CZ36609U1 - Vlakový expertní systém pro autonomní jízdu - Google Patents

Description

Úřad průmyslového vlastnictví v zápisném řízení nezjišťuje, zda předmět užitného vzoru splňuje podmínky způsobilosti k ochraně podle § 1 zák. ě. 478/1992 Sb.

Vlakový expertní systém pro autonomní jízdu

Oblast techniky

Podstatou řešení je vlakový expertní systém pro autonomní jízdu, zajištující kontrolu splňování bezpečnostních a provozních podmínek pro jízdu autonomního vlaku na trati. Účelem systému je nahrazení rozhodovacího procesu strojvedoucího v rozsahu kontroly splňování bezpečných podmínek pro rozjezd, jízdu a zastavení vlaku pomocí soustavy čidel a rozhraní do systémů existujících v moderních železničních vozidlech.

Dosavadní stav techniky

V současné době se stále výrazněji projevuje náročnost práce strojvedoucího v souvislosti se stále hustší železniční dopravou, zvyšující se rychlostí vlaků a nároky na dodržení jízdního řádu. Projevuje se také chronický nedostatek strojvedoucích. To má vliv i na únavu a potenciální chybovost strojvedoucích. Proto byly vyvinuty systémy zabezpečení provozu vlaků, ATP Automatic Train Protection, kde jsou využívány národní vlakové zabezpečovací systémy, například systém chráněny patentem CZ 307 688 nebo v současnosti implementovaný evropský zabezpečovač ETCS - European Train Control System. Tyto systémy dohlíží nad jízdou jednotlivých vlaků v rámci systému celé vlakové dopravy. Cílem těchto zabezpečovačů je zamezit chybám lidského faktoru, případně následky těchto chyb výrazně eliminovat.

Současně jsou rozvíjeny také systémy automatického provozu vlaků ATO - Automatic Train Operation. ATO systémy získávají data z nadřazených systémů, které plánují a zabezpečují systém železničního provozu jako celek, a spolupracují s nimi, ale více se zaměřují na funkce samotného vlaku. Jejich cílem je ulehčit lidskou práci a využít automatizovaných procesů řízení k dosažení lepší dochvilnosti systémů a efektivnějšího využití energie. Příkladem je systém AW Automatické Vedení Vlaku společnosti AŽD, který je vyvíjen již desítky let, ale i systémy nasazované na řadě linek metra.

Je definováno 5 úrovní automatizace v provozu vlaku GoA0 - GoA4, kde GoA znamená Grade of Automation/Stupeň automatizace. Tyto úrovně zahrnují vlaky bez podpory automatizace GoA0, až po GoA4, což jsou vlaky bez přítomnosti jakékoli obsluhy.

V současné době jsou využívány systémy umožňující provoz v GoA2, kdy ATO za přítomnosti strojvedoucího automaticky řídí rychlost vlaku a jeho zastavení tak, aby došlo ke zvýšení plynulosti, přesnosti dodržení jízdního řádu a efektivity spotřeby energií. Strojvedoucí v tomto případě typicky nastavuje počáteční údaje, provádí kontrolu podmínek provozu, dává souhlas s rozjezdem, zasahuje v případě překážky na trati a řeší neobvyklé situace. Tyto systémy jsou již v současné době v provozu, příkladem může být systém AW, kterým je vybaveno přibližně 400 lokomotiv v České republice a přibližně 1500 km tratí umožňují provoz vlaků s využitím AW, a to včetně provozu metra v Praze. Nicméně GoA2 systémy jsou rozvíjeny a standardizovány v současné době i v rámci mezinárodních projektů jako je projekt Shift2Rail.

Systémy umožňující provoz v GoA3 a GoA4 pracují bez přítomnosti strojvedoucího a liší se tím, že v GoA3 se ve vlaku nachází provozní personál (průvodčí), který může např. řešit zavírání dveří, či neobvyklé, rizikové situace.

GoA4 se ve vlaku nenachází žádný provozní personál a veškeré činnosti vykonává systém autonomně.

Zde je velký rozdíl mezi takzvanými otevřenými a uzavřenými dopravními systémy. Příkladem uzavřeného systému může být systém metra, který je zcela oddělen od ostatních okolních vlivů,

- 1 CZ 36609 U1 jako jsou jiné druhy dopravy, překážky, zvířata a podobně. Pro metro již existují a jsou zavedeny systémy pracující na úrovni GoA3/4 v řadě měst po světě. Také nově budovaná linka D v Praze má již fungovat v módu GoA4.

Na takzvané velké železnici existuje linka Rio Tinto v Austrálii, kde je dopravována železná ruda otevřenou krajinou na úrovni GoA4. Doprava ovšem probíhá pouští a mnohá rizika jsou zde akceptována a nejsou řešeny.

Obecně je ale třeba na tomto druhu železnice, která je v otevřeném prostředí, počítat s mnoha dalšími vlivy, překážkami, heterogenní skladbou způsobu řízení vozidel na trati a dalšími externími vlivy. Zatím nejsou zatím známy průmyslové aplikace v otevřeném prostředí.

Systémy umožňující GoA3/4 provoz jsou vyvíjeny také v rámci grantů podporovaných Evropskou unií a mezinárodních konsorcií a zabývá se jimi mnoho velkých výrobců i provozovatelů dráhy a drážní dopravy, například Shift2ail a navazující ERJU. Tyto systémy potřebují řadu specializovaných zařízení jako je například detektor objektů a překážek, či systémy pro řešení neobvyklých situací.

Existuje také množství řešení pro automatizaci v automobilové dopravě, kde jsou stupně automatizace definovány podobně, ale přeci jen odlišně. Vychází to z toho, že charakteristika automobilové dopravy a železniční dopravy se liší. Na jednu stranu je automobilová doprava složitější v tom, že vozidlo může jet libovolným směrem, na druhou stranu v železniční dopravě platí mnoho omezení také proto, že je zde doprava řízena jako celek a jsou kladeny daleko vyšší nároky na úroveň zajištění bezpečnosti, což souvisí i s dlouhými schvalovacími procesy. Také fyzikální vlastnosti vozidel v automobilové dopravě se výrazně liší. Je možné se tedy inspirovat v řešeních z automobilového průmyslu, ale požadavky na systémy na železnici jsou odlišné.

Předmětem zájmu popisovaného řešení je modul rozhodování, který musí být schopen zajistit veškeré rozhodování, které bylo v zodpovědnosti strojvedoucího. Do úrovně automatizace GoA2 jsou vyhovující deterministické rozhodovací automaty, které zpracovávají předem známou sadu vstupů a na jejich základě rozhodují o řízení vlaku.

Oproti tomu v případě GoA3/4 systémů na otevřené železnici je nutné brát v úvahu variabilní množství vstupních údajů, které mají různou váhu pro přijetí konečného rozhodnutí. Jedná se tedy o multikriteriální rozhodování, kde velký vliv má také závažnost, respektive priorita, jednotlivých vstupních údajů.

Při popisu předkládaného řešení se předpokládá, že celý systém řízení vlakového provozu je zabezpečen některým ze systémů ATP, například ETCS, a tato problematika tedy není předmětem řešení.

Podstata technického řešení

Výše uvedené nevýhody odstraňuje vlakový expertní systém pro autonomní jízdu, dále pro zjednodušení jen VEXA. Tento systém navazuje na vlakový systém zahrnující mobilní zabezpečovací systém ATP pro bezpečný dohled nad jízdou vlaku, automatizačně řídicí systém ATO pro zajištění automatického vedení jízdy vlaku, detektor překážek pro sledování, detekci a vyhodnocování objektů na trati a jejím okolí, sestavu ostatní detektory pro vyhodnocování provozních podmínek a stavů daného autonomního vlaku, OR-M modul provozních pravidel s databází parametrů těchto provozních pravidel, WD modul sledování zdraví systému, nouzovou a provozní brzdu a modul trakce,

Nový systém VEXA obsahuje řídící jednotku opatřenou softwarovým modulem BDI agenta s prvním datovým modulem představy, s druhým datovým modulem přání, s třetím datovým

- 2 CZ 36609 U1 modulem záměry, a je rozšířen o čtvrtý datový modul reflexy. Na vstupu softwarového modulu BDI agenta je zařazen logický modul rozpoznávání jednotlivých situací, který je propojen s výstupem logického modulu komunikace s vlakovými systémy, s výstupem logického modulu komunikace s traťovými systémy a s dispečerem, s výstupem automatizačně řídicího systému ATO, s výstupem mobilního zabezpečovacího systému ATP a s výstupem logického modulu vstup z percepčních systémů, jehož vstup je propojen s okolním prostředím přes výstupy detektoru překážek a přes výstupy sestavy ostatní detektory pro vyhodnocování provozních podmínek a stavů daného autonomního vlaku. Logický modul vstup z percepčních systémů je obousměrné propojen s logickým modulem kontrola oproti digitální mapě, propojený obousměrně s touto digitální mapou, Dále je výstup logického modulu rozpoznávání jednotlivých situací propojen s prvním datovým modulem představy, propojeným svým vstupem s výstupem OR-M modulu provozních pravidel a svým výstupem s modulem fúze. Modul fúze je rovněž propojen s výstupem čtvrtého datového modulu reflexy, který je propojen s výstupy logického modulu komunikace s vlakovými systémy, logického modulu komunikace s traťovými systémy a s dispečerem, automatizačně řídicího systému ATO a mobilního zabezpečovacího systému ATP a dále s výstupem WD modulu sledování zdraví systému a s výstupem logického modulu vstup z percepčních systémů. Výstup modulu fúze je dále propojen se vstupem třetího datového modulu záměry, jehož výstup je jednak propojen s modulem fúze a jednak se vstupem logického modulu akce. Výstup modulu akce je propojen jednak s modulem fúze a jednak se vstupem druhého datového modulu přání, který je propojen s výstupem logického modulu interpret a se vstupem modulu fúze. Modul akce je přes aktuátory propojen se vstupy logického modulu komunikace s vlakovými systémy, logického modulu komunikace s traťovými systémy a s dispečerem, automatizačně řídicího systému ATO a mobilního zabezpečovacího systému ATP.

Stávající řídicí systémy jsou většinou založeny na bázi automatového modelu s konečným množstvím pravidel, jako tvrdé systémy. Řídicí systém koncipovaný jako agent BDI, Believe-Desire-Intention, rozšířený o reflexivní chování dovoluje koncipovat řídicí systém železničního vozidla tak, aby byl schopen jak okamžité reakce na prioritní situace vztahující se především k bezpečnosti (např. požár ve vozidle, přítomnost osoby v kolejišti), tak dlouhodobých akcí rozpadajících se do jednotlivých činností, jako je plně automatická činnost od aktivace a odjezdu z depa až po jeho návrat po skončení všech požadovaných jízd. Zároveň bude výsledný systém díky architektuře BDI bližší skutečnému rozhodování strojvedoucího.

Samotný systém se nevěnuje kontrole dynamiky jízdy vlaku, ale multikriteriálnímu rozhodování na základě velkého množství vstupů, například o (ne)pokračování v jízdě. Díky spolupráci s okolními systémy, jak nově vyvinutými, tak již existujícími, systém VEXA analyzuje vstupní informace o detekovaných objektech v okolí vlaku, stav interních detektorů a čidel, i informace o vlastní poloze vlaku na trati. Systém je koncipován modulárně, přičemž každý z modulů je zodpovědný za jiný druh úlohy potřebný k plnohodnotnému nahrazení rozhodovacího procesu strojvedoucího.

Jde o modulární systém umožňující budoucí snadnou rozšiřitelnost, který v součinnosti se stávajícími vlakovými systémy zajistí bezpečný provoz bez strojvedoucího.

Objasnění výkresů

Vlakový expertní systém pro autonomní jízdu podle předkládaného řešení bude dále popsán pomocí přiložených výkresů. Na Obr. 1 je uvedeno schéma zasazení systému tohoto nového systému do kontextu železničních vlakových systémů pro bezobslužný provoz vlaku, GoA4. Obr. 2 znázorňuje přehled architektury vlakového expertního systému pro autonomní jízdu. Na Obr. 3 je představena struktura vlastního softwarového modulu BDI agenta rozšířeného o reflexivní chování.

- 3 CZ 36609 U1

Příklady uskutečnění technického řešení

Systém VEXA je představený pomocí tří blokových schémat, která ho prezentuji s použitím různé úrovně detailu. Umístění celého systému VEXA v prostředí vlaku, je znázorněno na Obr 1. Obr. 1 znázorňuje také hlavní komunikační vazby vlakového expertního systému pro autonomní jízdu k ostatním systémům vně vozidla.

Součástí vlakového expertního systému pro autonomní jízdu je řídicí jednotka, která je opatřená softwarovým modulem 11 BDI agenta rozšířeným o reflexivní chování, viz Obr. 2. Mimo tento modul, popsaný dále a představený na Obr. 3, vlakový expertní systém pro autonomní jízdu obsahuje logický modul 12 vstup z percepčních systémů, logický modul 14 kontroly oproti digitální mapě, digitální mapu 13, logický modul 15 komunikace s vlakovými systémy a logický modul 16 komunikace s traťovými systémy.

Softwarový modul 11 BDI agenta je tvořen prvním datovým modulem 20 představy, druhým datovým modulem 22 přání, třetím datovým modulem 24 záměry, a je rozšířen o čtvrtý datový modul 19 reflexy. Na vstupu softwarového modulu 11 BDI agenta je zařazen logický modul 18 rozpoznávání jednotlivých situací, který je propojen s výstupem logického modulu 15 komunikace s vlakovými systémy, s výstupem logického modulu 16 komunikace s traťovými systémy a s dispečerem, s výstupem automatizačně řídicího systému ATO 4, s výstupem mobilního zabezpečovacího systému ATP 5 a s výstupem logického modulu 12 vstup z percepčních systémů. Vstup logického modulu 12 vstup z percepčních systémů je propojen s prostředím 17 přes výstupy detektoru 2 překážek a přes výstupy sestavy 3 ostatní detektory pro vyhodnocování provozních podmínek a stavů daného autonomního vlaku. Současně je logický modul 12 vstup z percepčních systémů obousměrně propojen s logickým modulem 14 kontrola oproti digitální mapě a s touto digitální mapou 13 je obousměrně propojen. Výstup logického modulu 18 rozpoznávání jednotlivých situací je propojen s prvním datovým modulem 20 představy, propojeným svým vstupem s výstupem OR-M modulu 6 provozních pravidel a svým výstupem s modulem 23 fúze. Modul 23 fúze je rovněž propojen s výstupem čtvrtého datového modulu 19 reflexy, který je propojen s výstupy logického modulu 15 komunikace s vlakovými systémy, logického modulu 16 komunikace s traťovými systémy a s dispečerem, automatizačně řídicího systému ATO 4 a mobilního zabezpečovacího systému ATP 5 a dále s výstupem WD modulu 7 sledování zdraví systému a s výstupem logického modulu 12 vstup z percepčních systémů. Výstup modulu 23 fúze je dále propojen se vstupem třetího datového modulu 24 záměry, jehož výstup je jednak propojen s modulem 23 fúze a jednak se vstupem logického modulu 25 akce. Výstup modulu 25 akce je propojen jednak s modulem 23 fúze a jednak se vstupem druhého datového modulu 22 přání, který je propojen s výstupem logického modulu 21 interpret a se vstupem modulu 23 fúze. Modul 25 akce je přes aktuátory 26 propojen se vstupy logického modulu 15 komunikace s vlakovými systémy, logického modulu 16 komunikace s traťovými systémy a s dispečerem, automatizačně řídicího systému ATO 4 a mobilního zabezpečovacího systému ATP 5.

Nyní bude popsána funkce jednotlivých bloku uvedených na Obr. 1

Vlakový expertní systém 1 pro autonomní jízdu slouží k řízení bezobslužného vlaku. Vstupem do tohoto systému jsou pravidla, informace o stavu prostředí v okolí vlaku a informace o prostředí uvnitř vlaku, informace o plánovaných jízdách a jejich podmínkách. Na základě těchto vstupů a jejich vyhodnocení předává tento sytém potřebné údaje dalším systémům, jako je automatizačně řídicí systém ATO 4 a mobilní zabezpečovací systém ATP 5, potřebné k plynulé a bezpečné jízdě nebo naopak k řešení krizové situace. Systém provádí finální vyhodnocení, zda detekovaný objekt je nebezpečím, tedy překážkou, pro vlak.

Detektor 2 překážek je systém zajišťující detekci objektů před vlakem. Sleduje prostředí před vlakem, vyhodnocuje informace z jednotlivých senzorů, detekuje objekty v okolí tratě či na trati samotné, může detekovat vlastní trať, případně stav výměn a stav signalizačního zařízení. Tyto informace předává jako jeden ze vstupů k dalšímu zpracování do expertního systému.

- 4 CZ 36609 U1

Sestava 3 ostatní detektory obsahuje další detektory, které používají svou soustavu senzorů pro vyhodnocení různých provozních podmínek a stavů autonomního vlaku, jako například detekce nárazu, detekce abnormálního zvuku, detekce abnormalit nákladu vlaku jako je jeho uvolnění a podobně, stav dveří, sledování prostoru mezi vlakem a nástupištěm.

Automatizačně řídicí systém ATO 4 je modul zajišťující automatické vedení jízdy umístěný na vlaku. Na základě údajů z dalších systémů, jako je plán jízdy zahrnující jízdní řád a popis trasy, údajů o vlastnostech vlaku a dalších informací, řídí a optimalizuje jízdu vlaku prostřednictvím řízení trakce 10, nouzové brzdy 8 a provozní brzdy 9. Předává některé údaje o jízdě do systému

VEXA 1. Může dostat rovněž informace o překážce na trati, a to buď přímo od expertního systému VEXA 1 nebo od mobilního zabezpečovacího systému ATP 5 a zareagovat na ně.

Mobilní zabezpečovací systém ATP 5 je vlakové zabezpečovací zařízení na vlaku zajišťující bezpečný dohled nad jízdou vlaku. Na základě údajů od traťového zabezpečovacího zařízení tento systém dohlíží dodržení bezpečných limitů pro jízdu jako je maximální povolená rychlost v daném místě a místo konce povolení k jízdě, hlídá provozní stav vlaku a v případě, že vlak překročí bezpečnostní limity, zasáhne a spustí nouzové brzdění vlaku.

Modul 6 provozních pravidel je databáze parametrů provozních pravidel, která se mohou lišit v závislosti na zemi, kde vlak jede, případně v závislosti na provozovateli dráhy a drážní dopravy. Umožňuje, aby si expertní systém VEXA 1 načetl správné parametry v závislosti na místě, kde vlak jede.

Modul 7 sledování zdraví systému sleduje a vyhodnocuje, zda jsou všechny komponenty zajišťující autonomní provoz v provozu, případně v provozu s omezením. Tyto údaje předává expertnímu systému VEXA 1 a ten vyhodnotí závažnost případného výpadku konkrétního zařízení pro další provoz autonomního vlaku.

Nouzová brzda 8 je bezpečnostně relevantní zařízení, které zajistí bezpečné, nikoli nutně nejrychlejší, zastavení vlaku. Spuštění nouzové brzdy 8 iniciuje zpravidla mobilní zabezpečovací systém ATP 5. Odblokování nouzové brzdy 8 může vyžadovat sadu technologických kroků.

Provozní brzda 9 je brzdový systém, který zajišťuje běžné provozní brzdění vlaku. Provozní brzda 9 je v případě autonomního provozu řízena automatizačně řídicím systémem ATO 4.

Trakce 10 je pohon vlaku, řízený v případě autonomního provozu prostřednictvím automatizačně řídicího systému ATO 4.

Vlakový expertní systém pro autonomní jízdu, označený jako VEXA 1 pracuje následujícím způsobem. Vstupy z logického modulu 12 vstup z percepčních systémů, jsou souborem informaci plynoucích ze sestavy 3 ostatní detektory umístěných na vlaku, jako jsou například kamery, lidar či jiné technické prostředky pro zaznamenání okolí vlaku. Logický modul 14 kontrola oproti mapě obsahuje software pro zpracování informaci o pozorovaných objektech, které byly obdrženy z logického modulu 12 vstup z percepčních systémů, a pomoci nich dochází k porovnání logickým modulem 14 kontrola oproti digitální mapě s obsahem digitální mapy 13 okolí tratě, a identifikuje jednotlivé elementy oproti mapovým podkladům. V případě identifikace objektu, který není spárovaný s žádným záznamem na digitální mapě 13, je tento nový objekt vyhodnocen jako potenciální překážka. Dalším modulem navrhovaného systému jsou logický modul 15 komunikace s vlakovými systémy a logický modul 16 komunikace s traťovými systémy, které zodpovídají za schopnost komunikace celého systému VEXA s dalšími informačními systémy na palubě vlaku jako jsou například pasažérský informační systém, a dále také komunikace se vzdáleným dispečerem pro účely vyjednávaní chování železničního vozidla po zaznamenání dopravního incidentu jako jsou střety s překážkou, mimořádné zastavení vlaku, nouzové brzdění od cestujících

- 5 CZ 36609 U1 a další. V takovém případě se vlak nemůže opětovně rozjet a jeho akce jsou řízeny komunikačním protokolem s dohlížejícím zaměstnancem dráhy.

Levá část obrázku Obr. 3 znázorňuje okolí agenta nazvané prostředí 17, ze kterého softwarový modul 11 BDI agenta rozšířený o čtvrtý datový modul 19 reflexy přijímá prostřednictvím detektoru 2 překážek a snímačů sestavy 3 ostatní detektory podněty. Reakce modulu 11 BDI agenta rozšířeného o reflexivní chování zprostředkované akčními členy aktuátory 26 ovlivňují prostředí 17 jako prostřednictvím modulu 25 akce. Vlastní modul 11 BDI agenta se tedy skládá ze čtyř bází znalostí, respektive pravidel, nazvaných první datový modul 20 představy, druhý datový modul 22 přání, třetí datový modul 24 záměry a čtvrtý datový modul 19 reflexy. Pravidla popisující podmíněné reflexy reagují bezprostředně na Informace přijímané snímači detektoru 2 překážek a sestavy 3 ostatní detektory, ve kterých jsou rozpoznávány jednotlivé situace logickým modulem 18 rozpoznávání. Ty jsou porovnávány s podmínkami pravidel popisujících podmíněné reflexy a v případě kladného vyhodnocení podmínky implikují požadavky na akce, které jsou skládány s akcemi navrženými jinými bloky v modulu 23 fúze. Výsledný soubor akcí prochází třetím datovým modulem 24 záměry, který je jednak přeposílá jako akce modulem 25 akce do modulu akčních členů, aktuátory 26, k vykonání, jednak z nich odvozuje další akce a ty odesílá do modulu 23 fúze, a jednak je přeposílá do druhého datového modulu 22 přání, kde mohou být doplněny jako nové cíle chování, nebo mohou vést k odstranění splněných cílů. Paralelně s tím jsou vstupy detektoru 2 překážek a snímačů sestavy 3 ostatní detektory rozpoznávány a zapisovány do báze informací o okolí prvního datového modulu 20 představy a jsou poskytovány v případě potřeby modulu 23 fúze. Paralelně s tím jsou tyto informace interpretovány v logickém modulu 21 interpret a jsou z nich případně odvozovány nové cíle chování, které jsou přesouvány do druhého datového modulu 22 přání, aby přidaly nové cíle chování. Údaje z druhého datového modulu 22 přání jsou opět poskytovány modulu 23 fúze, aby mohl vygenerovat nové dlouhodobé záměry akce softwarovému modulu 11 BDI agenta a přidal je do jeho báze, která je vedle modulu 25 akce poskytována i modulu 23 fúze a může být použita ke generování nových cílů druhého datového modulu 22 přání.

Výše uvedené lze shrnout takto. Navrhovaný systém VEXA je doplněním stávajících automatizovaných vlakových systémů ETCS, ATO, a dalších tak, aby vlak mohl být provozován bez nutnosti přítomnosti strojvedoucího.

Systém VEXA nahrazuje rozhodovací procesy strojvedoucího, zejména ve vztahu k bezpečnosti jízdy. VEXA získává informace od detektoru 2 překážek na trati, který rozpoznává živé i neživé objekty v obraze pořízeném kamerou a provádí i detekci pomocí lidaru a rozhoduje, zda pokračovat v jízdě, zahájit nouzové brzdění vedoucí k zastavení vlaku, snížit rychlost a podobně, případně aktivovat další systémy jako je varování houkačkou/píšťalou dle předpisu D1. Řídicí systém je koncipován, jako modul 11 BDI agenta, Believe-Desire-Intention, rozšířený o reflexivní chování, aby byl schopen okamžité reakce na prioritní situace vztahující bezpečnosti jako je například požár ve vozidle, přítomnost člověka v kolejišti a podobně.

Kromě informací z vnějšího prostředí vozidla využívá VEXA informaci z detektorů ve vozidle jako právě detektor požáru, detektor zavřených dveří, záchranná brzda od cestujících a na základě těchto informací rozhoduje o reakci, přičemž bere v úvahu např. to, zda místo zastavení se nachází v úseku bezpečného zastavení. K tomu využívá VEXA další údaje jako mapové podklady trati. Systém VEXA nahrazuje i další činnosti strojvedoucího - diagnostiku vlaku, provádění úkonů před jízdou, vydání povolení k jízdě systému AVV.

Řídicí systém ve formě rozšířeného BDI agenta 11 reaguje na příchozí údaje z logického modulu 12 vstup z percepčních systémů, z logického modulu 14 kontrola oproti digitální mapě, z automatizačně řídicího systému ATO 4 a z logického modulu 16 komunikace s traťovými systémy a s dispečerem a vydává příslušné příkazy k technologii a zasílá zprávy ostatním systémům.

- 6 CZ 36609 U1

Dále jsou uvedeny dva konkrétní příklady funkce

Příklad 1:

V kolejišti, které je v tomto případě prostředím 17, se vyskytuje osoba. Detektor 2 překážek tvořený kamerou a lidarem detekuje překážku a předá softwarovému modulu 11 BDI agenta informaci v podobě „Vidím předmět rozpoznaný jako Osoba ve vzdálenosti X metrů“. Logický modul 18 rozpoznávání interpretuje informaci jako přítomnost osoby v kolejišti a modul 11 BDI agenta na základě této informace o osobě v kolejišti přidá tuto znalost do prvního datového modulu 20 představy, který zahrnuje představy modulu 11 BDI agenta o prostředí 17, v podobě „V kolejišti se vyskytuje osoba“. Díky rozšířenému modelu reflexivního chování prezentovaného čtvrtým datovým modulem 19 reflexy, modul 23 fúze prioritně na základě pravidla ze čtvrtého datového modulu 19 reflexy „Je-li v kolejišti osoba, pískej a aktivuj nouzovou brzdu“ generuje záměry ve třetím datovém modulu 24 záměry „Pískej“, „Aktivuj nouzovou brzdu“, které jsou okamžitě transformovány na akce „Pískej“, „Aktivuj nouzovou brzdu“ v modulu 25 akce. Akce je předána řídicímu systému vlaku, což znamená, že jsou aktivovány aktuátory 26, je spuštěna píšťala a je otevřen ventil nouzové brzdy 8. Akcí je tedy pak vlastní pískání a nouzové brzdění vlaku.

Příklad 2:

Je předpokládána zábrzdná vzdálenost 1600 m. Pravidlo v prvním datovém modulu 20 představy zní: „Pokud jsou zhoršené adhezní podmínky způsobené mokrým listím na kolejnicích, zábrzdná vzdálenost se zvětší na 2000 m“. Druhý datový modul 22 přání obsahuje přání „Dojet bezpečně“, „Dojet do stanice dle jízdního řádu“, „Nepřejet nástupiště“. Na kolejnicích se vyskytuje mokré listí a prší, což představuje informace o prostředí 17. Kamera detektoru 2 překážek na základě analýzy obrazu rozpozná déšť a nečistotu na kolejnicích a předá informaci modulu 11 BDI agenta. Logický modul 18 rozpoznávání interpretuje informaci jako zhoršené adhezní podmínky a přidá znalost do prvního datového modulu 20 představy reprezentujícího představy modulu 11 BDI agenta o prostředí 17 ve formě „Zhoršené adhezní podmínky“. Modul 23 fúze na základě přání „Nepřejet nástupiště“ a představy „Zhoršené adhezní podmínky“ vygeneruje záměr přepsat proměnnou „Zábrzdná vzdálenost“ na hodnotu 2000 m. Záměr je transformován na akci „Přepsat proměnnou Zábrzdná vzdálenost v interní tabuli na hodnotu 2000 m“.

Průmyslová využitelnost

Uvedený vlakový expertní systém pro autonomní jízdu je využitelný pro autonomní či automatizované řízení železničních vozidel nebo ke zvýšení bezpečnosti železničního provozu pomoci doplňkové kontroly podmínek jízdy pro vlaky řízené strojvedoucím.

Claims (1)

1. Vlakový expertní systém pro autonomní jízdu navazující na vlakový systém zahrnující mobilní zabezpečovací systém ATP (5) pro bezpečný dohled nad jízdou vlaku, automatizačně řídící systém ATO (4) pro zajištění automatického vedení jízdy vlaku, detektor (2) překážek pro sledování, detekci a vyhodnocování objektů na trati a jejím okolí, sestavu (3) ostatní detektory pro vyhodnocování provozních podmínek a stavů daného autonomního vlaku, OR-M modul (6) provozních pravidel s databází parametrů těchto provozních pravidel, WD modul (7) sledování zdraví systému, nouzovou brzdu (8), provozní brzdu (9) a modul (10) trakce, vyznačující se tím, že obsahuje řídící jednotku opatřenou softwarovým modulem (11) BDI agenta s prvním datovým modulem (20) představy, s druhým datovým modulem (22) přání, s třetím datovým modulem (24) záměry a je rozšířen o čtvrtý datový modul (19) reflexy, kde na vstupu softwarového modulu (11) BDI agenta je zařazen logický modul (18) rozpoznávání jednotlivých situací, který je propojen s výstupem logického modulu (15) komunikace s vlakovými systémy, s výstupem logického modulu (16) komunikace s traťovými systémy a s dispečerem, s výstupem automatizačně řídícího systému ATO (4), s výstupem mobilního zabezpečovacího systému ATP (5) a s výstupem logického modulu (12) vstup z percepčních systémů, jehož vstup je propojen s prostředím (17) přes výstupy detektoru (2) překážek a přes výstupy sestavy (3) ostatní detektory pro vyhodnocování provozních podmínek a stavů daného autonomního vlaku, a který je obousměrně propojen s logickým modulem (14) kontrola oproti digitální mapě (13), kde je s touto digitální mapou (13) obousměrně propojen, dále je výstup logického modulu (18) rozpoznávání jednotlivých situací propojen s prvním datovým modulem (20) představy, propojeným svým vstupem s výstupem OR-M modulu (6) provozních pravidel a svým výstupem s modulem (23) fúze, který je rovněž propojen s výstupem čtvrtého datového modulu (19) reflexy, který je propojen s výstupy logického modulu (15) komunikace s vlakovými systémy, logického modulu (16) komunikace s traťovými systémy a s dispečerem, automatizačně řídícího systému ATO (4) a mobilního zabezpečovacího systému ATP (5) a dále s výstupem WD modulu (7) sledování zdraví systému a s výstupem logického modulu (12) vstup z percepčních systémů, kde výstup modulu (23) fúze je dále propojen se vstupem třetího datového modulu (24) záměry, jehož výstup je jednak propojen s modulem (23) fúze a jednak se vstupem logického modulu (25) akce, jehož výstup je propojen jednak s modulem (23) fúze a jednak se vstupem druhého datového modulu (22) přání, který je propojen s výstupem logického modulu (21) interpret a se vstupem modulu (23) fúze, a modul (25) akce je přes aktuátory (26) propojen se vstupy logického modulu (15) komunikace s vlakovými systémy, logického modulu (16) komunikace s traťovými systémy a s dispečerem, automatizačně řídícího systému ATO (4) a mobilního zabezpečovacího systému ATP (5).