Wildfires are a common problem in many areas of the world with often catastrophic consequences. A number of systems have been created to provide early warnings of wildfires, including those that use satellite data to detect fires. The increased availability of small satellites, such as CubeSats, allows the wildfire detection response time to be reduced by deploying constellations of multiple satellites over regions of interest. By using machine learned components on-board the satellites, constraints which limit the amount of data that can be processed and sent back to ground stations can be overcome. There are hazards associated with wildfire alert systems, such as failing to detect the presence of a wildfire, or detecting a wildfire in the incorrect location. It is therefore necessary to be able to create a safety assurance case for the wildfire alert ML component that demonstrates it is sufficiently safe for use. This paper describes in detail how a safety assurance case for an ML wildfire alert system is created. This represents the first fully developed safety case for an ML component containing explicit argument and evidence as to the safety of the machine learning.
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关键应用程序中机器学习（ML）组件的集成引入了软件认证和验证的新挑战。正在开发新的安全标准和技术准则，以支持基于ML的系统的安全性，例如ISO 21448 SOTIF用于汽车域名，并保证机器学习用于自主系统（AMLAS）框架。 SOTIF和AMLA提供了高级指导，但对于每个特定情况，必须将细节凿出来。我们启动了一个研究项目，目的是证明开放汽车系统中ML组件的完整安全案例。本文报告说，Smikk的安全保证合作是由行业级别的行业合作的，这是一个基于ML的行人自动紧急制动示威者，在行业级模拟器中运行。我们演示了AMLA在伪装上的应用，以在简约的操作设计域中，即，我们为其基于ML的集成组件共享一个完整的安全案例。最后，我们报告了经验教训，并在开源许可下为研究界重新使用的开源许可提供了傻笑和安全案例。
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近年来，地理空间行业一直在稳定发展。这种增长意味着增加卫星星座，每天都会产生大量的卫星图像和其他遥感数据。有时，这些信息，即使在某些情况下我们指的是公开可用的数据，由于它的大小，它也无法占据。从时间和其他资源的角度来看，借助人工或使用传统的自动化方法来处理如此大量的数据并不总是可行的解决方案。在目前的工作中，我们提出了一种方法，用于创建一个由公开可用的遥感数据组成的多模式和时空数据集，并使用ART机器学习（ML）技术进行可行性进行测试。确切地说，卷积神经网络（CNN）模型的用法能够分离拟议数据集中存在的不同类别的植被。在地理信息系统（GIS）和计算机视觉（CV）的背景下，类似方法的受欢迎程度和成功更普遍地表明，应考虑并进一步分析和开发方法。
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Machine Learning (ML) technologies have been increasingly adopted in Medical Cyber-Physical Systems (MCPS) to enable smart healthcare. Assuring the safety and effectiveness of learning-enabled MCPS is challenging, as such systems must account for diverse patient profiles and physiological dynamics and handle operational uncertainties. In this paper, we develop a safety assurance case for ML controllers in learning-enabled MCPS, with an emphasis on establishing confidence in the ML-based predictions. We present the safety assurance case in detail for Artificial Pancreas Systems (APS) as a representative application of learning-enabled MCPS, and provide a detailed analysis by implementing a deep neural network for the prediction in APS. We check the sufficiency of the ML data and analyze the correctness of the ML-based prediction using formal verification. Finally, we outline open research problems based on our experience in this paper.
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小型太阳能光伏（PV）阵列中电网的有效集成计划需要访问高质量的数据：单个太阳能PV阵列的位置和功率容量。不幸的是，不存在小型太阳能光伏的国家数据库。那些确实有限的空间分辨率，通常汇总到州或国家一级。尽管已经发布了几种有希望的太阳能光伏检测方法，但根据研究，研究这些模型的性能通常是高度异质的。这些方法对能源评估的实际应用的比较变得具有挑战性，可能意味着报告的绩效评估过于乐观。异质性有多种形式，我们在这项工作中探讨了每种形式：空间聚集的水平，地面真理的验证，培训和验证数据集的不一致以及培训的位置和传感器的多样性程度和验证数据始发。对于每个人，我们都会讨论文献中的新兴实践，以解决它们或暗示未来研究的方向。作为调查的一部分，我们评估了两个大区域的太阳PV识别性能。我们的发现表明，由于验证过程中的共同局限性，从卫星图像对太阳PV自动识别的传统绩效评估可能是乐观的。这项工作的收获旨在为能源研究人员和专业人员提供自动太阳能光伏评估技术的大规模实用应用。
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While the capabilities of autonomous systems have been steadily improving in recent years, these systems still struggle to rapidly explore previously unknown environments without the aid of GPS-assisted navigation. The DARPA Subterranean (SubT) Challenge aimed to fast track the development of autonomous exploration systems by evaluating their performance in real-world underground search-and-rescue scenarios. Subterranean environments present a plethora of challenges for robotic systems, such as limited communications, complex topology, visually-degraded sensing, and harsh terrain. The presented solution enables long-term autonomy with minimal human supervision by combining a powerful and independent single-agent autonomy stack, with higher level mission management operating over a flexible mesh network. The autonomy suite deployed on quadruped and wheeled robots was fully independent, freeing the human supervision to loosely supervise the mission and make high-impact strategic decisions. We also discuss lessons learned from fielding our system at the SubT Final Event, relating to vehicle versatility, system adaptability, and re-configurable communications.
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近年来，获得医疗保健监管批准的机器学习（ML）技术的数量已大大增加，从而使其可以投入市场。但是，与ML的数据驱动和学习的行为相比，最初是为传统软件设计了用于它们的监管框架。由于框架正在改革的过程中，因此有必要主动确保ML的安全以防止患者的安全受到损害。在自主系统（AMLAS）方法中使用的机器学习的保证是由基于系统安全性良好概念的Assunity International计划开发的。这篇综述通过咨询ML制造商了解该方法是否融合或与其当前安全保证实践有所不同，是否存在差距和限制，是否有差距和局限性，以及当应用于医疗保健领域时是否适合目的。通过这项工作，我们认为，当应用于医疗机器学习技术时，AMLAS是一种安全保证方法，尽管医疗保健特定的补充指导的开发将使实施该方法论的人受益。
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该卷包含来自机器学习挑战的选定贡献“发现玛雅人的奥秘”，该挑战在欧洲机器学习和数据库中知识发现的欧洲挑战赛曲目（ECML PKDD 2021）中提出。遥感大大加速了古代玛雅人森林地区的传统考古景观调查。典型的探索和发现尝试，除了关注整个古老的城市外，还集中在单个建筑物和结构上。最近，已经成功地尝试了使用机器学习来识别古代玛雅人定居点。这些尝试虽然相关，但却集中在狭窄的区域上，并依靠高质量的空中激光扫描（ALS）数据，该数据仅涵盖古代玛雅人曾经定居的地区的一小部分。另一方面，由欧洲航天局（ESA）哨兵任务制作的卫星图像数据很丰富，更重要的是公开。旨在通过执行不同类型的卫星图像（Sentinel-1和Sentinel-2和ALS）的集成图像细分来定位和识别古老的Maya架构（建筑物，Aguadas和平台）的“发现和识别古代玛雅体系结构（建筑物，Aguadas和平台）的挑战的“发现和识别古老的玛雅体系结构（建筑物，阿吉达斯和平台）的“发现玛雅的奥秘”的挑战， （LIDAR）数据。
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如今，由于最近在人工智能（AI）和机器学习（ML）中的近期突破，因此，智能系统和服务越来越受欢迎。然而，机器学习不仅满足软件工程，不仅具有有希望的潜力，而且还具有一些固有的挑战。尽管最近的一些研究努力，但我们仍然没有明确了解开发基于ML的申请和当前行业实践的挑战。此外，目前尚不清楚软件工程研究人员应将其努力集中起来，以更好地支持ML应用程序开发人员。在本文中，我们报告了一个旨在了解ML应用程序开发的挑战和最佳实践的调查。我们合成从80名从业者（以不同的技能，经验和应用领域）获得的结果为17个调查结果;概述ML应用程序开发的挑战和最佳实践。参与基于ML的软件系统发展的从业者可以利用总结最佳实践来提高其系统的质量。我们希望报告的挑战将通知研究界有关需要调查的主题，以改善工程过程和基于ML的申请的质量。
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集中的动物饲养业务（CAFOS）对空气，水和公共卫生构成严重风险，但已被证明挑战规范。美国政府问责办公室注意到基本挑战是缺乏关于咖啡馆的全面的位置信息。我们使用美国农业部的国家农产病程（Naip）1M / Pixel Acial Imagerery来检测美国大陆的家禽咖啡馆。我们培养卷积神经网络（CNN）模型来识别单个家禽谷仓，并将最佳表现模型应用于超过42 TB的图像，以创建家禽咖啡座的第一个国家开源数据集。我们验证了来自加利福尼亚州的10个手标县的家禽咖啡馆设施的模型预测，并证明这种方法具有填补环境监测中差距的显着潜力。
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保证案件旨在为其最高主张的真理提供合理的信心，这通常涉及安全或保障。那么一个自然的问题是，案件提供了“多少”信心？我们认为，置信度不能简化为单个属性或测量。取而代之的是，我们建议它应该基于以三种不同观点的属性为基础：正面，消极和残留疑问。积极的观点考虑了该案件的证据和总体论点结合起来的程度，以表明其主张的信念是正当的。我们为理由设置了一个高标准，要求它是不可行的。对此的主要积极度量是健全性，它将论点解释为逻辑证明。对证据的信心可以概率地表达，我们使用确认措施来确保证据的“权重”跨越了一定的阈值。此外，可以通过使用概率逻辑的参数步骤从证据中汇总概率，以产生我们所谓的索赔概率估值。负面观点记录了对案件的怀疑和挑战，通常表示为叛逆者及其探索和解决。保证开发商必须防止确认偏见，并应在制定案件时大力探索潜在的叛逆者，并应记录下来及其解决方案，以避免返工并帮助审阅者。残留疑问：世界不确定，因此并非所有潜在的叛逆者都可以解决。我们探索风险，可能认为它们是可以接受或不可避免的。但是，至关重要的是，这些判断是有意识的判断，并且在保证案例中记录下来。本报告详细介绍了这些观点，并指示了我们的保证2.0的原型工具集如何协助他们的评估。
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我们向传感器独立性（Sensei）介绍了一种新型神经网络架构 - 光谱编码器 - 通过该传感器独立性（Sensei） - 通过其中具有不同组合的光谱频带组合的多个多光谱仪器可用于训练广义深度学习模型。我们专注于云屏蔽的问题，使用几个预先存在的数据集，以及Sentinel-2的新的自由可用数据集。我们的模型显示在卫星上实现最先进的性能，它受过训练（Sentinel-2和Landsat 8），并且能够推断到传感器，它在训练期间尚未见过Landsat 7，每\ 'USAT-1，和Sentinel-3 SLST。当多种卫星用于培训，接近或超越专用单传感器型号的性能时，模型性能显示出改善。这项工作是激励遥感社区可以使用巨大各种传感器采取的数据的动机。这不可避免地导致标记用于不同传感器的努力，这限制了深度学习模型的性能，因为他们需要最佳地执行巨大的训练。传感器独立性可以使深度学习模型能够同时使用多个数据集进行培训，提高性能并使它们更广泛适用。这可能导致深入学习方法，用于在板载应用程序和地面分段数据处理中更频繁地使用，这通常需要模型在推出时或之后即将开始。
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本文提出了一个基于因果关系模型的框架，可以在该模型上建立有效的安全保证案例。在此过程中，我们基于确定的安全工程原则以及对ML结构保证论证的先前工作。本文定义了四类安全案例证据和结构化分析方法，可以在其中有效合并这些证据。在适当的情况下，使用这些贡献的抽象形式来说明他们评估的因果关系，它们对证据的安全论点和理想特性的贡献。基于提议的框架，重新评估了该领域的进展，并提出了一系列未来的研究方向，以在该领域中取得切实的进步。
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我们提出了一种新的四管齐下的方法，在文献中首次建立消防员的情境意识。我们构建了一系列深度学习框架，彼此之叠，以提高消防员在紧急首次响应设置中进行的救援任务的安全性，效率和成功完成。首先，我们使用深度卷积神经网络（CNN）系统，以实时地分类和识别来自热图像的感兴趣对象。接下来，我们将此CNN框架扩展了对象检测，跟踪，分割与掩码RCNN框架，以及具有多模级自然语言处理（NLP）框架的场景描述。第三，我们建立了一个深入的Q学习的代理，免受压力引起的迷失方向和焦虑，能够根据现场消防环境中观察和存储的事实来制定明确的导航决策。最后，我们使用了一种低计算无监督的学习技术，称为张量分解，在实时对异常检测进行有意义的特征提取。通过这些临时深度学习结构，我们建立了人工智能系统的骨干，用于消防员的情境意识。要将设计的系统带入消防员的使用，我们设计了一种物理结构，其中处理后的结果被用作创建增强现实的投入，这是一个能够建议他们所在地的消防员和周围的关键特征，这对救援操作至关重要在手头，以及路径规划功能，充当虚拟指南，以帮助迷彩的第一个响应者恢复安全。当组合时，这四种方法呈现了一种新颖的信息理解，转移和综合方法，这可能会大大提高消防员响应和功效，并降低寿命损失。
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背景信息：在过去几年中，机器学习（ML）一直是许多创新的核心。然而，包括在所谓的“安全关键”系统中，例如汽车或航空的系统已经被证明是非常具有挑战性的，因为ML的范式转变为ML带来完全改变传统认证方法。目的：本文旨在阐明与ML为基础的安全关键系统认证有关的挑战，以及文献中提出的解决方案，以解决它们，回答问题的问题如何证明基于机器学习的安全关键系统？'方法：我们开展2015年至2020年至2020年之间发布的研究论文的系统文献综述（SLR），涵盖了与ML系统认证有关的主题。总共确定了217篇论文涵盖了主题，被认为是ML认证的主要支柱：鲁棒性，不确定性，解释性，验证，安全强化学习和直接认证。我们分析了每个子场的主要趋势和问题，并提取了提取的论文的总结。结果：单反结果突出了社区对该主题的热情，以及在数据集和模型类型方面缺乏多样性。它还强调需要进一步发展学术界和行业之间的联系，以加深域名研究。最后，它还说明了必须在上面提到的主要支柱之间建立连接的必要性，这些主要柱主要主要研究。结论：我们强调了目前部署的努力，以实现ML基于ML的软件系统，并讨论了一些未来的研究方向。
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卫星遥感提供了一种具有成本效益的概要洪水监测的解决方案，卫星衍生的洪水图为传统上使用的数值洪水淹没模型提供了一种计算有效的替代方法。尽管卫星碰巧涵盖正在进行的洪水事件时确实提供了及时的淹没信息，但它们受其时空分辨率的限制，因为它们在各种规模上动态监测洪水演变的能力。不断改善对新卫星数据源的访问以及大数据处理功能，就此问题的数据驱动解决方案而言，已经解锁了前所未有的可能性。具体而言，来自卫星的数据融合，例如哥白尼前哨，它们具有很高的空间和低时间分辨率，以及来自NASA SMAP和GPM任务的数据，它们的空间较低，但时间较高的时间分辨率可能会导致高分辨率的洪水淹没在A处的高分辨率洪水。每日规模。在这里，使用Sentinel-1合成孔径雷达和各种水文，地形和基于土地利用的预测因子衍生出的洪水淹没图对卷积神经网络进行了训练，以预测高分辨率的洪水泛滥概率图。使用Sentinel-1和Sentinel-2衍生的洪水面罩，评估了UNET和SEGNET模型架构的性能，分别具有95％的信心间隔。精确召回曲线（PR-AUC）曲线下的区域（AUC）被用作主要评估指标，这是由于二进制洪水映射问题中类固有的不平衡性质，最佳模型提供了PR-AUC 0.85。
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嵌入在自主系统中的机器学习（ML）组件的增加使用 - 所谓的启用学习的系统（LES） - 导致压力需要确保其功能安全性。至于传统的功能安全，在工业和学术界的新兴共识是为此目的使用保证案例。通常，保证案例支持可靠性的支持权，支持安全性，并且可以被视为组织争论和从安全分析和可靠性建模活动产生的证据的结构化方式。虽然这些保证活动传统上由基于协商一致的标准，但由于ML模型的特点和设计，在安全关键应用中，LES构成了新的挑战。在本文中，我们首先向LES提出了一种强调定量方面的总体保证框架，例如，打破系统级安全目标与可靠性指标中所述的组件级要求和支持索赔。然后，我们向ML分类器介绍一种新的模型 - 不可能可靠性评估模型（RAM），该分类器利用操作简档和鲁棒性验证证据。我们讨论了模型假设以及评估我们RAM揭示的ML可靠性的固有挑战，并提出了实用的解决方案。还基于RAM开发了较低ML组件级的概率安全争论。最后，为了评估和展示我们的方法，我们不仅对合成/基准数据集进行实验，还展示了我们对模拟中自动水下车辆的综合案例研究的方法。
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本文介绍了Cerberus机器人系统系统，该系统赢得了DARPA Subterranean挑战最终活动。出席机器人自主权。由于其几何复杂性，降解的感知条件以及缺乏GPS支持，严峻的导航条件和拒绝通信，地下设置使自动操作变得特别要求。为了应对这一挑战，我们开发了Cerberus系统，该系统利用了腿部和飞行机器人的协同作用，再加上可靠的控制，尤其是为了克服危险的地形，多模式和多机器人感知，以在传感器退化，以及在传感器退化的条件下进行映射以及映射通过统一的探索路径计划和本地运动计划，反映机器人特定限制的弹性自主权。 Cerberus基于其探索各种地下环境及其高级指挥和控制的能力，表现出有效的探索，对感兴趣的对象的可靠检测以及准确的映射。在本文中，我们报告了DARPA地下挑战赛的初步奔跑和最终奖项的结果，并讨论了为社区带来利益的教训所面临的亮点和挑战。
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自动化驾驶系统（广告）开辟了汽车行业的新领域，为未来的运输提供了更高的效率和舒适体验的新可能性。然而，在恶劣天气条件下的自主驾驶已经存在，使自动车辆（AVS）长时间保持自主车辆（AVS）或更高的自主权。本文评估了天气在分析和统计方式中为广告传感器带来的影响和挑战，并对恶劣天气条件进行了解决方案。彻底报道了关于对每种天气的感知增强的最先进技术。外部辅助解决方案如V2X技术，当前可用的数据集，模拟器和天气腔室的实验设施中的天气条件覆盖范围明显。通过指出各种主要天气问题，自主驾驶场目前正在面临，近年来审查硬件和计算机科学解决方案，这项调查概述了在不利的天气驾驶条件方面的障碍和方向的障碍和方向。
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对联合国可持续发展目标的进展（SDGS）因关键环境和社会经济指标缺乏数据而受到阻碍，其中历史上有稀疏时间和空间覆盖率的地面调查。机器学习的最新进展使得可以利用丰富，频繁更新和全球可用的数据，例如卫星或社交媒体，以向SDGS提供洞察力。尽管有希望的早期结果，但到目前为止使用此类SDG测量数据的方法在很大程度上在不同的数据集或使用不一致的评估指标上进行了评估，使得难以理解的性能是改善，并且额外研究将是最丰富的。此外，处理卫星和地面调查数据需要域知识，其中许多机器学习群落缺乏。在本文中，我们介绍了3个SDG的3个基准任务的集合，包括与经济发展，农业，健康，教育，水和卫生，气候行动和陆地生命相关的任务。 15个任务中的11个数据集首次公开发布。我们为Acceptandbench的目标是（1）降低机器学习界的进入的障碍，以促进衡量和实现SDGS; （2）提供标准基准，用于评估各种SDG的任务的机器学习模型; （3）鼓励开发新颖的机器学习方法，改进的模型性能促进了对SDG的进展。
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