👩🏿‍🔬 🧥 🛢️ جهاز تحكم عن بعد وطائرات بدون طيار 🍔 👨🏾‍⚕️ ♥️

في مقالتي الأولىيصف تطور التقنيات غير المأهولة في النقل بالسكك الحديدية ويشير إلى وجود جهاز تحكم عن بعد. هل المراقبة والتحكم عن بعد ضروريان للقطارات بدون طيار؟ يقول تحليلنا بشكل لا لبس فيه أنه لا يجوز إطلاق قطارات مستقلة دون مراقبة وتحكم عن بعد. عدد السيناريوهات حيث لا يمكنك الاستغناء عن عامل مشغل عن بعد ضخم. على سبيل المثال ، بالنسبة للقطارات الكهربائية في كل سيارة يوجد نظام اتصال داخلي مع زر. ولكن من سيجيب على الركاب إذا كان القطار بدون طيار؟ من سيدير إجراءات الركاب من خلال الاتصال الداخلي في حالة الدخان أو الطوارئ الأخرى؟ من سيقرر ما إذا كانت هناك عقبات مثل الشرائط والحقائب ،أن الجرح حول أقرب عمود وأثار أجهزة استشعار الرؤية؟ بالنسبة لنا ، فإن الإجابة على هذه الأسئلة هي وجود عامل التشغيل ، الذي يجب أن يتدخل في إدارة قطار بدون طيار في حالة حدوث أي طارئ. يطرح السؤال على الفور: "لماذا نحتاج إلى قطار بدون طيار إذا ظهر عامل تشغيل بدلاً من سائق؟" يكمن الجواب في حقيقة أن العامل-المشغل لا يتحكم في واحد ، ولكن في عدة قطارات في نفس الوقت ، ويجب أن يكون تدخله في السيطرة نادرًا للغاية.إذا ظهر عامل التشغيل بدلاً من السائق؟ " يكمن الجواب في حقيقة أن المشغل-المشغل لا يتحكم في واحد ، ولكن في عدة قطارات في نفس الوقت ، ويجب أن يكون تدخله في السيطرة نادرًا للغاية.إذا ظهر عامل التشغيل بدلاً من السائق؟ " يكمن الجواب في حقيقة أن المشغل-المشغل لا يتحكم في واحد ، ولكن في عدة قطارات في نفس الوقت ، ويجب أن يكون تدخله في السيطرة نادرًا للغاية.

تجربة العالم

ليس فقط أننا سلكنا الطريق نفسه. في عام 2018 ، بدأت Alstom باختبار قطارات التحكم عن بعد.

في عام 2019 ، اختبرت SNCF وحدة تحكم عن بُعد نموذجية.

الشكل النموذج الأولي للتحكم عن بُعد من SNCF الشكل

أدناه هو اختبار فيديو لتقنية التحكم عن بعد لأقران SNCF.

تاريخ تطوير التحكم عن بعد

بدأ تاريخنا في تطوير جهاز التحكم عن بعد في يناير 2017 ، عندما تم تكليفنا بمهمة عرض النموذج الأولي للتحكم عن بعد لقاطرة متحركة في محطة لوجسكايا من موسكو في أسبوع واحد.

من أجل الحصول على الوقت لإنشاء نموذج أولي ، تم شراء عصا تحكم اللعبة ، حيث تم لصق ملصقات الأزرار ، كما هو موضح في الصورة.

رسم. النموذج الأول لجهاز التحكم عن بعد.

تم حل المهام التالية في أسبوع واحد:

تركيب كاميرات فيديو على قاطرة وتنظيم قناة لنقل بيانات الفيديو إلى كمبيوتر تحكم
توصيل عصا التحكم بكمبيوتر التحكم وكتابة برنامج تحكم
تنظيم قناة لأوامر التحكم والبيانات من قاطرة

أصبح هذا ممكنًا بسبب حقيقة أن قاطرتنا كانت مجهزة بالفعل بنظام SDU-ML (نظام التحكم عن بعد لقاطرة التحويل) ، والذي يسمح لنا بالتحكم داخل نطاق الرؤية باستخدام جهاز تحكم عن بعد محمول ، لذلك استخدمنا نفس البروتوكول والقناة الراديوية ، وتوفير أوامر الترحيل فقط من مركز تحكم إلى موسكو عبر قنوات الاتصال البصرية بمساعدة متخصصين من محطة التحكم المركزية للسكك الحديدية الروسية. كقناة راديو لنقل الفيديو ، استخدمنا LTE بتردد 450 ميجاهرتز من شركة Tele-2.

أظهر العرض الجدوى الفنية لجهاز التحكم عن بعد وكانت المهمة التالية هي تطوير لوحة تحكم جديدة وإضافة وظائف جديدة.

كما أود أن أشير إلى أن هذا العمل تم على أساس التفاعل الناجح للعديد من المنظمات:

NIIAS JSC - المقاول الرئيسي والمتكامل
PKB CT - تطوير جزء من جهاز التحكم عن بعد ، والاستشارات الفنية
VNIKTI JSC - تطوير نظام التحكم في القاطرات على متن الطائرة
CSS OJSC السكك الحديدية الروسية - تنظيم قنوات الاتصال
Tele-2 - توفير قناة اتصال LTE-450 MHz
السكك الحديدية الروسية OJSC - تنسيق العمل.

أطلقنا تقريبًا كل أسبوعين نموذجًا أوليًا جديدًا لجهاز التحكم عن بُعد

. النماذج الأولية الأولى من أجهزة التحكم عن بعد

كما ترون ، تم تنفيذ النماذج الأولية الأولى من أجهزة التحكم عن بعد لتسريع العمل من الخشب الرقائقي ، تحولنا فيما بعد إلى الطباعة ثلاثية الأبعاد.

رسم. التحكم عن بعد في قاطرة متحولة من

أجل راحة جهاز التحكم عن بعد ، يعرض السائق معلومات إضافية حول السرعات الحالية المسموح بها ، والضغط ، ومسار معين والمسافة إلى نهاية المسار ، متراكبة فوق صورة الفيديو. في الشاشات الإضافية يمكنك رؤية كابينة السائق ، مخطط المحطة.

رسم. تم تثبيت جهاز التحكم عن بعد والتحكم في محطة Luzhskaya

بالنسبة للقطارات الكهربائية التي تم إنشاؤها بدون طيار "Swallow" في عام 2018 ، تم إنشاء جهاز تحكم وتحكم عن بعد ، كما هو موضح في

الشكل. جهاز تحكم عن بعد لقطار كهربائي Swallow.

اختلافه الرئيسي عن جهاز التحكم عن بُعد في كابينة السائق هو استبدال جميع المفاتيح الميكانيكية بأزرار ذات ضوء حالة. يعد ذلك ضروريًا عند تبديل التحكم من قطار كهربائي إلى آخر وفهم حالة المعدات.

في عام 2019 ، تم إجراء اختبارات ناجحة للتحكم عن بعد.

في هذا العمل ، إلى جانب هيئة السكك الحديدية الروسية JSC و JSC NIIAS ، حضر جزء كبير من:

NPO SAUT LLC - مطور نظام التحكم في القطار الكهربائي على متن الطائرة ؛
Ural Locomotives LLC - الشركة المصنعة للقطارات الكهربائية.

يُظهر الفيديو التالي اختبارات قطار التحكم عن بعد Swallow.

مشكلة تقنية

يتم لعب الدور الأكثر أهمية في تنفيذ المراقبة والتحكم عن بعد من خلال الاتصالات اللاسلكية عالية السرعة الموثوقة.

من أجل نقل الحركة غير المتجانسة في شبكة LTE وفقًا للمعيار 3GPP TS 23.203 ، يتم توفير العديد من فئات الخدمة ، والتي تعد بدرجات متفاوتة حاسمة لمعلمات الجودة ، مثل تأخير الشبكة ، والنسبة المئوية لفقدان حزم IP ، والتأخيرات غير المتساوية في الشبكة:

"QCI-7" (صوت ، فيديو (بث مباشر)) - إرسال صورة فيديو دفق حاسمة للتأخير وتأخير التقلبات ؛
"QCI-69" (حساسية التأخير الحرج للمهمة) - إرسال المعلومات الهامة الحاسمة لفقدان الرزم ؛
"عادي" (عادي - NL) - إرسال معلومات التشخيص.

يجب تنفيذ معلمات جودة الخدمة (QoS) في شبكة خاصة افتراضية.
ويتم ضمان جودة الحركة المرسلة بوضع علامات عليها بجودة تسميات QoS.

يجب أن يوفر إصدار 3GPP TS 23.203 الميزات التالية:

بالنسبة إلى QCI-7 ، لا يزيد التأخير عن 100 مللي ثانية ولا يزيد احتمال فقد الرزمة على 10 ^ -3 ؛
بالنسبة إلى QCI-69 ، لا يزيد التأخير عن 60 مللي ثانية ولا يزيد احتمال فقد الرزمة على 10 ^ −6 ؛
بالنسبة إلى الوضع العادي ، لا يتجاوز التأخير 300 مللي ثانية ولا يزيد احتمال فقد الرزمة على 10 ^ −2.

ومع ذلك ، على أي حال ، هناك قيود على عرض النطاق الترددي للقناة الراديوية وتنشأ المهمة عن إيجاد أرضية وسط بين المعلمات التالية:

دقة الصورة المرسلة ؛
معدل الإطار؛
تأخير الإرسال.

عند إرسال الفيديو ، من المهم للغاية تقليل التأخير وضمان عرض سلس لدفق الفيديو إلى المشغل-المشغل. ومع ذلك ، يتم تحقيق النعومة عن طريق التخزين المؤقت ، مما يؤدي إلى زيادة التأخير.

يتكون التأخير نفسه من وقت التقاط الإطار بواسطة الكاميرا ، ويتم ضغط دفق الفيديو بواسطة برنامج الترميز ، ويتم نقل المعلومات عبر الهواء ، وفك تشفير دفق الفيديو ، ويتم عرضه على الشاشة إلى المشغل.

يرجع تقليل كمية المعلومات المرسلة إلى برامج الترميز (أشهر H.264 ، H.265) ، ولكن التشفير / فك التشفير يزيد من التأخير الكلي لنقل البيانات.

أحد الجوانب الإلزامية للتحكم عن بعد هو قياس والتحكم في تأخير بيانات الفيديو ، والذي يتحقق من خلال مزامنة الوقت على متن الطائرة بسبب الطابع الزمني من متصفح القمر الصناعي ومزامنة وقت التحكم عن بعد باستخدام بروتوكول PTP IEEE 1588v2. إذا تم تجاوز العتبة الأولى لتأخير إرسال الفيديو ، يتم إصدار تحذير للسائق ؛ وعندما يتم تجاوز العتبة الثانية ، تتوقف القاطرة تلقائيًا.
والسؤال المهم أيضًا هو كم عدد القاطرات غير المأهولة التي يمكن التحكم فيها بواسطة مشغل مشغل واحد؟ تم إجراء تقييم مبدئي على أساس حساب احتمالات حدوث حالات طوارئ معينة ، بالإضافة إلى وقت المشغل-المشغل اللازم للقضاء عليها. في الوقت نفسه ، مع مرور الوقت ، ستتمكن قاطرة بدون طيار من حل المزيد والمزيد من المواقف بمفردها ، مما سيقلل الحمل على مشغل المشغل ويزيد عدد المركبات التي يمكنه التحكم فيها.

تصور السائقين لتكنولوجيا التحكم عن بعد

عند التحكم عن بعد في قاطرة / قطار كهربائي ، يحصل السائق على معلومات أقل. لا يشعر بالاهتزازات ، وتسارع المخزون المتدحرج ، والمنحدرات ، ولكنه يركز بشكل أساسي على صورة الفيديو. علاوة على ذلك ، يختلف تقييم نطاق صورة الفيديو أيضًا عن الرؤية من القاطرة. لفهم عامل التشغيل للمسافة ، قمنا بتطبيق علامة خاصة على الصورة المقابلة للنطاق. في المرحلة الأولى ، يكون التحكم عن بعد أكثر صعوبة ، ولكن مع الخبرة تأتي المهارات. بالإضافة إلى ذلك ، من المهم أن نفهم أن وضع التحكم عن بعد مخصص لحالات الطوارئ فقط.

استخدام جهاز التحكم عن بعد في مناطق أخرى

جهاز التحكم عن بعد الأكثر استخدامًا في مجال المركبات الجوية بدون طيار. من النقل البري ، تم تطوير التحكم عن بعد في شركات التعدين ، حيث أن التواجد في منطقة العمل غالبًا يشكل تهديدًا للحياة والصحة. توضح الأشكال أدناه أجهزة التحكم عن بعد للتحكم في المعدات التي تعمل في المحاجر.

وفقًا لهذا الرابط ، يمكنك أن تصبح أكثر دراية باستخدام جهاز التحكم عن بعد في شاحنة التعدين.

في رأيي ، فإن استخدام تكنولوجيا المراقبة والتحكم عن بعد ضروري أيضًا للمركبات الأخرى غير المأهولة التي يتم تطويرها ، مثل الآلات الزراعية وسيارات الأجرة.

استنتاج

بالطبع ، لا يزال هناك عدد كبير من القضايا التقنية والتنظيمية التي يجب معالجتها لتحسين هذه التكنولوجيا.

على سبيل المثال ، للتخلص تمامًا من التأخير في إرسال المعلومات ، من الممكن التنبؤ بالصورة (إعادة بناء الصورة) عدة مئات من المللي ثانية مسبقًا بناءً على التدفق البصري. هناك أفكار حول نقل اهتزاز المنحدرات إلى كرسي المشغل ، ولكن بسبب التكلفة العالية لهذا النهج ، قررنا حتى الآن عدم تنفيذ هذا الحل. في جزء من ترميز / فك تشفير دفق فيديو ، يتم التحقق من إمكانية استخدام الشبكات العصبية.

شيء واحد مؤكد ، أنه بالتوازي مع تطوير التقنيات غير المأهولة ، وتكنولوجيا الاتصالات ، ستتطور أيضًا وحدة التحكم عن بُعد. من الممكن أن يكون لدينا في المستقبل القريب مراكز للتحكم والمراقبة عن بُعد ، حيث يتحكم مشغلو الماكينات في حركة القطارات الكهربائية عبر الشبكة على مسافة آلاف الكيلومترات. ستتم ملاحظة صورة مماثلة في صناعة التعدين ، حيث سيشرف المشغلون على عمل شاحنات التفريغ والجرافات والمعدات الأخرى من المكاتب المريحة على مسافة كبيرة.

أود أيضًا أن أشير إلى أن NIIAS JSC و Russian Railways JSC كانتا الأولى في العالم التي طورت تكنولوجيا للتحكم عن بعد في النقل بالسكك الحديدية ، ووفقًا لتقديراتنا ، فنحن حاليًا في المراكز القيادية في هذا المجال.