验证仿真模型的方法技术

本发明专利技术涉及用于验证工程系统的仿真模型的仿真数据（SD）的计算机实现的方法（100）；方法（100）包括以下步骤：为仿真模型的数量N个QOI、即感兴趣的量提供（110）数量n个仿真信号，并且为基准的数量N个的与仿真模型的QOI相对应的QOI提供（110）数量m个基准信号；确定（120）N个QOI的相应的度量，基于N个度量确定（130）总度量，其中N个度量中的至少一个度量以用相应的加权系数（α

【技术实现步骤摘要】
验证仿真模型的方法


[0001]本公开涉及一种用于验证工程系统的仿真模型的仿真数据的计算机实现的方法。
[0002]其他的实施方式涉及用于执行该方法的计算机程序。
[0003]其他的实施方式涉及计算机实现的方法和/或计算机程序用于尤其在工程系统的开发中验证工程系统的仿真模型的用途，所述工程系统特别是软件、硬件或嵌入式系统。

技术介绍

[0004]为了验证仿真模型，通常在仿真模型参数空间中的特定点——即所谓的验证点处收集基准数据。所述基准数据通常来自真实的验证实验或来自高精度基准模型的仿真运行。在验证点处计算所谓的模型误差，即真实的标量变量，所述标量变量显示仿真模型和基准之间的偏差。
[0005]例如，为了验证标量信号已知基于所谓的面积验证度量（Area Validation Metric）的验证框架，其例如在Oberkampf，William L.和Christopher J. Roy的Verification and validation in scientific computing. Cambridge University Press, 2010中进行了描述。通常，仿真结果和基准测量都被理解为由两个不同随机分布构成的关系，其中所述基准测量在理想情况下是真实实验。这就是说，为了仿真以及为了基准从该数据中创建（经验）分布函数、英文为Cumulative distribution function（累积分布函数）、CDF。然后，将所述分布函数与用于分布函数的度量、例如面积验证度量相互比较。在面积验证度量中，两个分布函数之间的面积用作用于两个分布的不一致性的量度。
[0006]然而，已知的面积验证度量在所记录的信号是平面中的点的相当简单的情况下已经达到其极限。在已知的验证框架中，没有对仿真和基准进行统计比较的可能性。如果对于仿真和基准分别记录了多个数据点、在最佳情况下记录非常大量的数据点，则至今为止不存在将两个数据集作为整体进行比较并且计算不一致性的客观值的可能性。此外，已知的面积验证度量无法轻易扩展到多维信号。一方面，扩展到超体积验证度量并不是容易可行的，因为由两次测量围住的体积已经无限大了。此外，在将各个度量结果简单相加时，完全忽略两个信号之间的关联。这在高度相关的输出、例如时间序列的各个时间点的情况下尤其成问题。
[0007]此外，Oberkampf，William L.和Christopher J. Roy在科学计算中的证实和验证，剑桥大学出版社，2010年以及Oberkampf，William L.和Christopher J. Roy，科学计算中的证实、验证和不确定性量化的综合框架，应用力学与工程中的计算方法，200（25
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28），2131
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2144，2011年引入了一种方法，所述方法实现：将各种要考虑的变量的信息组合成整体结果。所谓的U
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池化（Pooling）方法使用基准的分布，以便将仿真结果转换为所谓的u值，所述u值介于0和1之间。基准和仿真越相似，就越期望U值均匀分布在[0, 1]上。因为在此程序之后所有要考虑的变量都转换为单位区间上的U值，所以可以将所述U值组合成仿真或基准的U值的唯一分布。然后可以利用u分布的面积验证度量来计算仿真和基准之间的差异。
[0008]然而，至今已知的方法不允许：将各种所考虑的仿真输出之间的关联共同包括到
仿真模型的整体评估中。
[0009]因此，本专利技术所基于的目的是克服现有技术中已知的缺点。

技术实现思路

[0010]一个实施方式涉及用于验证工程系统的仿真模型的仿真数据的计算机实现的方法；所述方法包括以下步骤：为仿真模型的数量N个的QOI（即感兴趣的量）提供数量n个仿真信号，并且为基准的数量N个的与仿真模型的QOI相对应的QOI提供数量m个基准信号；其中所述n个仿真信号包括N个QOI，所述m个基准信号包括N个QOI，确定N个QOI的相应的度量，基于N个度量确定总度量，其中N个度量中的至少一个度量以用相应的加权系数加权的方式在总度量中予以考虑，并且利用基于总度量的p
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Wasserstein度量来确定n个仿真信号和m个基准信号之间的总差。
[0011]QOI、即感兴趣的量例如是仿真模型的要考虑的输出变量。借助根据本专利技术的方法将仿真模型的输出变量与出自基准的输出变量进行比较。
[0012]仿真信号和/或基准信号包括例如标量信号和/或多维信号，特别是二维或多维向量和/或相关信号和/或时间序列信号。当描述空间取向时，例如使用二维或多维向量。例如，相关信号用于组合模型的多个输出，以显示输出的相关性。在时间序列信号的情况下，记录信号的每个时间点都被视为单个信号。
[0013]仿真模型的相应的QOI在此可以在QOI的特征方面不同于相应其他的QOI。与之相应，基准的相应的QOI在QOI的特征方面也不同于相应的其他QOI。
[0014]现在，为了在总度量中联合考虑数量N个至少部分地在其特征方面彼此不同的QOI，提出加权的考虑。
[0015]根据一个实施方式提出：该方法还包括：用于根据相应的QOI的特征、尤其相应的QOI的仿真信号的特征确定相应的加权系数的步骤。然而，也可以提出：根据基准的相应的QOI的特征确定相应的加权系数。以此方式，在总度量中有利地考虑仿真模型的QOI的或基准的相应的QOI的特征。
[0016]根据一个实施方式提出：对于N个度量中的数量L、特别是数量N个度量，将相应的加权系数确定为1/L、特别是1/N。加权系数的这种选择特别良好地适合于具有数量L个、例如数量N个记录的时间步长的时间序列信号。
[0017]根据一个实施方式，可以证明有利的是：相应的加权系数加起来为1。
[0018]根据一种实施方式提出：至少一个加权系数考虑与缩放相关的加权。有利地，因此在总度量中考虑不同的标度，仿真模型的相应的QOI和/或基准的相应的QOI以所述标度变化。例如，如果仿真模型的QOI以比仿真模型的另一QOI更大的标度变化，则所述QOI的度量的值大于另一QOI的度量的值。因此，对基于具有较大标度的QOI的总度量的贡献可能在总度量中占主导，进而可能扭曲结果和基于结果的决策。这可以借助基于标度的加权来防止。
[0019]根据一个实施方式提出：个体地确定相应的加权系数。有利地，以该方式可以考虑关于相应的仿真数据集和/或基准数据集的与模型相关的特征和/或专家知识。
[0020]根据一个实施方式提出：至少一个加权系数包括多个子系数。有利地，可以通过子系数在加权系数中考虑不同的加权类型。例如，可以考虑具有例如基于专家知识的个体权重的与缩放相关的加权。
[0021]其他的实施方式涉及一种用于验证仿真模型的数据的计算机程序，其中该计算机程序包括计算机可读指令，在所述指令通过计算机执行时执行根据实施方式的计算机实现的方法。
[0022]其他的实施方式涉及根据实施方式的计算机实现的方法和/或根本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于验证工程系统的仿真模型的仿真数据（SD）的计算机实现的方法（100）；所述方法（100）包括以下步骤：为所述仿真模型的数量N个QOI、即感兴趣的量提供（110）数量n个仿真信号，并且为基准的数量N个的与所述仿真模型的QOI相对应的QOI提供（110）数量m个基准信号；确定（120）N个QOI的相应的度量，基于所述N个度量确定（130）总度量，其中所述N个度量中的至少一个度量以用相应的加权系数（α
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）加权的方式在所述总度量中予以考虑，并且利用基于所述总度量的p
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Wasserstein度量来确定（140）n个仿真信号和m个基准信号之间的总差。2.根据权利要求1所述的计算机实现的方法，其中所述方法还包括：用于根据所述仿真模型的相应的QOI的特征、尤其相应的QOI的仿真信号的特征确定相应的加权系数（α
i
）的步骤。3.根据前述权利要求中的一项或多项所述的计算机实现的方法（100），其中对于所述N个度量中的数量L、特别是数量N个度量，将相应的加权系数（α
i
）确定为1/L、特别是1/N。4.根据前述权利要求中的一项或多项所述的计算机实现的方法（100），其中单...

【专利技术属性】
技术研发人员：J，
申请(专利权)人：罗伯特，
类型：发明
国别省市：