🛬 👨🏽‍🏫 🎴 Controle remoto e drones ♨️ 🔖 ⛹🏿

No meu primeiro artigodescreve o desenvolvimento de tecnologias não tripuladas no transporte ferroviário e refere-se à presença de um controle remoto. O monitoramento e o controle remoto são necessários para trens não tripulados? Nossa análise diz inequivocamente que não é permitido lançar trens autônomos sem monitoramento e controle remotos. O número de cenários em que você não pode prescindir de um operador remoto é enorme. Por exemplo, para trens elétricos em cada carro, há um interfone com um botão. Mas quem responderá aos passageiros se o trem não for tripulado? Quem gerenciará as ações dos passageiros pelo interfone em caso de fumaça ou outra contingência? Quem decidirá se existem obstáculos como fitas, bolsas,que contornou o pilar mais próximo e acionou sensores de visão? Para nós, a resposta a essas perguntas é a presença do operador operador, que deve intervir no gerenciamento de um trem não tripulado em caso de emergência. Surge imediatamente a pergunta: "Por que precisamos de um trem não tripulado se um operador-operador aparece em vez de um motorista?" A resposta está no fato de que o operador-operador controla não um, mas vários trens ao mesmo tempo, e sua intervenção no controle deve ser extremamente rara.se o operador operador aparecer em vez do motorista? " A resposta está no fato de que o operador-operador controla não um, mas vários trens ao mesmo tempo, e sua intervenção no controle deve ser extremamente rara.se o operador operador aparecer em vez do motorista? " A resposta está no fato de que o operador-operador controla não um, mas vários trens ao mesmo tempo, e sua intervenção no controle deve ser extremamente rara.

Experiência mundial

Não apenas seguimos o mesmo caminho. Em 2018, a Alstom começou a testar trens de controle remoto.

Em 2019, a SNCF testou um protótipo de controle remoto.

Figura Protótipo do controle remoto SNCF Figura A

seguir, é apresentado um teste em vídeo da tecnologia de controle remoto dos pares SNCF.

História do Desenvolvimento de Controle Remoto

Nossa história do desenvolvimento do controle remoto começou em janeiro de 2017, quando nos foi dada a tarefa de demonstrar o protótipo de controle remoto de uma locomotiva de manobra na estação Luzhskaya de Moscou em uma semana.

Para ter tempo de criar um protótipo, foi comprado um joystick de jogo, no qual os rótulos dos botões foram colados, como mostra a foto.

imagem

Desenhando. O primeiro protótipo de um controle remoto.

As seguintes tarefas foram resolvidas em uma semana:

instalação de câmeras de vídeo em uma locomotiva e organização de um canal para transmissão de dados de vídeo a um computador de controle
conectar o joystick ao computador de controle e escrever um programa de controle
organização de um canal para comandos e dados de controle de uma locomotiva

Isso se tornou possível devido ao fato de nossa locomotiva já estar equipada com um sistema SDU-ML (sistema de controle remoto para uma locomotiva de manobra), que nos permite controlar dentro da faixa de visibilidade usando um controle remoto portátil, por isso usamos o mesmo protocolo e canal de rádio, fornecendo apenas comandos de retransmissão de um posto de controle para Moscou via canais de comunicação óptica com a ajuda de especialistas da estação central de controle da Russian Railways. Como canal de rádio para transmissão de vídeo, usamos LTE na frequência portadora de 450 MHz do Tele-2.

A demonstração mostrou a viabilidade técnica do controle remoto e a próxima tarefa foi desenvolver um novo painel de controle e adicionar novas funcionalidades.

Gostaria também de observar que este trabalho foi realizado com base na interação bem-sucedida de várias organizações:

NIIAS JSC - contratante e integrador principal
PKB CT - desenvolvimento de uma parte do controle remoto, consultas técnicas
VNIKTI JSC - desenvolvimento de um sistema de controle de locomotivas a bordo
CSS OJSC Russian Railways - organização de canais de comunicação
Tele-2 - fornecendo o canal de comunicação LTE-450 MHz
Russian Railways OJSC - coordenação do trabalho.

Quase a cada duas semanas, lançamos um novo protótipo do controle remoto

Figura. Os primeiros protótipos de controles remotos

Como você pode ver, os primeiros protótipos de controles remotos para acelerar o trabalho foram feitos a partir de compensado, posteriormente mudamos para a impressão 3D.

Desenhando. Controle remoto de uma locomotiva de manobra

Para conveniência do controle remoto, o motorista exibe informações adicionais sobre as velocidades atuais e permitidas, pressão, uma determinada rota e a distância até o final da rota, sobrepostas na parte superior da imagem de vídeo. Em telas adicionais, você pode ver a cabine do motorista, diagrama da estação.

Desenhando. Controle remoto e controle instalado na estação Luzhskaya

Para os trens elétricos não tripulados criados "Swallow" em 2018, um controle remoto e controle foram criados, conforme mostrado na

Figura. O controle remoto do trem elétrico Swallow.

Sua principal diferença em relação ao controle remoto na cabine do motorista é a substituição de todos os interruptores mecânicos por botões com uma luz de status. Isso é necessário ao mudar o controle de um trem elétrico para outro e entender as condições do equipamento.

Em 2019, foram realizados testes bem-sucedidos de controle remoto.

Neste trabalho, juntamente com a JSC Russian Railways e a JSC NIIAS, grande parte foi atendida por:

NPO SAUT LLC - desenvolvedor de um sistema de controle de trem elétrico a bordo;
Ural Locomotives LLC - fabricante de trens elétricos.

O vídeo a seguir mostra os testes do trem de controle remoto Swallow.

Problemas técnicos

O papel mais importante na implementação do monitoramento e controle remoto é desempenhado por comunicações de rádio de alta velocidade confiáveis.

Para transferir tráfego heterogêneo em uma rede LTE de acordo com o 3GPP TS 23.203, são fornecidas várias classes de serviço, que variam em graus críticos para os parâmetros de qualidade, como atraso na rede, porcentagem de perda de pacotes IP, atrasos irregulares na rede:

“QCI-7” (Voz, Vídeo (Live Streaming)) - transmissão de uma imagem de vídeo em fluxo crítica para atrasos e atrasos de flutuações;
"QCI-69" (sensível ao atraso da missão crítica) - transmissão de informações críticas críticas à perda de pacotes;
"Normal" (Normal - NL) - transmissão de informações de diagnóstico.

Os parâmetros de qualidade de serviço (QoS) devem ser implementados em uma rede virtual privada.
A qualidade do tráfego transmitido é garantida pela marcação com rótulos de QoS.

O lançamento do 3GPP TS 23.203 deve fornecer os seguintes recursos:

para QCI-7, o atraso não é superior a 100 ms e a probabilidade de perda de pacotes não é superior a 10 ^ -3;
para QCI-69, o atraso não é superior a 60 ms e a probabilidade de perda de pacotes não é superior a 10 ^ -6;
para Normal, o atraso não é superior a 300 ms e a probabilidade de perda de pacotes não é superior a 10 ^ -2.

No entanto, em qualquer caso, há uma limitação na largura de banda do canal de rádio e surge a tarefa de encontrar um meio termo entre os seguintes parâmetros:

resolução da imagem transmitida;
taxa de quadros;
atraso de transmissão.

Ao transmitir vídeo, é extremamente importante minimizar o atraso e garantir uma exibição suave do fluxo de vídeo ao operador-operador. No entanto, a suavidade é alcançada por buffer, o que leva a um aumento no atraso.

O atraso em si é formado a partir do momento em que o quadro foi capturado pela câmera, o fluxo de vídeo é compactado pelo codec, as informações são transmitidas pelo ar, o fluxo de vídeo é decodificado e é exibido no monitor para o operador.

A redução da quantidade de informações transmitidas ocorre devido aos codecs (o mais famoso H.264, H.265), mas a codificação / decodificação aumenta o atraso geral da transferência de dados.

Um aspecto obrigatório do controle remoto é a medição e o controle do atraso dos dados de vídeo, o que é conseguido sincronizando a hora a bordo devido ao registro de data e hora do navegador de satélite e sincronizando a hora do controle remoto usando o protocolo PTP IEEE 1588v2. Se o primeiro limite do atraso na transmissão de vídeo for excedido, um aviso será emitido ao motorista; quando o segundo limite for excedido, a locomotiva para automaticamente.
Uma questão importante é também quantas locomotivas não tripuladas podem ser controladas por um único operador-operador? Uma avaliação preliminar foi feita com base no cálculo das probabilidades de ocorrência de determinadas situações de emergência, bem como no tempo do operador-operador necessário para eliminá-las. Ao mesmo tempo, com o tempo, uma locomotiva não tripulada poderá resolver cada vez mais situações por si só, o que reduzirá a carga no operador-operador e aumentará o número de veículos que ele pode controlar.

Percepção da tecnologia de controle remoto por motoristas

Ao controlar remotamente uma locomotiva / trem elétrico, o motorista tem menos informações. Ele não sente vibrações, acelerações do material circulante, declives, mas se concentra principalmente na imagem do vídeo. Além disso, a avaliação do alcance da imagem do vídeo também difere da visibilidade da locomotiva. Para entendimento do operador-operador da distância, aplicamos uma marcação especial na imagem correspondente à faixa. No primeiro estágio, o controle remoto é mais difícil, mas com a experiência vêm as habilidades. Além disso, é importante entender que o modo de controle remoto se destina apenas a situações de emergência.

O uso do controle remoto em outras áreas

O controle remoto mais utilizado é o de veículos aéreos não tripulados. Do transporte terrestre, o controle remoto foi desenvolvido nas empresas de mineração, uma vez que muitas vezes estar na área de trabalho representa uma ameaça à vida e à saúde. As figuras abaixo mostram os controles remotos para controlar equipamentos operando em pedreiras.

De acordo com este link , você pode se familiarizar com o uso do controle remoto de caminhão de mineração.

Na minha opinião, o uso da tecnologia de monitoramento e controle remoto também é necessário para o desenvolvimento de outros veículos não tripulados, como máquinas agrícolas e táxis.

Conclusão

Obviamente, ainda há um grande número de questões técnicas e regulatórias que precisam ser tratadas para melhorar essa tecnologia.

Por exemplo, para eliminar completamente o atraso na transmissão de informações, é possível prever a imagem (reconstruir a imagem) várias centenas de milissegundos de antecedência com base no fluxo óptico. Existem idéias sobre a transferência de vibração das pistas para a cadeira do operador, mas, devido ao alto custo dessa abordagem, decidimos até agora não implementar esta solução. Na parte da codificação / decodificação de um fluxo de vídeo, a possibilidade de usar redes neurais está sendo investigada.

Uma coisa é certa, que paralelamente ao desenvolvimento de tecnologias não tripuladas, tecnologias de comunicação, o controle remoto também se desenvolverá. É possível que, em um futuro próximo, tenhamos centros de controle e monitoramento remotos, onde os operadores de máquinas controlam o movimento de trens elétricos em toda a rede a uma distância de milhares de quilômetros. Uma imagem semelhante será observada na indústria de mineração, onde os operadores supervisionarão o trabalho de caminhões basculantes, escavadeiras e outros equipamentos de escritórios aconchegantes a uma grande distância.

Também gostaria de observar que a NIIAS JSC e a Russian Railways JSC foram as primeiras do mundo a desenvolver tecnologia para controle remoto do transporte ferroviário e, de acordo com nossas estimativas, estamos atualmente nas posições de liderança nesse campo.