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En mi primer articulodescribe el desarrollo de tecnologías no tripuladas en el transporte ferroviario y se refiere a la presencia de un control remoto. ¿Es necesario el monitoreo y control remoto para trenes no tripulados? Nuestro análisis dice inequívocamente que no está permitido lanzar trenes autónomos sin monitoreo y control remoto. El número de escenarios en los que no puede prescindir de un operador-operador remoto es enorme. Por ejemplo, para los trenes eléctricos en cada automóvil hay un intercomunicador con un botón. Pero, ¿quién responderá a los pasajeros si el tren no está tripulado? ¿Quién gestionará las acciones de los pasajeros a través del intercomunicador en caso de humo u otra contingencia? ¿Quién decidirá si hay obstáculos como cintas, bolsos,que se enroscó alrededor del pilar más cercano y activó los sensores de visión? Para nosotros, la respuesta a estas preguntas es la presencia del operador-operador, que debe intervenir en la gestión de un tren no tripulado en caso de cualquier emergencia. La pregunta surge de inmediato: "¿Por qué necesitamos un tren no tripulado si aparece un operador-operador en lugar de un conductor?" La respuesta radica en el hecho de que el operador-operador controla no uno, sino varios trenes al mismo tiempo, y su intervención en el control debería ser extremadamente rara.si aparece el operador operador en lugar del conductor? La respuesta radica en el hecho de que el operador-operador controla no uno, sino varios trenes al mismo tiempo, y su intervención en el control debería ser extremadamente rara.si aparece el operador operador en lugar del conductor? La respuesta radica en el hecho de que el operador-operador controla no uno, sino varios trenes al mismo tiempo, y su intervención en el control debería ser extremadamente rara.

Experiencia mundial

No solo hemos ido por el mismo camino. En 2018, Alstom comenzó a probar trenes de control remoto.

En 2019, SNCF probó un prototipo de control remoto.

Figura Prototipo de control remoto de SNCF La siguiente figura

es una prueba de video de la tecnología de control remoto de sus pares de SNCF.

Historia del desarrollo del control remoto

Nuestra historia del desarrollo del control remoto comenzó en enero de 2017, cuando se nos asignó la tarea de demostrar el prototipo de control remoto de una locomotora de maniobra en la estación Luzhskaya desde Moscú en una semana.

Para tener tiempo de crear un prototipo, se compró un joystick del juego, en el que se pegaron las etiquetas de los botones, como se muestra en la foto.

imagen

Dibujo. El primer prototipo de un control remoto.

Las siguientes tareas se resolvieron en una semana:

instalación de cámaras de video en una locomotora y organización de un canal para transmitir datos de video a una computadora de control
conectar el joystick a la computadora de control y escribir un programa de control
organización de un canal para comandos de control y datos desde una locomotora

Esto fue posible debido al hecho de que nuestra locomotora ya estaba equipada con un sistema SDU-ML (sistema de control remoto para una locomotora de derivación), que nos permite controlar dentro del rango de visibilidad utilizando un control remoto portátil, por lo que utilizamos el mismo protocolo y canal de radio, proporcionando solo comandos de retransmisión de un puesto de control a Moscú a través de canales de comunicación óptica con la ayuda de especialistas de la estación central de control de Russian Railways. Como canal de radio para la transmisión de video, utilizamos LTE a una frecuencia portadora de 450 MHz de Tele-2.

La demostración mostró la viabilidad técnica del control remoto y la siguiente tarea fue desarrollar un nuevo panel de control y agregar nuevas funcionalidades.

También me gustaría señalar que este trabajo se realizó sobre la base de la interacción exitosa de varias organizaciones:

NIIAS JSC - contratista principal e integrador
PKB CT - desarrollo de una parte del control remoto, consultas técnicas
VNIKTI JSC: desarrollo de un sistema de control de locomotoras a bordo
CSS OJSC Russian Railways - organización de canales de comunicación
Tele-2: proporcionar el canal de comunicación LTE-450 MHz
Ferrocarriles rusos OJSC - coordinación del trabajo.

Casi cada dos semanas lanzamos un nuevo prototipo de la

figura de control remoto . Los primeros prototipos de controles remotos

Como puede ver, los primeros prototipos de controles remotos para acelerar el trabajo se hicieron con madera contrachapada, luego pasamos a la impresión 3D.

Dibujo. Control remoto de una locomotora de derivación

Para la conveniencia del control remoto, el conductor muestra información adicional sobre las velocidades actuales y permisibles, la presión, una ruta determinada y la distancia hasta el final de la ruta, superpuesta en la parte superior de la imagen de video. En pantallas adicionales puede ver la cabina del conductor, el diagrama de la estación.

Dibujo. Mando a distancia y control instalado en la estación de Luzhskaya

Para los trenes eléctricos no tripulados creados "Swallow" en 2018, se creó un control remoto y control, como se muestra en la

Figura. El control remoto para el tren eléctrico Swallow.

Su principal diferencia con el control remoto en la cabina del conductor es el reemplazo de todos los interruptores mecánicos con botones con una luz de estado. Esto es necesario cuando se cambia el control de un tren eléctrico a otro y se comprende el estado del equipo.

En 2019, se realizaron pruebas exitosas de control remoto.

En este trabajo, junto con JSC Russian Railways y JSC NIIAS, a una gran parte asistieron:

NPO SAUT LLC - desarrollador de un sistema de control de tren eléctrico a bordo;
Ural Locomotives LLC - fabricante de trenes eléctricos.

El siguiente video muestra las pruebas del tren de control remoto Swallow.

Problemas técnicos

El papel más importante en la implementación de monitoreo y control remoto es desempeñado por comunicaciones de radio confiables de alta velocidad.

Para transferir tráfico heterogéneo en una red LTE de acuerdo con 3GPP TS 23.203, se proporcionan varias clases de servicio, que son, en diversos grados, críticos para los parámetros de calidad, como el retraso de la red, el porcentaje de pérdida de paquetes IP, los retrasos desiguales de la red:

“QCI-7” (Voz, video (transmisión en vivo)): transmisión de una imagen de video de transmisión crítica para retrasos y fluctuaciones de retraso;
"QCI-69" (sensible al retraso de la misión crítica): transmisión de información crítica crítica para la pérdida de paquetes;
"Normal" (Normal - NL) - transmisión de información de diagnóstico.

Los parámetros de calidad de servicio (QoS) deben implementarse en una red privada virtual y la
calidad del tráfico transmitido se garantiza al marcarlo con etiquetas de QoS.

El lanzamiento de 3GPP TS 23.203 debería proporcionar las siguientes características:

para QCI-7, el retraso no es más de 100 ms y la probabilidad de pérdida de paquetes no es más de 10 ^ -3;
para QCI-69, el retraso no es más de 60 ms y la probabilidad de pérdida de paquetes no es más de 10 ^ −6;
para Normal, el retraso no es más de 300 ms y la probabilidad de pérdida de paquetes no es más de 10 ^ −2.

Sin embargo, en cualquier caso, existe una limitación en el ancho de banda del canal de radio y surge la tarea de encontrar un punto medio entre los siguientes parámetros:

resolución de la imagen transmitida;
cuadros por segundo;
retraso de transmisión

Al transmitir video, es extremadamente importante minimizar el retraso y garantizar una visualización fluida de la transmisión de video al operador-operador. Sin embargo, la suavidad se logra mediante almacenamiento en búfer, lo que conduce a un aumento en el retraso.

El retraso en sí se forma desde el momento en que la cámara captura el cuadro, comprime la transmisión de video con un códec, transmite información por el aire, decodifica la transmisión de video y la muestra en el monitor al operador.

La reducción de la cantidad de información transmitida se debe a los códecs (el más famoso H.264, H.265), pero la codificación / decodificación aumenta el retraso general de la transmisión de datos.

Un aspecto obligatorio del control remoto es la medición y el control del retraso de los datos de video, que se logra sincronizando la hora a bordo debido a la marca de tiempo del navegador satelital y sincronizando la hora del control remoto utilizando el protocolo PTP IEEE 1588v2. Si se supera el primer umbral del retraso de transmisión de video, se emite una advertencia al conductor; cuando se supera el segundo umbral, la locomotora se detiene automáticamente.
Una pregunta importante es también cuántas locomotoras no tripuladas pueden ser controladas por un solo operador-operador. Se realizó una evaluación preliminar sobre la base del cálculo de las probabilidades de ocurrencia de ciertas situaciones de emergencia, así como el tiempo del operador-operador necesario para eliminarlas. Al mismo tiempo, con el tiempo, una locomotora no tripulada podrá resolver cada vez más situaciones por sí sola, lo que reducirá la carga sobre el operador-operador y aumentará la cantidad de vehículos que puede controlar.

Percepción de la tecnología de control remoto por parte de los conductores.

Al controlar de forma remota una locomotora / tren eléctrico, el conductor tiene menos información. No siente vibraciones, aceleraciones del material rodante, pendientes, pero se enfoca principalmente en la imagen de video. Además, la evaluación del alcance de la imagen de video también difiere de la visibilidad desde la locomotora. Para que el operador-operador entienda la distancia, aplicamos una marca especial en la imagen correspondiente al rango. En la primera etapa, el control remoto es más difícil, pero con la experiencia vienen las habilidades. Además, es importante comprender que el modo de control remoto está diseñado solo para situaciones de emergencia.

Aplicación de control remoto en otras áreas.

El control remoto más utilizado es en el campo de los vehículos aéreos no tripulados. Desde el transporte terrestre, el control remoto se ha desarrollado en las empresas mineras, ya que a menudo estar en el área de trabajo representa una amenaza para la vida y la salud. Las siguientes figuras muestran los controles remotos para controlar equipos que operan en canteras.

Según este enlace , puede familiarizarse con el uso del control remoto de camiones mineros.

En mi opinión, el uso de tecnología de control y monitoreo remoto también es necesario para otros vehículos no tripulados que se están desarrollando, como maquinaria agrícola, taxis.

Conclusión

Por supuesto, todavía hay una gran cantidad de problemas técnicos y regulatorios que deben abordarse para mejorar esta tecnología.

Por ejemplo, para eliminar por completo el retraso en la transmisión de información, es posible predecir la imagen (reconstruir la imagen) varios cientos de milisegundos por adelantado en función de la corriente óptica. Hay ideas sobre cómo transferir la vibración de las pendientes a la silla del operador, pero debido al alto costo de este enfoque, hasta ahora hemos decidido no implementar esta solución. En la parte de codificar / decodificar un flujo de video, se está investigando la posibilidad de usar redes neuronales.

Una cosa es cierta, que en paralelo con el desarrollo de tecnologías no tripuladas, tecnologías de comunicación, también se desarrollará el control remoto. Es posible que en un futuro cercano tengamos centros de control y monitoreo remotos, donde los operadores de máquinas controlen el movimiento de trenes eléctricos a través de la red a una distancia de miles de kilómetros. Se observará una imagen similar en la industria minera, donde los operadores supervisarán el trabajo de volquetes, excavadoras y otros equipos desde oficinas acogedoras a una gran distancia.

También me gustaría señalar que NIIAS JSC y Russian Railways JSC fueron los primeros en el mundo en desarrollar tecnología para el control remoto del transporte ferroviario y, de acuerdo con nuestras estimaciones, actualmente estamos en las primeras posiciones en este campo.