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Causal Bayesian Networks for Data-driven Safety Analysis of Complex Systems

Gansch, Roman und Putze, Lina und Koopmann, Tjark und Reich, Jan und Neurohr, Christian (2025) Causal Bayesian Networks for Data-driven Safety Analysis of Complex Systems. In: 9th International Symposium on Model-Based Safety and Assessment, IMBSA 2025, Seiten 222-237. Springer Cham. 9th International Symposium on Model-Based Safety Assessment (IMBSA 2025), 2025-09-24 - 2025-09-26, Athen, Griechenland. doi: 10.1007/978-3-032-05073-1_15. ISBN 978-303205072-4. ISSN 0302-9743.

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Offizielle URL: https://link.springer.com/chapter/10.1007/978-3-032-05073-1_15

Kurzfassung

Ensuring safe operation of safety-critical complex systems interacting with their environment poses significant challenges, particularly when the system's world model relies on machine learning algorithms to process the perception input. A comprehensive safety argumentation requires knowledge of how faults or functional insufficiencies propagate through the system and interact with external factors, to manage their safety impact. While statistical analysis approaches can support the safety assessment, associative reasoning alone is neither sufficient for the safety argumentation nor for the identification and investigation of safety measures. A causal understanding of the system and its interaction with the environment is crucial for safeguarding safety-critical complex systems. It allows to transfer and generalize knowledge, such as insights gained from testing, and facilitates the identification of potential improvements. This work explores using causal Bayesian networks to model the system's causalities for safety analysis, and proposes measures to assess causal influences based on Pearl's framework of causal inference. We compare the approach of causal Bayesian networks to the well-established fault tree analysis, outlining advantages and limitations. In particular, we examine importance metrics typically employed in fault tree analysis as foundation to discuss suitable causal metrics. An evaluation is performed on the example of a perception system for automated driving. Overall, this work presents an approach for causal reasoning in safety analysis that enables the integration of data-driven and expert-based knowledge to account for uncertainties arising from complex systems operating in open environments.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/215179/
Dokumentart:Konferenzbeitrag (Vortrag)
Titel:Causal Bayesian Networks for Data-driven Safety Analysis of Complex Systems
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Gansch, Romanroman.gansch (at) de.bosch.comNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Putze, Linalina.putze (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-7443-1191NICHT SPEZIFIZIERT
Koopmann, Tjarktjark.koopmann (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-4865-3911193124904
Reich, Janjan.reich (at) iese.fraunhofer.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Neurohr, Christianchristian.neurohr (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-8847-5147NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:September 2025
Erschienen in:9th International Symposium on Model-Based Safety and Assessment, IMBSA 2025
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Nein
DOI:10.1007/978-3-032-05073-1_15
Seitenbereich:Seiten 222-237
Herausgeber:
HerausgeberInstitution und/oder E-Mail-Adresse der HerausgeberHerausgeber-ORCID-iDORCID Put Code
Katsaros, PanagiotisNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Verlag:Springer Cham
Name der Reihe:Lecture Notes in Computer Science
ISSN:0302-9743
ISBN:978-303205072-4
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Causal Inference, Safety Analysis, Fault Trees, Bayesian Networks, Automated Driving
Veranstaltungstitel:9th International Symposium on Model-Based Safety Assessment (IMBSA 2025)
Veranstaltungsort:Athen, Griechenland
Veranstaltungsart:internationale Konferenz
Veranstaltungsbeginn:24 September 2025
Veranstaltungsende:26 September 2025
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Verkehr
HGF - Programmthema:Straßenverkehr
DLR - Schwerpunkt:Verkehr
DLR - Forschungsgebiet:V ST Straßenverkehr
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):V - V&V4NGC - Methoden, Prozesse und Werkzeugketten für die Validierung & Verifikation von NGC
Standort: Oldenburg
Institute & Einrichtungen:Institut für Systems Engineering für zukünftige Mobilität > Systems Theory and Design
Hinterlegt von: Putze, Lina
Hinterlegt am:30 Sep 2025 15:24
Letzte Änderung:14 Okt 2025 13:57

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