Safety monitoring is essential for Cyber-Physical Systems (CPSs) such as Unmanned Aerial Vehicles (UAVs). However, unsafe events are rare in CPS operations, creating class imbalance that degrades data-driven safety predictors. Behavioral uncertainty, reflected in erratic control signals or rapid heading changes, is often correlated with safety outcomes: uncertain behaviors occur more often during unsafe operation. Yet safety monitoring rarely exploits it. We propose U-Balance, a supervised approach that leverages behavioral uncertainty to rebalance datasets before training a safety predictor. U-Balance first trains a GatedMLP-based uncertainty predictor that represents telemetry windows using distributional kinematic features and outputs an uncertainty score. Its uncertainty-guided label rebalancing (uLNR) mechanism probabilistically relabels $\textit{safe}$ windows with unusually high uncertainty as $\textit{unsafe}$, enriching the minority class without synthesizing data. A safety predictor is then trained on the rebalanced dataset. We evaluate U-Balance on a UAV benchmark and ForEnt, a quadruped-robot entrapment dataset. On UAV, U-Balance achieves F1/AUROC/AUPRC of $0.801/0.972/0.776$, outperforming the strongest safety-prediction baselines by 14.3/2.2/6.1 percentage points ($\textit{pp}$), respectively. While the strongest baseline varies across metrics (MLP for F1 and AUPRC; CNN for AUROC), U-Balance leads on all three. On ForEnt, it achieves $0.522/0.806/0.323$, outperforming the strongest baselines by 4.4/9.2/1.4 $\textit{pp}$. Using the same Bi-LSTM safety predictor, uLNR outperforms the strongest alternative rebalancing methods by 17.0/4.1/8.2 $\textit{pp}$ on UAV and 2.3/6.5/1.9 on ForEnt. uLNR also outperforms Early and Late Fusion on both datasets. To our knowledge, this work is the first to use behavioral uncertainty for dataset rebalancing in CPS safety monitoring.


翻译:暂无翻译

0
下载
关闭预览

相关内容

CMU赵鼎教授:可信赖智能的安全性与泛化性
专知会员服务
26+阅读 · 2023年1月13日
重磅!《物联网操作系统安全白皮书》2022版发布, 51页pdf
信息物理融合系统 (CPS)研究综述
专知会员服务
47+阅读 · 2022年3月14日
专知会员服务
42+阅读 · 2021年9月28日
专知会员服务
52+阅读 · 2021年5月24日
专知会员服务
30+阅读 · 2021年4月10日
【CPS】CPS应用案例集
产业智能官
85+阅读 · 2019年8月9日
【泡泡图灵智库】Detect-SLAM:目标检测和SLAM相互收益
泡泡机器人SLAM
14+阅读 · 2019年6月28日
【CPS】社会物理信息系统(CPSS)及其典型应用
产业智能官
16+阅读 · 2018年9月18日
Focal Loss for Dense Object Detection
统计学习与视觉计算组
12+阅读 · 2018年3月15日
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
4+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
VIP会员
最新内容
《美空军2026条令文件:对海压制作战》
专知会员服务
23+阅读 · 11月9日
人工智能与战争的未来
专知会员服务
10+阅读 · 11月8日
《Agent Mosaic:识别智能体LLM系统中的机密泄露》
专知会员服务
10+阅读 · 11月8日
人工智能在军事教育中的应用:若干视角与经验
专知会员服务
11+阅读 · 11月6日
“星链”减速与不断适应的乌克兰
专知会员服务
9+阅读 · 11月6日
美国中期选举之后:帕兰提尔面临不确定性?
专知会员服务
6+阅读 · 11月6日
相关VIP内容
CMU赵鼎教授:可信赖智能的安全性与泛化性
专知会员服务
26+阅读 · 2023年1月13日
重磅!《物联网操作系统安全白皮书》2022版发布, 51页pdf
信息物理融合系统 (CPS)研究综述
专知会员服务
47+阅读 · 2022年3月14日
专知会员服务
42+阅读 · 2021年9月28日
专知会员服务
52+阅读 · 2021年5月24日
专知会员服务
30+阅读 · 2021年4月10日
相关基金
国家自然科学基金
3+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
4+阅读 · 2015年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
1+阅读 · 2014年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员