本發(fā)明涉及一種用于處理嵌入式系統(tǒng)的高斯過程預(yù)測(cè)的方差的方法。本發(fā)明此外涉及用于此目的的計(jì)算機(jī)程序、設(shè)備以及存儲(chǔ)介質(zhì)。

背景技術(shù)：

1、嵌入式系統(tǒng)在大量技術(shù)環(huán)境中得以應(yīng)用。從而，例如也在車輛中設(shè)置嵌入式系統(tǒng)，以便執(zhí)行各種監(jiān)控、控制或調(diào)節(jié)功能。此外通過嵌入式系統(tǒng)還可以通過諸如高斯過程之類的模型進(jìn)行計(jì)算或預(yù)測(cè)，所述模型可以基于車輛的傳感器數(shù)據(jù)。

2、高斯過程(gp)尤其是可以被用作用于非參數(shù)回歸的概率方法。例如，在嵌入式系統(tǒng)中，在現(xiàn)有技術(shù)中存在特殊的硬件加速器，所述硬件加速器允許高效地計(jì)算高斯過程預(yù)測(cè)的期望值。

3、預(yù)測(cè)的計(jì)算和存儲(chǔ)需求在此尤其是利用o(m)縮放，其中m是控制點(diǎn)(stützpunkten)的數(shù)量。控制點(diǎn)的數(shù)量可以是超參數(shù)，并且可以以特定于應(yīng)用的方式自由地被選擇，其中控制點(diǎn)的數(shù)量可以影響逼近的準(zhǔn)確性。尤其是，控制點(diǎn)與所使用的數(shù)據(jù)輸入位于同一空間中。例如，此外存在方案，其中控制點(diǎn)位于不同的空間中。

4、為了準(zhǔn)確地計(jì)算預(yù)測(cè)的方差，存儲(chǔ)器和運(yùn)行時(shí)間需求可能處于o(m2)中，并且其計(jì)算因此不被當(dāng)前的硬件加速器支持。尤其是，計(jì)算gp預(yù)測(cè)的方差的標(biāo)準(zhǔn)算法利用o(m2)縮放并且因此不適用于嵌入式系統(tǒng)。例如，存在需要不確定性的預(yù)測(cè)的應(yīng)用。對(duì)此的示例是安全關(guān)鍵應(yīng)用。為此，通常訓(xùn)練第二模型、即所謂的看門狗，所述看門狗決定ki模型是否是可信的。但是，如果gp和看門狗不同地估計(jì)不確定性，這可能導(dǎo)致問題。因此可能更好的是，直接使用gp方差。

5、在elenkov、martin[等人]的文章：estimation?methodsforviscosity，flowrateand?pressure?from?pump-motor?assembly?parameters.in：sensors，vol.20，2020，s.1451中描述在使用高斯過程回歸模型的情況下用于血流速率、壓力差和粘性的估計(jì)方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的主題是具有權(quán)利要求1的特征的方法、具有權(quán)利要求8的特征的計(jì)算機(jī)程序、具有權(quán)利要求9的特征的設(shè)備以及具有權(quán)利要求10的特征的計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)。本發(fā)明的其他特征和細(xì)節(jié)從相應(yīng)的從屬權(quán)利要求、說明書和附圖中得出。在此，結(jié)合根據(jù)本發(fā)明的方法描述的特征和細(xì)節(jié)當(dāng)然結(jié)合根據(jù)本發(fā)明的計(jì)算機(jī)程序、根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備以及根據(jù)本發(fā)明的計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)也適用，并且反之亦然，使得關(guān)于針對(duì)各個(gè)發(fā)明方面的公開，總是被相互參考或者可以被相互參考。

2、本發(fā)明的主題尤其是一種用于處理嵌入式系統(tǒng)的高斯過程預(yù)測(cè)的方差的方法，所述方法包括以下步驟：

3、-提供嵌入式系統(tǒng)的傳感器數(shù)據(jù)，

4、-執(zhí)行高斯過程預(yù)測(cè)，其中基于傳感器數(shù)據(jù)確定目標(biāo)參量的期望值，

5、-基于傳感器數(shù)據(jù)確定至少一個(gè)樣本、優(yōu)選地至少一個(gè)蒙特卡洛(monte-carlo)樣本，以便在使用至少一個(gè)樣本的情況下確定所確定的期望值的方差，

6、-基于所確定的方差的分析對(duì)高斯過程預(yù)測(cè)進(jìn)行分類，其中分類的至少一個(gè)類別對(duì)高斯過程預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性和/或不準(zhǔn)確性進(jìn)行分類，并且優(yōu)選地將高斯過程預(yù)測(cè)分類為不準(zhǔn)確的，

7、-根據(jù)高斯過程預(yù)測(cè)的分類發(fā)起措施。

8、嵌入式系統(tǒng)尤其是可以是例如車輛中的計(jì)算機(jī)或微型計(jì)算機(jī)，所述計(jì)算機(jī)或微型計(jì)算機(jī)結(jié)合到技術(shù)情境中。在此，計(jì)算機(jī)或微型計(jì)算機(jī)可以例如接管監(jiān)控、控制或調(diào)節(jié)功能或者可以負(fù)責(zé)一形式的數(shù)據(jù)或信號(hào)處理。高斯過程預(yù)測(cè)優(yōu)選地涉及基于現(xiàn)有的控制點(diǎn)來估計(jì)或預(yù)測(cè)函數(shù)或過程在一個(gè)或多個(gè)未觀測(cè)的點(diǎn)處的值。尤其是，高斯過程是用于估計(jì)函數(shù)所使用的概率模型。高斯過程將函數(shù)建模為可能函數(shù)上的分布，并且可以有利地不僅提供函數(shù)變化過程的估計(jì)而且提供關(guān)于估計(jì)的不確定性的信息。尤其是，蒙特卡洛樣本是在蒙特卡洛模擬中使用的一種類型的樣本。蒙特卡洛模擬優(yōu)選地是一種使用隨機(jī)數(shù)來產(chǎn)生數(shù)值結(jié)果并且解決可能難以或不可能解決的復(fù)雜問題的方法。在本發(fā)明的上下文中，蒙特卡洛樣本可以是從高斯過程抽取的函數(shù)的示例。每個(gè)樣本可以代表可能的函數(shù)，所述函數(shù)可以闡述給定的數(shù)據(jù)。通過抽取和分析這些樣本中的許多樣本，可以有利于獲得關(guān)于哪些函數(shù)是可能的或更有針對(duì)性的以及哪些不是的理解。通過該方法可以有利地評(píng)定高斯過程預(yù)測(cè)是否是可信的，這優(yōu)選地通過分類為不準(zhǔn)確的來表達(dá)。此外，樣本的使用可以有利地減少為此所需要的計(jì)算耗費(fèi)。

9、此外可設(shè)想的是，傳感器數(shù)據(jù)從對(duì)至少一個(gè)虛擬傳感器的測(cè)量中得到，其中目標(biāo)參量是基于傳感器數(shù)據(jù)通過高斯過程預(yù)測(cè)來預(yù)測(cè)的測(cè)量參量。虛擬或間接傳感器優(yōu)選地是軟件功能，利用所述軟件功能能夠從其他可測(cè)量或可用的傳感器數(shù)據(jù)和信息中導(dǎo)出或估計(jì)不能測(cè)量或難以測(cè)量的參量。因此，虛擬傳感器尤其是不是真實(shí)存在的傳感器，而是代表性測(cè)量參量相對(duì)于目標(biāo)參量的相關(guān)性模擬?？商娲兀瑐鞲衅鲾?shù)據(jù)也可以從真實(shí)傳感器的測(cè)量得到。

10、高斯過程預(yù)測(cè)可以在使用大量初始函數(shù)的情況下來執(zhí)行。初始函數(shù)可以是所謂的先驗(yàn)函數(shù)，所述先驗(yàn)函數(shù)反映在通過所觀測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行基于證據(jù)的更新之前關(guān)于函數(shù)的原始知識(shí)或原始假設(shè)。

11、該方法此外可以包括以下步驟：

12、-在傳感器數(shù)據(jù)中提供控制點(diǎn)，

13、-抽取控制點(diǎn)的函數(shù)值，

14、-從大量初始函數(shù)中選擇函數(shù)，

15、-確定在控制點(diǎn)的函數(shù)值與所選擇的函數(shù)的應(yīng)用的結(jié)果之間的偏差，以便基于偏差為所選擇的函數(shù)提供校正項(xiàng)，

16、-在使用校正項(xiàng)和所選擇的函數(shù)的情況下執(zhí)行高斯過程預(yù)測(cè)。

17、控制點(diǎn)可以是傳感器數(shù)據(jù)中的用于預(yù)測(cè)高斯過程所使用的數(shù)據(jù)點(diǎn)。控制點(diǎn)尤其是與傳感器數(shù)據(jù)位于同一空間中，但是不必從傳感器數(shù)據(jù)中的數(shù)據(jù)點(diǎn)的集合中來選擇。例如，還存在控制點(diǎn)處于不同的空間中的方案?？刂泣c(diǎn)的數(shù)量可以根據(jù)應(yīng)用情況而變化。更多的控制點(diǎn)可以實(shí)現(xiàn)更準(zhǔn)確的估計(jì)，然而也需要更多的計(jì)算能力。較少的控制點(diǎn)可以導(dǎo)致更平滑的預(yù)測(cè)，但是也可能采集較少的細(xì)節(jié)。

18、在此，可以對(duì)于至少一個(gè)樣本中的每一個(gè)樣本執(zhí)行上述步驟。此外，執(zhí)行高斯過程預(yù)測(cè)的步驟可以由嵌入式系統(tǒng)執(zhí)行，并且剩余的步驟可以由外部數(shù)據(jù)處理設(shè)備執(zhí)行。通過劃分步驟，可以有利地降低嵌入式系統(tǒng)的所需要的計(jì)算能力。

19、根據(jù)本發(fā)明的一種有利的改進(jìn)方案可以規(guī)定，在分析的范圍中，對(duì)方差的所定義的閾值的超過的分析進(jìn)行評(píng)價(jià)，其中超過所定義的閾值特定于內(nèi)插或外推，其中在存在外推時(shí)，所述高斯過程預(yù)測(cè)被分類為不準(zhǔn)確的。通過識(shí)別是存在內(nèi)插還是外推，可以例如以簡(jiǎn)化地表達(dá)的方式確定出：傳感器數(shù)據(jù)是否接近訓(xùn)練數(shù)據(jù)，利用所述訓(xùn)練數(shù)據(jù)已經(jīng)訓(xùn)練了高斯過程預(yù)測(cè)。如果傳感器數(shù)據(jù)遠(yuǎn)離訓(xùn)練數(shù)據(jù)，則因此尤其是可能的是，高斯過程預(yù)測(cè)是不可靠或不準(zhǔn)確的。

20、優(yōu)選地可以規(guī)定，該措施包括以下步驟中的至少一個(gè)：

21、-拒絕高斯過程預(yù)測(cè)，

22、-觸發(fā)警報(bào)，以便提示用戶高斯預(yù)測(cè)被分類為不準(zhǔn)確的。

23、在高斯過程預(yù)測(cè)被拒絕的情況下，可以例如觸發(fā)傳感器數(shù)據(jù)的重新測(cè)量或者可以另選替代模型。例如，可以針對(duì)車輛的駕駛員確定警報(bào)，使得駕駛員可以采取措施或可以探訪修理或服務(wù)點(diǎn)。

24、可設(shè)想的是，執(zhí)行高斯過程預(yù)測(cè)此外包括以下步驟：

25、-通過線性模型執(zhí)行逼近，以便通過逼近來減少用于確定期望值的方差的計(jì)算耗費(fèi)。

26、高斯過程預(yù)測(cè)的高斯過程函數(shù)可以通過線性模型來近似或逼近

27、

28、該解釋尤其是允許高效地確定對(duì)應(yīng)的期望值和方差預(yù)測(cè)的近似解。

29、此外，可設(shè)想的是，在使用機(jī)器學(xué)習(xí)模型的情況下執(zhí)行高斯過程預(yù)測(cè)，其中機(jī)器學(xué)習(xí)模型基于訓(xùn)練，所述訓(xùn)練包括以下步驟：

30、-提供訓(xùn)練數(shù)據(jù)，其中所述訓(xùn)練數(shù)據(jù)代表由至少一個(gè)傳感器的測(cè)量得到的傳感器數(shù)據(jù)，

31、-在訓(xùn)練數(shù)據(jù)中提供控制點(diǎn)，以便通過控制點(diǎn)提供用于訓(xùn)練機(jī)器學(xué)習(xí)模型的參考點(diǎn)，

32、-訓(xùn)練機(jī)器學(xué)習(xí)模型，其中機(jī)器學(xué)習(xí)模型被訓(xùn)練為使得機(jī)器學(xué)習(xí)模型確定函數(shù)，以便基于訓(xùn)練數(shù)據(jù)確定目標(biāo)參量的期望值。

33、優(yōu)選地，在本發(fā)明的范圍內(nèi)，可以規(guī)定，在車輛或機(jī)器人或技術(shù)系統(tǒng)的情況下應(yīng)用所述方法，其中嵌入式系統(tǒng)布置在車輛或機(jī)器人或技術(shù)系統(tǒng)中。車輛例如可以被構(gòu)造為機(jī)動(dòng)車輛和/或載客汽車和/或自主車輛。車輛可以具有車輛裝置，例如用于提供自主駕駛功能和/或駕駛員輔助系統(tǒng)。車輛裝置可以被實(shí)施用于至少部分地自動(dòng)地控制和/或加速和/或制動(dòng)和/或轉(zhuǎn)向車輛。

34、本發(fā)明的主題同樣是一種計(jì)算機(jī)程序、尤其是一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，其包括指令，當(dāng)由計(jì)算機(jī)執(zhí)行計(jì)算機(jī)程序時(shí)，所述指令促使所述計(jì)算機(jī)執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的方法。因此，根據(jù)本發(fā)明的計(jì)算機(jī)程序帶來了與關(guān)于根據(jù)本發(fā)明的方法已經(jīng)詳盡描述的相同的優(yōu)點(diǎn)。

35、本發(fā)明的主題同樣是一種被設(shè)立用于執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的方法的用于進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的設(shè)備。例如，可以設(shè)置計(jì)算機(jī)作為設(shè)備，所述計(jì)算機(jī)執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的計(jì)算機(jī)程序。計(jì)算機(jī)可以具有至少一個(gè)用于執(zhí)行計(jì)算機(jī)程序的處理器。還可以設(shè)置非易失性數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，在所述非易失性數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中儲(chǔ)存計(jì)算機(jī)程序并且通過處理器可以從所述非易失性數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中讀出計(jì)算機(jī)程序用于執(zhí)行。

36、本發(fā)明的主題同樣可以是計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其具有根據(jù)本發(fā)明的計(jì)算機(jī)程序和/或包括指令，當(dāng)由計(jì)算機(jī)執(zhí)行時(shí)，所述指令促使所述計(jì)算機(jī)執(zhí)行根據(jù)本發(fā)明的方法。存儲(chǔ)介質(zhì)例如被構(gòu)造為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，諸如硬盤和/或非易失性存儲(chǔ)器和/或存儲(chǔ)卡。存儲(chǔ)介質(zhì)可以例如集成到計(jì)算機(jī)中。

37、此外，根據(jù)本發(fā)明的方法還可以被實(shí)施為計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的方法。