💽 👨🏻‍🏫 🐞 Télécommande et drones ⛩️ 🗿 😣

Dans mon premier articledécrit le développement des technologies sans pilote dans le transport ferroviaire et fait référence à la présence d'une télécommande. La surveillance et le contrôle à distance sont-ils nécessaires pour les trains sans pilote? Notre analyse indique sans équivoque qu'il n'est pas permis de lancer des trains autonomes sans surveillance et contrôle à distance. Le nombre de scénarios où vous ne pouvez pas vous passer d'un opérateur-opérateur à distance est énorme. Par exemple, pour les trains électriques dans chaque voiture, il y a un interphone avec un bouton. Mais qui répondra aux passagers si le train n'est pas habité? Qui gérera les actions des passagers via l'interphone en cas de fumée ou autre éventualité? Qui décidera s'il y a des obstacles tels que des rubans, des sacs,qui s'enroule autour du pilier le plus proche et déclenche des capteurs de vision? Pour nous, la réponse à ces questions est la présence de l'opérateur-opérateur, qui doit intervenir dans la gestion d'un train sans pilote en cas d'urgence. La question se pose immédiatement: "Pourquoi avons-nous besoin d'un train sans pilote si un opérateur-opérateur apparaît à la place d'un conducteur?" La réponse réside dans le fait que l'opérateur-opérateur contrôle non pas un, mais plusieurs trains en même temps, et son intervention en contrôle devrait être extrêmement rare.si l'opérateur-opérateur apparaît à la place du conducteur? " La réponse réside dans le fait que l'opérateur-opérateur contrôle non pas un, mais plusieurs trains en même temps, et son intervention en contrôle devrait être extrêmement rare.si l'opérateur-opérateur apparaît à la place du conducteur? " La réponse réside dans le fait que l'opérateur-opérateur contrôle non pas un mais plusieurs trains en même temps, et son intervention en contrôle devrait être extrêmement rare.

Expérience mondiale

Non seulement nous avons suivi le même chemin. En 2018, Alstom a commencé à tester des trains télécommandés.

En 2019, la SNCF a testé un prototype de télécommande.

Figure Prototype de la télécommande SNCF La figure

ci-dessous est un test vidéo de la technologie de télécommande des pairs SNCF.

Histoire du développement de la télécommande

Notre histoire du développement de la télécommande a commencé en janvier 2017, lorsque nous avons été chargés de démontrer le prototype de la télécommande d'une locomotive de manœuvre à la gare Loujskaya de Moscou en une semaine.

Afin d'avoir le temps de créer un prototype, un joystick de jeu a été acheté, sur lequel des étiquettes de bouton ont été collées, comme indiqué sur la photo.

Dessin. Le premier prototype d'une télécommande.

Les tâches suivantes ont été résolues en une semaine:

installation de caméras vidéo sur une locomotive et organisation d'un canal pour transmettre des données vidéo à un ordinateur de contrôle
connexion du joystick à l'ordinateur de contrôle et écriture d'un programme de contrôle
organisation d'un canal pour les commandes de contrôle et les données d'une locomotive

Cela est devenu possible parce que notre locomotive était déjà équipée d'un système SDU-ML (système de télécommande pour une locomotive de manœuvre), ce qui nous permet de contrôler dans la plage de visibilité à l'aide d'une télécommande portable, nous avons donc utilisé le même protocole et le même canal radio, fournissant uniquement des commandes de relais à partir de un poste de contrôle à Moscou via des canaux de communication optiques avec l'aide de spécialistes de la station centrale de contrôle des chemins de fer russes. En tant que canal radio pour la transmission vidéo, nous avons utilisé le LTE à une fréquence porteuse de 450 MHz de Tele-2.

La démonstration a montré la faisabilité technique de la télécommande et la tâche suivante consistait à développer un nouveau panneau de commande et à ajouter de nouvelles fonctionnalités.

Je voudrais également noter que ce travail a été réalisé sur la base de l'interaction réussie de plusieurs organisations:

NIIAS JSC - maître d'œuvre et intégrateur
PKB CT - développement d'une partie de la télécommande, consultations techniques
VNIKTI JSC - développement d'un système de contrôle de locomotive embarqué
CSS OJSC Russian Railways - organisation des canaux de communication
Tele-2 - fournissant le canal de communication LTE-450 MHz
Russian Railways OJSC - coordination des travaux.

Presque toutes les deux semaines, nous avons publié un nouveau prototype de la télécommande

Figure. Les premiers prototypes de télécommandes

Comme vous pouvez le constater, les premiers prototypes de télécommandes pour accélérer le travail ont été réalisés en contreplaqué, nous sommes ensuite passés à l'impression 3D.

Dessin. Commande à distance d'une locomotive de manœuvre

Pour la commodité de la commande à distance, le conducteur affiche des informations supplémentaires sur les vitesses actuelles et autorisées, la pression, un itinéraire donné et la distance jusqu'à la fin de l'itinéraire, superposées au-dessus de l'image vidéo. Sur des écrans supplémentaires, vous pouvez voir la cabine du conducteur, le schéma des stations.

Dessin. Télécommande et contrôle installés à la station Luzhskaya

Pour les trains électriques sans pilote créés "Swallow" en 2018, une télécommande et un contrôle ont été créés, comme illustré sur la

figure. La télécommande du train électrique Swallow.

Sa principale différence avec la télécommande de la cabine de conduite est le remplacement de tous les interrupteurs mécaniques à boutons avec voyant d'état. Cela est nécessaire lors du passage de la commande d'un train électrique à un autre et de la compréhension de l'état de l'équipement.

En 2019, des tests réussis de télécommande ont été réalisés.

Dans ce travail, avec JSC Russian Railways et JSC NIIAS, une grande partie a été suivie par:

NPO SAUT LLC - développeur d'un système de commande de train électrique embarqué;
Ural Locomotives LLC - fabricant de trains électriques.

La vidéo suivante montre les tests du train télécommandé Swallow.

Problèmes techniques

Le rôle le plus important dans la mise en œuvre de la surveillance et du contrôle à distance est joué par des communications radio à haute vitesse fiables.

Afin de transférer du trafic hétérogène dans un réseau LTE conformément à 3GPP TS 23.203, plusieurs classes de service sont fournies, qui sont à des degrés divers critiques pour les paramètres de qualité, tels que le retard du réseau, le pourcentage de perte de paquets IP, les retards de réseau inégaux:

«QCI-7» (voix, vidéo (streaming en direct)) - transmission d'une image vidéo en streaming critique aux retards et aux fluctuations des retards;
«QCI-69» (sensible au délai critique de mission) - transmission d'informations critiques essentielles à la perte de paquets;
"Normal" (Normal - NL) - transmission d'informations de diagnostic.

Les paramètres de qualité de service (QoS) doivent être implémentés dans un réseau privé virtuel
La qualité du trafic transmis est assurée en le marquant avec des labels QoS.

La sortie de 3GPP TS 23.203 devrait fournir les fonctionnalités suivantes:

pour QCI-7, le retard n'est pas supérieur à 100 ms et la probabilité de perte de paquets n'est pas supérieure à 10 ^ -3;
pour QCI-69, le retard n'est pas supérieur à 60 ms et la probabilité de perte de paquets n'est pas supérieure à 10 ^ −6;
pour Normal, le retard n'est pas supérieur à 300 ms et la probabilité de perte de paquets n'est pas supérieure à 10 ^ -2.

Cependant, dans tous les cas, la bande passante du canal radio est limitée et la tâche se pose de trouver un juste milieu parmi les paramètres suivants:

résolution de l'image transmise;
fréquence d'images;
retard de transmission.

Lors de la transmission vidéo, il est extrêmement important de minimiser le retard et d'assurer un affichage fluide du flux vidéo à l'opérateur-opérateur. Cependant, la fluidité est obtenue par mise en mémoire tampon, ce qui entraîne une augmentation du retard.

Le retard lui-même est formé à partir du moment où la caméra capture la trame, comprime le flux vidéo avec un codec, transmet des informations en direct, décode le flux vidéo et l'affiche sur le moniteur à l'opérateur.

La réduction de la quantité d'informations transmises est due aux codecs (les plus célèbres H.264, H.265), mais le codage / décodage augmente le délai global de transmission des données.

Un aspect obligatoire de la télécommande est la mesure et le contrôle du retard des données vidéo, qui sont obtenus en synchronisant l'heure à bord en raison de l'horodatage du navigateur satellite et en synchronisant l'heure de la télécommande à l'aide du protocole PTP IEEE 1588v2. Si le premier seuil du délai de transmission vidéo est dépassé, un avertissement est émis au conducteur; lorsque le deuxième seuil est dépassé, la locomotive s'arrête automatiquement.
Une question importante est également de savoir combien de locomotives sans pilote peuvent être contrôlées par un seul opérateur-opérateur. Une évaluation préliminaire a été faite sur la base du calcul des probabilités de survenance de certaines situations d'urgence, ainsi que du temps de l'opérateur-opérateur nécessaire pour les éliminer. Dans le même temps, au fil du temps, une locomotive sans pilote sera en mesure de résoudre de plus en plus de situations par elle-même, ce qui réduira la charge de l'opérateur-opérateur et augmentera le nombre de véhicules qu'il peut contrôler.

Perception de la technologie de contrôle à distance par les conducteurs

Lors de la commande à distance d'une locomotive / d'un train électrique, le conducteur dispose de moins d'informations. Il ne ressent pas les vibrations, les accélérations du matériel roulant, les pentes, mais se concentre principalement sur l'image vidéo. De plus, l'évaluation de la portée de l'image vidéo diffère également de la visibilité de la locomotive. Pour la compréhension par l'opérateur-opérateur de la distance, nous avons appliqué un marquage spécial sur l'image correspondant à la plage. Au premier stade, la télécommande est plus difficile, mais avec l'expérience viennent les compétences. De plus, il est important de comprendre que le mode télécommande est destiné uniquement aux situations d'urgence.

L'utilisation de la télécommande dans d'autres domaines

La télécommande la plus utilisée est celle des véhicules aériens sans pilote. Depuis le transport terrestre, la télécommande a été développée dans les entreprises minières, car le fait d'être souvent dans la zone de travail constitue une menace pour la vie et la santé. Les figures ci-dessous montrent les télécommandes pour contrôler les équipements fonctionnant dans les carrières.

Selon ce lien , vous pouvez vous familiariser avec l'utilisation de la télécommande de camion minier.

À mon avis, l'utilisation de technologies de surveillance et de contrôle à distance est également nécessaire pour d'autres véhicules sans pilote en cours de développement, tels que les machines agricoles, les taxis.

Conclusion

Bien sûr, il reste un grand nombre de problèmes techniques et réglementaires à résoudre pour améliorer cette technologie.

Par exemple, pour éliminer complètement le retard dans la transmission d'informations, il est possible de prédire l'image (reconstruire l'image) plusieurs centaines de millisecondes à l'avance en fonction du flux optique. Il existe des idées sur le transfert des vibrations des pentes au siège de l'opérateur, mais en raison du coût élevé de cette approche, nous avons jusqu'à présent décidé de ne pas mettre en œuvre cette solution. Dans le cadre du codage / décodage d'un flux vidéo, la possibilité d'utiliser des réseaux de neurones est à l'étude.

Une chose est sûre, parallèlement au développement des technologies sans pilote, des technologies de communication, la télécommande se développera également. Il est possible que dans un proche avenir, nous ayons des centres de contrôle et de surveillance à distance, où les opérateurs de machines contrôlent la circulation des trains électriques sur tout le réseau à une distance de milliers de kilomètres. Une image similaire sera observée dans l'industrie minière, où les opérateurs superviseront le travail des camions à benne basculante, des bulldozers et d'autres équipements à partir de bureaux confortables à une grande distance.

Je voudrais également noter que NIIAS JSC et Russian Railways JSC ont été les premiers au monde à développer une technologie de contrôle à distance du transport ferroviaire et, selon nos estimations, nous occupons actuellement les premières places dans ce domaine.