierten Cluster und seinem Parameterraum lassen sich die Eintrittswahrscheinlichkeit jedes logischen Szenarios und die Wahrscheinlichkeitsverteilungen der zugehörigen Parameter ableiten. Durch die Korrelationsanalyse von synthetischen und naturalistischen Fahrszenarien wird die anforderungsbasierte Testabdeckung adaptiv und systematisch durch ausführbare Szenario-Spezifikationen erweitert. * Schließlich wird eine prospektive Risikobewertung als invertiertes Konfidenzniveau der messbaren Sicherheit mithilfe von Sensitivitäts- und Zuverlässigkeitsanalysen durchgeführt. Der Versagensbereich kann im Parameterraum identifiziert werden, um die Versagenswahrscheinlichkeit für jedes extrahierte logische Szenario durch verschiedene Stichprobenverfahren, wie beispielsweise die Monte-Carlo-Simulation und Adaptive-Importance-Sampling, vorherzusagen. Dabei führt die geschätzte Wahrscheinlichkeit einer Sicherheitsverletzung für jedes gruppierte logische Szenario zu einer messbaren Sicherheitsvorhersage. Das vorgestellte Framework erlaubt es, die Lücke zwischen wissensbasierten und datengetriebenen Testplattformen zu schließen, um die Wissensbasis für die Abdeckung der Operational Design Domains konsequent zu erweitern. Zusammenfassend zeigen die Ergebnisse den Nutzen und die Herausforderungen des entwickelten Frameworks für messbare Sicherheit durch ein Vertrauensmaß der Risikobewertung. Dies ermöglicht eine kosteneffiziente Erweiterung der Validität der Testdomäne im gesamten Softwareentwicklungsprozess, um die erforderlichen Testabbruchkriterien zu erreichen

Measurable Safety of Automated Driving Functions in Commercial Motor Vehicles

With the further development of automated driving, the functional performance increases resulting in the need for new and comprehensive testing concepts. This doctoral work aims to enable the transition from quantitative mileage to qualitative test coverage by aggregating the results of both knowledge-based and data-driven test platforms. The validity of the test domain can be extended cost-effectively throughout the software development process to achieve meaningful test termination criteria

A Survey on Smart Agriculture: Development Modes, Technologies, and Security and Privacy Challenges

With the deep combination of both modern information technology and traditional agriculture, the era of agriculture 4.0, which takes the form of smart agriculture, has come. Smart agriculture provides solutions for agricultural intelligence and automation. However, information security issues cannot be ignored with the development of agriculture brought by modern information technology. In this paper, three typical development modes of smart agriculture (precision agriculture, facility agriculture, and order agriculture) are presented. Then, 7 key technologies and 11 key applications are derived from the above modes. Based on the above technologies and applications, 6 security and privacy countermeasures (authentication and access control, privacy-preserving, blockchain-based solutions for data integrity, cryptography and key management, physical countermeasures, and intrusion detection systems) are summarized and discussed. Moreover, the security challenges of smart agriculture are analyzed and organized into two aspects: 1) agricultural production, and 2) information technology. Most current research projects have not taken agricultural equipment as potential security threats. Therefore, we did some additional experiments based on solar insecticidal lamps Internet of Things, and the results indicate that agricultural equipment has an impact on agricultural security. Finally, more technologies (5 G communication, fog computing, Internet of Everything, renewable energy management system, software defined network, virtual reality, augmented reality, and cyber security datasets for smart agriculture) are described as the future research directions of smart agriculture

A Survey on Audio-Video based Defect Detection through Deep Learning in Railway Maintenance

Within Artificial Intelligence, Deep Learning (DL) represents a paradigm that has been showing unprecedented performance in image and audio processing by supporting or even replacing humans in defect and anomaly detection. The Railway sector is expected to benefit from DL applications, especially in predictive maintenance applications, where smart audio and video sensors can be leveraged yet kept distinct from safety-critical functions. Such separation is crucial, as it allows for improving system dependability with no impact on its safety certification. This is further supported by the development of DL in other transportation domains, such as automotive and avionics, opening for knowledge transfer opportunities and highlighting the potential of such a paradigm in railways. In order to summarize the recent state-of-the-art while inquiring about future opportunities, this paper reviews DL approaches for the analysis of data generated by acoustic and visual sensors in railway maintenance applications that have been published until August 31st, 2021. In this paper, the current state of the research is investigated and evaluated using a structured and systematic method, in order to highlight promising approaches and successful applications, as well as to identify available datasets, current limitations, open issues, challenges, and recommendations about future research directions

Designing Predictive Maintenance for Agricultural Machines

The Digital Transformation alters business models in all fields of application, but not all industries transform at the same speed. While recent innovations in smart products, big data, and machine learning have profoundly transformed business models in the high-tech sector, less digitalized industries—like agriculture—have only begun to capitalize on these technologies. Inspired by predictive maintenance strategies for industrial equipment, the purpose of this paper is to design, implement, and evaluate a predictive maintenance method for agricultural machines that predicts future defects of a machine’s components, based on a data-driven analysis of service records. An evaluation with 3,407 real-world service records proves that the method predicts damaged parts with a mean accuracy of 86.34%. The artifact is an exaptation of previous design knowledge from high-tech industries to agriculture—a sector in which machines move through rough territory and adverse weather conditions, are utilized extensively for short periods, and do not provide sensor data to service providers. Deployed on a platform, the prediction method enables co-creating a predictive maintenance service that helps farmers to avoid resources shortages during harvest seasons, while service providers can plan and conduct maintenance service preemptively and with increased efficiency

Efficient Decision Support Systems

This series is directed to diverse managerial professionals who are leading the transformation of individual domains by using expert information and domain knowledge to drive decision support systems (DSSs). The series offers a broad range of subjects addressed in specific areas such as health care, business management, banking, agriculture, environmental improvement, natural resource and spatial management, aviation administration, and hybrid applications of information technology aimed to interdisciplinary issues. This book series is composed of three volumes: Volume 1 consists of general concepts and methodology of DSSs; Volume 2 consists of applications of DSSs in the biomedical domain; Volume 3 consists of hybrid applications of DSSs in multidisciplinary domains. The book is shaped upon decision support strategies in the new infrastructure that assists the readers in full use of the creative technology to manipulate input data and to transform information into useful decisions for decision makers

Proceedings of the 2nd Conference on Production Systems and Logistics (CPSL 2021)

Proceedings of the CPSL 202