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Runtime monitoring of operational design domain to safeguard machine learning components

Torens, Christoph und Jünger, Franz und Schirmer, Sebastian und Nagarajan, Pranav und Schopferer, Simon und Zhukov, Dmytro und Dauer, Johann C. (2025) Runtime monitoring of operational design domain to safeguard machine learning components. CEAS Aeronautical Journal, 16, Seiten 973-991. Springer. doi: 10.1007/s13272-025-00883-6. ISSN 1869-5590.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
4MB

Offizielle URL: https://link.springer.com/article/10.1007/s13272-025-00883-6

Kurzfassung

To increase the autonomy of future air taxis, machine learning is necessary for a lot of areas such as vision-based tasks. However, the safety aspect of any machine learning application is of significant concern for users, experts, and certification authorities. To mitigate the risk to passengers or people on the ground, any machine learning-enabled component requires demonstration of rigorous compliance to safety and development assurance standards. Standardization organizations and authorities are currently developing and establishing new guidelines for the safe use of machine learning applications in the aviation domain. This work showcases the concept of runtime monitoring for enabling the safe integration of an example machine learning application in the urban air mobility context: the detection of humans during a landing approach of an air taxi via an onboard camera. Such an application may be useful in the context of autonomous landing to ensure that no person on the ground is endangered. In particular, the concept of operational design domain monitoring is discussed in the context of the recent European Union Aviation Safety Agency guidance and demonstrated in flight testing. The operational design domain monitor is composed of several sub-monitors that supervise different parameters in the operational domain and detect out-of-distribution inputs. Through the development of this component, this work further extends our work on safe operation monitor and runtime assurance for machine learning applications. The flight test results indicate that monitoring the operational design domain can support performance as well as the safety of the operation.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/201363/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Zusätzliche Informationen:Luftfahrtforschungsprogramm des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie (LuFo)
Titel:Runtime monitoring of operational design domain to safeguard machine learning components
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Torens, ChristophChristoph.Torens (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-0651-4390203725243
Jünger, FranzFranz.Juenger (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Schirmer, Sebastiansebastian.schirmer (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-4596-2479NICHT SPEZIFIZIERT
Nagarajan, Pranavpranav.nagarajan (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-1172-4365203725244
Schopferer, SimonSimon.Schopferer (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-5254-3961203725245
Zhukov, DmytroDmytro.Zhukov (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Dauer, Johann C.Johann.Dauer (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-8287-2376NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:11 November 2025
Erschienen in:CEAS Aeronautical Journal
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:16
DOI:10.1007/s13272-025-00883-6
Seitenbereich:Seiten 973-991
Verlag:Springer
Name der Reihe:Special Issue on Urban Air Mobility
ISSN:1869-5590
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Urban air mobility, Machine learning, Runtime monitoring, Runtime assurance, Operational design domain
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Luftfahrt
HGF - Programmthema:Komponenten und Systeme
DLR - Schwerpunkt:Luftfahrt
DLR - Forschungsgebiet:L CS - Komponenten und Systeme
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):L - Unbemannte Flugsysteme
Standort: Braunschweig
Institute & Einrichtungen:Institut für Flugsystemtechnik > Unbemannte Luftfahrzeuge
Hinterlegt von: Torens, Christoph
Hinterlegt am:27 Jan 2026 13:26
Letzte Änderung:02 Feb 2026 12:03

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