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Temporal Behavior Trees: Robustness and Segmentation

Schirmer, Sebastian und Singh, Jasdeep und Jensen, Emily und Dauer, Johann C. und Finkbeiner, Bernd und Sankaranarayanan, Sriram (2024) Temporal Behavior Trees: Robustness and Segmentation. In: 27th ACM International Conference on Hybrid Systems: Computation and Control, HSCC 2024. Hybrid Systems: Computation and Control, 2024-05-14 - 2024-05-16, Hong Kong. doi: 10.1145/3641513.3650180. ISBN 979-840070522-9.

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Kurzfassung

This paper presents temporal behavior trees (TBT), a specification formalism inspired by behavior trees that are commonly used to program robotic applications. We then introduce the concept of trace segmentation, wherein given a TBT specification and a trace, we split the trace optimally into sub-traces that are associated with various portions of the TBT specification. Segmentation of a trace then serves to explain precisely how a trace satisfies or violates a specification, and which portions of a specification are actually violated. We introduce the syntax and semantics of TBT and compare their expressiveness in relation to temporal logic. Next, we define robustness semantics for TBT specification with respect to a trace. Rather than a Boolean interpretation, the robustness provides a real-valued numerical outcome that quantifies how close or far away a trace is from satisfying or violating a TBT specification. We show that computing the robustness of a trace also segments it into subtraces.Finally, we provide efficient approximations for computing robustness and segmentation for long traces with guarantees on the result.We demonstrate how segmentations are useful through applications such as understanding how novice users pilot an aerial vehicle through a sequence of waypoints in desktop experiments and the offline monitoring of automated lander for a drone on a ship. Our case studies demonstrate how TBT specification and segmentation can be used to understand and interpret complex behaviors of humans and automation in cyber-physical systems.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/204212/
Dokumentart:Konferenzbeitrag (Vortrag)
Titel:Temporal Behavior Trees: Robustness and Segmentation
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Schirmer, Sebastiansebastian.schirmer (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-4596-2479NICHT SPEZIFIZIERT
Singh, JasdeepUniversity of Colorado BoulderNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Jensen, EmilyUniversity of Colorado BoulderNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Dauer, Johann C.Johann.Dauer (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-8287-2376NICHT SPEZIFIZIERT
Finkbeiner, Berndfinkbeiner (at) cs.uni-sb.dehttps://orcid.org/0000-0002-4280-8441NICHT SPEZIFIZIERT
Sankaranarayanan, Sriramsrirams (at) colorado.eduNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:Mai 2024
Erschienen in:27th ACM International Conference on Hybrid Systems: Computation and Control, HSCC 2024
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Nein
DOI:10.1145/3641513.3650180
ISBN:979-840070522-9
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Cyber-physical system, segmentation, temporal behavior trees, temporal logic, offline analysis
Veranstaltungstitel:Hybrid Systems: Computation and Control
Veranstaltungsort:Hong Kong
Veranstaltungsart:internationale Konferenz
Veranstaltungsbeginn:14 Mai 2024
Veranstaltungsende:16 Mai 2024
Veranstalter :CPS-IoT
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
Institut für Flugsystemtechnik
Hinterlegt von: Schirmer, Sebastian
Hinterlegt am:25 Nov 2024 16:54
Letzte Änderung:28 Nov 2024 11:32

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