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遥控器和无人机

在我的第一篇文章中描述了铁路运输中无人技术的发展，并提到了遥控器的存在。无人列车是否需要远程监控？我们的分析明确表示，未经远程监控就不允许发射自动列车。如果没有远程操作员-操作员，您将无法完成许多方案。例如，对于每辆车中的电动火车，都有一个带有按钮的对讲机。但是如果火车无人驾驶，谁来回答乘客呢？在冒烟或其他意外情况时，谁将通过对讲机管理乘客的行为？谁来决定是否有障碍物，例如色带，袋子，缠绕在最近的支柱上并触发视觉传感器？对我们来说，这些问题的答案是操作员-操作员在场，如果发生任何紧急情况，他们必须干预无人驾驶列车的管理。问题立即浮出水面：“如果出现驾驶员而不是驾驶员，为什么我们需要无人驾驶火车？”答案在于这样的事实，即操作员-操作员不是同时控制一列火车，而是同时控制多列火车，而且他对控制的干预应该非常少见。如果出现操作员而不是驾驶员？”答案在于这样的事实，即操作员-操作员不是同时控制一列火车，而是同时控制多列火车，而且他对控制的干预应该非常少见。如果出现操作员而不是驾驶员？”答案在于这样的事实，即操作员-操作员不是同时控制一列火车，而是同时控制多列火车，而且他对控制的干预应该非常少见。

世界经验


我们不仅采取了类似的方式。2018年，阿尔斯通开始测试遥控火车。


在2019年，SNCF测试了原型遥控器。


图SNCF远程控制原型图

下图是SNCF对等方的远程控制技术的视频测试。


遥控器开发的历史


我们远程控制的发展历史始于2017年1月，当时我们承担了在一周内从莫斯科Luzhskaya站演示调车机车的远程控制原型的任务。

为了有时间创建原型，购买了一个游戏操纵杆，在游戏操纵杆上粘贴了按钮标签，如图所示。

图片
画画。遥控器的第一个原型。

一周内解决了以下任务：

  • 将视频摄像机安装在机车上，并组织用于将视频数据传输到控制计算机的通道
  • 将操纵杆连接到控制计算机并编写控制程序
  • 组织机车的控制命令和数据通道

由于我们的机车已经配备了SDU-ML系统（用于调车机车的远程控制系统），这使之成为可能，因此我们可以使用便携式遥控器在可见范围内进行控制，因此我们使用相同的协议和无线电信道，仅提供来自在俄罗斯铁路中央控制站的专家的帮助下，通过光通信通道到达莫斯科的一个控制站。作为视频传输的无线电信道，我们使用了Tele-2的450 MHz载波频率的LTE。

演示展示了远程控制的技术可行性，下一个任务是开发新的控制面板并添加新功能。

我还要指出，这项工作是在几个组织的成功互动的基础上进行的：

  • NIIAS JSC-首席承包商和集成商
  • PKB CT-开发遥控器的一部分，进行技术咨询
  • VNIKTI JSC-车载机车控制系统的开发
  • CSS OJSC俄罗斯铁路-沟通渠道的组织
  • Tele-2-提供LTE-450 MHz通信通道
  • 俄罗斯铁路股份公司-工作协调。

我们几乎每两周发布一次新的远程控制模型原型


。遥控器的第一个原型

正如您所看到的，用于加快工作速度的遥控器的第一个原型是由胶合板制成的，后来我们切换到了3D打印。


画画。调车机车

的远程控制为了方便远程控制，驾驶员在视频图像上方显示了有关当前和允许的速度，压力，给定路线以及到路线终点的距离的其他信息。在其他屏幕上，您可以看到驾驶室，车站图。


画画。远程控制和安装在Luzhskaya车站的控制装置

对于2018年创建的无人电动火车“燕子”，创建了一个遥控器和控件，如图


所示。Swallow电动火车

的遥控器，与驾驶室遥控器的主要区别是，所有机械开关都替换为带状态指示灯的按钮。在将控制从一列电车切换到另一列电车并了解设备状况时，这是必要的。

在2019年，进行了成功的远程控制测试。

在这项工作中，俄罗斯铁路股份公司（JSC）和俄罗斯铁路股份公司（NIAS）参加了很大一部分活动：

  • NPO SAUT LLC-车载电动火车控制系统的开发商；
  • 乌拉尔机车有限责任公司-电动火车的制造商。

以下视频显示了遥控火车“燕子”的测试。


技术问题


可靠的高速无线电通信在实现远程监视和控制中最重要的作用。

为了根据3GPP TS 23.203在LTE网络中传输异构流量，提供了几类服务，这些服务在不同程度上对质量参数至关重要，例如网络延迟，IP分组丢失百分比，不均匀的网络延迟：

  • “ QCI-7”（语音，视频（实时流））-传输对延迟和延迟波动至关重要的流视频图像；
  • “ QCI-69”（对任务关键延迟敏感）－传输对丢包至关重要的关键信息；
  • “普通”（Normal-NL）-诊断信息的传输。

服务质量（QoS）参数必须在虚拟专用网络中实现，
通过使用QoS标签标记来确保传输流量的质量。

3GPP TS 23.203的发行版应提供以下功能：

  • 对于QCI-7，延迟不大于100ms，丢包的概率不大于10 ^ -3;
  • 对于QCI-69，时延不大于60ms，丢包的概率不大于10 ^ -6；
  • 对于“正常”，延迟不超过300毫秒，丢包的可能性不超过10 ^ -2。

但是，无论如何，无线电信道的带宽都受到限制，并且出现了在以下参数中寻找中间立场的任务：

  • 传输图像的分辨率；
  • 帧率
  • 传输延迟。

传输视频时，最大限度地减少延迟并确保视频流向操作员-操作员的流畅显示极为重要。然而，通过缓冲实现了平滑度，这导致了延迟的增加。

延迟本身是从相机捕获帧，视频流被编解码器压缩，信息通过空中传输，视频流被解码并在监视器上显示给操作员的时间开始形成的。

减少传输的信息量归因于编解码器（最著名的H.264，H.265），但是编码/解码会增加总体数据传输延迟。

远程控制的强制性方面是视频数据延迟的测量和控制，这是通过同步由于卫星导航器产生的时间戳导致的机上时间并使用PTP IEEE 1588v2协议同步远程控制的时间来实现的。如果超过视频传输延迟的第一个阈值，则会向驾驶员发出警告；当超过第二个阈值时，机车会自动停止。
一个重要的问题是，一个操作员—操作员可以控制多少无人机车？根据某些紧急情况的发生概率以及消除这些情况所需的操作员时间的计算，进行了初步评估。同时，随着时间的流逝，无人驾驶的机车将能够自行解决越来越多的情况，这将减轻操作员-操作员的负担并增加他可以控制的车辆数量。

驾驶员对远程控制技术的认识


当远程控制机车/电动火车时，驾驶员的信息较少。他没有感觉到振动，机车的加速，倾斜，而是主要专注于视频图像。此外，对视频图像范围的评估也与来自机车的可见性不同。为了让操作员-操作员了解距离，我们在与范围相对应的图像上应用了特殊标记。在第一阶段，远程控制比较困难，但是随着经验的增长，技能也随之提高。此外，重要的是要了解远程控制模式仅适用于紧急情况。

在其他地区使用遥控器


在无人机领域中，使用最广泛的遥控器。从陆路运输开始，采矿企业已经开发了远程控制，因为经常进入工作区域会对生命和健康构成威胁。下图显示了用于控制采石场中操作设备的遥控器。





根据此链接，您可以更加熟悉矿用卡车遥控器的使用。

我认为，对于其他正在开发的无人驾驶车辆，例如农业机械，出租车，也需要使用远程监控技术。

结论


当然，仍然需要解决大量的技术和法规问题以改进该技术。

例如，为了完全消除信息发送中的延迟，可以基于光流预先预测几百毫秒的图像（重建图像）。有一些将坡度的振动传递到操作员的椅子上的想法，但是由于这种方法的成本很高，因此到目前为止，我们已经决定不实施该解决方案。在对视频流进行编码/解码的过程中，正在研究使用神经网络的可能性。

可以肯定的是，与无人技术，通信技术的发展同时，远程控制也将发展。在不久的将来，我们可能会拥有远程控制和监视中心，机器操作员可以在该中心控制数千公里之外的整个网络中电动火车的行驶。在采矿业中也会观察到类似情况，操作员将在舒适的办公室远距离监督自卸车，推土机和其他设备的工作。

我还要指出，NIIAS JSC和俄罗斯铁路JSC是世界上第一个开发用于铁路运输远程控制技术的公司，据我们估计，我们目前处于该领域的领先地位。

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