WO2021038826A1 - State transition model constructing device and autonomous system - Google Patents

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Abstract

Provided are a state transition model constructing device and an autonomous system in which safety is ensured by design and with which it is possible to achieve ease of operation. A state transition model constructing device 02 comprises a spatial division processing unit 0202 which: with respect to a state space in which domains of a system state and an operation environment state are combined, performs spatial division without an overlap on the basis of whether a separation criterion expressing state-to-state homology and heterogeneity is satisfied; allocates, to each state partial closed space obtained by spatial division, binary vector-form symbolized state values combining the truth values of the separation criterion; and associates the transition probability of a pair of state partial closed spaces with a transition relationship between the symbolized state values.

Description

状態遷移モデル構築装置及び自律システムState transition model construction device and autonomous system
 本発明は、状態遷移モデル構築装置及び自律システムに関する。 The present invention relates to a state transition model construction device and an autonomous system.
 自動制御システムは、設計時点で確定した動作前提を満たすように設計または想定された閉鎖環境において、指定された動作命令を達成する方法をpre-programmingされた制御規則に従って受動的に動作するものである。これに対して、自律システムは、経時変化する動作環境に適応して自身の動作目的の達成方法に相当する制御方法を再構築する機能を有していることにより区分される。 An automatic control system passively operates according to pre-programmed control rules in a closed environment designed or envisioned to meet the operating assumptions established at the time of design, in order to achieve the specified operating instructions. is there. On the other hand, an autonomous system is classified by having a function of adapting to an operating environment that changes over time and reconstructing a control method corresponding to a method of achieving its own operating purpose.
 この自律システムのオペレータは適宜動作命令を設定するが、開放動作環境においては制約過多に起因した競合のために前記動作命令が達成できなくなることがある。前記動作前提を逸脱する状況に陥った自動制御システムは、この競合を自力で検知できないため、意図しない動作を招く上、オペレータにとってはその原因を知る手段がなく、そのような状況において誤った動作命令が事態を悪化させることもある。 The operator of this autonomous system sets operation instructions as appropriate, but in an open operating environment, the operation instructions may not be achieved due to conflicts caused by excessive restrictions. An automatic control system that has fallen into a situation that deviates from the above assumptions of operation cannot detect this conflict by itself, which causes an unintended operation, and the operator has no means to know the cause, so that the operation is incorrect in such a situation. Orders can make things worse.
 一方、自律システムは、少なくとも前記競合を正しく検知し、この検出された競合を解消するように適切に動作命令を再設定しなければならない。変化する外部環境に適応するために、動作環境の状態や動作環境のモデルを動的に構築し、動作命令の実現可能性自体の判定や修正をする自律的機能を、設計者に依存しないでランタイムで行うか否か、という観点で、自動制御システムと自律システムは区別される。 On the other hand, the autonomous system must at least correctly detect the conflict and reset the operation instruction appropriately so as to resolve the detected conflict. In order to adapt to the changing external environment, the state of the operating environment and the model of the operating environment are dynamically constructed, and the autonomous function of judging and modifying the feasibility of the operating instruction itself is independent of the designer. An automatic control system and an autonomous system are distinguished from each other in terms of whether or not they are performed at runtime.
 外界認識系、動作環境の状態推定、動作決定、行動制御に代表される、自律システムの主要4機能を実現する際に、自律システム自体の内部モデルだけでなく、外界認識系が取得した動作環境の状態から、後続の動作決定、行動制御に資する外部モデルが必要である。 When realizing the four main functions of the autonomous system represented by the external world recognition system, state estimation of the operating environment, motion determination, and behavior control, not only the internal model of the autonomous system itself, but also the operating environment acquired by the external world recognition system. From the state of, an external model that contributes to subsequent motion determination and behavior control is required.
 例えば、画像認識機能を用いて作業タスクを分類し、所定の動作命令を選択、実行する自動制御システムが知られている。このシステムのオペレータは、後続する作業タスクの履行に必要な前提を整える責任を負っている。例えば、認識対象となる外界オブジェクトの配置や、作業タスクの具体的な実行方法に関する制約条件などである。これらは、閉鎖環境で動作する限りは正しく機能するが、想定前提に整合するように環境が整えられていない場合には、意図しない挙動をするにも関わらず、自力でその原因を解析し、修正することが出来ない。 For example, there is known an automatic control system that classifies work tasks using an image recognition function, selects and executes predetermined operation commands. The operator of this system is responsible for making the necessary assumptions for the performance of subsequent work tasks. For example, there are constraints on the arrangement of external objects to be recognized and the specific execution method of work tasks. These work properly as long as they operate in a closed environment, but if the environment is not prepared to match the assumed assumptions, they will analyze the cause on their own, despite unintended behavior. It cannot be corrected.
 システム制御に用いる内部及び外部モデルに記述されるべき情報も偏在している。特に、システム内部状態のダイナミクスとそれを引き起こす作用手段(アクチュエータ)に関する経時的な因果関係を記述した内部モデルは周知される一方で、動作環境における自律システムを特徴付ける外部状態や、動作環境に対する自律システムからの作用とその結果として引き起こされる外部状態の変化に関する経時的因果関係を記述した外部モデルの体系的な構築手段が研究されていない。 Information to be described in the internal and external models used for system control is also unevenly distributed. In particular, while the internal model that describes the dynamics of the internal state of the system and the causal relationship over time regarding the means of action (actuator) that causes it is well known, the external state that characterizes the autonomous system in the operating environment and the autonomous system for the operating environment The means of systematically constructing an external model that describes the causal relationship over time with respect to the action from and the resulting changes in the external state have not been studied.
 外部環境を特徴付ける外部状態は、短期間では有界な範囲でしか変化しないという意味で予測可能であるが、決定論的に経時変化を高精度で予測できるわけではないという意味で不定性が潜在している。 The external state that characterizes the external environment is predictable in the sense that it changes only within a bounded range in a short period of time, but it has potential indeterminacy in the sense that it cannot deterministically predict changes over time with high accuracy. doing.
 モデルベース制御の様々な手法は検討されてきたが、内部/外部を問わず、モデル自体の不備がシステムレベルでは単一故障点になるという事実は、当然のことと理解されつつも、このモデルエラーへの具体的な対処法は十分に検討されていない。耐故障機能を実現する標準的な手順に従うならば、モデルエラーの検出、エラー箇所の同定、モデルの再構築までのFDIR(Fault Detection, Identification, and Recovery)だけでなく、再構築後モデルの検証、つまり再構築したはずのモデルに別の不具合を混入させなかったことを確認する手段等が少なくとも必要である。 Various methods of model-based control have been studied, but the fact that a defect in the model itself, whether internal or external, is a single point of failure at the system level is taken for granted, but this model Specific measures to deal with the error have not been fully considered. If you follow the standard procedure to realize the fault tolerance function, not only FDIR (Fault Detection, Identification, and Recovery) until model error detection, error location identification, and model reconstruction, but also post-reconstruction model verification, In other words, at least a means to confirm that another defect was not mixed in the model that should have been reconstructed is necessary.
 しかし、モデル自体の不備に対処するためのこれらFDIR機能が欠けているどころか、通常の異常処理に関するFDIR処理にすら、我々は、モデルを用いている。例えば、内部状態の計測値が異常値になる事象は相応の頻度で発生するが、我々は多重化・冗長化で対処できない場合にはモデルベース異常検知手法を用いる。 However, we are using the model not only for these FDIR functions to deal with the deficiencies of the model itself, but also for the FDIR processing related to normal exception handling. For example, an event in which the measured value of the internal state becomes an abnormal value occurs at a reasonable frequency, but we use a model-based anomaly detection method when it cannot be dealt with by multiplexing / redundancy.
 標準的な状態推定手法によると、計測値に対する有界の外乱が、想定した確率定常過程に従うとする前提を拘束条件として、前記内部モデルを基準としたカルマンフィルタを設計し、乖離度の統計的頻度に関する閾値を用いて異常検出をし、この閾値を正常/異常状態の境界とした前記参照モデルに記述するという形で内部モデルおよび参照モデルが用いられる。そのため、モデルエラーの可能性が排除できない場合には、計測値異常とモデルエラーを原理的に区別できない。 According to the standard state estimation method, a Kalman filter based on the internal model is designed based on the assumption that the bounded disturbance to the measured value follows the assumed stationary process of probability, and the statistical frequency of the degree of deviation is statistical. The internal model and the reference model are used in the form of detecting an abnormality using the threshold value related to the above and describing the threshold value in the reference model as the boundary between the normal / abnormal state. Therefore, if the possibility of a model error cannot be ruled out, it is not possible to distinguish between a measured value abnormality and a model error in principle.
 モデルエラーでないという前提が正しいとみなしており、その限りにおいて、計測値異常に対処するFDIR処理が正しく機能するという意味で、前記モデルエラーは単一故障点である。高安全システムのFDIR機能はこのような隠れた前提の上に構築されている事は周知されていない。 The premise that it is not a model error is considered to be correct, and to that extent, the model error is a single point of failure in the sense that the FDIR process for dealing with the measured value abnormality functions correctly. It is not well known that the FDIR function of a high safety system is built on such a hidden premise.
 前記内部モデル、外部モデル、及び参照モデルは別々に手動設計されてきた。通常の制御機能に際しては内部モデルと外部モデルを援用して、所定の動作命令を実現する計画動作を算出し、計画動作自体の安全性/正常性の判定に前記参照モデルを援用するのであるから、3種のモデルの不整合が潜在している場合には、その原因を一意に特定することが出来ない。この点も周知されていない。元来、所定の機能要件は、このモデルの正常状態間の遷移を表現し、安全要件は、正常/異常状態の境界を表現するべきである。 The internal model, external model, and reference model have been manually designed separately. This is because the internal model and the external model are used for the normal control function to calculate the planned operation that realizes the predetermined operation instruction, and the reference model is used to judge the safety / normality of the planned operation itself. When the inconsistency of the three types of models is latent, the cause cannot be uniquely identified. This point is also not well known. Originally, a given functional requirement should represent the transition between normal states of this model, and a safety requirement should represent the boundary between normal and abnormal states.
 モデルエラー及びモデル間の不整合は、オペレータによる操作ミスも引き起こす。自律システムに設定した動作命令が何らかの競合のために実現不可能であることを通知されたオペレータは、動作命令または3種のモデル間の不整合を知ることが出来るだけである。3種のモデルの内、正しいとみなした箇所とエラーがある箇所を選択しなければ、一意にモデルエラーの修正または代替動作命令を決める事は困難である。 Model errors and inconsistencies between models also cause operational mistakes by the operator. The operator who is informed that the operation instruction set in the autonomous system is not feasible due to some conflict can only know the operation instruction or the inconsistency between the three models. It is difficult to uniquely determine the correction of the model error or the alternative operation instruction unless the part considered to be correct and the part with the error are selected from the three types of models.
 モデルベース制御設計を実践するエンジニアは、システム内外に潜在するモデルエラーを、精度(lack of precision)、モデル構造(mismatched model structure)、非定常外乱(non-stationary stochastic factor)の問題とみなし、parameter optimizationを主とするモデル適合問題に帰着させて対処してきた。そのため、モデル不完全性に起因した前記のようなハザード発生リスクは依然として潜在している。 Engineers who practice model-based control design consider model errors that are latent inside and outside the system to be problems of accuracy (lack of precision), model structure (mismatched model structure), and unsteady disturbance (non-stationary stochastic factor), and parameter. We have dealt with the problem of model conformance, mainly optimization. Therefore, the risk of hazards as described above due to model incompleteness is still latent.
 また、モデル自体の正しさは、それ自体の整合性だけでは判定できない点は周知されていない。すなわち、そのモデルを用いて入出力データ列を生成して、モデルに基づいて予測される事象と実際に観測された事象を比較することで初めてモデルエラーを正しく判定できる。しかし、この点は周知されていない。 Also, it is not well known that the correctness of the model itself cannot be judged only by the consistency of the model itself. That is, the model error can be correctly determined only by generating an input / output data string using the model and comparing the event predicted based on the model with the event actually observed. However, this point is not well known.
 例えば特許文献1には、形式手法に基づいた低次元化及びインデックスの割当による、モデル検査用のモデルを構築する方法が開示されているが、前記モデル検査用モデルの構築過程の不備に対して、前記モデル検査の実行結果は脆弱であり、実際に検査対象とするコンピュータプログラムを網羅的に実行して整合性を担保しなければならない。 For example, Patent Document 1 discloses a method of constructing a model for model checking by lowering the dimension and assigning an index based on a formal method, but with respect to the deficiency in the process of constructing the model checking model. , The execution result of the model checking is fragile, and it is necessary to comprehensively execute the computer program to be actually checked to ensure the consistency.
 また、モデルの正しさを判定する際に用いる機能要件や安全条件がすべて正しく記述されているわけではなく、モデルの不備を設計時点ですべて見出すのが困難である点も周知されていない。当業者は経験的に、実際に入出力データ列を収集して、人力で正常または異常の判定をする過程で、前記機能要件や安全要件の不備、不足を発見して設計を修正する。 Also, it is not well known that not all functional requirements and safety conditions used to judge the correctness of a model are correctly described, and it is difficult to find all deficiencies in a model at the time of design. Those skilled in the art will empirically correct the design by discovering deficiencies and deficiencies in the functional requirements and safety requirements in the process of actually collecting input / output data strings and manually determining normality or abnormality.
 特許文献2では、入出力データ列を生成するプログラムの仕様を事前条件とし、正しい挙動を定義した事後条件から前記仕様を逆推定する問題を充足可能性判定問題に還元して解く手法が開示されている。この開示内容でも、実際に入出力データ列に基づき、前記機能要件および安全条件の不備を見出すことが出来ていない。事後条件に不備がある場合には、前記事前条件が存在しない場合もあるが、これに対処できない。 Patent Document 2 discloses a method in which the specification of a program that generates an input / output data string is set as a precondition, and the problem of back-estimating the specification from a postcondition that defines correct behavior is reduced to a satisfiability determination problem and solved. ing. Even in this disclosure content, the deficiencies in the functional requirements and safety conditions cannot be found based on the input / output data strings. If the post-condition is inadequate, the pre-condition may not exist, but this cannot be dealt with.
 特に開放動作環境で動作する自律システムは、計測系が収集したデータを改変できないため、その制御システムは、稼動時点で異常な入力とみなされる、事前条件に違反する入力値に対処しなければならない。当業者は何かしらの入力値チェックをすることで、手動で事前条件を改良しているが、これは、実務的観点からも、所与の不完全な事後条件だけから、事前条件を正しく逆推定することが難しいことを示唆している。 In particular, autonomous systems operating in an open operating environment cannot modify the data collected by the measurement system, so the control system must deal with input values that violate prior conditions, which are considered abnormal inputs at the time of operation. .. Those skilled in the art manually improve the preconditions by checking some input values, but from a practical point of view, this correctly reverses the preconditions only from the given incomplete postconditions. It suggests that it is difficult to do.
 そもそも、前記3種のモデルは、経時変化する動作環境を恣意的に低次元化したに過ぎず、モデル高次元化・詳細化ではこれらを確実に除去できない。逆に、モデル表現に要するデータ量の多項式的増加を招く。また、制御に資する内部および外部モデルは、計画動作が引き起こす将来の状態を推論し、またそれが所定の安全要件を満たすことの論拠とする為に必須である。 In the first place, the above-mentioned three types of models merely arbitrarily reduce the dimension of the operating environment that changes over time, and these cannot be reliably removed by increasing the dimension and refining the model. On the contrary, it causes a polynomial increase in the amount of data required for model representation. Also, internal and external models that contribute to control are essential to infer the future state caused by the planned operation and to argue that it meets certain safety requirements.
 少なくとも、経時変化や不定性を内包した有界性が、モデルが過不足なく記述しておくべき情報である。併せて、稼働時点で収集可能な、短・中期的に時不変であることが確認された情報を用いて、前記有界な範囲におけるモデルの精度を改善して前記経時変化に対応するのが妥当である。 At least, the boundedness that includes changes over time and indefiniteness is the information that the model should describe in just proportion. At the same time, it is possible to improve the accuracy of the model in the bounded range and respond to the change over time by using the information that can be collected at the time of operation and confirmed to be time-invariant in the short and medium term. It is reasonable.
特開2013-45269号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2013-45269 特開2015-114898号公報JP-A-2015-114988
 自律システムの前記内部モデル、前記外部モデル、およびシステムの正常/安全状態を特徴付ける前記参照モデルの構築手段であって、通常の制御機能、つまり所定の動作命令を実現する制御処理と、異常発生時のFDIR処理が自然に行えるようなモデル構築手段が必要である。 A means for constructing the internal model of the autonomous system, the external model, and the reference model that characterizes the normal / safe state of the system, and is a normal control function, that is, a control process that realizes a predetermined operation command, and an abnormality occurs. There is a need for a model construction means that can naturally perform the FDIR processing.
 自律システムの制御規則も、パッチワークされたこれら3種の関係性とは別に設計されてきたため、各々のモデルの不完全性に起因した不具合と、正しく設計された前記制御規則がモデル間の不整合に起因した不具合とを区別することが出来ない。この不整合は、動作命令の実現可能性を判定する際に競合として検知される。 The control rules for autonomous systems have also been designed separately from these three patchwork relationships, so defects due to imperfections in each model and the correctly designed control rules are not between models. It is not possible to distinguish it from a defect caused by matching. This inconsistency is detected as a conflict when determining the feasibility of an operation instruction.
 この自律システムの運用に携わるオペレータは、これら不完全性を前にして正しい制御命令を再設定しなければならないが、システムの複雑大規模化に対処できるような操作容易性を維持するのは難しい。そのため、自律システムの制御機能自体が、ハザードリスクに関係した複雑性の処理、つまり前記競合を検出して、前記モデル不備、特にモデル間不整合に対処するFDIR機能と整合するような制御手段が必要である。 Operators involved in the operation of this autonomous system must reset the correct control instructions in the face of these imperfections, but it is difficult to maintain the ease of operation that can cope with the complex and large scale of the system. .. Therefore, the control function of the autonomous system itself is a control means that handles the complexity related to hazard risk, that is, is consistent with the FDIR function of detecting the conflict and dealing with the model deficiency, particularly the inter-model inconsistency. is necessary.
 本発明は上記の課題に鑑みてなされたもので、安全性が設計により担保されつつ、操作容易性が実現可能な状態遷移モデル構築装置及び自律システムを提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a state transition model construction device and an autonomous system that can realize operability while ensuring safety by design.
 上記課題を解決すべく、本発明の一つの観点に従う状態遷移モデル構築装置は、システムの状態と動作環境の状態の定義域を併合した状態空間に対して、状態間の同族性および異種性を表現した分離基準の充足可否に基づいて重複なく空間分割を行い、空間分割により得られた各状態部分閉空間に対して分離基準の真偽値を併合した2値ベクタ形式のシンボル化状態値を割当て、状態部分閉空間の対の遷移可能性を、シンボル化状態値間の遷移関係と対応付ける空間分割処理部を有する。 In order to solve the above problem, the state transition model construction device according to one viewpoint of the present invention provides homogeneity and heterogeneity between states with respect to the state space in which the definition areas of the state of the system and the state of the operating environment are merged. Spatial division is performed without duplication based on whether the expressed separation criteria are satisfied, and the symbolized state values in binary vector format are obtained by merging the truth values of the separation criteria for each state partially closed space obtained by the spatial division. It has a space division processing unit that associates the transition possibility of a pair of allocation and state partial closed spaces with the transition relationship between symbolized state values.
 本発明によれば、安全性が設計により担保されつつ、操作容易性が実現可能な状態遷移モデル構築装置及び自律システムを実現することができる。 According to the present invention, it is possible to realize a state transition model construction device and an autonomous system that can realize operability while ensuring safety by design.
実施例1に係る状態遷移モデル構築装置により空間分割された状態空間の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the state space which was space-divided by the state transition model construction apparatus which concerns on Example 1. FIG. 実施例1に係る状態遷移モデル構築装置の概略構成を示す図である。It is a figure which shows the schematic structure of the state transition model construction apparatus which concerns on Example 1. FIG. 実施例1に係る状態遷移モデル構築装置により生成される遷移元シンボル状態値、遷移先シンボル状態値、および遷移関係に関する拘束条件、および分離基準の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the transition source symbol state value, the transition destination symbol state value, the constraint condition about the transition relation, and the separation standard generated by the state transition model construction apparatus which concerns on Example 1. FIG. 実施例1に係る状態遷移モデル構築装置のシンボル化状態値変換部の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the symbolized state value conversion part of the state transition model construction apparatus which concerns on Example 1. FIG. 実施例1に係る状態遷移モデル構築装置に用いられるシンボル化状態値リストの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the symbolized state value list used for the state transition model construction apparatus which concerns on Example 1. FIG. 実施例1に係る状態遷移モデル構築装置に用いられる関数の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the function used in the state transition model construction apparatus which concerns on Example 1. FIG. 実施例1に係る状態遷移モデル構築装置に用いられる関数の他の例を示す図である。It is a figure which shows another example of the function used in the state transition model construction apparatus which concerns on Example 1. FIG. 実施例1に係るシンボル化状態値変換部の動作の一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the operation of the symbolization state value conversion part which concerns on Example 1. FIG. 実施例1に係る自律システムを構成する計画動作列生成部の概略構成を示す図である。It is a figure which shows the schematic structure of the planned operation train generation part which constitutes the autonomous system which concerns on Example 1. FIG. 実施例1に係る自律システムを構成する計画動作列算出部の動作の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the operation of the planned operation sequence calculation part which constitutes the autonomous system which concerns on Example 1. FIG. 実施例1に係る自律システムを構成するモデル整合性監視部の概略構成を示す図である。It is a figure which shows the schematic structure of the model consistency monitoring part which comprises the autonomous system which concerns on Example 1. FIG. 実施例1に係る自律システムを構成するシンボル化状態値照合部の動作の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the operation of the symbolized state value collation part which constitutes the autonomous system which concerns on Example 1. FIG. 実施例1に係る自律システムの概略構成を示す図である。It is a figure which shows the schematic structure of the autonomous system which concerns on Example 1. FIG. 実施例2に係る状態遷移モデル構築装置が適用されるモデルの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the model to which the state transition model construction apparatus which concerns on Example 2 is applied. 実施例2に係る状態遷移モデル構築装置による空間分割の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the space division by the state transition model construction apparatus which concerns on Example 2. FIG. 実施例2に係る状態遷移モデル構築装置の2値ベクタ変換部の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the binary vector conversion part of the state transition model construction apparatus which concerns on Example 2. FIG. 実施例2に係る状態遷移モデル構築装置による空間分割の他の例を示す図である。It is a figure which shows another example of space division by the state transition model construction apparatus which concerns on Example 2. FIG. 実施例2に係る状態遷移モデル構築装置の2値ベクタ変換部の他の例を示す図である。It is a figure which shows another example of the binary vector conversion part of the state transition model construction apparatus which concerns on Example 2. FIG. 実施例2に係る状態遷移モデル構築装置による空間分割のまた他の例を示す図である。It is a figure which shows another example of space division by the state transition model construction apparatus which concerns on Example 2. FIG. 実施例2に係る状態遷移モデル構築装置のまた他の例であるLIDARデータ列用モデル構築部を示す図である。It is a figure which shows the model building part for the lidar data string which is another example of the state transition model building apparatus which concerns on Example 2. FIG. 実施例2に係る状態遷移モデル構築装置のLIDARデータ列用モデル構築部の動作の一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the operation of the model construction part for lidar data string of the state transition model construction apparatus which concerns on Example 2. FIG. 実施例2に係るLIDARデータ列用モデル構築部の空間分割処理部の動作手順を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the operation procedure of the space division processing part of the model construction part for lidar data string which concerns on Example 2. FIG. 実施例2に係る状態遷移モデル構築装置による空間分割のさらに他の例を示す図である。It is a figure which shows still another example of space division by the state transition model construction apparatus which concerns on Example 2. FIG. 実施例2に係る状態遷移モデル構築装置のさらに他の例であるカメラデータ列用モデル構築部を示す図である。It is a figure which shows the model building part for a camera data string which is still another example of the state transition model building apparatus which concerns on Example 2. FIG. 実施例2に係る状態遷移モデル構築装置による空間分割をまとめて示した図である。It is a figure which showed the space division by the state transition model construction apparatus which concerns on Example 2 collectively. 実施例2に係る状態遷移モデル構築装置によるシンボル化状態値の各成分の対応関係を示す図である。It is a figure which shows the correspondence relation of each component of the symbolized state value by the state transition model construction apparatus which concerns on Example 2. FIG. 実施例2に係る状態遷移モデル構築装置のシンボル化状態値変換部の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the symbolized state value conversion part of the state transition model construction apparatus which concerns on Example 2. FIG. 実施例2に係る自律システムを構成する計画動作列生成部の概略構成を示す図である。It is a figure which shows the schematic structure of the planned operation train generation part which comprises the autonomous system which concerns on Example 2. FIG. 実施例2に係る自律システムの制約式ソルバが受け取る未定変数群及びそれに対する制約式のリストの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the undecided variable group received by the constraint expression solver of the autonomous system which concerns on Example 2, and the list of the constraint expression for it. 実施例2に係る状態遷移モデル構築装置が適用されるモデルの他の例を示す図である。It is a figure which shows another example of the model to which the state transition model construction apparatus which concerns on Example 2 is applied.
 以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下に説明する実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではなく、また実施形態の中で説明されている諸要素及びその組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. It should be noted that the embodiments described below do not limit the invention according to the claims, and all of the elements and combinations thereof described in the embodiments are indispensable for the means for solving the invention. Is not always.
 本実施形態の状態遷移モデル構築装置及び自律システムは、一例として次のような構成を有する。 The state transition model construction device and the autonomous system of this embodiment have the following configurations as an example.
 本実施例の状態遷移モデル構築装置は、自律システムの内部状態、外部状態を併合した状態値ベクタの属する状態空間を空間分割するものであって、状態値ベクタ間の同族性、異種性に関する判定基準が、個々の状態部分閉空間を特徴付ける分離面となるようにした状態部分閉空間群に分解する方法を用いる。前記の状態ベクタ間の同族性、異種性を区別する分離基準として、動作時前提、安全要件、および機能要件を用いるのがよい。各要件の充足可否に基づいて2値ベクタであるシンボル化状態値を計算して、異なるシンボル化状態値となる2つの状態部分閉空間が分離されるようにする。状態値ベクタのサンプルリストがある場合、ラベル値を付与し、異なるラベル値となる状態部分閉空間が分離されるような空間分割手法を用いる。 The state transition model construction device of this embodiment spatially divides the state space to which the state value vector that merges the internal state and the external state of the autonomous system belongs, and determines the homogeneity and heterogeneity between the state value vectors. A method is used in which the reference is decomposed into a state partial closed space group so as to be a separation surface that characterizes each state partial closed space. It is preferable to use operating assumptions, safety requirements, and functional requirements as separation criteria for distinguishing homogeneity and heterogeneity between the state vectors. A symbolized state value, which is a binary vector, is calculated based on whether or not each requirement is satisfied so that two state partially closed spaces having different symbolized state values are separated. If there is a sample list of state value vectors, a space division method is used in which label values are assigned and state partially closed spaces with different label values are separated.
 更に、状態部分閉空間の遷移可能性に関する判定基準を用いて、遷移関係を限定した離散状態遷移モデル表現によるモデル構築を行う。同様に、その判定基準として、動作時前提、安全要件、および機能要件を用いるのがよい。 Furthermore, a model is constructed by a discrete state transition model representation that limits the transition relationship, using the criteria for the transition possibility of the partially closed space. Similarly, operating assumptions, safety requirements, and functional requirements should be used as the criteria.
 N個の状態部分閉空間に空間分割された場合、遷移関係はN*(N-1)経路ある。この遷移関係の区分は、前記状態部分閉空間の分割基準に準じる。 When the space is divided into N state partially closed spaces, the transition relationship is N * (N-1) path. The classification of this transition relationship conforms to the division standard of the state partially closed space.
 まず、機能要件が規定する状態部分閉空間対の遷移関係は登録する。状態部分閉空間の数Nが大きくなる場合には、手動登録は難しいので、実際の稼動ログを収集して、遷移関係が観測された経路を自動登録していくのがよい。分離基準に、動的に取得した外部状態値を引数とする場合には、この空間分割は動作中に行わなければ成らないことに留意されたい。 First, register the transition relationship of the state partially closed space pair specified by the functional requirements. When the number N of the state partially closed spaces becomes large, manual registration is difficult, so it is better to collect the actual operation log and automatically register the route in which the transition relationship is observed. Note that this spatial division must be done during operation if the separation criterion takes a dynamically acquired external state value as an argument.
 動作時前提を満たさない状態部分閉空間と動作時前提を満たす状態部分閉空間の間の遷移は動作時前提違反であり、実際には起こらないと見切っているので除外する。 The transition between the state partially closed space that does not satisfy the operating premise and the state partially closed space that satisfies the operating premise is a violation of the operating premise, and it is excluded because it is considered that it will not actually occur.
 実際にこの遷移が観測された場合には、システムは停止またはリカバリ処理をしなければならない。この判定処理が、動作前提違反に対するFDIR機能になっている。 When this transition is actually observed, the system must be stopped or recovered. This determination process is an FDIR function for violations of operating assumptions.
 発生後には、動作時前提に対応する空間分割基準を更新することで、モデル自体の不備に対するFDIR機能に相当する。これはランタイムに実行しても良いが、想定前提を満たす状態部分閉空間に引き戻す制御動作の正当性が欠けているため、不確実である。 After the occurrence, by updating the spatial division standard corresponding to the premise at the time of operation, it corresponds to the FDIR function for the defect of the model itself. This may be done at runtime, but it is uncertain due to the lack of legitimacy of the control action of pulling back to a partially closed space that meets the assumptions.
 安全要件を満たす状態部分閉空間から安全要件を満たさない状態部分閉空間への遷移は不安全制御動作とみなして除外する。 The transition from a partially closed space that meets the safety requirements to a partially closed space that does not meet the safety requirements is regarded as an unsafe control operation and excluded.
 実際にこの遷移が観測された場合、オペレータの操作ミスである場合には正しく検出できる。オペレータが安全要件を満たすように制御命令を設定した場合には、意図しない不安全制御をしたように見える。遷移先の状態部分閉空間から安全要件を満たす状態部分閉空間に引き戻す回復制御命令に切り替えることがFDIR機能に相当する。 When this transition is actually observed, it can be detected correctly if it is an operator operation error. When the operator sets the control instructions to meet the safety requirements, it appears that unintended unsafe control has been performed. Switching from the state partially closed space of the transition destination to the recovery control command for returning to the state partially closed space satisfying the safety requirement corresponds to the FDIR function.
 発生後には、実際の状態値ベクタのログおよび、既存の稼動ログの内遷移元状態部分閉空間に属する状態値ベクタ列を空間分割する。これがモデルの空間分割の不備に対処するFDIR機能に相当する。 After the occurrence, the log of the actual state value vector and the state value vector string belonging to the internal transition source state partially closed space of the existing operation log are spatially divided. This corresponds to the FDIR function that addresses the deficiencies in the spatial division of the model.
 この際、動作時前提を満たすが前記安全要件を満たさない状態部分空間から安全要件を満たす状態部分空間への遷移に相当するリカバリ処理経路が少なくともひとつ以上あるか否かを判定する。これが存在しないような遷移元状態部分閉空間は、安全要件を満たす状態部分閉空間群から除外する。 At this time, it is determined whether or not there is at least one recovery processing path corresponding to the transition from the state subspace that satisfies the operating premise but does not satisfy the safety requirement to the state subspace that satisfies the safety requirement. Transition source state partially closed spaces that do not exist are excluded from the state partially closed space group that meets the safety requirements.
 実システムの稼動データを各状態部分閉空間ごとに区分し、状態ベクタの局在性が見出された場合には、有界な部分閉空間を同定することで、更にモデルの精度を改善できる場合が多い。これは通常のシステム同定と同じ問題に相当するが、経時変化する動作環境の有界性を担保した低次元化手法であって、動的に更新可能になっている。 The accuracy of the model can be further improved by classifying the operation data of the actual system for each state partially closed space and identifying the bounded partially closed space when the localization of the state vector is found. In many cases. This corresponds to the same problem as normal system identification, but it is a low-dimensional method that guarantees the boundedness of the operating environment that changes over time, and can be dynamically updated.
 以上の状態遷移モデル構築装置による状態遷移モデル構築手順は、動作時前提、機能要件、安全要件及び稼動データ群から、離散状態遷移モデルを構築する順変換処理と理解される。自律システムの制御機能この逆変換を行い、動作時前提、機能要件および安全要件を満たす稼動データを生成するような、制御入力を逆算することに相当する。 The above state transition model construction procedure by the state transition model construction device is understood as a forward conversion process for constructing a discrete state transition model from operation assumptions, functional requirements, safety requirements, and operation data groups. Autonomous system control function This is equivalent to back-calculating the control input that performs this inverse conversion and generates operating data that meets the operating assumptions, functional requirements, and safety requirements.
 状態値ベクタは、どの状態部分閉空間に属するかという観点で低次元化され、システムの動的挙動の表現は、状態部分閉空間の間の遷移列に低次元化される。そのため、オペレータは、この遷移列に対する拘束条件を設定することで以って動作命令を表現すればよい。元々の状態値ベクタ列を未定変数として、前記遷移列の構成要素となる状態部分閉空間の分離面を拘束条件とした充足可能性判定問題(SAT:satisfiability problem)または制約条件充足問題(CSP:Constraint satisfaction problem)に還元して、前記状態値ベクタの内の内部状態値の一部である制御入力値の充足解が、その逆算解になる。 The state value vector is reduced in dimension from the viewpoint of which state partially closed space it belongs to, and the representation of the dynamic behavior of the system is reduced in the transition sequence between the state partially closed spaces. Therefore, the operator may express the operation instruction by setting the constraint condition for this transition sequence. A satisfiability problem (SAT: satisfiability problem) or a constraint satisfaction problem (CSP: CSP:) with the original state value vector sequence as an undecided variable and the separation surface of the state partially closed space that is a component of the transition sequence as a constraint condition. It is reduced to Constraint satisfaction problem), and the satisfied solution of the control input value which is a part of the internal state value in the state value vector becomes the inverse calculation solution.
 このSAT/CSPが充足不能である場合は、二つある。 If this SAT / CSP is unsatisfactory, there are two.
 第一に、動作命令を充足するような、状態部分閉空間間の遷移列が存在しない場合である。これを不正命令として検出することが、オペレータの設定ミスに対するFDIR機能になっている。 First, there is no transition sequence between state partially closed spaces that satisfies the operation instruction. Detecting this as an illegal command is an FDIR function for operator setting mistakes.
 第二には、前記遷移列が存在するにも関わらず、前記SAT/CSPの充足解が存在しない場合である。動作命令に不備がない場合、これはモデルエラーである。充足解がない場合には、合する拘束条件対を解析できるため、モデルエラーを引き起こす要因を限定できて、これがモデルエラーに対するFDIR機能になっている。 The second is the case where the SAT / CSP satisfying solution does not exist even though the transition sequence exists. If the operation instruction is complete, this is a model error. When there is no satisfying solution, the matching constraint pair can be analyzed, so that the factors that cause the model error can be limited, and this is the FDIR function for the model error.
 図1は、実施例1に係る状態遷移モデル構築装置により空間分割された状態空間の一例を示す図である。より詳細には、図1は、動作時前提、安全要件、機能要件を分離基準として、状態空間分割を行った例を示す。 FIG. 1 is a diagram showing an example of a state space spatially divided by the state transition model construction device according to the first embodiment. More specifically, FIG. 1 shows an example in which state space division is performed using operating assumptions, safety requirements, and functional requirements as separation criteria.
 表記の都合で状態値ベクタが2次元であるように記述しているが、実際には、内部状態と外部状態を併合した状態値ベクタは一般に高次元になり、低次元化による可視化はできない。しかしながら、互いに重複しない部分閉空間に分割し、得られた状態値ベクタの属する部分閉空間を特定することで、高次元の状態値ベクタを低次元のシンボル化状態値に低次元化する機能、つまりモデルでの状態値表現を実現する。 For convenience of notation, the state value vector is described as being two-dimensional, but in reality, the state value vector that combines the internal state and the external state is generally high-dimensional and cannot be visualized by lowering the dimension. However, the function of lowering the high-dimensional state value vector to the low-dimensional symbolized state value by dividing it into partially closed spaces that do not overlap each other and specifying the partially closed space to which the obtained state value vector belongs. In other words, the state value expression in the model is realized.
 また、そのような高次元の状態ベクタ値空間においては、明示的にすべての分離基準を解析的に記述することが難しいことがある。そこで、サンプリングした状態値ベクタ対の同族性、異種性という簡素化した基準だけを用いて空間分割する手法で、分離基準を自動的に算出する手法が有用である。 Also, in such a high-dimensional state vector value space, it may be difficult to explicitly describe all separation criteria analytically. Therefore, it is useful to use a method of spatially dividing using only the simplified criteria of homogeneity and heterogeneity of sampled state value vector pairs, and a method of automatically calculating the separation criteria.
 図2Aは、実施例1に係る状態遷移モデル構築装置の概略構成を示す図である。 FIG. 2A is a diagram showing a schematic configuration of the state transition model construction device according to the first embodiment.
 本実施例の状態遷移モデル構築装置(以下、モデル構築部と称することがある)02は、各種情報処理が可能な装置、一例としてコンピュータ等の情報処理装置から構成される。情報処理装置は、演算素子、記憶媒体及び通信インターフェースを有し、さらに、マウス、キーボード等の入力装置、ディスプレイ等の表示装置を有する。 The state transition model construction device (hereinafter, may be referred to as a model construction unit) 02 of this embodiment is composed of a device capable of various information processing, for example, an information processing device such as a computer. The information processing device has an arithmetic element, a storage medium, and a communication interface, and further has an input device such as a mouse and a keyboard, and a display device such as a display.
 演算素子は、例えばCPU(Central Processing Unit)、FPGA(Field-Programmable Gate Array)等である。記憶媒体は、例えばHDD(Hard Disk Drive)などの磁気記憶媒体、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)、SSD(Solid State Drive)などの半導体記憶媒体等を有する。また、DVD(Digital Versatile Disk)等の光ディスク及び光ディスクドライブの組み合わせも記憶媒体として用いられる。その他、磁気テープメディアなどの公知の記憶媒体も記憶媒体として用いられる。 The arithmetic element is, for example, a CPU (Central Processing Unit), an FPGA (Field-Programmable Gate Array), or the like. The storage medium includes, for example, a magnetic storage medium such as an HDD (Hard Disk Drive), a semiconductor storage medium such as a RAM (Random Access Memory), a ROM (Read Only Memory), and an SSD (Solid State Drive). Further, a combination of an optical disk such as a DVD (Digital Versatile Disk) and an optical disk drive is also used as a storage medium. In addition, a known storage medium such as a magnetic tape medium is also used as the storage medium.
 記憶媒体には、ファームウェアなどのプログラムが格納されている。モデル構築部02の動作開始時(例えば電源投入時)にファームウェア等のプログラムをこの記憶媒体から読み出して実行し、モデル構築部02の全体制御を行う。また、記憶媒体には、プログラム以外にも、モデル構築部02の各処理に必要なデータ等が格納されている。 Programs such as firmware are stored in the storage medium. At the start of operation of the model building unit 02 (for example, when the power is turned on), a program such as firmware is read from this storage medium and executed to perform overall control of the model building unit 02. In addition to the program, the storage medium stores data and the like required for each process of the model construction unit 02.
 あるいは、本実施例のモデル構築部02は、情報処理装置が通信ネットワークを介して通信可能に構成された、いわゆるクラウドにより構成されてもよい。 Alternatively, the model construction unit 02 of this embodiment may be configured by a so-called cloud in which the information processing device is configured to be able to communicate via a communication network.
 本実施例のモデル構築部02は、2値ベクタ変換部0201と空間分割処理部0202とを有する。2値ベクタ変換部0201には分離基準と状態値ベクタ群とが入力される。2値ベクタ変換部0201はこれらを2値ベクタに変換して空間分割処理部0202に出力する。空間分割処理部0202は、空間分割された状態空間に基づき、入力された2値ベクタからシンボル化状態値リスト(LIstSymbol)及びシンボル化状態遷移リスト(ListTrans)を生成して出力する。 The model construction unit 02 of this embodiment has a binary vector conversion unit 0201 and a space division processing unit 0202. The separation reference and the state value vector group are input to the binary vector conversion unit 0201. The binary vector conversion unit 0201 converts these into binary vectors and outputs them to the space division processing unit 0202. The space division processing unit 0202 generates and outputs a symbolized state value list (LISTSymbol) and a symbolized state transition list (ListTrans) from the input binary vector based on the spatially divided state space.
 分離基準を用いて2値ベクタ変換部0201により2値ベクタ化する処理は自然であるが、空間分割処理部0202による空間分割の手法は多様である。我々は全状態値ベクタを稠密に収集できるわけではないので、少数のサンプル状態値ベクタ列から、大域的な構造を保存するような空間分割方法が望ましい。 The process of converting into a binary vector by the binary vector conversion unit 0201 using the separation standard is natural, but the method of spatial division by the spatial division processing unit 0202 is various. Since we cannot collect all state value vectors densely, a spatial partitioning method that preserves the global structure from a small number of sample state value vector sequences is desirable.
 計算機幾何学の分野では、Voronoi(ボロノイ)分割のように、最近傍点との間で二分割する方法や、KD(k-dimensional)ツリー、BSP(Binary Space Partitioning)等の、自動的な空間分割手法が知られている。高次元の対象に適用可能な空間分割手法は数多く知られているが、状態値ベクタの基底としてユークリッド座標系を用いた手法は、表現データ量の指数関数的増大を引き起こす。これはcurse of high dimensionalityという現象として知られている。高次元空間においてグローバルな座標系と距離関数、例えば前記ユークリッド座標系とL1、L2ノルム等の距離関数、を定義する手法も、分割した部分閉空間の複雑化を招くことも知られている。この問題は、KDツリーが高次元データを対象とした空間分割に適していないという事実としても知られている。 In the field of computer geometry, there are methods such as Voronoi division, which divides into two parts with the nearest neighbor, and automatic space division, such as KD (k-dimensional) tree and BSP (Binary Space Partitioning). The method is known. Although many spatial division methods applicable to high-dimensional objects are known, the method using the Euclidean coordinate system as the basis of the state value vector causes an exponential increase in the amount of representation data. This is known as a phenomenon called curse of high dimensionity. It is also known that a method of defining a global coordinate system and a distance function in a high-dimensional space, for example, the Euclidean coordinate system and a distance function such as an L1 or L2 norm, also causes complication of a divided partially closed space. This problem is also known as the fact that k-d trees are not suitable for spatial division for high-dimensional data.
 異なるシンボル化状態値の状態値ベクタは異なる状態部分空間に所属するとする空間分割に関する要件が満たされる限り、特定の手法に限定する必要はないが、空間分割手法に要する計算量には違いがある。上記の空間分割手法に関して実装上の観点から期待されるのは、より多くの分離基準を漸進的に追加していくことで、モデルの精度が向上するという点である。初期の分離基準は不完全であるため、追加過程で、モデルを表現するデータ量と更新処理に伴う計算量が抑制されることが望ましい。 The state value vectors of different symbolized state values do not have to be limited to a specific method as long as the requirements for space division that they belong to different state subspaces are satisfied, but the amount of calculation required for the space division method is different. .. What is expected from the implementation point of view regarding the above spatial division method is that the accuracy of the model is improved by gradually adding more separation criteria. Since the initial separation criteria are incomplete, it is desirable to reduce the amount of data representing the model and the amount of calculation associated with the update process during the addition process.
 しかし、BSPツリーは、局所的な空間分割に対して大幅なデータ構造の更新が発生するという意味で柔軟性が乏しいという課題がある。 However, the BSP tree has a problem of lacking flexibility in the sense that a large amount of data structure update occurs for local spatial division.
 一方で、Voronoi分割のように、サンプル状態値から2値ベクタ化したシンボル化状態値を算出し、これを用いた空間分割手法は、この問題を克服している。特に高次元になり最近傍点が状態値ベクタの次元数に比例して増大するが、局所的なデータ構造の更新に留まる。また、この更新範囲の局所性のおかげで、近接していない多数の状態値ベクタや、互いに重複しない複数の分離基準を、並列計算機で取り扱えるようになる効果も大きい。 On the other hand, a spatial division method that calculates a binary vectorized symbolized state value from a sample state value and uses it, such as Voronoi division, overcomes this problem. In particular, the dimension becomes higher and the nearest neighbor point increases in proportion to the number of dimensions of the state value vector, but it is limited to updating the local data structure. In addition, thanks to the locality of this update range, there is a great effect that a parallel computer can handle a large number of state value vectors that are not close to each other and a plurality of separation criteria that do not overlap with each other.
 図1のように各々の状態部分閉空間に対してシンボル化状態値(ListSymbol)が割り当てられる。例えば、図1において状態部分閉空間S1にはシンボル化状態値1が割り当てられる。更に、シンボル化状態値間の遷移関係(ListTrans)を追加することで、図2Bのように表記した、遷移元シンボル状態値、遷移先シンボル状態値、および遷移関係に関する拘束条件、およびその論拠となる分離基準を対応付けた離散状態ステートマシン表現を得ることが出来る。図1において、シンボル化状態値間の遷移関係は、例えばシンボル化状態値1はシンボル化状態値3に遷移可能であることが、矢印により示されている。なお、図1に示すシンボル化状態値及びシンボル化状態値間の遷移関係は一例であり、図2Bに記されたシンボル化状態値や遷移関係が全て図1に図示されているわけではない。 As shown in FIG. 1, a symbolized state value (ListSymbol) is assigned to each state partially closed space. For example, in FIG. 1, a symbolized state value 1 is assigned to the state partially closed space S1. Furthermore, by adding the transition relationship (ListTrans) between the symbolized state values, the constraint conditions related to the transition source symbol state value, the transition destination symbol state value, and the transition relationship, and their rationale, as shown in FIG. 2B, can be obtained. It is possible to obtain a discrete state state machine representation associated with the separation criteria. In FIG. 1, the transition relationship between the symbolized state values is indicated by arrows, for example, that the symbolized state value 1 can transition to the symbolized state value 3. The transition relationship between the symbolized state value and the symbolized state value shown in FIG. 1 is an example, and not all the symbolized state values and transition relationships shown in FIG. 2B are shown in FIG.
 状態値ベクタに対する制約条件の充足可否に基づいて、元々は高次元の状態値ベクタを、2値ベクタによるシンボル値に割り当てられることに留意されたい。 Note that a higher dimensional state value vector is originally assigned to the symbol value of the binary vector based on whether or not the constraint condition for the state value vector is satisfied.
 機能要件も、状態値ベクタ間の分離基準として、分離基準B0~B4等と記述した制約式の充足可否を用いて2値ベクタ化することで形式化できる。例えば、シンボル化状態値1とシンボル化状態値3とは、分離基準B3により分割されている。この分離基準B3に対応付けられた機能要件は、分離基準B3(状態値ベクタ)=FALSEから、分離基準B3(状態値ベクタ)=TRUEに遷移させる機能、というように形式化される。 Functional requirements can also be formalized by binarizing the constraint equations described as separation criteria B0 to B4 as the separation criteria between the state value vectors. For example, the symbolized state value 1 and the symbolized state value 3 are divided according to the separation criterion B3. The functional requirement associated with the separation standard B3 is formalized as a function of transitioning from the separation standard B3 (state value vector) = FALSE to the separation standard B3 (state value vector) = TRUE.
 一般に離散状態値間の遷移関係はLTL(Linear Temporal Logic)その他の形式記述手法が知られている。制約形式を引数として、LTL等を用いた動作及び制御問題を形式化する手法が、例えば特許6435351号公報や特許6141964号公報に開示されている。 Generally, LTL (Linear Temporal Logic) and other formal description methods are known for the transition relationship between discrete state values. A method for formalizing an operation and control problem using LTL or the like with a constraint format as an argument is disclosed in, for example, Japanese Patent No. 6435351 and Japanese Patent No. 61419664.
 このデータ駆動型の漸進的なモデル構築・更新手法の特徴は、エンコード方法そのものだけでなく、モデル構築初期段階のものと実稼動データの整合性チェック、シンボル化状態値リストの発生可否の想定に関する妥当性を計測する際のカバレッジを計量するのに適している点である。 The features of this data-driven gradual model construction / update method are not only the encoding method itself, but also the consistency check between the initial stage of model construction and the actual data, and the assumption of whether or not the symbolized state value list can be generated. This is a good point for measuring coverage when measuring validity.
 特に、モデル上は充足可能で発生しうるにも関わらず実稼動データの裏付けが取れていない状態部分閉空間を網羅的に特定できる。また、当該状態部分閉空間のサンプル状態ベクタ値は、SAT/CSPソルバ等を用いて自動的に算出できるため、モデルの妥当性テストを担当するエンジニアが理解可能な形で、各分離基準の妥当性を個別に確認できる。稼働ログの裏付けがある新規状態値ベクタを用いて同様に空間分割処理を行い、新規分離基準の追加によるモデルの精緻化を行えるようになる。すべての遷移経路に関して稼動ログの裏付けを取れるわけではないため、稼働ログを用いたモデル妥当性テストの限界に対処できる。 In particular, it is possible to comprehensively identify the partially closed space in a state where the actual operation data is not supported even though it can be satisfied on the model and can occur. In addition, since the sample state vector value of the state partially closed space can be automatically calculated using a SAT / CSP solver or the like, the validity of each separation standard can be understood by the engineer in charge of the model validity test. Gender can be confirmed individually. Spatial division processing can be performed in the same way using a new state value vector backed by an operation log, and the model can be refined by adding a new separation standard. Since the operation log cannot be supported for all transition paths, the limit of the model validity test using the operation log can be dealt with.
 前記テストエンジニアは、特に、モデル化対象の特徴や前記動作時前提の妥当性、およびそれらを論拠として実際に起こらない遷移経路を特定することが重要である。特定のセンサ計測値から取得した状態値ベクタの1成分が連続的にしか変わらない等、時系列の連続性に関する拘束条件も、動作時前提の一部を成す。センサ故障による異常値出力は、故障モードを真偽値として状態値ベクタに追加し、多重故障が起こらないという拘束条件を動作時前提に用いるなどする。 It is especially important for the test engineer to identify the characteristics of the modeled object, the validity of the operating assumptions, and the transition path that does not actually occur based on them. Constrained conditions related to time series continuity, such as one component of the state value vector acquired from a specific sensor measurement value changing only continuously, also form part of the operating premise. For the abnormal value output due to sensor failure, the failure mode is added to the state value vector as a truth value, and the constraint condition that multiple failures do not occur is used as a premise during operation.
 本セクションでは、空間分割処理部0202による空間分割に用いる分離基準およびモデル構築方法を例示する。 This section exemplifies the separation criteria and model construction method used for space division by the space division processing unit 0202.
 前記動作時前提は、前記状態値ベクタに対する拘束条件として形式化する。これは、状態部分閉空間であって、異常時を含めて実際に起こりえるとみなした、図1における状態空間内の最大部分閉空間Aを規定する。 The operating premise is formalized as a constraint condition for the state value vector. This defines the maximum partially closed space A in the state space in FIG. 1, which is a state partially closed space and is considered to actually occur including an abnormal time.
 安全要件も、状態値ベクタに対する拘束条件として形式化される。これは、図1における前記最大部分閉空間Aの部分閉空間Bであって、その補集合との分離面を規定する。つまり、実際に起こりえる異常状態ベクタであって、前記参照モデルの正常/安全状態とそれ以外の状態部分空間を区分する際に用いる。これが前記参照モデルに相当する。 The safety requirement is also formalized as a constraint condition for the state value vector. This is the partially closed space B of the maximum partially closed space A in FIG. 1, and defines the separation surface from the complement. That is, it is an abnormal state vector that can actually occur, and is used to distinguish the normal / safe state of the reference model from the other state subspaces. This corresponds to the reference model.
 通常は、部分閉空間Bは、部分閉空間Aの部分集合になるように設計する。しかし、動作時前提はあくまでシステムの想定動作条件を規定するために用いられているのであり、これを充足しない状況は現実世界では起こりえるため、NOT(部分閉空間A)&&(部分閉空間B)が空集合であるとは限らない。この点を強調するするために図1が記述されている。 Normally, the partially closed space B is designed to be a subset of the partially closed space A. However, the operating premise is used only to specify the assumed operating conditions of the system, and a situation that does not satisfy this can occur in the real world. Therefore, NOT (partially closed space A) && (partially closed space B) ) Is not always an empty set. FIG. 1 is described to emphasize this point.
 機能要件も同様に、状態値ベクタに対する拘束条件として形式化する。特に、安全要件を満たす前記部分閉空間Aを空間分割する際に用いる判定基準であって、機能的に異なるとし状態部分閉空間群Cに分割する分離面を規定する。安全要件は、正常/安全状態から逸脱した際に安全/正常状態に引き戻す処理を含むため、部分閉空間Cは、部分閉空間Bの部分集合になる。 Similarly, functional requirements are formalized as constraint conditions for state value vectors. In particular, it is a criterion used when the partially closed space A that satisfies the safety requirement is spatially divided, and defines a separation surface that is functionally different and is divided into the state partially closed space group C. Since the safety requirement includes a process of returning to the safe / normal state when the normal / safe state is deviated, the partially closed space C becomes a subset of the partially closed space B.
 このように形式化すると、前記状態値ベクタを構成する内部状態と外部状態を区別する必要がなくなる。内部状態の内、制御変数だけが自力で任意に設定可能な未定変数であって、それ以外の未定変数は、システムが設計されたダイナミクスに従って遷移していく。外部状態は、受動的に設定される。 Formatting in this way eliminates the need to distinguish between the internal state and the external state that make up the state value vector. Of the internal states, only the control variables are undecided variables that can be set arbitrarily by themselves, and the other undecided variables transition according to the dynamics designed by the system. The external state is passively set.
 同様に、表現形式上は内部モデルと外部モデルを区別する必要もなくなる。内部モデルと外部モデルは、前記状態部分閉空間Aを、前記安全要件と機能要件を分離基準として空間分割したモデル表現に一元化される。これは空間分割された前記状態部分閉空間Cの部分集合間の遷移関係を拘束する離散状態遷移モデルと理解するのが良い。 Similarly, there is no need to distinguish between the internal model and the external model in terms of expression format. The internal model and the external model are unified into a model representation in which the state partially closed space A is spatially divided with the safety requirement and the functional requirement as separation criteria. This can be understood as a discrete state transition model that constrains the transition relationship between the subsets of the spatially divided state partially closed space C.
 以上のように状態部分空間Cを空間分割してしまえば、前記内部状態のダイナミクスは、時系列の状態値ベクタの遷移経路に関する拘束条件として形式化するのが自然である。各状態部分閉空間は有界であるため、各時点での状態値ベクタが多少の不定性・経時変化があったとしてもそれが所属する状態部分閉空間は一意に定まる。これは一種のモデル低次元化に相当する。 If the state subspace C is spatially divided as described above, it is natural that the dynamics of the internal state is formalized as a constraint condition regarding the transition path of the time-series state value vector. Since each state partially closed space is bounded, the state partially closed space to which it belongs is uniquely determined even if the state value vector at each time point has some indefiniteness or changes over time. This corresponds to a kind of model lowering.
 前記外部状態のダイナミクスも、前記外部状態の経時変化の有界化に資する何かしらの想定前提を付与できる場合には、時系列の状態値ベクタの遷移経路に関する拘束条件として形式化できる。 The dynamics of the external state can also be formalized as a constraint condition regarding the transition path of the time-series state value vector if some assumption premise that contributes to the bounded setting of the change over time of the external state can be given.
 なお、本実施例のモデル構築部02による処理はオフライン処理、ランタイム処理のいずれも可能である。 Note that the processing by the model construction unit 02 of this embodiment can be either offline processing or runtime processing.
 このような状態値ベクタに対する低次元化を施す処理は、信号処理におけるエンコード処理と対応付けると理解しやすい。非固定長で時系列の高次元な状態値ベクタがひとつの状態部分閉空間に所属する場合に、それにより少ないビット数の情報表現にしたシンボルを割り当てる、エンコード処理が、モデル構築処理に相当する。 It is easy to understand that the process of lowering the dimension of such a state value vector is associated with the encoding process in signal processing. When a non-fixed-length, time-series, high-dimensional state value vector belongs to one state partially closed space, the encoding process, which assigns a symbol with a smaller number of bits as an information representation, corresponds to the model construction process. ..
 図3は、実施例1に係る状態遷移モデル構築装置02のシンボル化状態値変換部03の一例を示す図である。図3に示すシンボル化状態値変換部03は状態遷移モデル構築装置02の一部をなす。 FIG. 3 is a diagram showing an example of the symbolized state value conversion unit 03 of the state transition model construction device 02 according to the first embodiment. The symbolized state value conversion unit 03 shown in FIG. 3 forms a part of the state transition model construction device 02.
 図3は、実時間でサンプリングした状態値ベクタ列0300、Y={y[k]|0<=k<T}を、前記の空間分割により得られた状態部分閉空間群に対応付けられたシンボル化状態値列0305、Z={z[k]|0<k<T}に変換するエンコード処理を行うシンボル化状態値変換部03を示す。また、図3にて示したシンボル化状態値変換部03内の処理を図6にまとめた。 In FIG. 3, the state value vector sequences 0300 and Y = {y [k] | 0 <= k <T} sampled in real time are associated with the state partially closed space group obtained by the above-mentioned space division. The symbolization state value conversion unit 03 that performs the encoding process for converting to the symbolization state value string 0305 and Z = {z [k] | 0 <k <T} is shown. Further, the processing in the symbolization state value conversion unit 03 shown in FIG. 3 is summarized in FIG.
 シンボル化状態値リスト(ListSymbol)0302およびシンボル化状態値間の遷移関係リスト(ListTrans)0305は、図2Bにおける遷移元/遷移先シンボル化状態値で構成されている。 The symbolized state value list (ListSymbol) 0302 and the transition relationship list (ListTrans) 0305 between the symbolized state values are composed of the transition source / transition destination symbolized state values in FIG. 2B.
 シンボル化状態値算出部0301は、状態値ベクタ列Yを、部分状態値ベクタ列w[k]に分解する。これは図6におけるステップS0601に相当する。 The symbolized state value calculation unit 0301 decomposes the state value vector sequence Y into the partial state value vector sequence w [k]. This corresponds to step S0601 in FIG.
 このw[k]={{y[t]|p[k]<=t<p[k+1]} | 0<=p[k]<p[k+1]<T}が、個々の分離基準の充足可否に基づいて2値ベクタ化したシンボル化状態値が指し示す単一の状態部分閉空間に属するように分割し、対応するシンボル化状態値、Z[k=0]=s0を割り当てる。 This w [k] = {{y [t] | p [k] <= t <p [k + 1]} | 0 <= p [k] <p [k + 1] <T} is an individual Divide so that it belongs to the single state partially closed space indicated by the symbolized state value pointed by the binary vectorized based on whether the separation criterion is satisfied, and assign the corresponding symbolized state value, Z [k = 0] = s0. ..
 この時系列データ分割処理は、シンボル化状態値登録判定部0303が行うが、分離基準がすべて完全にそろう事を前提としてシンボル化状態値リストListSymbolが構築されている事は、特にモデル構築初期ではまれである。そのため、初期の分離基準が不完全なために、該当する状態部分閉空間が登録されていない場合にこれが起こる。 This time-series data division process is performed by the symbolization state value registration determination unit 0303, but the fact that the symbolization state value list ListSymbol is constructed on the premise that all the separation criteria are completely aligned is especially in the initial stage of model construction. It is rare. Therefore, this happens when the corresponding state partially closed space is not registered due to the incomplete initial separation criteria.
 この際、シンボル化状態値登録判定部0303が、シンボル化状態値リスト生成部0304に、新規シンボル化状態値vを通知する。シンボル化状態値リスト生成部0304は、シンボル化状態値リストListSymbolを参照取得し、更新処理(ステップS0603)をする。その後、シンボル化状態値登録判定部0303に登録通知をする。新規のシンボル化状態値z[k]にこの新規シンボル化状態値vを追加する。状態値ベクタ列Yすべてに対してこの登録判定・新規シンボル値ベクタ生成処理を行い、ステップS0604の判定条件をみたさなくなるまで行い、ステップS0605にて、シンボル化状態値列z[k]をシンボル化状態値変換部03に渡した後、シンボル化状態値変換部03の出力とする。 At this time, the symbolization state value registration determination unit 0303 notifies the symbolization state value list generation unit 0304 of the new symbolization state value v. The symbolized state value list generation unit 0304 acquires the symbolized state value list ListSymbol by reference and performs an update process (step S0603). After that, the registration notification is sent to the symbolization state value registration determination unit 0303. This new symbolization state value v is added to the new symbolization state value z [k]. This registration determination / new symbol value vector generation process is performed for all the state value vector columns Y until the determination conditions in step S0604 are no longer satisfied, and the symbolized state value sequence z [k] is symbolized in step S0605. After passing it to the state value conversion unit 03, it is output from the symbolized state value conversion unit 03.
 初期の分離基準の不完全性の起源は他にもある。例えば、動作時前提を保守的に設定しすぎた為、モデル化対象とする現実世界では充足不能に陥ることが、高負荷テストの過程で判明した場合である。この場合には、シンボル化状態値リスト生成部0304にて、図2Aに示した状態値ベクタを引数として、各分離基準の真偽値判定をして2値ベクタ化して得られる新規のシンボル化状態値vを計算する(ステップS0602)。シンボル化状態地リストListSymbolに該当エントリがないと判定した場合には、この新規のシンボル化状態値vを登録する処理(ステップS0603)を行う。 There are other sources of imperfections in the early separation criteria. For example, when it is found in the process of high load test that the operating assumptions are set too conservatively and cannot be satisfied in the real world to be modeled. In this case, the symbolization state value list generation unit 0304 takes the state value vector shown in FIG. 2A as an argument, determines the truth value of each separation criterion, and converts it into a binary vector to obtain a new symbolization. The state value v is calculated (step S0602). When it is determined that there is no corresponding entry in the symbolized state place list ListSymbol, the process of registering this new symbolized state value v (step S0603) is performed.
 設計時点では分離基準が定まっていない場合もある。開放環境で動作する自律移動体の場合には、外部状態値を引数として新規の分離基準を動的に追加・削除しなければいけない。この場合、障害物やフィールドオブジェクトが占有する進入禁止領域を切り出すような分離基準が、外界認識部から得られた外部状態値を用いて動的に生成される。このように動的に生成された分離基準を用いた空間分割およびシンボル化状態値の割当は稼働中に行う必要がある。 At the time of design, the separation standard may not be set. In the case of an autonomous mobile that operates in an open environment, new separation criteria must be dynamically added / deleted with the external state value as an argument. In this case, a separation criterion for cutting out an inaccessible prohibited area occupied by an obstacle or a field object is dynamically generated using an external state value obtained from the outside world recognition unit. Spatial division and symbolization state value allocation using the dynamically generated separation criteria must be performed during operation.
 また、分離基準の数がX個あると、理論上は2^X個のシンボル化状態値がありえるが、これらを明示的にテーブルとしてメモリ内に保持する必要はない。単純なリスト、または検索容易化のためのバイナリツリーその他の、明示的にデータ構造を保持する手段でListSymbolのデータ表現を実装する限りこの問題は発生する。 Also, if there are X separation criteria, theoretically there can be 2 ^ X symbolized state values, but it is not necessary to explicitly store these as a table in memory. This problem arises as long as the ListSymbol data representation is implemented by a simple list, or a binary tree for ease of retrieval, or any other means that explicitly preserves the data structure.
 このようなデータ表現に要するメモリ量の指数関数的増大を引き起こさないようにするために、SATソルバへの入力データとして用いられているCNF形式による縮約表現を用いるのが良い。図4のような、3ビット長の4つのシンボル化状態値リストがある場合に、図5Aのように登録済のシンボル化状態値の論理和を用いてListSymbocFuncという2値関数を構築する。シンボル化状態値vを引数とする論理式ListSymbolFunc(v)の充足可能性判定問題を解き、登録の有無を判定する。シンボル化状態値vがすでに登録されている場合には、充足可能でありListSymbolFunc(v)の評価値TRUEとなり、登録がなければFALSEとなる。 In order not to cause an exponential increase in the amount of memory required for such data representation, it is preferable to use a contracted representation in the CNF format used as input data to the SAT solver. When there is a list of four symbolized state values having a length of 3 bits as shown in FIG. 4, a binary function called ListSymbocFunc is constructed by using the logical sum of the registered symbolized state values as shown in FIG. 5A. The satisfiability determination problem of the logical expression ListSymbolFunc (v) with the symbolized state value v as an argument is solved, and the presence or absence of registration is determined. If the symbolized state value v has already been registered, it can be satisfied and becomes the evaluation value TRUE of ListSymbolFunc (v), and if it is not registered, it becomes FALSE.
 図5Bに示す通り、シンボル化状態遷移関係に関しても同様に、ListTransFunc(遷移元シンボル化状態値、遷移先シンボル化状態値)の充足可能性判定問題を解き、登録の有無を判定する。遷移可能な関係にある遷移元シンボル化状態値と遷移先シンボル化状態値の対の論理積を取り、この対の論理和をとってListTrans(p、q)を構築する。遷移元シンボル化状態値pを設定した時、遷移先シンボル化状態値qを取得する問題は、同様に、pを所与としてqの充足解を算出する充足可能性判定問題を解けばよい。 As shown in FIG. 5B, similarly, regarding the symbolization state transition relationship, the satisfiability determination problem of ListTransFunc (transition source symbolization state value, transition destination symbolization state value) is solved, and the presence or absence of registration is determined. The logical product of the pair of the transition source symbolized state value and the transition destination symbolized state value that are in a transitionable relationship is taken, and the logical sum of these pairs is taken to construct ListTrans (p, q). Similarly, the problem of acquiring the transition destination symbolization state value q when the transition source symbolization state value p is set may be solved by solving the satisfiability determination problem of calculating the satisfiability solution of q given p.
 図4によると、シンボル化状態値vは2値ベクタなので、各シンボル化状態値リストListSymbolの構成要素の2値ベクタ表現P[0]~P[3]の論理和をとり、これを論理縮約した論理式を用いる。このような構造を持ってSymbolListを保持しておけば、判定時の計算量を対価とするものの前記のような指数関数的増大を回避できる。 According to FIG. 4, since the symbolized state value v is a binary vector, the logical sum of the binary vector representations P [0] to P [3] of the components of each symbolized state value list ListSymbol is taken, and this is logically reduced. Use the contracted logical expression. If the SymbolList is held with such a structure, the exponential increase as described above can be avoided although the calculation amount at the time of determination is used as a consideration.
 シンボル化状態値リスト生成部0304にて新規シンボル化状態値に更新する際には、同様に既存のListSymbolFuncとの論理和をとったものに置換すればよい(ステップS0603)。 When updating to a new symbolized state value by the symbolized state value list generation unit 0304, it may be replaced with the one obtained by ORing with the existing ListSymbolFunc (step S0603).
 次に、図1~図6に示した状態遷移モデル構築装置02により構築した状態遷移モデルを用いた自律システムについて説明する。 Next, an autonomous system using the state transition model constructed by the state transition model construction device 02 shown in FIGS. 1 to 6 will be described.
 図7は、実施例1に係る自律システム11を構成する計画動作列生成部07の概略構成を示す図、図8は実施例1に係る自律システム11を構成する計画動作列算出部0701の動作の一例を示す図である。 FIG. 7 is a diagram showing a schematic configuration of the planned operation sequence generation unit 07 constituting the autonomous system 11 according to the first embodiment, and FIG. 8 is an operation of the planned operation sequence calculation unit 0701 constituting the autonomous system 11 according to the first embodiment. It is a figure which shows an example.
 通常の制御機能とそれの引数となる動作命令は、シンボル化状態値間の遷移経路に関する拘束条件として指定すればよい。図7におけるシンボル化制御命令列Cを用いる。 The normal control function and the operation instruction that is its argument may be specified as a constraint condition regarding the transition path between the symbolized state values. The symbolization control instruction sequence C in FIG. 7 is used.
 シンボル化状態値リストListSymbolには、モデルに記述された、実際に起こるとしたシンボル化状態値群が登録されている。そのため、シンボル化制御命令が指定する遷移経路c[k]->c[k]の遷移元シンボル化状態値c[k]、遷移先シンボル化状態値c[k+1]の少なくとも一方がListSymbolに登録されていない場合は、制御命令不正であることが判明する。 In the symbolized state value list ListSymbol, a group of symbolized state values described in the model that are supposed to actually occur is registered. Therefore, at least one of the transition source symbolization state value c [k] and the transition destination symbolization state value c [k + 1] of the transition path c [k]-> c [k] specified by the symbolization control instruction is ListSymbol. If it is not registered in, it turns out that the control command is invalid.
 これはListSymbol(c[k])またはListSymbol(c[k+1])の真偽値を判定すればよい(ステップS0801)。FALSEであり、登録されていない場合にはエラー要因Eに制御命令不正とするエラー情報を登録(ステップS0802)し、これを出力して終了する。 For this, the truth value of ListSymbol (c [k]) or ListSymbol (c [k + 1]) may be determined (step S0801). If it is FALSE and it is not registered, the error information that the control instruction is invalid is registered in the error factor E (step S0802), this is output, and the process ends.
 同様に、シンボル化状態遷移リストListTransには、モデルに記述された、実際に起こるとした状態遷移経路が登録されている。ListTransFunc(c[k]->c[k+1])の真偽値を判定し(ステップS0803)、FALSEである場合には、エラー要因Eに、制御命令不正とするエラー情報を登録(ステップS0804)、これを出力して終了する。 Similarly, in the symbolized state transition list ListTrans, the state transition path that is described in the model and that actually occurs is registered. The truth value of ListTransFunc (c [k]-> c [k + 1]) is determined (step S0803), and if it is FALSE, the error information that the control instruction is invalid is registered in the error factor E (step). S0804), this is output and the process ends.
 計画動作列算出部0701は、シンボル化状態値リストListSymbol0302を参照して、前記シンボル化制御命令を手意義付ける各分離基準B[x]を、未定変数とした状態値ベクタ列YYに対する拘束条件とする制約式C(YY)を構築する。各シンボル化状態値が指す状態部分閉空間c[k](y)は、動作時前提、機能要件や安全要件、および空間分割により自動生成された分離基準により、隣接する状態部分空間群との分離面が特徴付けられている。よって、オペレータはもともとの高次元の状態値ベクタ列YYに対する拘束条件を精密に設定するよりは容易に動作命令を設定できるようになる。シンボル化状態値に対する拘束条件として記述した安全制約SF(YY)との論理積を取り(ステップS0805)、制約式ソルバ0702が、C(YY)&&SF(YY)の充足解の有無を判定する(ステップS0806)。 The planning operation column calculation unit 0701 refers to the symbolization state value list ListSymbol0302, and sets each separation criterion B [x] that makes the symbolization control instruction meaningful as a constraint condition for the state value vector sequence YY as an undecided variable. Constraint expression C (YY) is constructed. The state subspace c [k] (y) pointed to by each symbolized state value is with the adjacent state subspace group according to the operating assumptions, functional requirements and safety requirements, and the separation criteria automatically generated by the space division. The separation surface is characterized. Therefore, the operator can set the operation instruction more easily than setting the constraint condition for the original high-dimensional state value vector sequence YY precisely. The logical product with the safety constraint SF (YY) described as a constraint condition for the symbolized state value is taken (step S0805), and the constraint expression solver 0702 determines whether or not there is a satisfied solution of C (YY) & & SF (YY) (step S0805). Step S0806).
 未定変数YYの充足解がある場合には、前記シンボル化制御命令が実行可能であることを意味するため、これを出力して終了する。 If there is a satisfying solution for the undecided variable YY, it means that the symbolization control instruction can be executed, so this is output and the process ends.
 逆に、未定変数YYの充足解がない場合、充足不能に陥った分離基準B[x]毎にエラー要因を特定する(ステップS0807)。 Conversely, if there is no satisfied solution for the undetermined variable YY, the error factor is specified for each separation criterion B [x] that has fallen into unsatisfiable (step S0807).
 ステップS0801、ステップS0803にも関わらず、充足不能になった分離基準がシンボル化制御命令の一部c[j]->c[j+1]である場合がある。これは、モデルエラーに起因する場合、つまりListTransの不備、または安全制約とシンボル化制御命令が競合して充足不能に陥る場合のいずれかである。よって、シンボル化制御違反とし、制約式ソルバ0702が算出した充足不能割当値YY_UNSATをエラー要因Eに追加する。 Despite step S0801 and step S0803, the separation criterion that cannot be satisfied may be a part of the symbolization control instruction c [j]-> c [j + 1]. This is either due to a model error, that is, a deficiency in ListTrans, or a conflict between safety constraints and symbolization control instructions that makes them unsatisfiable. Therefore, it is regarded as a symbolization control violation, and the unsatisfiable allocation value YY_UNSAT calculated by the constraint solver 0702 is added to the error factor E.
 同様に、安全制約SF(YY)を構成する分離基準が充足不能に陥る場合もある(ステップS0809)。シンボル化制御命令自体が正しくても、安全制約の設定自体に不備がある場合には、この状況に陥る。 Similarly, the separation criteria constituting the safety constraint SF (YY) may become unsatisfactory (step S0809). Even if the symbolization control instruction itself is correct, this situation occurs when the safety constraint setting itself is inadequate.
 この場合には、安全要件違反とするエラー情報と、制約式ソルバ0702が算出した充足不能割当値YY_UNSATをエラー要因Eに追加する。 In this case, the error information that violates the safety requirement and the unsatisfiable allocation value YY_UNSAT calculated by the constraint formula solver 0702 are added to the error factor E.
 収集したエラー要因Eを出力して終了する。 Output the collected error factor E and exit.
 図9は、実施例1に係る自律システム11を構成するモデル整合性監視部09の概略構成を示す図である。 FIG. 9 is a diagram showing a schematic configuration of a model consistency monitoring unit 09 constituting the autonomous system 11 according to the first embodiment.
 モデル整合性監視部09は、実際に計測系から取得した状態値ベクタ列Yと、計画動作列生成部07が用いたシンボル化制御命令、およびモデル情報、つまりListSymbolとListTransが整合しておらず、モデルに不備がある場合にはこれを正しく検出するために用いられる。 In the model consistency monitoring unit 09, the state value vector sequence Y actually acquired from the measurement system, the symbolization control instruction used by the planned operation sequence generation unit 07, and the model information, that is, ListSymbol and ListTrans are not matched. , If there is a defect in the model, it is used to detect it correctly.
 シンボル化状態値変換部03を用いて、実際に計測系から取得した状態値ベクタ列Y={y[k]|0<=k<=T}をシンボル化状態値列SY={sy[k]|0<=k<=T}に変換し、前記計画動作列生成部07がステップS0806にて算出した計画動作列YY={yy[k]|0<=k<=T}の充足解を変換したシンボル化状態値列SYY={syy[k]|0<=k<=T}をシンボル化状態値照合部091が比較し、一致しない場合にはモデルエラーとしてエラー要因EMを出力する。 Using the symbolized state value conversion unit 03, the state value vector sequence Y = {y [k] | 0 <= k <= T} actually acquired from the measurement system is symbolized. The state value sequence SY = {sy [k]. ] | 0 <= k <= T}, and the satisfied solution of the planned operation sequence YY = {yy [k] | 0 <= k <= T} calculated by the planned operation column generator 07 in step S0806. The symbolized state value collation unit 091 compares the symbolized state value sequence SYY = {syy [k] | 0 <= k <= T}, and if they do not match, the error factor EM is output as a model error. ..
 図10は、実施例1に係る自律システム11を構成するシンボル化状態値照合部091の動作の一例を示す図である。 FIG. 10 is a diagram showing an example of the operation of the symbolized state value collating unit 091 constituting the autonomous system 11 according to the first embodiment.
 SYを構成するsy[k]、SYYを構成するsyy[k]の時点k毎に照合をしていく(ステップS1001)。 Collation is performed at each time point k of sy [k] constituting SY and syy [k] constituting SY (step S1001).
 SYとSYYが一致しない場合、モデルエラーとするエラー情報、時点kの状態値ベクタy[k]と計画動作yy[k]をエラー要因EMに登録する(ステップS1002)。シンボル化状態値間の遷移関係sy[k]->sy[k+1]がListTransに登録されていない場合と、sy[k],sy[k+1]のいずれかがListSymbolに登録されていない場合に分類される。 If SY and SY do not match, the error information as a model error, the state value vector y [k] at the time point k, and the planned operation yy [k] are registered in the error factor EM (step S1002). Transition relationship between symbolized state values sy [k]-> sy [k + 1] is not registered in ListTrans, or either sy [k] or sy [k + 1] is registered in ListSymbol. Classified if not.
 同様に、SYが安全制約SFを充足しない場合(ステップS1003)には、安全制約違反とするエラー情報、および時点kの状態値ベクタy[k]と計画動作yy[k]をエラー要因EMに登録する。 Similarly, when SY does not satisfy the safety constraint SF (step S1003), the error information that violates the safety constraint, the state value vector y [k] at the time point k, and the planned operation yy [k] are set as the error factor EM. to register.
 シンボル化状態値間の遷移関係sy[k]->sy[k+1]が、シンボル化制御命令と整合しない場合(ステップS1004)には、制御命令違反とするエラー情報、および時点kの状態値ベクタy[k]と計画動作yy[k]をエラー要因EMに登録する。 If the transition relationship between the symbolized state values sy [k]-> sy [k + 1] does not match the symbolization control instruction (step S1004), error information that violates the control instruction and the state at the time point k Register the value vector y [k] and the planned operation yy [k] in the error factor EM.
 最後に、登録したエラー要因EMを出力して終了する。 Finally, the registered error factor EM is output and the process ends.
 モデルエラーを引き起こす要因は多様であるが、計画動作列生成部07にてシンボル化状態値0302を用いることで、有界なモデル不定性に対処できることに留意されたい。 Although there are various factors that cause model errors, it should be noted that bounded model indefiniteness can be dealt with by using the symbolized state value 0302 in the planned operation column generation unit 07.
 計測値の有界ノイズやモデル不完全性に起因した不定性が前記状態値ベクタに加算されても、シンボル化状態値が指し示す状態部分閉空間という有界な範囲に留まる限りは、SYとSYYは一致する。逆に、機能要件に照らし合わせて異なる状態部分閉空間に遷移する程度に大きな不定性がある場合には、その不定性の影響を受けたsy[k]とsyy[k]とが乖離して、それは正しくFDIR処理(ステップS1002)により検知される。 Even if the bounded noise of the measured value and the indefiniteness caused by the model incompleteness are added to the state value vector, SY and SYY as long as they remain in the bounded range of the state partially closed space indicated by the symbolized state value. Match. On the contrary, when there is a large indefiniteness to the extent that it transitions to a different state partially closed space in light of the functional requirements, sy [k] and syy [k] affected by the indefiniteness are separated. , It is correctly detected by the FDIR process (step S1002).
 図11は、実施例1に係る自律システム11の概略構成を示す図であり、本実施例にて示した手法を実現する自律制御装置1102を搭載した自律システム11の構成を示す図である。この自律システム11も、状態遷移モデル構築装置02と同様に、各種情報処理が可能な装置、一例としてコンピュータ等の情報処理装置から構成される。 FIG. 11 is a diagram showing a schematic configuration of the autonomous system 11 according to the first embodiment, and is a diagram showing the configuration of the autonomous system 11 equipped with the autonomous control device 1102 that realizes the method shown in the present embodiment. Like the state transition model construction device 02, the autonomous system 11 is also composed of a device capable of various information processing, for example, an information processing device such as a computer.
 計測系1101から取得した、システムの状態を表現する内部状態、および動作環境の状態を表現する外部状態を統合して状態値ベクタとする。動作決定部1104は、自律制御装置1102の動作を決定する機能を有し、一例として、プログラム等の処理手順に従って動作する。この動作決定部1104は、状態値ベクタを取得して、所定の安全制約を設定した上で、シンボル化制御命令を計画動作列生成部07に渡し、エラー要因Eを受け取る。図8に示したモデル整合性監視部09は、各種情報を受け取り、エラー要因EMを動作決定部1104に渡す。 The internal state that expresses the state of the system and the external state that expresses the state of the operating environment acquired from the measurement system 1101 are integrated into a state value vector. The operation determination unit 1104 has a function of determining the operation of the autonomous control device 1102, and operates according to a processing procedure such as a program as an example. The operation determination unit 1104 acquires a state value vector, sets a predetermined safety constraint, passes a symbolization control instruction to the planned operation column generation unit 07, and receives an error factor E. The model consistency monitoring unit 09 shown in FIG. 8 receives various information and passes the error factor EM to the operation determination unit 1104.
 動作決定部1104は、制御命令違反というエラー要因E(ステップS0808)、エラー要因EM(ステップS1004)を受け取った場合には、エラー情報を参照の上、充足不能に陥ったシンボル化状態値c[j]を回避するような、別のシンボル化制御命令を算出して、計画動作列生成部07に渡す。 When the operation determination unit 1104 receives the error factor E (step S0808) and the error factor EM (step S1004) that the control instruction is violated, the operation determination unit 1104 refers to the error information and falls into an unsatisfactory symbolization state value c [ Calculate another symbolization control instruction that avoids j] and pass it to the planned operation sequence generation unit 07.
 動作決定部1104が、安全要件違反というエラー要因E(ステップS0809)、エラー要因EM(ステップS1003)を受け取った場合には、エラー情報を参照の上、安全要件SFを満たさない計画動作列yy[k]のシンボル化状態値syy[k]を回避するような別のシンボル化制御命令を算出して、計画動作列生成部07に渡す。 When the operation determination unit 1104 receives the error factor E (step S0809) and the error factor EM (step S1003) that the safety requirement is violated, the planned operation column yy [that does not satisfy the safety requirement SF with reference to the error information. Another symbolization control instruction that avoids the symbolization state value syy [k] of [k] is calculated and passed to the planned operation column generation unit 07.
 動作決定部1104が、モデルエラーというエラー要因EM(ステップS1002)を受け取った場合には、当該時点kの状態値ベクタy[k]のシンボル化状態値sy[k]、および計画動作yy[k]のシンボル化状態値syy[k]を回避するようなシンボル化制御命令を算出して、計画動作列生成部07に渡す。 When the operation determination unit 1104 receives the error factor EM (step S1002) called a model error, the symbolized state value sy [k] of the state value vector y [k] at the time point k and the planned operation yy [k]. ], A symbolization control instruction that avoids the symbolization state value syy [k] is calculated and passed to the planned operation column generation unit 07.
 動作決定部が、シンボル化制御命令を算出できない場合にはシステムはシンボル化制御命令を設定せず、安全制約SFのみを計画動作列生成部07に渡し、最低限のFailSafe動作を実現する。 If the operation determination unit cannot calculate the symbolization control instruction, the system does not set the symbolization control instruction and passes only the safety constraint SF to the planned operation sequence generation unit 07 to realize the minimum FailSafe operation.
 この安全制約SFも充足不能に陥る場合、動作決定部を含めた自律制御装置1102は正しく停止しなければならない。 If this safety constraint SF also becomes unsatisfactory, the autonomous control device 1102 including the operation determination unit must be stopped correctly.
 このように構成される本実施例によれば、状態遷移モデル構築装置02は、システムの状態と動作環境の状態の定義域を併合した状態空間に対して、状態間の同族性および異種性を表現した分離基準の充足可否に基づいて重複なく空間分割を行い、前記空間分割により得られた各状態部分閉空間に対して前記分離基準の真偽値を併合した2値ベクタ形式のシンボル化状態値を割当て、前記状態部分閉空間の対の遷移可能性を、前記シンボル化状態値間の遷移関係と対応付ける空間分割処理部0202を有する。 According to the present embodiment configured in this way, the state transition model construction device 02 determines the homogeneity and heterogeneity between the states with respect to the state space in which the definition areas of the state of the system and the state of the operating environment are merged. Spatial division is performed without duplication based on whether or not the expressed separation standard is satisfied, and the truth value of the separation standard is merged with each state partially closed space obtained by the space division to symbolize the binary vector format. It has a space division processing unit 0202 that assigns values and associates the transition possibility of a pair of the state partially closed spaces with the transition relationship between the symbolized state values.
 従って、本実施例によれば、安全性が設計により担保されつつ、操作容易性が実現可能な状態遷移モデル構築装置02及び自律システム11を実現することができる。 Therefore, according to this embodiment, it is possible to realize the state transition model construction device 02 and the autonomous system 11 that can realize operability while ensuring safety by design.
 より詳細には、本実施例の状態遷移モデル構築装置02は、自律システム11の制御に資する動作環境のモデルであって、モデルを用いた異常発生時の既存FDIR機能と、モデル自体の不備に対処するFDIR機能を併合したモデル構築装置である。 More specifically, the state transition model construction device 02 of this embodiment is a model of the operating environment that contributes to the control of the autonomous system 11, and has an existing FDIR function when an abnormality occurs using the model and a defect of the model itself. It is a model construction device that integrates the FDIR function to deal with.
 この状態遷移モデル構築装置02を、安全要件、機能要件、実稼動データからの順変換と捉えることで、前記自律システムの制御機能を、動作命令から前記安全要件、機能要件を充足する実稼動データを生成する逆変換機能として実現できるようになる。 By regarding the state transition model construction device 02 as a forward conversion from safety requirements, functional requirements, and actual operation data, the control function of the autonomous system can be changed from operation instructions to actual operation data that satisfies the safety requirements and functional requirements. Can be realized as an inverse conversion function to generate.
 この自律システム11のオペレータは、安全要件違反、不正な動作命令に起因したハザードを引き起こさないか否かの判定を、前記のように構築したモデルを援用した自律システム11の制御機能に移管できて、所望機能の実現にのみ注力すればよくなる。複雑大規模な高安全システムになると、安全性が設計により担保されつつ、操作容易性が実現できるようになる。 The operator of the autonomous system 11 can transfer the determination of whether or not to cause a hazard due to a violation of safety requirements or an illegal operation command to the control function of the autonomous system 11 using the model constructed as described above. It is only necessary to focus on the realization of the desired function. When it comes to a complicated and large-scale high-safety system, it becomes possible to realize operability while ensuring safety by design.
 以下、実施例2において、実施例1で示した状態空間の空間分割の詳細な例について説明する。実施例2は、低次元空間(2次元/3次元)の移動体についてレベル4の自動運転を行うADAS(先進運転支援システム:Advanced driver-assistance systems)における動作計画問題を扱う際に適用される。従って、自律システムはADASに相当する。 Hereinafter, in the second embodiment, a detailed example of the spatial division of the state space shown in the first embodiment will be described. The second embodiment is applied when dealing with an operation planning problem in ADAS (Advanced driver-assistance systems) that automatically drives a moving body in a low-dimensional space (2D / 3D) at level 4. .. Therefore, the autonomous system corresponds to ADAS.
 なお、以下の説明において、上述した実施例における構成要素と同一の構成要素については同一の符号を付し、その説明を簡略化する。 In the following description, the same components as the components in the above-described embodiment are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be simplified.
 図12は、実施例2に係る状態遷移モデル構築装置02が適用されるモデルの一例を示す図である。 FIG. 12 is a diagram showing an example of a model to which the state transition model construction device 02 according to the second embodiment is applied.
 より詳細には、図12は、双方向車線において、左方に駐車中と思しき車両があり、右方前方から車両が接近してくる状況において、自動運転車両を順方向に進行させようとする過程を示す。 More specifically, FIG. 12 shows an attempt to advance an autonomous vehicle in a forward direction in a situation where there is a vehicle that seems to be parked on the left side and a vehicle is approaching from the front right side in a two-way lane. Show the process.
 自車は、LIDAR(Laser Imaging Detection and Ranging:レーザーを用いた反射体位置同定手段)、カメラ、車速センサやGPS情報等を用いて、自車位置や速度を推定したり、外界認識処理と地図・交通規則情報を併用して、この動作環境のモデルを動的に構築する。 The vehicle uses LIDAR (Laser Imaging Detection and Ringing: a means of identifying the position of the reflector using a laser), a camera, a vehicle speed sensor, GPS information, etc. to estimate the vehicle position and speed, and external world recognition processing and a map. -Dynamic construction of this operating environment model by using traffic rule information together.
 このモデルは、自車の空間的位置と速度が取りうる状態空間を空間分割したものであって、各種分離基準に基づいて空間分割された各有界閉領域毎に、シンボル化状態値ListSymbolを定義したものと、シンボル化状態値間の遷移関係に関する拘束条件ListTransで構成され、図2Aの一実現形態である。 In this model, the state space that can take the spatial position and speed of the own vehicle is spatially divided, and the symbolized state value ListSymbol is set for each bounded closed area that is spatially divided based on various separation criteria. It is composed of the defined one and the constraint condition ListTrans regarding the transition relationship between the symbolized state values, and is one implementation form of FIG. 2A.
 本実施例においては、空間分割をオフラインで行い、シンボル化状態値に変換する処理だけをランタイムで行う場合と、空間分割とシンボル化状態値への変換の両方をランタイムで行う場合がある。 In this embodiment, there are cases where the spatial division is performed offline and only the process of converting to the symbolized state value is performed at the runtime, and there are cases where both the spatial division and the conversion to the symbolized state value are performed at the runtime.
 図13または図15に示される広域地図情報データベースが表現する空間分割モデルのように、オフラインで空間分割をされ、図14または図16に示される通り、GPS情報を引数として二値ベクタ変換する。他方、図17に示される通り、ランタイムで収集したLIDARデータ群を用いて、図18に示される通り、動的に空間分割とシンボル化状態値への変換をする。 As in the spatial division model represented by the wide area map information database shown in FIG. 13 or 15, the spatial division is performed offline, and as shown in FIG. 14 or 16, GPS information is used as an argument for binary vector conversion. On the other hand, as shown in FIG. 17, the lidar data group collected at runtime is used to dynamically perform spatial division and conversion to symbolized state values as shown in FIG.
 図13は、実施例2に係る状態遷移モデル構築装置02による空間分割の一例を示す図、図14は実施例2に係る状態遷移モデル構築装置02の2値ベクタ変換部0201の一例を示す図である。 FIG. 13 is a diagram showing an example of space division by the state transition model construction device 02 according to the second embodiment, and FIG. 14 is a diagram showing an example of the binary vector conversion unit 0201 of the state transition model construction apparatus 02 according to the second embodiment. Is.
 すなわち、図13は、広域の道路交通網を空間分割したものであって、分離基準として、エリア区分、図中のR1、R2と、走行路区分、図中のpart1、part2、を用いた例である。この場合、4ビットのシンボル化状態値ListSymbolを構築できる。各ビット値は、図14内の2値ベクタ変換部0201において、特定の分割済み有界閉空間への所属可否により一意に定まる。 That is, FIG. 13 shows an example in which a wide area road traffic network is spatially divided, and area divisions, R1 and R2 in the figure, and travel road divisions, part1 and part2 in the figure are used as separation criteria. Is. In this case, a 4-bit symbolized state value ListSymbol can be constructed. Each bit value is uniquely determined by the binary vector conversion unit 0201 in FIG. 14 depending on whether or not it belongs to a specific partitioned bounded closed space.
 また、図12は片側1車線の場合の例を示しているが、仮に2車線ある場合、順方向の車線間移動は許可されるが、対向車線への侵入は許可されない。走行路間の空間的接続関係と交通規則を論拠とする分離基準から、シンボル化状態遷移リストListTransを構築できる。 In addition, FIG. 12 shows an example in the case of one lane on each side, but if there are two lanes, forward movement between lanes is permitted, but entry into the oncoming lane is not permitted. The symbolized state transition list ListTrans can be constructed from the spatial connection relationship between the roads and the separation criteria based on the traffic rules.
 さらに、交通規則には、新航路に関する空間的制約だけでなく、交通標識による速度制限指示や一方通行等の速度成分への拘束条件等もあり、経路分岐がある交差点では複数の遷移先シンボル化状態値があるえる。空間分割処理済みの広域地図情報データベースに追加していくことで、空間分割の分離基準を詳細化したり、複雑な交通規則をシンボルか状態値への拘束条件として簡単に記述できるようになる。 Furthermore, the traffic rules include not only spatial restrictions on new routes, but also speed limit instructions by traffic signs and restrictions on speed components such as one-way streets, and multiple transition destination symbols are used at intersections with route branches. There is a state value. By adding to the wide area map information database that has been spatially divided, it becomes possible to elaborate the separation criteria for spatial division and easily describe complicated traffic rules as constraints on symbols or state values.
 図15は、実施例2に係る状態遷移モデル構築装置02による空間分割の他の例を示す図、図16は実施例2に係る状態遷移モデル構築装置02の2値ベクタ変換部0201の他の例を示す図である。 FIG. 15 is a diagram showing another example of space division by the state transition model construction device 02 according to the second embodiment, and FIG. 16 is another diagram of the binary vector conversion unit 0201 of the state transition model construction device 02 according to the second embodiment. It is a figure which shows an example.
 図15は、図13におけるエリアR2内部の詳細化地図・交通規則情報を表現したものである。順路であるpart1と対向路であるpart2の二つの部分閉空間があり、各々に進行路に関する速度velocity[k]に対する拘束条件を導入し、5ビット目のシンボル化状態値成分B[4]に対応する。対向車線への侵入や、同一車線における逆走は、交通規則により禁止されているため、シンボル化状態遷移リストは、遷移先を持つ有向グラフでなく、有効なシンボル化状態値の一覧だけを格納したものになっていることに留意されたい。 FIG. 15 is a representation of the detailed map / traffic rule information inside the area R2 in FIG. There are two partially closed spaces, part1 which is the route and part2 which is the opposite route, and each of them introduces a constraint condition for the velocity velocity [k] related to the traveling path, and the symbolized state value component B [4] of the fifth bit. Correspond. Since intrusion into the oncoming lane and reverse driving in the same lane are prohibited by traffic rules, the symbolized state transition list stores only a list of valid symbolized state values, not a directed graph with a transition destination. Please note that it has become a thing.
 このシンボル化状態値成分B[4]への変換は、図16に示す通り、2値ベクタ変換部0201が行う。つまり、GPSからの位置情報positionと車速センサからの速度情報velocityを引数にして、該当走行路に対応する交通規則、この場合は進行方向に関する制約条件の判定結果を、シンボル化状態値成分B[4]として出力する。 The conversion to the symbolized state value component B [4] is performed by the binary vector conversion unit 0201 as shown in FIG. That is, the position information position from GPS and the speed information velocity from the vehicle speed sensor are used as arguments, and the judgment result of the traffic rule corresponding to the corresponding driving road, in this case, the constraint condition regarding the traveling direction is symbolized as the state value component B [ Output as 4].
 図17は、実施例2に係る状態遷移モデル構築装置02による空間分割のまた他の例を示す図、図18は、実施例2に係る状態遷移モデル構築装置02のまた他の例であるLIDARデータ列用モデル構築部240102(図25参照)を示す図である。 FIG. 17 is a diagram showing another example of space division by the state transition model construction device 02 according to the second embodiment, and FIG. 18 is a lidar which is another example of the state transition model construction device 02 according to the second embodiment. It is a figure which shows the model building part 240102 (see FIG. 25) for a data string.
 図17は、LIDARが収集する、動作環境周辺の反射体の方位と距離を計測した結果ray[k,i]を多数束ねて、進行可能領域を有界凸閉領域群に空間分割したものである。 FIG. 17 shows a group of bounded convex / closed regions in which a large number of rays [k, i] are bundled as a result of measuring the orientation and distance of the reflector around the operating environment collected by LIDAR. is there.
 LIDARは精密計測ができるものの、微小反射・屈折体、例えば雨や雪が誤検知を引き起こす。そのため、精度は劣るがLIDARの前記誤検知要因に対処できる長波長のレーダーや超音波センサを併用してもよい。これらのデバイスは、動作環境である外界における反射体の位置ray_dst[i]を特定する目的と、反射体がない領域を同定する二つの機能を実現する手段と理解するのがよい。特に、自車位置と反射体の間、つまりray_src[i]からray_dst[i]までの間の線分近傍、に走行障害物がないことを物理的に裏付けるための手段である。 Although LIDAR can perform precise measurement, minute reflections and refractors, such as rain and snow, cause false detections. Therefore, a long-wavelength radar or an ultrasonic sensor that is inferior in accuracy but can deal with the above-mentioned false detection factor of LIDAR may be used in combination. These devices should be understood as a means to realize the purpose of identifying the position ray_dst [i] of the reflector in the outside world, which is the operating environment, and the function of identifying the region without the reflector. In particular, it is a means for physically confirming that there are no running obstacles between the vehicle position and the reflector, that is, near the line segment between ray_src [i] and ray_dst [i].
 LIDARは1秒あたり10万回を超えるLIDARデータ列を、全方位にわたって収集できる上、データの収集サイクルが早く、高速な移動体が自車両近傍・遠方にあっても、前記線分近傍のデータの再計測がされる。そのため、古いLIDARデータ値を破棄し、最新の収集データを用いてランタイム中に、進入可能領域を空間分割し続けることで、他の車載センサでは実現できない高い信頼度で、周辺障害物の分布をモデルに組み込み、更新できるようになる。 LIDAR can collect more than 100,000 LIDAR data strings per second in all directions, has a fast data collection cycle, and data near the line segment even if a high-speed moving object is near or far from the own vehicle. Is remeasured. Therefore, by discarding the old LIDAR data value and continuing to spatially divide the accessible area during runtime using the latest collected data, the distribution of surrounding obstacles can be distributed with high reliability that cannot be achieved by other in-vehicle sensors. It can be incorporated into the model and updated.
 図18は、LIDARデータ列用モデル構築部240102であって、2値ベクタ変換部0201が参照する、シンボル化状態値リストListSymbolの各要素を決める、空間分割処理部0202とを併合したものである。 FIG. 18 is a model construction unit 240102 for a lidar data string, which is merged with a space division processing unit 0202 that determines each element of the symbolized state value list ListSymbol referred to by the binary vector conversion unit 0201. ..
 空間分割に用いる分離基準として、すべてのビーム経路ray_src[i]->ray_dst[i]までの任意の内点およびビーム経路から距離Δまでの近傍が、必ずいずれかの凸閉領域内にとどまるような空間分割になることである。空間分割後の各々の凸閉領域ch[p]を束ねた凸閉領域のリストをCHと表現している。 As a separation criterion used for spatial division, make sure that any inner point up to all beam paths ray_src [i]-> ray_dst [i] and the neighborhood from the beam path to the distance Δ stay within one of the convex closed regions. It is to become a space division. A list of convex / closed regions in which each convex / closed region ch [p] after spatial division is bundled is expressed as CH.
 凸閉領域には、内部の任意の二点の内点が必ず同じ凸閉領域内に属するという性質がある。そのため、近傍のビーム経路を束ねて、凸閉領域の性質を維持するように連結・拡張する処理をして、ch[p]を逐次構築、更新すればよい。この過程で計算した、隣接する凸閉領域間の空間的接続関係をListTransに格納する。 The convex / closed region has the property that the internal points of any two internal points always belong to the same convex / closed region. Therefore, ch [p] may be sequentially constructed and updated by bundling nearby beam paths, connecting and expanding them so as to maintain the properties of the convex closed region. The spatial connection relationship between adjacent convex and closed regions calculated in this process is stored in ListTrans.
 また、自車両は有限の体積を占めるため、ビーム経路の終端点側ray_dst[i]を一部短縮して、車両の長さ・幅を考慮した幾何学的中心位置の侵入可能領域となるようにしてもよい。経路生成処理は、この車両の幾何学的中心位置の移動軌跡を第一に指定する。そのため、LIDARデータから進入可能領域を構築する段階で自車両の大きさを考慮しておくと、経路生成処理における計算の複雑化を回避できる。 In addition, since the own vehicle occupies a finite volume, the ray_dst [i] on the end point side of the beam path is partially shortened so that it becomes an intrudable region at the geometric center position considering the length and width of the vehicle. It may be. The route generation process first specifies the movement locus of the geometric center position of the vehicle. Therefore, if the size of the own vehicle is taken into consideration at the stage of constructing the accessible area from the LIDAR data, it is possible to avoid complication of calculation in the route generation process.
 図19は、実施例2に係る状態遷移モデル構築装置であるLIDARデータ列用モデル構築部240102の動作の一例を示すフローチャート、図20は、実施例2に係るLIDARデータ列用モデル構築部240102の空間分割処理部0202の動作手順を説明するための図である。 FIG. 19 is a flowchart showing an example of the operation of the lidar data string model construction unit 240102, which is the state transition model construction device according to the second embodiment, and FIG. 20 is a flowchart of the lidar data string model construction unit 240102 according to the second embodiment. It is a figure for demonstrating the operation procedure of the space division processing part 0202.
 以上に示した空間分割処理は、図19に示される手順に従い行う。図20は、この手順に従い、ビーム経路ray[k,i=0]からray[k,i=13]を時計回りに逐次追加する過程で、凸閉領域ch[0],ch[1]が構築されていく過程を図示したものである。 The space division process shown above is performed according to the procedure shown in FIG. In FIG. 20, in the process of sequentially adding ray [k, i = 13] from the beam path ray [k, i = 0] clockwise according to this procedure, the convex closed regions ch [0] and ch [1] are formed. It illustrates the process of being constructed.
 ステップS1901では、最新のビーム経路のリストRay[t-t0]からRay[t]までを併合し、処理対象のリストRay[k]を設定する。 In step S1901, the latest beam path list Ray [t-t0] to Ray [t] are merged, and the processing target list Ray [k] is set.
 ステップS1902では、はじめのエントリray[k,0]を包含する凸閉領域ch[0]を、各シンボル化状態値のビット値成分を指定する凸閉領域のリストCHに登録する。 In step S1902, the convex / closed region ch [0] including the first entry ray [k, 0] is registered in the list CH of the convex / closed region that specifies the bit value component of each symbolization state value.
 ステップS1903では、Ray[k]の先頭エントリray[k,i]が示すビーム経路の始点ray_src[i]と終点ray_dst[i]の両方が、CHに登録されたいずれかの凸閉領域からの距離Δより離れているかを判定する。 In step S1903, both the start point ray_src [i] and the end point ray_dst [i] of the beam path indicated by the first entry ray [k, i] of Ray [k] are from any of the convex closed regions registered in CH. Determine if the distance is greater than the distance Δ.
 この場合にはステップS1904に進み、ray[k,i]を包含するconvex hullを生成してCHに登録する。 In this case, the process proceeds to step S1904, a convex hull including ray [k, i] is generated and registered in CH.
 続いてステップ1905に進み、ビーム経路ray[k,i]の両端点のいずれか一方が、CHに登録された凸閉領域ch[p]のいずれかまたは距離Δ以内の近傍にある場合には、シンボル化状態遷移リストListTransに、S1904で生成したconvex hull ch[p+1]と、該当するch[p]を、遷移可能な隣接凸閉領域対として登録する。 Then, the process proceeds to step 1905, when either of the both end points of the beam path ray [k, i] is in either of the convex closed regions ch [p] registered in CH or in the vicinity of the distance Δ. , The convex hull ch [p + 1] generated in S1904 and the corresponding ch [p] are registered as transitionable adjacent convex closed region pairs in the symbolized state transition list ListTrans.
 ステップS1903において、代わりにビーム経路ray[k,i]の両端点が、CHに登録されたいずれかの凸閉領域ch[p]に属している場合には、ステップS1906に進み、当該凸閉領域ch[p]を、前記ビーム経路ray[k,i]を包含するように拡張する。 In step S1903, if both end points of the beam path ray [k, i] belong to any of the convex closed regions ch [p] registered in CH, the process proceeds to step S1906 and the convex closure is performed. The region ch [p] is extended to include the beam path ray [k, i].
 また、ビーム経路ray[k,i]のいずれか一方の端点は、CHに登録されたいずれの凸閉領域ch[p]にも属していない場合は、ステップS1904に進み、新しく、ビーム経路ray[k,i]を包含する凸閉領域ch[p+1]を生成する。 If one of the endpoints of the beam path ray [k, i] does not belong to any of the convex closed regions ch [p] registered in CH, the process proceeds to step S1904, and a new beam path ray [k, i] is obtained. A convex closed region ch [p + 1] including [k, i] is generated.
 以上の処理を、ビーム経路のリストRay[k]に登録されたすべてのビーム経路に対して実行すると、図17に示すとおり、凸閉領域ch[0]~ch[3]を得る。この領域内にとどまる軌道を辿る限り、この自動運転車両は衝突しないことを保証できる。 When the above processing is executed for all the beam paths registered in the beam path list Ray [k], convex closed regions ch [0] to ch [3] are obtained as shown in FIG. As long as you follow a track that stays within this area, you can be assured that this self-driving vehicle will not collide.
 図21は、実施例2に係る状態遷移モデル構築装置02による空間分割のさらに他の例を示す図、図22は、実施例2に係る状態遷移モデル構築装置のさらに他の例であるカメラデータ列用モデル構築部240103(図25参照)を示す図である。 FIG. 21 is a diagram showing still another example of space division by the state transition model construction device 02 according to the second embodiment, and FIG. 22 is a camera data which is still another example of the state transition model construction device according to the second embodiment. It is a figure which shows the model building part 240103 (see FIG. 25) for a column.
 図21は、カメラによる周囲物体の認識結果obj[k]を元に、自車の計画軌道に関する進入不可領域とそれ以外の領域を空間分割した例を示す。ccdom[0]~ccdom[2]の3種の凸閉領域に分解されている。 FIG. 21 shows an example in which the inaccessible area and the other areas related to the planned trajectory of the own vehicle are spatially divided based on the recognition result obj [k] of the surrounding object by the camera. It is decomposed into three types of convex closed regions, ccdom [0] to ccdom [2].
 図18と同様、計時変化する認識結果obj[k]に対して、図22の構成にしたカメラ用モデル構築部240103内部において、動的にこの空間分割処理を行い、分割後の凸部分閉領域シンボル化状態値B[6],B[6,p]とその判定基準となる部分凸閉領域群CCD={ccdom[p],0<=p<3}を算出し、隣接する凸閉領域間をListTransに登録する。 Similar to FIG. 18, this spatial division process is dynamically performed inside the camera model construction unit 240103 configured in FIG. 22 for the recognition result obj [k] that changes with timekeeping, and the convex portion closed region after the division is performed. The symbolized state values B [6], B [6, p] and the partially convex closed region group CCD = {ccdom [p], 0 <= p <3} that serves as the criterion for the symbolization state values are calculated, and the adjacent convex closed regions are calculated. Register the interval in ListTrans.
 図23は、実施例2に係る状態遷移モデル構築装置02による空間分割をまとめて示した図、図24は、実施例2に係る状態遷移モデル構築装置02によるシンボル化状態値の各成分の対応関係を示す図である。 FIG. 23 is a diagram showing the spatial division by the state transition model construction device 02 according to the second embodiment, and FIG. 24 is a correspondence of each component of the symbolized state value by the state transition model construction device 02 according to the second embodiment. It is a figure which shows the relationship.
 すなわち、図23は、自車両が図示された位置にある時に収集した外部状態を用いて、以上の手続きを経て動的に生成された状態部分閉空間を示し、図24は、シンボル化状態値の各成分の対応関係を整理したものである。 That is, FIG. 23 shows a state partially closed space dynamically generated through the above procedure using the external state collected when the own vehicle is in the illustrated position, and FIG. 24 shows the symbolized state value. This is a summary of the correspondence between each component of.
 自車両軌道は、地図・交通情報データベースを参照して走行路と方向に関する拘束条件を満たしながら、LIDARからのビーム経路収集により裏付けられた、障害物がないフリースペースの空間内にとどまりながら、カメラからのオブジェクト情報を用いて設定した侵入不可領域を避けるように、自車両は計画軌道を算出すればよい。 The vehicle's trajectory refers to the map / traffic information database, and while satisfying the restraint conditions regarding the driving route and direction, the camera stays in the free space without obstacles, which is supported by the beam route collection from LIDAR. The own vehicle may calculate the planned track so as to avoid the inaccessible area set by using the object information from.
 本例では、複雑かつ経時変化する外部環境を、幾何学的精度を保ちながら表現する代わりに、自車両の位置position[k]と速度ベクタvelocity[k]に対する凸閉領域群の内外判定という二値ベクタのシンボル化状態値に変換し、後続の経路計画問題は、このシンボル化状態遷移リストListTransにより限定される範囲で、シンボル化状態値間の遷移列を算出する問題に置換される。 In this example, instead of expressing the complex and time-varying external environment while maintaining geometric accuracy, the inside / outside judgment of the convex / closed region group with respect to the position position [k] of the own vehicle and the velocity vector velocity [k] is used. It is converted to the symbolized state value of the value vector, and the subsequent route planning problem is replaced with the problem of calculating the transition sequence between the symbolized state values within the range limited by this symbolized state transition list ListTrans.
 図25は、実施例2に係る状態遷移モデル構築装置02のシンボル化状態値変換部2401の一例を示す図である。 FIG. 25 is a diagram showing an example of the symbolized state value conversion unit 2401 of the state transition model construction device 02 according to the second embodiment.
 図25に示したシンボル化状態値変換部2401は、図13から図23までを統合し、図3のシンボル化状態値変換部03に相当するものであって、自動運転車両用のセンサ群とそれに対応するモデル構築部を備えたものである。図3におけるシンボル化状態値リスト生成部0304に相当する機能は、LIDARとカメラのデータを用いて、ランタイムでシンボル化状態値リストの各成分を決める空間分割処理に対応する。 The symbolized state value conversion unit 2401 shown in FIG. 25 integrates FIGS. 13 to 23 and corresponds to the symbolized state value conversion unit 03 of FIG. 3, and is a sensor group for an autonomous driving vehicle. It is equipped with a model construction unit corresponding to it. The function corresponding to the symbolized state value list generation unit 0304 in FIG. 3 corresponds to the space division process of determining each component of the symbolized state value list at runtime by using the data of the lidar and the camera.
 図6に示したシンボル化状態値への変換処理は、センサ毎に分割された。つまり、広域地図情報データベース1401とGPS情報を用いて二値ベクタに変換する部分を含む、GPSデータ列用モデル構築部240101、LIDARデータ列用モデル構築部240102、カメラデータ列用モデル構築部240103、から、シンボル化状態値リストおよびシンボル化状態遷移リストListTransを構築し、図3におけるシンボル化状態値算出部の処理を継承して、状態値ベクタ列y[k]を、順番にシンボル化状態値列Z[k]に変換していく。 The conversion process to the symbolized state value shown in FIG. 6 was divided for each sensor. That is, the GPS data string model building unit 240101, the LIDAR data string model building unit 240102, and the camera data string model building unit 240103, which include a wide area map information database 1401 and a part that converts into a binary vector using GPS information, From, the symbolized state value list and the symbolized state transition list ListTrans are constructed, and the processing of the symbolized state value calculation unit in FIG. 3 is inherited, and the state value vector sequence y [k] is sequentially symbolized. Convert to column Z [k].
 図24を参照して、シンボル化状態値の各成分は、B[0]=0,B[1]=1,B[2]=1,B[3]=0,B[4]=1,B[5]=1,B[5,0/1/2/3]=(1,0,0,0), B[6]=1, B[6,0/1/2]=(1,0,0)となっている。 With reference to FIG. 24, each component of the symbolized state value is B [0] = 0, B [1] = 1, B [2] = 1, B [3] = 0, B [4] = 1. , B [5] = 1, B [5,0 / 1/2/3] = (1,0,0,0), B [6] = 1, B [6,0 / 1/2] = ( It is 1,0,0).
 図26は、実施例2に係る自律システム11を構成する計画動作列生成部07の概略構成を示す図である。すなわち、図26は、図7の計画動作列生成部07の機能を、本実施例における自動運転車両の構成に対応するように具体化したものである。 FIG. 26 is a diagram showing a schematic configuration of a planned operation sequence generation unit 07 constituting the autonomous system 11 according to the second embodiment. That is, FIG. 26 embodies the function of the planned operation sequence generation unit 07 of FIG. 7 so as to correspond to the configuration of the autonomous driving vehicle in this embodiment.
 本例では状態値ベクタy[k]は、y[k,0]: 位置 position[k], y[k,1]: 速度velocity[k], y[k,2]:LIDARのビーム経路列Ray[k]だけでなく、制御命令u[k]の構成要素、つまりu[k,0]: ステアリング値であって旋回角速度に作用させるアクチュエータへの制御命令、u[k,1]: アクセルであって、速度ベクタの増加方向に作用させるアクチュエータへの制御命令、u[k,2]: ブレーキであって、速度ベクタの現象方向に作用させるアクチュエータへの制御入力、を含む。 In this example, the state value vector y [k] is y [k, 0]: position position [k], y [k, 1]: velocity velocity [k], y [k, 2]: LIDAR beam path sequence. Not only Ray [k], but also the components of the control command u [k], that is, u [k, 0]: The control command to the actuator that is the steering value and affects the turning angular velocity, u [k, 1]: Accelerator It includes a control command to the actuator that acts in the increasing direction of the velocity vector, u [k, 2]: a control input to the actuator that acts in the phenomenon direction of the velocity vector, which is a brake.
 伝達関数vehicle_dynamicsは、制御入力u[k]および現在の状態値ベクタy[k]に対して、時間Δt後の遷移後状態値ベクタy[k+1]の推定値を拘束する関数である。 The transfer function vehicle_dynamics is a function that constrains the estimated value of the post-transition state value vector y [k + 1] after the time Δt with respect to the control input u [k] and the current state value vector y [k].
 本例では、シンボル化制御命令として、以下を設定している。
       C[j](y)={B[1,2,3,4]}={1,1,0,1}, 1<=j<=T
In this example, the following is set as the symbolization control instruction.
C [j] (y) = {B [1,2,3,4]} = {1,1,0,1}, 1 <= j <= T
 計画動作の算出期間k=1~Tにわたって、状態値ベクタy[k+j]のシンボル化状態値列が、B[1]=1, B[2]=1, B[3]=0, B[4]=1を維持することを指示するものである。これは、エリアR2内の(B[1]=1)レーンpart2に沿って(B[2]=1,B[3]=0)、順方向に(B[4]=1)進行することを意味する。 Over the calculation period k = 1 to T of the planned operation, the symbolized state value sequence of the state value vector y [k + j] is B [1] = 1, B [2] = 1, B [3] = 0, It indicates that B [4] = 1 should be maintained. It travels forward (B [4] = 1) along (B [1] = 1) lane part2 in area R2 (B [2] = 1, B [3] = 0). Means.
 我々は、このシンボル化状態値列が支持する、時系列の状態値ベクタ列y[k]~y[k+T]への拘束条件を満たす充足解であって、具体的な制御入力値列u[k]~u[k+T]を算出する制御問題を解きたい。これは、指定したシンボル化制御命令を具体的に実現する制御入力値列の数値解を、SAT/CSPソルバに算出されることで得られる。 We are a sufficiency solution that satisfies the constraint condition for the time-series state value vector sequence y [k] to y [k + T] supported by this symbolized state value sequence, and is a concrete control input value sequence. I want to solve a control problem that calculates u [k] to u [k + T]. This can be obtained by calculating the numerical solution of the control input value sequence that specifically realizes the specified symbolization control instruction in the SAT / CSP solver.
 図27は、実施例2に係る自律システム11の制約式ソルバ0702が受け取る未定変数群及びそれに対する制約式のリストの一例を示す図である。 FIG. 27 is a diagram showing an example of a group of undecided variables received by the constraint formula solver 0702 of the autonomous system 11 according to the second embodiment and a list of constraint formulas for the undetermined variables.
 より詳細には、図27は、SAT/CSPソルバである制約式ソルバ0702が受け取る未定変数群およびそれに対する制約式のリストである。つまり、計画動作に対応する時系列の状態値ベクタ列y[k]~y[k+T]を未定変数YY={yy[k]|0<=k<=T}として、および前記シンボル化状態値列が支持する拘束条件を設定する。安全制約として、LIDARにより反射体がないことが裏付けられた進入可能領域にとどまることを支持するシンボル化状態値成分B[5]=1を指定し、前記伝達関数vehicle_dynamicsに関する拘束条件を追加する。 More specifically, FIG. 27 is a list of undecided variables received by the constraint expression solver 0702, which is a SAT / CSP solver, and the constraint expressions for them. That is, the time-series state value vector sequences y [k] to y [k + T] corresponding to the planned operation are set as the undetermined variable YY = {yy [k] | 0 <= k <= T}, and the symbolization is performed. Set the constraint conditions supported by the state value sequence. As a safety constraint, a symbolized state value component B [5] = 1 that supports staying in the accessible region confirmed by lidar to be absent is specified, and a constraint on the transfer function vehicle_dynamics is added.
 未定変数YYの具体的な充足解の有無を判定し、存在すれば、YYの割当値を得る。その内の制御入力値成分u[k]~u[k+T]を実際にステアリング、アクセル、ブレーキなどのアクチュエータに入力する。この処理手順は、図8を踏襲する。 Determine if there is a specific satisfied solution for the undecided variable YY, and if it exists, obtain the assigned value for YY. The control input value components u [k] to u [k + T] are actually input to actuators such as steering, accelerator, and brake. This processing procedure follows FIG.
 自車両が動作継続する過程で、状態値ベクタy[k]は経時進行するので、LIDARやカメラのデータも経時変化し、従って空間分割結果も変わる。そのため、時間Δtの定数倍程度の短周期で一連の処理を再実行するのがよい。図12の例であれば、左側の順方向車線に停車している車両があるために、エリアR1に向かう順方向走行路が完全に見通せているわけではない。実際、LIDARのデータは停車車両により阻害されているため、自車両は右方に進行してLine-of-sightを確保して、初めてエリアR1に続く計画軌道を設定できるようになる。 As the own vehicle continues to operate, the state value vector y [k] progresses over time, so the LIDAR and camera data also change over time, and therefore the spatial division result also changes. Therefore, it is preferable to re-execute a series of processes in a short cycle of about a constant multiple of the time Δt. In the example of FIG. 12, since there is a vehicle parked in the forward lane on the left side, the forward travel path toward the area R1 is not completely visible. In fact, since the LIDAR data is obstructed by the stopped vehicle, the own vehicle can move to the right to secure the line-of-sight and set the planned track following the area R1 for the first time.
 図28は、実施例2に係る状態遷移モデル構築装置02が適用されるモデルの他の例を示す図である。 FIG. 28 is a diagram showing another example of the model to which the state transition model construction device 02 according to the second embodiment is applied.
 前方車両が停車しているのではなくて移動している状況を図28に示す。この場合前方の順方向走行路の車両は横断歩道前で微速移動しているため、カメラ空のデータを受け取り、進入不可領域を設定することになる。その結果、LIDARのデータを用いた空間分割の結果得られるモデルによると前方車両を横切る経路は存在しているが、計画動作列生成部はそのような経路を算出できないため、自車両は減速・停車する。このような挙動をしても、シンボル化制御命令が指定する制約条件を充足していることに留意されたい。 Fig. 28 shows the situation in which the vehicle in front is moving instead of being stopped. In this case, since the vehicle on the forward traveling path ahead is moving at a very low speed in front of the pedestrian crossing, the data in the sky of the camera is received and the inaccessible area is set. As a result, according to the model obtained as a result of spatial division using LIDAR data, there is a route that crosses the vehicle in front, but the planned operation train generation unit cannot calculate such a route, so the own vehicle decelerates. Stop. It should be noted that even with such behavior, the constraint conditions specified by the symbolization control instruction are satisfied.
 従って、本実施例によっても、上述した実施例と同様の効果を得ることができる。 Therefore, the same effect as that of the above-described embodiment can be obtained by this embodiment as well.
 なお、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために構成を詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、各実施例の構成の一部について、他の構成に追加、削除、置換することが可能である。 Note that the above-described embodiment describes the configuration in detail in order to explain the present invention in an easy-to-understand manner, and is not necessarily limited to the one including all the described configurations. Further, it is possible to add, delete, or replace a part of the configuration of each embodiment with other configurations.
 また、上記の各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、本発明は、実施例の機能を実現するソフトウェアのプログラムコードによっても実現できる。この場合、プログラムコードを記録した記憶媒体をコンピュータに提供し、そのコンピュータが備えるプロセッサが記憶媒体に格納されたプログラムコードを読み出す。この場合、記憶媒体から読み出されたプログラムコード自体が前述した実施例の機能を実現することになり、そのプログラムコード自体、及びそれを記憶した記憶媒体は本発明を構成することになる。このようなプログラムコードを供給するための記憶媒体としては、例えば、フレキシブルディスク、CD-ROM、DVD-ROM、ハードディスク、SSD(Solid State Drive)、光ディスク、光磁気ディスク、CD-R、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ROMなどが用いられる。 Further, each of the above configurations, functions, processing units, processing means, etc. may be realized by hardware by designing a part or all of them by, for example, an integrated circuit. The present invention can also be realized by a program code of software that realizes the functions of the examples. In this case, a storage medium in which the program code is recorded is provided to the computer, and the processor included in the computer reads the program code stored in the storage medium. In this case, the program code itself read from the storage medium realizes the functions of the above-described embodiment, and the program code itself and the storage medium storing the program code itself constitute the present invention. Examples of the storage medium for supplying such a program code include a flexible disk, a CD-ROM, a DVD-ROM, a hard disk, an SSD (Solid State Drive), an optical disk, a magneto-optical disk, a CD-R, and a magnetic tape. Non-volatile memory cards, ROMs, etc. are used.
 また、本実施例に記載の機能を実現するプログラムコードは、例えば、アセンブラ、C/C++、perl、Shell、PHP、Java(登録商標)等の広範囲のプログラム又はスクリプト言語で実装できる。 Further, the program code that realizes the functions described in this embodiment can be implemented in a wide range of programs or script languages such as assembler, C / C ++, perl, Shell, PHP, and Java (registered trademark).
 さらに、実施例の機能を実現するソフトウェアのプログラムコードを、ネットワークを介して配信することによって、それをコンピュータのハードディスクやメモリ等の記憶手段又はCD-RW、CD-R等の記憶媒体に格納し、コンピュータが備えるプロセッサが当該記憶手段や当該記憶媒体に格納されたプログラムコードを読み出して実行するようにしてもよい。 Further, by distributing the program code of the software that realizes the functions of the examples via the network, it is stored in a storage means such as a hard disk or memory of a computer or a storage medium such as a CD-RW or a CD-R. , The processor provided in the computer may read and execute the program code stored in the storage means or the storage medium.
 上述の実施例において、制御線や情報線は、説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。全ての構成が相互に接続されていてもよい。 In the above-described embodiment, the control lines and information lines indicate those considered necessary for explanation, and do not necessarily indicate all the control lines and information lines in the product. All configurations may be interconnected.
02   モデル構築部
0201     2値ベクタ変換部
0202      空間分割処理部
03   シンボル化状態値変換部
0300      状態値ベクタ列
0301      シンボル化状態値算出部
0302      シンボル化状態値リスト
0303      シンボル化状態値登録判定部
0304      シンボル化状態値リスト生成部
0305      シンボル化状態値列
07   計画動作列生成部
0701      計画動作列算出部
0702      制約式ソルバ
09   モデル整合性監視部
091 シンボル化状態値照合部
11   自律システム
1101      計測系
1102      自律制御装置
1103      駆動系
1104      動作決定部
 
02 Model construction unit 0201 Binary vector conversion unit 0202 Spatial division processing unit 03 Symbolization state value conversion unit 0300 State value vector string 0301 Symbolization state value calculation unit 0302 Symbolization state value list 0303 Symbolization state value registration judgment unit 0304 Symbol Symbolized state value list generation unit 0305 Symbolized state value string 07 Planned operation column generation unit 0701 Planned operation column calculation unit 0702 Constraint expression solver 09 Model consistency monitoring unit 091 Symbolized state value collation unit 11 Autonomous system 1101 Measurement system 1102 Autonomous control Device 1103 Drive system 1104 Operation determination unit

Claims (8)

  1.  システムの状態と動作環境の状態の定義域を併合した状態空間に対して、状態間の同族性および異種性を表現した分離基準の充足可否に基づいて重複なく空間分割を行い、前記空間分割により得られた各状態部分閉空間に対して前記分離基準の真偽値を併合した2値ベクタ形式のシンボル化状態値を割当て、前記状態部分閉空間の対の遷移可能性を、前記シンボル化状態値間の遷移関係と対応付ける空間分割処理部を有することを特徴とする状態遷移モデル構築装置。 A state space in which the definition areas of the state of the system and the state of the operating environment are merged is divided into spaces without duplication based on whether or not the separation criteria expressing the homogeneity and heterogeneity between the states are satisfied, and the space division is performed. A binary vector format symbolized state value obtained by merging the truth values of the separation criteria is assigned to each of the obtained state partially closed spaces, and the transition possibility of a pair of the state partially closed spaces is determined by the symbolized state. A state transition model construction device characterized by having a spatial division processing unit associated with a transition relationship between values.
  2.  請求項1に記載の状態遷移モデル構築装置であって、
     前記状態空間は、前記システムの動作時前提により区分された第一の状態部分閉空間と、前記第一の状態部分閉空間の部分集合であって、安全要件により区分された第二の状態部分閉空間とにより規定されることを特徴とする状態遷移モデル構築装置。
    The state transition model construction device according to claim 1.
    The state space is a subset of the first state partially closed space and the first state partially closed space classified according to the operating premise of the system, and is a second state part classified according to safety requirements. A state transition model construction device characterized by being defined by a closed space.
  3.  請求項2に記載の状態遷移モデル構築装置であって、
     前記状態空間は、前記システムの機能要件を、前記第一の状態部分閉空間を空間分割する際に用いる分離基準として用いることで空間分割されることを特徴とする状態遷移モデル構築装置。
    The state transition model construction device according to claim 2.
    The state transition model construction device is characterized in that the state space is spatially divided by using the functional requirements of the system as a separation reference used when the first state partially closed space is spatially divided.
  4.  請求項3に記載の状態遷移モデル構築装置であって、
     前記分離基準と前記システムの状態値ベクタ群とが入力され、これら分離基準及び状態値ベクタ群を2値ベクタに変換する2値ベクタ変換部を有し、
     前記空間分割処理部は、前記2値ベクタ及び前記状態値ベクタ群を入力とする
    ことを特徴とする状態遷移モデル構築装置。
    The state transition model construction device according to claim 3.
    The separation reference and the state value vector group of the system are input, and the separation reference and the state value vector group have a binary vector conversion unit for converting into a binary vector.
    The space division processing unit is a state transition model construction device characterized in that the binary vector and the state value vector group are input.
  5.  請求項4に記載の状態遷移モデル構築装置であって、
     前記空間分割処理部は、2値ベクタ形式のシンボル化状態値の論理和として、有効なシンボル化状態値リストを生成し、有効な遷移関係である前記シンボル化状態値の対を併合した2値ベクタ形式の論理和として、有効なシンボル化遷移関係リストを生成することを特徴とする状態遷移モデル構築装置。
    The state transition model construction device according to claim 4.
    The spatial division processing unit generates a valid symbolized state value list as a logical sum of the symbolized state values in a binary vector format, and merges the pairs of the symbolized state values which are valid transition relationships. A state transition model construction device characterized by generating a valid symbolized transition relation list as a vector-format OR.
  6.  外界計測系と駆動系と自律制御装置を備えた自律システムであって、
     前記自律制御装置は、動作決定部、計画動作列生成部、およびモデル整合性監視部を有し、
     前記計画動作列生成部は、請求項5に記載の前記シンボル化状態値リスト及び前記シンボル化遷移関係リストを参照し、前記動作決定部が指定したシンボル化制御命令列と整合し、前記安全要件を充足する計画動作列の有無を判定する機能を有し、
     前記モデル整合性監視部は、請求項5に記載の前記シンボル化状態値リスト及び前記シンボル化遷移関係リストを参照し、前記計画動作列と前記シンボル化制御命令列との整合性に基づき前記シンボル化状態値リスト及び前記シンボル化遷移関係リストの不備を検出する機能と、前記シンボル化制御命令列の不備を監視及び通知する機能と、前記安全要件の充足可否を監視および通知する機能とを有する
    ことを特徴とする自律システム。
    It is an autonomous system equipped with an external measurement system, a drive system, and an autonomous control device.
    The autonomous control device has an operation determination unit, a planned operation sequence generation unit, and a model consistency monitoring unit.
    The planned operation sequence generation unit refers to the symbolization state value list and the symbolization transition relation list according to claim 5, and is consistent with the symbolization control instruction sequence specified by the operation determination unit, and the safety requirement. Has a function to determine the presence or absence of a planned operation sequence that satisfies
    The model consistency monitoring unit refers to the symbolized state value list and the symbolized transition relation list according to claim 5, and based on the consistency between the planned operation sequence and the symbolized control command sequence, the symbol It has a function of detecting deficiencies in the symbolization state value list and the symbolization transition relation list, a function of monitoring and notifying the deficiency of the symbolization control command sequence, and a function of monitoring and notifying whether or not the safety requirements are satisfied. An autonomous system characterized by that.
  7.  請求項6に記載の自律システムであって、
     前記自律システムは自動運転を行う車両に用いられ、
     前記外界計測系は、3次元空間中の反射体の有無および位置を取得するアクティブ計測機能を有し、
     前記車両の位置と前記反射体をつなぐビーム経路を包含する凸閉領域群とその隣接関係で走行可能領域を空間分割し、請求項1に記載の2値ベクタ形式の状態遷移モデルを構築する機能を有する
    ことを特徴とする自律システム。
    The autonomous system according to claim 6.
    The autonomous system is used for vehicles that drive autonomously.
    The external world measurement system has an active measurement function for acquiring the presence / absence and position of a reflector in a three-dimensional space.
    A function of spatially dividing a travelable region by a convex closed region group including a beam path connecting the vehicle position and the reflector and an adjacent relationship thereof, and constructing a state transition model in the binary vector format according to claim 1. An autonomous system characterized by having.
  8.  請求項7に記載の自律システムであって、
     前記自律制御装置は、
     前記ビーム経路を包含する前記凸閉領域群の内、前記車両の位置を内包する前記凸閉領域から目標位置を内包する前記凸閉領域への状態遷移経路を算出する機能と、
     隣接する前記凸閉領域を特徴付ける3次元空間の分離基準を拘束条件とした前記計画動作列の有無を算出する機能と
    を有することを特徴とする自律システム。
     
     
    The autonomous system according to claim 7.
    The autonomous control device is
    A function of calculating a state transition path from the convex closed region including the position of the vehicle to the convex closed region including the target position in the convex closed region group including the beam path.
    An autonomous system characterized by having a function of calculating the presence or absence of the planned operation sequence with a separation criterion of a three-dimensional space that characterizes the adjacent convex / closed region as a constraint condition.

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