JP2018508418A - Real-time machine vision and point cloud analysis for remote sensing and vehicle control - Google Patents

Real-time machine vision and point cloud analysis for remote sensing and vehicle control Download PDF

Info

Publication number
JP2018508418A
JP2018508418A JP2017556798A JP2017556798A JP2018508418A JP 2018508418 A JP2018508418 A JP 2018508418A JP 2017556798 A JP2017556798 A JP 2017556798A JP 2017556798 A JP2017556798 A JP 2017556798A JP 2018508418 A JP2018508418 A JP 2018508418A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
vehicle
data
asset
map
information
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2017556798A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
クレイム、ファビアン
プッタグンタ、シャンムカー
グプタ、アニュイ
ハーヴェイ、スコット
クレアドール、ジェイソン
ミルズ、グレアム
Original Assignee
ソルフィス リサーチ、インコーポレイテッド
ソルフィス リサーチ、インコーポレイテッド
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ソルフィス リサーチ、インコーポレイテッド, ソルフィス リサーチ、インコーポレイテッド filed Critical ソルフィス リサーチ、インコーポレイテッド
Publication of JP2018508418A publication Critical patent/JP2018508418A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61RAILWAYS
    • B61LGUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L23/00Control, warning or like safety means along the route or between vehicles or trains
    • B61L23/34Control, warning or like safety means along the route or between vehicles or trains for indicating the distance between vehicles or trains by the transmission of signals therebetween
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61RAILWAYS
    • B61LGUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L23/00Control, warning or like safety means along the route or between vehicles or trains
    • B61L23/04Control, warning or like safety means along the route or between vehicles or trains for monitoring the mechanical state of the route
    • B61L23/041Obstacle detection
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61RAILWAYS
    • B61LGUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L25/00Recording or indicating positions or identities of vehicles or trains or setting of track apparatus
    • B61L25/02Indicating or recording positions or identities of vehicles or trains
    • B61L25/025Absolute localisation, e.g. providing geodetic coordinates
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61RAILWAYS
    • B61LGUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L25/00Recording or indicating positions or identities of vehicles or trains or setting of track apparatus
    • B61L25/02Indicating or recording positions or identities of vehicles or trains
    • B61L25/026Relative localisation, e.g. using odometer
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61RAILWAYS
    • B61LGUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L27/00Central railway traffic control systems; Trackside control; Communication systems specially adapted therefor
    • B61L27/04Automatic systems, e.g. controlled by train; Change-over to manual control
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61RAILWAYS
    • B61LGUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L3/00Devices along the route for controlling devices on the vehicle or train, e.g. to release brake or to operate a warning signal
    • B61L3/02Devices along the route for controlling devices on the vehicle or train, e.g. to release brake or to operate a warning signal at selected places along the route, e.g. intermittent control simultaneous mechanical and electrical control
    • B61L3/08Devices along the route for controlling devices on the vehicle or train, e.g. to release brake or to operate a warning signal at selected places along the route, e.g. intermittent control simultaneous mechanical and electrical control controlling electrically
    • B61L3/12Devices along the route for controlling devices on the vehicle or train, e.g. to release brake or to operate a warning signal at selected places along the route, e.g. intermittent control simultaneous mechanical and electrical control controlling electrically using magnetic or electrostatic induction; using radio waves
    • B61L3/127Devices along the route for controlling devices on the vehicle or train, e.g. to release brake or to operate a warning signal at selected places along the route, e.g. intermittent control simultaneous mechanical and electrical control controlling electrically using magnetic or electrostatic induction; using radio waves for remote control of locomotives
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/88Lidar systems specially adapted for specific applications
    • G01S17/93Lidar systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes
    • G01S17/931Lidar systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes of land vehicles
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06VIMAGE OR VIDEO RECOGNITION OR UNDERSTANDING
    • G06V20/00Scenes; Scene-specific elements
    • G06V20/10Terrestrial scenes
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06VIMAGE OR VIDEO RECOGNITION OR UNDERSTANDING
    • G06V20/00Scenes; Scene-specific elements
    • G06V20/50Context or environment of the image
    • G06V20/59Context or environment of the image inside of a vehicle, e.g. relating to seat occupancy, driver state or inner lighting conditions
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61RAILWAYS
    • B61LGUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L2205/00Communication or navigation systems for railway traffic
    • B61L2205/04Satellite based navigation systems, e.g. global positioning system [GPS]
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06VIMAGE OR VIDEO RECOGNITION OR UNDERSTANDING
    • G06V2201/00Indexing scheme relating to image or video recognition or understanding
    • G06V2201/02Recognising information on displays, dials, clocks

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Train Traffic Observation, Control, And Security (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
  • Traffic Control Systems (AREA)
  • Image Analysis (AREA)

Abstract

実時間マシンビジョン及び点群データ分析のための方法並びに装置が、リモートセンシング及び車両制御のために提供される。点群データは、資産情報の抽出及び意味マップの生成のために、スケーラブルな集中型クラウドコンピューティングシステム経由で分析することができる。データ記憶/プレプロセッサ(1220)は、分散型処理ユニット(1240)へのストリーミング及びデータ分析機構(1250)経由の動作のために、データセットを細分化する。処理ユニット(1240)の出力は、マップ生成器(1230)によって集約される。マシン学習構成要素は、データ分析機構を最適化して、センサデータから資産及び特徴抽出を改善する。最適化データ分析機構は、車両センサデータを分析する搭載されたシステムにおける使用のために車両にダウンロードされ得る。意味マップデータは、搭載されたセンサと共に、車両内でローカルに使用され得、精密な車両位置確認に導き、車両への入力を提供してシステムを制御する。Methods and apparatus for real-time machine vision and point cloud data analysis are provided for remote sensing and vehicle control. Point cloud data can be analyzed via a scalable centralized cloud computing system for asset information extraction and semantic map generation. The data storage / preprocessor (1220) subdivides the data set for streaming to the distributed processing unit (1240) and operation via the data analysis mechanism (1250). The output of the processing unit (1240) is aggregated by the map generator (1230). The machine learning component optimizes the data analysis mechanism to improve asset and feature extraction from sensor data. The optimized data analysis mechanism may be downloaded to the vehicle for use in an onboard system that analyzes vehicle sensor data. The semantic map data can be used locally in the vehicle, along with onboard sensors, leading to precise vehicle location and providing input to the vehicle to control the system.

Description

関連出願の相互参照
本願は、2015年1月20日に出願され、A Scalable Approach To Point−Cloud Data Processing for Railroad Asset Location and Health Monitoringと題された米国仮特許出願第62/105,696号の利益と、その出願に対する優先権を主張し、その全体が参照によって組み込まれる。
CROSS REFERENCE TO RELATED APPLICATIONS This application is filed on Jan. 20, 2015 and is filed in US Provisional Patent Application No. 62 / 105,96, entitled A Scalable Approach To Point-Cloud Data Processing for Railroad Asset Location and Health Monitor. Claims benefit and priority to the application, which is incorporated by reference in its entirety.

動いている車両の自動位置確認及び車両ローカル環境のマシンに基づくリモートセンシングは、いくつかの異なる分野においてますます重要になってきている。1つのかかる分野は、自動車輸送である。近年、多くの車及びトラックは、運転手の誘導のために、搭載型の全地球測位システム(GPS)受信器、及びGPSデータを利用するナビゲーションシステムを実装している。しかしながら、自動車製造業者は、より高度な自動運転、例えば、自律運転特徴などを実装することを追求するので、GPSに基づく場所特定システムは、十分に正確な車両位置確認を提供することができない可能性があり、それらは、車両のローカル環境の実時間センシングも可能にしない。したがって、補助的なセンシングシステム、並びに3次元意味マップを潜在的に含む、極めて詳細なインフラストラクチャ及びランドマークマップが望ましいであろう。   Automatic sensing of moving vehicles and remote sensing based on machines in the vehicle's local environment are becoming increasingly important in several different areas. One such area is automotive transportation. In recent years, many cars and trucks have implemented on-board global positioning system (GPS) receivers and navigation systems that utilize GPS data for driver guidance. However, as car manufacturers seek to implement more sophisticated autonomous driving, such as autonomous driving features, GPS based location systems may not be able to provide sufficiently accurate vehicle location They do not allow real-time sensing of the vehicle's local environment. Accordingly, highly sensitive infrastructure and landmark maps that potentially include ancillary sensing systems, as well as 3D semantic maps, would be desirable.

車両位置確認、ローカル環境のセンシング、及び3次元意味マップが望まれる可能性がある別の用途は、列車の動作におけるものである。米国連邦議会は、2008年にU.S.Rail Safety Improvement Actを通過させ、全ての列車が実時間に監視されることを確保し、「ポジティブトレインコントロール(Positive Train Control)」(PTC)を可能にしている。この法は、全ての列車の動きが実時間に追跡されるように、全ての列車が、それらの場所情報を報告することを要求する。PTCは、有信号テリトリー及び暗テリトリーの両方において機能することを要求される。   Another application where vehicle location, local environment sensing, and 3D semantic maps may be desired is in train operation. In 2008, the US Congress S. Pass the Rail Safety Improvement Act to ensure that all trains are monitored in real time, enabling "Positive Train Control" (PTC). This method requires that all trains report their location information so that all train movements are tracked in real time. PTCs are required to function in both signaled and dark territories.

このマイルストーンを達成するために、非常に多くの企業が、種々のPTCシステムを実装することを試した。再発する問題は、現在のPTCシステムが、列車が線路に沿って路傍中継器又は信号局のそばを通るときに、列車のみを追跡することができ、オペレータを路傍信号間における列車の現状に気付かない状態にさせることにある。したがって、連続的な物理路傍信号方式インフラストラクチャ間の距離は、列車(運転間隔)間に要求される最低限の安全な距離を決定する。現在の信号方式インフラストラクチャはまた、線路ネットワークの長さに沿ってPTCインフラストラクチャを構築及び維持する費用並びに複雑度に起因して、路傍信号方式機器を配備する範囲を制限する。最後に路傍検出器の近くを通過した列車を検出するための現在の方法論は、中継器の中間の位置情報の欠如に悩まされている。   To achieve this milestone, a large number of companies have tried to implement various PTC systems. The recurring problem is that the current PTC system can only track the train as it passes by the roadside repeater or signal station along the track, making the operator aware of the current state of the train between the roadside signals It is to make it not in a state. Thus, the distance between successive physical roadside signaling infrastructures determines the minimum safe distance required between trains (running intervals). Current signaling infrastructure also limits the extent to which roadside signaling equipment can be deployed due to the cost and complexity of building and maintaining a PTC infrastructure along the length of the line network. Current methodologies for detecting trains that have finally passed near roadside detectors suffer from a lack of location information in the middle of the repeater.

いくつかの企業は、更に一歩先を行っており、オペレータの追跡ネットワークの長さに沿う無線塔を利用して、列車間に仮想信号を作り出し、路傍信号方式機器の必要性を回避している。無線塔は、依然として、無線通信が行われるために配備される信号方式機器を必要とする。しかしながら、信頼できる場所情報のために、追加的な中継器が、列車の位置及び現在占拠している軌道を確実に判断するために列車用の軌道に沿って配備される必要がある。   Some companies are one step further and use radio towers along the length of the operator's tracking network to create virtual signals between trains, avoiding the need for roadside signaling equipment. . Radio towers still require signaling equipment that is deployed for wireless communication to take place. However, for reliable location information, additional repeaters need to be deployed along the train track to reliably determine the train location and the currently occupied track.

使用されているPTCシステムの一例は、European Train Control System(ETCS)であり、それは、信号方式に関する情報に反応する、線路わきの機器及び列車に取り付けられた制御装置に頼る。そのシステムは、米国において又は途上国において配備されていないインフラストラクチャを大いに頼る。   One example of a PTC system that has been used is the European Train Control System (ETCS), which relies on trackside equipment and train-mounted controllers that react to information about signaling. The system relies heavily on infrastructure not deployed in the United States or in developing countries.

路傍信号方式機器の最小限の配備を要求する解決策が、米国全体を通して及び途上国においてポジティブトレインコントロールを確立するために有益であろう。軌道に沿って1〜15km毎に列車及びそれらの場所の存在を検出及び通信するために使用される百万の地上子、中継器を配備することは、効果的ではない。なぜなら、地上子は、環境状況、盗難による悪影響を受け、定期的な保守を要求し、収集されたデータは、実時間に使用されない可能性があるからである。線路わきの機器のみを通して位置データを取得することは、線路ネットワークPTC全体を通して地上子を利用する費用を考慮するスケーラブルな解決策ではない。その上、列車制御及び安全性システムは、全地球測位システム(GPS)を単独で頼ることができない。なぜなら、それは、軌道間を区別するのに十分に正確ではないからであり、それによって、位置較正のための路傍信号方式を要求する。   A solution that requires minimal deployment of roadside signaling equipment would be beneficial to establish positive train control throughout the United States and in developing countries. It is not effective to deploy a million ground elements, repeaters used to detect and communicate the presence of trains and their locations every 1-15 km along the track. This is because the ground unit is adversely affected by environmental conditions and theft, requires regular maintenance, and the collected data may not be used in real time. Acquiring location data only through line-side equipment is not a scalable solution that takes into account the cost of using ground units throughout the line network PTC. Moreover, the train control and safety system cannot rely solely on the Global Positioning System (GPS). This is because it is not accurate enough to distinguish between trajectories, thereby requiring roadside signaling for position calibration.

自律運転、列車制御、及び他の車両オペレーティングシステムが進化する際、これらの及び他の難題は、本明細書において以下に説明されるシステム及び方法によって対処され得る。   As autonomous operation, train control, and other vehicle operating systems evolve, these and other challenges can be addressed by the systems and methods described herein below.

本明細書に開示される一態様によれば、例えば、列車若しくは自動車などの車両の位置確認及び/又は制御のためのシステム並びに方法が説明される。例えば、LiDARなどのマシンビジョンシステムを含み得るローカル環境センサが車両上に取り付けられ得る。GPS受信器がまた、車両の第1の地理的位置を提供するために含まれてもよい。遠隔データベース及びプロセッサは、複数のソースから収集されたデータを記憶及び処理し、搭載された車両プロセッサは、動いている車両の動作、安全性、及び/又は制御に関連するデータをダウンロードする。ローカル環境センサは、周囲環境を説明するデータ、例えば、LIDARセンサによって生成された点群データなどを生成する。収集されたデータは、車両内でローカルに処理され得るか、又は記憶、処理、及び分析のために遠隔データシステムにアップロードされ得る。(搭載された及び/又は遠隔データシステム内に実装された)分析機構は、収集されたデータを操作して、例えば、ローカル環境における物体の識別物及び位置などの情報をセンサデータから抽出することができる。   According to one aspect disclosed herein, a system and method for localization and / or control of a vehicle such as, for example, a train or automobile is described. For example, a local environment sensor that may include a machine vision system such as LiDAR may be mounted on the vehicle. A GPS receiver may also be included to provide the first geographical location of the vehicle. The remote database and processor store and process data collected from multiple sources, and the onboard vehicle processor downloads data related to the operation, safety, and / or control of a moving vehicle. The local environment sensor generates data describing the surrounding environment, for example, point cloud data generated by the LIDAR sensor. The collected data can be processed locally in the vehicle or uploaded to a remote data system for storage, processing and analysis. An analysis mechanism (onboard and / or implemented in a remote data system) manipulates the collected data to extract information from the sensor data, eg, object identification and location in the local environment Can do.

本明細書に説明されるシステムの例示的な実施形態は、鉄道又は他の車両上に取り付けられたハードウェア構成要素、遠隔データベース、及び分析構成要素であって、動いている及び静止している車両、インフラストラクチャ、並びに通行経路(例えば、レール又は道)状況を含む、輸送システムについての情報に関する収集されたデータを処理する分析構成要素を含む。システムは、例えば、物体の既知の場所に対して、車両搭載センサにおいて検出された物体の場所を比較することなどによって、通行経路を進む車両の精密な位置を正確に見積もることができる。例示的な構成要素についての追加的な属性は、本明細書に詳述され、以下を含む。   Exemplary embodiments of the systems described herein are hardware components, remote databases, and analysis components mounted on a railroad or other vehicle that are moving and stationary Includes analysis components that process collected data regarding information about the transportation system, including vehicle, infrastructure, and roadway (eg, rail or road) conditions. The system can accurately estimate the precise position of the vehicle traveling along the path, for example by comparing the location of the object detected by the vehicle-mounted sensor against a known location of the object. Additional attributes for exemplary components are detailed herein and include the following.

ハードウェア:安全性のために車両の動きを通知し、鉄道用途では、いくつかある特徴の中でも特に、それらが走行する軌道、障害物、軌道及びレールシステムの健全性、自動車用途では、いくつかある特徴の中でも特に、車両が走行するレーン、道の質感及び健全性、近傍における資産の識別物を識別することを含む。   Hardware: Notifies the movement of the vehicle for safety, and for railway applications, among other features, the trajectory on which they travel, obstacles, the health of the track and rail system, some for automotive applications Among other features, it includes identifying the lane the vehicle is traveling on, the texture and soundness of the road, and the identification of assets in the vicinity.

遠隔データベース:資産についての情報を含有し、それは、追加的な資産情報を取得するために遠隔から照会され得る。   Remote database: Contains information about assets that can be remotely queried to obtain additional asset information.

資産情報のデータベース投入:方法は、走行する車両自体によって、又は別の車両(例えば、軌陸車両、軌道点検車両、航空用車両、移動式マッピングプラットホーム等)によって収集されたマシンビジョンデータを含む。このデータは、次いで、資産情報(いくつかある情報の中でも特に、場所、特徴、道/軌道健全性)を生成するように処理される。   Asset information database entry: The method includes machine vision data collected by the traveling vehicle itself or by another vehicle (eg, a tracked vehicle, a track inspection vehicle, an aviation vehicle, a mobile mapping platform, etc.). This data is then processed to generate asset information (location, features, road / trajectory health, among other information).

データ分析機構:(例えば、センサ、データベース、路傍ユニット、車両の情報バス等から)いくつかのデータ及び情報ストリームを融合し、レーン、軌道ID、又は位置確認用の他の目印の正確な見積りを結果としてもたらす。   Data analysis mechanism: fuses several data and information streams (eg, from sensors, databases, roadside units, vehicle information buses, etc.) to provide an accurate estimate of lanes, track IDs, or other landmarks for location As a result.

本開示のこれらの及び他の態様は、本明細書に提供される本文及び図面を考慮して明らかになる。   These and other aspects of the disclosure will be apparent in view of the text and drawings provided herein.

例示的な実施形態が、次に、図面を参照して更に説明され、図面中、同じ呼称は、同じ要素を表わす。   Exemplary embodiments will now be further described with reference to the drawings, in which like designations represent like elements.

列車制御システムの代表的なフロー図である。It is a typical flowchart of a train control system. 搭載型エコシステムの代表的なフロー図である。It is a typical flow diagram of an on-board ecosystem. 位置情報を取得するための代表的なフロー図である。It is a typical flowchart for acquiring position information. 信号状態を外挿する列車の例示的な描写である。2 is an exemplary depiction of a train extrapolating signal conditions. フィードバックとして車掌に利用可能な種々のインターフェースの例示的な描写である。FIG. 6 is an exemplary depiction of various interfaces available to the conductor as feedback. 列車によって占拠された軌道IDを取得するための代表的なフロー図である。It is a typical flowchart for acquiring track ID occupied by a train. 軌道IDアルゴリズムを説明する代表的なフロー図である。It is a typical flowchart explaining a track ID algorithm. 信号状態アルゴリズムを説明する代表的なフロー図である。FIG. 5 is a representative flow diagram illustrating a signal state algorithm. センシング及びフィードバックを説明する代表的なフロー図である。It is a typical flowchart explaining sensing and feedback. 相対的な軌道測位のための画像貼り合わせ技法の代表的なフロー図である。It is a typical flowchart of the image bonding technique for relative orbital positioning. 点群分析プロセスのフロー図である。It is a flowchart of a point cloud analysis process. 点群分析プロセスのフロー図である。It is a flowchart of a point cloud analysis process. 点群分析のための装置の概略ブロック図である。It is a schematic block diagram of the apparatus for a point cloud analysis. 点群データを分析するためのプロセスのフロー図である。FIG. 6 is a flow diagram of a process for analyzing point cloud data. 点群データを分析するためのプロセスの更なるフロー図である。FIG. 5 is a further flow diagram of a process for analyzing point cloud data. 例示的な点群測量における点群タイルサイズ及び密度分布を例解する図である。FIG. 4 illustrates point cloud tile size and density distribution in an exemplary point cloud survey. 点群処理クラスターの概略ブロック図である。It is a schematic block diagram of a point cloud processing cluster. 点群データで使用できる圧縮機構のための特性のプロットである。Figure 6 is a plot of characteristics for a compression mechanism that can be used with point cloud data. 点群データで使用できる圧縮機構のための特性のプロットである。Figure 6 is a plot of characteristics for a compression mechanism that can be used with point cloud data. 点群データで使用できる圧縮機構のための特性のプロットである。Figure 6 is a plot of characteristics for a compression mechanism that can be used with point cloud data. 軌道検出のためのプロセスのフロー図である。It is a flowchart of the process for orbit detection. 抽出されたレール情報を伴う点群区分の視覚化である。It is visualization of the point cloud division with the extracted rail information. 例示的な点群区分における点群強度レベルのヒストグラムである。6 is a histogram of point cloud intensity levels in an exemplary point cloud partition. 軌道検出機構出力の視覚化である。This is a visualization of the output of the trajectory detection mechanism. 教師ありマシン学習を利用するマップ生成システムの概略ブロック図である。1 is a schematic block diagram of a map generation system that uses supervised machine learning. FIG. 自動車位置確認、自動車制御、及びマップ監査のための実行時システムの概略ブロック図である。1 is a schematic block diagram of a runtime system for vehicle location verification, vehicle control, and map auditing.

一実施形態によれば、正確な位置データのために動作環境全体にわたって分布された地上子/中継器に依存せずに、1つ以上の動いている車両、例えば、列車又は自律運転車両の位置を判断するための方法及び装置が提供される。かかる実施形態の列車に基づく一部の実現形態は、本明細書において、BVRVB−PTC、PTCビジョンシステム、又はマシンビジョンシステムとして呼ばれることがある。   According to one embodiment, the position of one or more moving vehicles, such as trains or autonomous vehicles, without relying on ground units / relays distributed throughout the operating environment for accurate position data. A method and apparatus for determining Some implementations based on trains of such embodiments may be referred to herein as BVRVB-PTCs, PTC vision systems, or machine vision systems.

その位置データを使用して、車両制御及び動作、例えば、レールシステム内の列車の動作などを最適化するための解決策もまた開示される。線路実施形態は、一連のセンサ融合及びデータ融合技法を使用して、改善された精密さ及び信頼性でもって軌道位置を取得することができる。かかる実施形態はまた、軌道上の赤信号違反を処理するための列車の自動ブレーキのために、地形に基づいて燃料を最適化するために、列車速度を同期させて赤信号を回避するために、衝突防止システムのために、並びに列車のみならず、また軌道、レール、及び軌道の下にある砂利基材の予防保守のために、使用され得る。一部の実施形態は、(動いている車両によって又は報告を通して鉄道オペレータによってアクセスできる)資産場所及び健全性情報の追跡を保持するためにバックエンド処理及び記憶構成要素を使用してもよい。   Solutions are also disclosed for using the position data to optimize vehicle control and operation, such as the operation of a train in a rail system. The track embodiment can use a series of sensor fusion and data fusion techniques to obtain the trajectory position with improved precision and reliability. Such an embodiment may also be used to synchronize train speeds and avoid red light to optimize fuel based on terrain for automatic braking of the train to handle red light violations on the track. It can be used for anti-collision systems and not only for trains but also for preventive maintenance of tracks, rails, and gravel substrates under the tracks. Some embodiments may use back-end processing and storage components to keep track of asset location and health information (accessible by moving vehicles or by railway operators through reports).

位置確認に加えて、自律運転実施形態が極めて詳細なインフラストラクチャ及びランドマークマップを上手く利用することが望ましいであろう。これらのマップは、実世界における交通の流れを指揮するために、及び車両がソースから目的地へと走行するルートを計画するために利用され得る。マップの3次元性質は、物質世界を表わす際のそれらの正確さに加えて、それらのセンシング範囲を超える事象を予想する際、それらのセンサを任意の資産へ陥凹させる際、及びランドマークに対して車両の場所を推定する際に車両を援助する。擬似静的資産のために極めて詳細な3次元(意味)マップを利用することによって、車両のリソースが、その周りの動的物体を観測するために解放される。   In addition to location verification, it may be desirable for autonomous driving embodiments to make good use of highly detailed infrastructure and landmark maps. These maps can be used to direct the flow of traffic in the real world and to plan the route a vehicle travels from a source to a destination. The three-dimensional nature of the map, in addition to their accuracy in representing the material world, in predicting events beyond their sensing range, indenting those sensors into arbitrary assets, and in landmarks Assist the vehicle in estimating the location of the vehicle. By utilizing highly detailed three-dimensional (semantic) maps for pseudo-static assets, vehicle resources are freed up to observe dynamic objects around it.

PTCビジョンシステムは、列車信号バス及び(搭載された及び位置センサを含む)慣性センサとインターフェースを取る、通信、画像捕捉、画像処理、計算デバイス、データ集約プラットホームを取扱うモジュールを含んでもよい。   The PTC vision system may include modules that handle communications, image capture, image processing, computing devices, data aggregation platforms that interface with train signal buses and inertial sensors (including onboard and position sensors).

図1は、列車制御システムの例示的な流れ動作を例解する。工程S100では、列車が通常動作を経る。工程S105では、列車状態が(以下に説明される)データ集約プラットホームから取り出される。工程S110では、列車位置が精緻化(refine)される。工程S115では、腕木信号状態がローカル環境センサ情報から識別される。工程S120では、フィードバックが適用される。列車速度が調節され得(工程S125)、警報及び/又は通知が発せられ得る(工程S130)。これらの工程のそれぞれに関する更なる詳細は、本明細書において以下に説明される。   FIG. 1 illustrates an exemplary flow operation of a train control system. In step S100, the train undergoes normal operation. In step S105, the train state is retrieved from the data aggregation platform (described below). In step S110, the train position is refined. In step S115, the arm signal state is identified from the local environment sensor information. In step S120, feedback is applied. Train speed can be adjusted (step S125) and alarms and / or notifications can be issued (step S130). Further details regarding each of these steps are described herein below.

図2を参照すると、PTCビジョンシステムは、以下のうちの1つ以上を含んでもよい。典型的には、LAN又はWAN通信ネットワーク240経由で通信する、データ集約プラットホーム(DAP)215、視覚装置(VA)230、ポジティブトレインコントロールコンピュータ(PTCC)210、ヒューマンマシンインターフェース(HMI)205、GPS受信器225、及び車両用通信デバイス(VCD)220。   Referring to FIG. 2, the PTC vision system may include one or more of the following. Typically, data aggregation platform (DAP) 215, visual device (VA) 230, positive train control computer (PTCC) 210, human machine interface (HMI) 205, GPS reception, communicating via LAN or WAN communication network 240 And a vehicle communication device (VCD) 220.

構成要素(例えば、VCD、HMI、PTCC、VA、DAP、GPS)は、単一構成要素に統合されてもよいし、又は本質的にモジュール式であってもよいし、仮想ソフトウェア若しくは物理ハードウェアデバイスであってもよい。PTCビジョンシステム内の各構成要素は、それ自体の電源を有してもよいし、又はPTCCと1つの電源を共有してもよい。PTCビジョンシステム内の構成要素のために使用される電源は、停電のために妨害不可能な構成要素を含んでもよい。   The components (eg, VCD, HMI, PTCC, VA, DAP, GPS) may be integrated into a single component or may be modular in nature, virtual software or physical hardware It may be a device. Each component in the PTC vision system may have its own power supply or may share one power supply with the PTC. The power supply used for the components in the PTC vision system may include components that cannot be disturbed due to a power outage.

PTCCモジュールは、PTCビジョンシステムのモジュールの間で渡す情報の状態を維持する。PTCCは、HMI、VA、VCD、GPS、及びDAPと通信する。通信は、情報(例えば、データ)の提供及び/又は情報の受信を含んでもよい。エコシステムの任意のモジュール間のインターフェース(例えば、バス、接続)は、任意の従来のインターフェースを含んでもよい。エコシステムのモジュールは、任意の従来の通信プロトコルを使用して、互い、人間のオペレータ、及び/又は第三者(例えば、別の列車、車掌、列車オペレータ)と通信してもよい。通信は、有線及び/又は無線通信リンク(例えば、チャンネル)経由で達成されてもよい。   The PTCC module maintains the state of information passed between modules of the PTC vision system. PTCC communicates with HMI, VA, VCD, GPS, and DAP. The communication may include providing information (eg, data) and / or receiving information. The interface (eg, bus, connection) between any module in the ecosystem may include any conventional interface. The ecosystem modules may communicate with each other, human operators, and / or third parties (eg, another train, conductor, train operator) using any conventional communication protocol. Communication may be accomplished via wired and / or wireless communication links (eg, channels).

PTCCは、マイクロプロセッサ、コンピュータ、信号プロセッサ、メモリ、及び/又はバスを含む任意の従来の処理回路を使用して実装されてもよい。PTCCは、PTCビジョンシステムの機能を果たすのに適した任意の計算を行ってもよい。   The PTCC may be implemented using any conventional processing circuit including a microprocessor, computer, signal processor, memory, and / or bus. The PTCC may perform any computation suitable to perform the functions of the PTC vision system.

HMIモジュールは、PTCCモジュールから情報を受信してもよい。HMIモジュールによって受信された情報は、ジオロケーション(例えば、GPS緯度及び経度座標)、時間、推奨速度、方向性進路(例えば、方位角)、軌道ID、同じ軌道上の近隣列車間の距離/運転間隔、隣接軌道上の近隣列車間の距離/運転間隔、次の駅、前の駅、又は起点と目的地間の駅を含む興味対象の駅、列車によって利用される現在の軌道区分のための仮想又は物理腕木信号機の状態、列車のルートにおいて次に来る及び前の軌道区分のための仮想又は物理腕木信号機の状態、並びに現在の軌道との軌道連動装置を共有する軌道区分のための仮想又は物理腕木信号機の状態を含んでもよい。   The HMI module may receive information from the PTCC module. Information received by the HMI module includes geolocation (eg, GPS latitude and longitude coordinates), time, recommended speed, directional course (eg, azimuth), track ID, distance / driving between neighboring trains on the same track Distance, distance between neighboring trains on adjacent tracks / running interval, next station, previous station, or station of interest including station between origin and destination, for current track segment used by train The state of the virtual or physical arm signal, the state of the virtual or physical arm signal for the next and previous track segment in the route of the train, and the virtual or segment for the track segment sharing the track linkage with the current track It may include the state of the physical arm signal.

HMIモジュールは、情報をPTCCモジュールに提供してもよい。PTCCに提供された情報は、オペレータからの情報及び/又は要求を含み得る。HMIは、情報をオペレータ又はPTCCモジュールに提供する前に情報を処理し(例えば、フォーマットし、削減し、調節し、相関付け)てもよい。HMIによってPTCCモジュールに提供される情報は、列車を減速させるための車掌指令、一定のパラメータ(例えば、速度制限)を迂回するための車掌要求、メッセージ(例えば、故障、状態情報)の車掌確認応答、追加的な情報(例えば、診断手順、線路軌道に沿った出来事、又は線路軌道に沿った興味対象の他の点)のための車掌要求、及び車掌の列車動作に関連する興味対象の任意の他の情報を含んでもよい。   The HMI module may provide information to the PTCC module. Information provided to the PTCC may include information and / or requests from the operator. The HMI may process (eg, format, reduce, adjust, correlate) the information before providing the information to the operator or PTCC module. Information provided to the PTCC module by the HMI includes a conductor command to decelerate the train, a conductor request to bypass certain parameters (eg, speed limits), and a conductor confirmation response of a message (eg, failure, status information) Any of the interests related to the conductor's train request for additional information (eg diagnostic procedures, events along the track, or other points of interest along the track), and the train movement of the conductor Other information may be included.

HMIは、ユーザインターフェース(例えば、GUI)を人間のユーザ(例えば、車掌、オペレータ)に提供する。人間のユーザは、HMIモジュールの制御部(例えば、ボタン、レバー、ノブ、タッチスクリーン、キーボード)を操作して、情報をHMIモジュールに提供してもよいし、又はビジョンシステムから情報を要求してもよい。オペレータは、HMIモジュールへのユーザインターフェースを装着してもよい。ユーザインターフェースは、触角動作、有線通信、及び/又は無線通信によって、HMIモジュールと通信してもよい。HMIモジュールによってユーザに提供される情報は、推奨速度、現在の速度、効率スコア又は指標、運転手プロファイル、路傍信号状態、興味対象の駅、慣性計量のマップビュー、故障メッセージ、警報、機関車制御の作動のための車掌インターフェース、及びメッセージ又は通知の確認応答のための車掌インターフェースを含んでもよい。   The HMI provides a user interface (eg, GUI) to a human user (eg, conductor, operator). A human user may provide information to the HMI module by manipulating the controls (eg, buttons, levers, knobs, touch screen, keyboard) of the HMI module, or requesting information from the vision system. Also good. The operator may attach a user interface to the HMI module. The user interface may communicate with the HMI module by antennal operation, wired communication, and / or wireless communication. Information provided to the user by the HMI module includes recommended speed, current speed, efficiency score or indicator, driver profile, roadside signal status, station of interest, map view of inertial metrics, fault message, alarm, locomotive control A conductor interface for activation of the vehicle and a conductor interface for acknowledgment of messages or notifications.

VCDモジュールは、通信(例えば、有線、無線)を行う。VCDモジュールは、PTCビジョンシステムが他のデバイスと通信して列車をオン及びオフにすることを可能にする。VCDモジュールは、ワイドエリアネットワーク(「WAN」)及び/又はローカルエリアネットワーク(「LAN」)通信を提供してもよい。WAN通信は、任意の従来の通信技術及び/又はプロトコル(例えば、セル方式、衛星、専用チャンネル)を使用して行ってもよい。LAN通信は、任意の従来の通信技術及び/又はプロトコル(例えば、Ethernet、WiFi、Bluetooth(登録商標)、WirelessHART、ローパワーWiFi、Bluetooth Low Energy、ファイバ光学、IEEE802.15.4e)を使用して行ってもよい。無線通信は、周波数に適した1つ以上のアンテナ及び/又は使用されるプロトコルを使用して行ってもよい。   The VCD module performs communication (for example, wired or wireless). The VCD module allows the PTC vision system to communicate with other devices to turn the train on and off. The VCD module may provide wide area network (“WAN”) and / or local area network (“LAN”) communications. WAN communication may be performed using any conventional communication technology and / or protocol (eg, cellular, satellite, dedicated channel). LAN communication uses any conventional communication technology and / or protocol (eg, Ethernet, WiFi, Bluetooth®, WirelessHART, Low Power WiFi, Bluetooth Low Energy, Fiber Optics, IEEE 802.15.4e). You may go. Wireless communication may be performed using one or more antennas suitable for frequency and / or the protocol used.

VCDモジュールは、PTCCモジュールから情報を受信してもよい。VCDは、PTCCモジュールから受信された情報を伝送してもよい。情報は、本部(例えば、中心の場所)、路傍機器、個々、及び/又は他の列車に伝送されてもよい。PTCCモジュールからの情報は、他の列車にアドレス指定されるパケット、共通バックエンドサーバにアドレス指定され、オペレータに列車の場所を通知するパケット、路傍機器にアドレス指定されるパケット、路傍要員にアドレス指定され、列車の場所を通信するパケット、任意のノードからノードへの任意のペイロード、及びPTCビジョンシステムの第三者聴取者にアドレス指定されるパケットを含んでもよい。   The VCD module may receive information from the PTCC module. The VCD may transmit information received from the PTCC module. Information may be transmitted to headquarters (eg, central location), roadside equipment, individual, and / or other trains. Information from the PTCC module includes packets addressed to other trains, packets addressed to the common back-end server, packets notifying operators of the location of the train, packets addressed to roadside equipment, addressing to roadside personnel And may include packets that communicate train locations, any payload from node to node, and packets addressed to third party listeners in the PTC vision system.

VCDモジュールはまた、情報をPTCCモジュールに提供してもよい。VCDは、任意のソースから情報を受信してもよく、そのソースに対して、VCDが情報を伝送してもよい。VCDによってPTCCに提供される情報は、他の列車からアドレス指定されるパケット、共通バックエンドサーバからアドレス指定され、フィードバックを車掌又は列車に渡すパケット、路傍機器からアドレス指定されるパケット、路傍要員からアドレス指定され、要員の場所を通信するパケット、任意のノードからノードへの任意のペイロード、及びPTCビジョンシステムの第三者聴取者からアドレス指定されるパケットを含んでもよい。   The VCD module may also provide information to the PTCC module. A VCD may receive information from any source and the VCD may transmit information to that source. The information provided to the PTCC by the VCD includes packets addressed from other trains, packets addressed from the common back-end server, passing feedback to the conductor or train, packets addressed from roadside equipment, from roadside personnel It may include packets addressed and communicating personnel locations, any payload from node to node, and packets addressed by third party listeners of the PTC vision system.

GPSモジュールは、従来の全地球測位システム(「GPS」)受信器を含んでもよい。GPSモジュールは、GPS衛星から信号を受信して、信号によって提供された情報を使用して受信器の地理的位置及び時間(例えば、UTC時間)を判断する。GPSモジュールは、衛星から信号を受信するために1つ以上のアンテナを含んでもよい。アンテナは、多重経路信号及び/又はエラーを削減及び/又は検出するように配設されてもよい。GPSモジュールは、地理的位置及び/又は時間の履歴記録を維持してもよい。GPSモジュールは、列車の走行速度及び方向を判断してもよい。GPSモジュールは、補正情報(例えば、WAAS、差)を受信して、GPS受信器によって判断された地理座標の正確さを改善してもよい。GPSモジュールは、情報をPTCCモジュールに提供してもよい。GPSモジュールによって提供される情報は、時間(例えば、UTC、ローカル)、地理座標(例えば、緯度及び経度、偏北距離及び偏東距離)、補正情報(例えば、WAAS、差)、速度、及び走行方向を含んでもよい。   The GPS module may include a conventional global positioning system (“GPS”) receiver. The GPS module receives signals from GPS satellites and uses the information provided by the signals to determine the geographic location and time of the receiver (eg, UTC time). The GPS module may include one or more antennas for receiving signals from satellites. The antenna may be arranged to reduce and / or detect multipath signals and / or errors. The GPS module may maintain a historical record of geographic location and / or time. The GPS module may determine the traveling speed and direction of the train. The GPS module may receive correction information (eg, WAAS, difference) to improve the accuracy of geographic coordinates determined by the GPS receiver. The GPS module may provide information to the PTCC module. Information provided by the GPS module includes time (eg, UTC, local), geographic coordinates (eg, latitude and longitude, north and north east distance), correction information (eg, WAAS, difference), speed, and travel. Directions may be included.

DAPは、列車、列車のシステム(例えば、ハードウェア、ソフトウェア)、及び/又は列車の動作状態(例えば、列車状態)に関する情報を受信(例えば、判断、検出、要求)してもよい。例えば、DAPは、列車の速度、列車の加速、列車の減速、ブレーキ力(例えば、加えられる力)、ブレーキ圧力、ブレーキ回路の現状、列車車輪トラクション、慣性計量、流体(例えば、油、液)圧力、及びエネルギー消費に関する情報を列車のシステムから受信してもよい。列車からの情報は、列車のシステムの状態及び動作に関する情報を輸送するために列車によって使用される信号バス経由で提供されてもよい。信号バスは、1つ以上の従来の信号バス、例えば、フィールドバス(例えば、IEC61158)、多機能車両バス(「MVB」)、ワイヤ列車バス(「WTB」)、コントローラエリアネットワークバス(「CanBus」)、列車通信ネットワーク(「TCN」)(例えば、IEC61375)、及びプロセスフィールドバス(「Profibus」)などを含む。信号バスは、任意の従来及び/又は独自のプロトコルを使用して有線及び/又は無線(例えば、TTEthernet)通信を行うデバイスを含んでもよい。   The DAP may receive (eg, determine, detect, request) information regarding trains, train systems (eg, hardware, software), and / or train operating conditions (eg, train conditions). For example, DAP is train speed, train acceleration, train deceleration, braking force (eg applied force), brake pressure, brake circuit status, train wheel traction, inertial metering, fluid (eg oil, fluid) Information regarding pressure and energy consumption may be received from the train system. Information from the train may be provided via a signal bus that is used by the train to transport information regarding the state and operation of the train system. The signal bus may be one or more conventional signal buses, such as a field bus (eg, IEC 61158), a multifunction vehicle bus (“MVB”), a wire train bus (“WTB”), a controller area network bus (“CanBus”). ), A train communication network (“TCN”) (eg, IEC 61375), a process field bus (“Profibus”), and the like. The signal bus may include devices that perform wired and / or wireless (eg, TTE Ethernet) communication using any conventional and / or proprietary protocol.

DAPは、列車のシステムによって提供されない情報を検出するための任意の従来のセンサを更に含んでもよい。センサは、列車上の任意の場所に配備されてもよい(例えば、取設、取り付けられてもよい)。センサは、情報をDAPに直接的に、及び/又は別のデバイス又はバス(例えば、信号バス、車両制御ユニット、広域列車バス、多機能車両バス)経由で提供してもよい。センサは、任意の物理特性(例えば、密度、弾性、電気特性、流れ、磁気特性、運動量、圧力、温度、張力、速さ、粘度)を検出してもよい。DAPは、列車に関する情報をPTCCモジュール経由でPTCエコシステムの他のモジュールに提供してもよい。   The DAP may further include any conventional sensor for detecting information not provided by the train system. The sensor may be deployed anywhere on the train (eg, installed and attached). The sensor may provide information directly to the DAP and / or via another device or bus (eg, signal bus, vehicle control unit, regional train bus, multi-function vehicle bus). The sensor may detect any physical property (eg, density, elasticity, electrical properties, flow, magnetic properties, momentum, pressure, temperature, tension, speed, viscosity). The DAP may provide information about the train to other modules in the PTC ecosystem via the PTCC module.

DAPは、PTCCモジュール経由でPTCエコシステムの任意のモジュールから情報を受信してもよい。DAPは、任意のソースから受信された情報をPTCCモジュール経由でPTCエコシステムの他のモジュールに提供してもよい。他のモジュールは、DAPによって又はDAPを通して提供された情報を使用して、それらのそれぞれの機能を果たしてもよい。   The DAP may receive information from any module in the PTC ecosystem via the PTCC module. The DAP may provide information received from any source to other modules in the PTC ecosystem via the PTCC module. Other modules may perform their respective functions using information provided by or through the DAP.

DAPは、受信されたデータを記憶してもよい。DAPは、記憶されたデータにアクセスしてもよい。DAPは、受信されたデータの履歴記録を作り出してもよい。DAPは、1つのソースからのデータを別のソースに関係付けてもよい。DAPは、1つの種類のデータを別の種類のデータに関係付けてもよい。DAPは、データを処理(例えば、フォーマット化、操作、外挿)してもよい。DAPは、列車が走行する軌道の信号状態、列車の地理位置、及びポジティブトレインコントロールのために使用される他の情報を導出するために、少なくとも部分的に使用され得るデータを記憶してもよい。   The DAP may store the received data. The DAP may access stored data. The DAP may create a historical record of received data. A DAP may relate data from one source to another source. A DAP may relate one type of data to another type of data. The DAP may process (eg, format, manipulate, extrapolate) data. The DAP may store data that can be used at least in part to derive the signal status of the track the train is traveling on, the geographic location of the train, and other information used for positive train control. .

DAPは、PTCCモジュールから情報を受信してもよい。PTCCモジュールからDAPによって受信された情報は、以下を含んでもよい。列車状態データについての要求、制動インターフェース状態についての要求、列車挙動(速度、制動、牽引力)を駆り立てるための指令、故障メッセージについての要求、故障メッセージの確認応答、列車内に警報を発するための要求、列車内に発せられた警報の通知のための要求、及び路傍機器状態のための要求。   The DAP may receive information from the PTCC module. Information received by the DAP from the PTCC module may include: Requests for train status data, requests for braking interface status, commands to drive train behavior (speed, braking, tractive force), requests for fault messages, acknowledgments for fault messages, requests for warning in trains Requests for notification of alarms issued in trains, and requests for roadside equipment conditions.

DAPは、PTCCモジュールに情報を提供してもよい。DAPによってPTCCモジュールに提供された情報は、列車状態に関する列車の信号バスからのデータ、要求の確認応答、列車バス上の故障メッセージ、及び路傍機器状態を含んでもよい。   The DAP may provide information to the PTCC module. Information provided by the DAP to the PTCC module may include data from the train signal bus regarding train status, request acknowledgments, fault messages on the train bus, and roadside equipment status.

VAモジュールは、列車の周りの環境を検出する。VAモジュールは、列車が走行する環境を検出する。VAモジュールは、列車が走行する軌道、列車によって走行される軌道に隣接する軌道、(例えば、軌道に沿った)路傍信号(腕木信号、機械式、光、位置)の態様(例えば、出現)、インフラストラクチャ(例えば、橋、高架交差路、トンネル)、及び/又は物体(例えば、人間、動物、車両)を検出してもよい。追加的な例として、PTC資産、ETCS資産、軌道、信号、信号灯、整定速度制限、カテナリ構造、カテナリ架線、速度制限標識、路側安全構造、交差点、交差点における舗道、主及び側軌道上に設置された転轍機用の間隙点場所、間隙/構造ゲージ/運動学的許容範囲、無信号テリトリーにおける軌道検出回路の開始及び終端限、小屋、駅、トンネル、橋、待避所、斜面、カーブ、転轍機、枕木、バラスト、カルバート、排水構造、植生入口、フロッグ(2つのレールの交差点)、踏切、整数マイル標、インターチェンジ、連動装置/制御点場所、保守施設、マイル標識、並びに他の標識及び信号が挙げられる。   The VA module detects the environment around the train. The VA module detects the environment in which the train travels. The VA module is a trajectory on which the train travels, a trajectory adjacent to the trajectory traveled by the train, an aspect of the roadside signal (arm signal, mechanical, light, position) (eg, along the trajectory) (eg, appearance), Infrastructure (eg, bridges, elevated crossroads, tunnels) and / or objects (eg, humans, animals, vehicles) may be detected. Additional examples include PTC assets, ETCS assets, tracks, signals, signal lights, settling speed limits, catenary structures, catenary overhead lines, speed limit signs, roadside safety structures, intersections, pavements at intersections, main and side tracks Gap point location for rolling mills, gap / structural gauge / kinematic tolerance, start and end of trajectory detection circuit in no-signal territory, hut, station, tunnel, bridge, shelter, slope, curve, switch, sleeper , Ballasts, culverts, drainage structures, vegetation entrances, frogs (crossing of two rails), railroad crossings, integer miles, interchanges, interlock / control point locations, maintenance facilities, miles, and other signs and signals .

VAモジュールは、物理特性及び/又は物理特徴を検出する任意の種類の従来のセンサを使用して環境を検出してもよい。VAモジュールのセンサは、カメラ(例えば、スチール、ビデオ)、遠隔センサ(例えば、光検出及び測距)、レーダー、赤外線、動き、及び距離センサを含んでもよい。VAモジュールの動作は、列車の地理場所、軌道状況、環境状況(例えば、天候)、列車の速度に従い得る。VAの動作は、センサの情報及びサンプリングレートを収集するセンサの選択を含んでもよい。   The VA module may detect the environment using any type of conventional sensor that detects physical properties and / or physical characteristics. The sensors of the VA module may include cameras (eg, steel, video), remote sensors (eg, light detection and ranging), radar, infrared, motion, and distance sensors. The operation of the VA module may depend on the geographical location of the train, the track conditions, the environmental conditions (eg weather), the train speed. The operation of the VA may include the selection of sensors that collect sensor information and sampling rate.

VAモジュールは、PTCCモジュールから情報を受信してもよい。PTCCモジュールによって提供された情報は、VAモジュールの動作を制御するためのパラメータ及び/又は設定を提供してもよい。例えば、PTCCは、VAの1つ以上のセンサのサンプリング頻度を制御するための情報を提供してもよい。PTCCモジュールからVAによって受信された情報は、サンプリングの頻度、センサデータのための閾値、並びにタイミング及び処理のためのセンサ構成を含んでもよい。   The VA module may receive information from the PTCC module. The information provided by the PTCC module may provide parameters and / or settings for controlling the operation of the VA module. For example, the PTCC may provide information for controlling the sampling frequency of one or more sensors of the VA. Information received by the VA from the PTCC module may include sampling frequency, thresholds for sensor data, and sensor configuration for timing and processing.

VAモジュールは、情報をPTCCモジュールに提供してもよい。VAモジュールによってPTCCモジュールに提供された情報は、現在のセンサ構成パラメータ、センサ動作の現状、センサ能力(例えば、範囲、解像度、最大動作パラメータ)、生の又は処理されたセンサデータ、処理能力、及びデータ形式を含んでもよい。   The VA module may provide information to the PTCC module. Information provided to the PTCC module by the VA module includes current sensor configuration parameters, current status of sensor operation, sensor capabilities (eg, range, resolution, maximum operating parameters), raw or processed sensor data, processing capabilities, and Data format may be included.

生の又は処理されたセンサデータは、点群(例えば、2次元、3次元)、画像(例えば、jpg)、一連の画像、ビデオシーケンス(例えば、ライブ、記録再生)、スキャンされたマップ(例えば、2次元、3次元)、光検出及び測距によって検出された画像(例えば、LiDAR)、赤外線画像、並びに/又は低輝度画像(例えば、暗視)を含んでもよい。VAモジュールは、センサデータの一部の処理を行ってもよい。処理は、データ整理、データ拡大、データ外挿、及び物体識別を含んでもよい。   Raw or processed sensor data can be a point cloud (eg, 2D, 3D), an image (eg, jpg), a series of images, a video sequence (eg, live, recording / playback), a scanned map (eg, 2D, 3D), images detected by light detection and ranging (eg, LiDAR), infrared images, and / or low brightness images (eg, night vision). The VA module may perform some processing of sensor data. Processing may include data reduction, data expansion, data extrapolation, and object identification.

センサデータは、VAモジュール及び/又はPTCCモジュールによって、以下を検出及び/又は識別するために、処理されてもよい。列車によって使用される軌道、軌道、物体、及び/又はインフラストラクチャへの距離、路傍信号指示(例えば、意味、メッセージ、命令、状態、現状)、軌道状況(例えば、通過可能、標準以下)、軌道曲率、次に来る区分の方向(例えば、曲がる、真っ直ぐ)、水平からの軌道偏差(例えば、下り傾斜、上り傾斜)、合流点、交差点、連動装置交換、環境情報から導出された列車の位置、及び軌道識別物(例えば、軌道ID)。   The sensor data may be processed by the VA module and / or PTCC module to detect and / or identify: Tracks, tracks, distances to objects, and / or infrastructure used by trains, roadside signal indications (eg, meaning, messages, commands, status, current status), track status (eg, passable, substandard), tracks Curvature, direction of the next segment (eg, turn, straight), trajectory deviation from horizontal (eg, downhill, uphill), junction, intersection, interlocking device exchange, train position derived from environmental information, And a trajectory identifier (eg, trajectory ID).

VAモジュールは、列車に連結(例えば、取り付け)されてもよい。VAモジュールは、列車上の任意の位置(例えば、上部、内側、下部)において連結されてもよい。連結は、固定されてもよいし、及び/又は調節可能であってもよい。調節可能な連結は、列車及び/又は環境に対してVAモジュールのセンサの視点が動かされることを可能にする。VAの位置の調節は、手動又は自動で行ってもよい。調節は、列車の地理位置、軌道状況、列車の周りの環境状況、及びセンサ動作の現状に応答して行ってもよい。   The VA module may be coupled (eg, attached) to the train. The VA modules may be connected at any position on the train (eg, upper, inner, lower). The connection may be fixed and / or adjustable. The adjustable connection allows the sensor viewpoint of the VA module to be moved relative to the train and / or the environment. The adjustment of the position of the VA may be performed manually or automatically. Adjustments may be made in response to the geographic location of the train, track conditions, environmental conditions around the train, and the current status of sensor operation.

PTCCは、PTCシステムの全てのサブシステム(例えば、モジュール)へのそのアクセスを利用して、VAモジュールから取得されたセンサデータから軌道ID及び信号状態を導出(例えば、判断、計算、外挿)する。加えて、PTCCモジュールは、上述した列車動作状態情報、及びGPS受信器からのデータを利用して、地理位置データを精緻化してもよい。PTCCモジュールはまた、PTCビジョンシステムを含む、PTC環境の任意のモジュールからの情報を使用して、VAモジュールによって提供されたセンサ情報を検証及び/又は解釈してもよい。例えば、PTCCは、GPSモジュールからの地理位置情報を使用して、VAによって検出されたインフラストラクチャ又は信号方式データが、特定の場所に対応するかを判断してもよい。VAモジュールによって提供されたビデオ情報から導出された速度及び進路(例えば、方位角)情報が、GPSモジュールによって提供された速度及び進路情報と比較されて、正確さを検証するか又は正しさの可能性を判断してもよい。PTCCは、GPSモジュールからの位置情報と共にVAモジュールによって提供された画像を使用して、HMIモジュールのユーザインターフェース経由でオペレータに提供されたマップ情報を準備してもよい。PTCCは、DAPからの現在の及び履歴データを使用して、デッドレコニングを使用して列車の位置を検出してもよい。位置決定は、VAモジュール及び/又はGPSモジュールによって提供された場所情報に相関付けてもよい。PTCCは、VAモジュール及び/若しくはGPSモジュールからの位置情報、又はDAPからのデッドレコニング位置情報でさえも使用して、相関付けられ及び/又は補正(例えば、精緻化)され得る位置決定のために、VCDモジュール経由で他の列車又は路傍無線中継器(例えば、地上子)からの通信を受信してもよい。更に、軌道ID、信号状態、又は列車位置が、更なる相関性及び/又は検証のためにHMIユーザインターフェース経由でオペレータによって入力されることを要求されてもよい。   The PTCC uses its access to all subsystems (eg, modules) of the PTC system to derive trajectory ID and signal status from sensor data obtained from the VA module (eg, judgment, calculation, extrapolation). To do. In addition, the PTCC module may refine the geolocation data using the above-described train operation state information and data from the GPS receiver. The PTCC module may also use information from any module in the PTC environment, including the PTC vision system, to verify and / or interpret the sensor information provided by the VA module. For example, the PTCC may use geolocation information from the GPS module to determine whether the infrastructure or signaling data detected by the VA corresponds to a particular location. Velocity and course (eg, azimuth) information derived from video information provided by the VA module is compared with speed and course information provided by the GPS module to verify accuracy or allow correctness You may judge sex. The PTCC may use the image provided by the VA module along with the location information from the GPS module to prepare the map information provided to the operator via the HMI module user interface. The PTCC may use the current and historical data from the DAP to detect the position of the train using dead reckoning. The position determination may be correlated to location information provided by the VA module and / or the GPS module. The PTCC uses position information from the VA module and / or GPS module, or even dead reckoning position information from the DAP, for position determination that can be correlated and / or corrected (eg, refined). , Communication from other trains or roadside radio repeaters (eg, ground unit) may be received via the VCD module. In addition, track ID, signal status, or train position may be required to be entered by the operator via the HMI user interface for further correlation and / or verification.

PTCCモジュールはまた、HMIユーザインターフェース経由で活動(例えば、メッセージ、警告、提案された活動、指令)に対する情報及び呼出しを車掌に提供してもよい。制御アルゴリズムを使用して、PTCCは、車掌を無視して、制動インターフェース又は牽引インターフェースとの統合を利用して列車挙動(例えば、機能、動作)における変更を作動させて、列車の速度を調節してもよい。PTCCは、任意の受信者(複数可)、データストリームのペイロード、周波数、ルート、及び継続期間を説明することによって情報の経路指定を取扱い、列車状態を第三者聴取者及びデバイスと共有する。   The PTCC module may also provide the conductor with information and calls for activities (eg, messages, warnings, suggested activities, commands) via the HMI user interface. Using the control algorithm, the PTCC ignores the conductor and uses the integration with the braking or traction interface to activate changes in train behavior (eg function, operation) to adjust the speed of the train. May be. The PTCC handles the routing of information by accounting for any receiver (s), data stream payload, frequency, route, and duration, and shares train status with third party listeners and devices.

PTCCはまた、制御室内の共通バックエンドサーバから、又は線路オペレータから、又は制御室端末から、又は車掌から、或いはPTCビジョンシステム若しくは列車のデータを契約した他の第三者聴取者における路傍信号方式又はモジュールから、自動的に又は活動への呼出しを通して情報のパケットをディスパッチ/受信してもよい。   PTCC is also a roadside signaling system from a common backend server in the control room, from the track operator, from the control room terminal, or from the conductor, or in other third-party listeners who have contracted PTC vision systems or train data. Or, a packet of information may be dispatched / received from a module, either automatically or through a call to activity.

PTCCはまた、動いている車両の場所の近くの資産に関する情報を受信してもよい。PTCCは、VAを使用して、PTC及び他の資産に関するデータを収集してもよい。PTCCはまた、新たに収集されたデータを処理して(又は、それを転送して)、バックエンドデータベース内の情報を監査及び強化してもよい。   The PTCC may also receive information regarding assets near the location of the moving vehicle. The PTCC may use VA to collect data regarding PTC and other assets. The PTCC may also process (or forward) newly collected data to audit and enhance information in the backend database.

アルゴリズム:図6〜7に描写される軌道識別アルゴリズム(TIA)は、どの軌道を全車両が現在利用しているかを判断する。TIAは、搭載型カメラフレームバッファの上に3D LIDARスキャナ及びFLIRカメラからの特徴を重ね合わせることによって重畳特徴データセットを生成する。特徴(大域的特徴ベクトル)のスーパーセットは、軌道の3つの直交測定及び予想を可能にする。   Algorithm: The track identification algorithm (TIA) depicted in FIGS. 6-7 determines which track is currently being used by all vehicles. TIA generates a superimposed feature data set by superimposing features from the 3D LIDAR scanner and FLIR camera on the on-board camera frame buffer. A superset of features (global feature vectors) allows three orthogonal measurements and predictions of the trajectory.

FLIRカメラからの熱特徴が、線路軌道の熱特性を識別する(例えば、分離する、位置特定する、切り離す)ために使用され、大域的特徴ベクトルにおいて任意の領域(空間的及び時間的フィルタ)を生成してもよい。   Thermal features from the FLIR camera are used to identify (e.g., isolate, locate, detach) the track trajectory's thermal properties, and can use arbitrary regions (spatial and temporal filters) in the global feature vector. It may be generated.

3D LIDARスキャナの3D点群データセットからの範囲情報が、線路軌道の高度を識別するために利用され、また、大域的特徴ベクトルにおける任意の領域(空間的及び時間的フィルタ)を生成してもよい。   Range information from the 3D LIDAR scanner's 3D point cloud data set is used to identify the altitude of track trajectories and can also generate arbitrary regions (spatial and temporal filters) in the global feature vector. Good.

線検出アルゴリズムが、搭載型カメラ、FLIRカメラ、及び3D LIDARスキャナの3D点群データセット上で利用され、軌道の識別における信用を更に増大してもよい。   Line detection algorithms may be utilized on 3D point cloud data sets for on-board cameras, FLIR cameras, and 3D LIDAR scanners to further increase confidence in trajectory identification.

搭載型カメラ及びFLIRカメラからの色情報が、大域的特徴ベクトルにおける任意の領域(空間的及び時間的フィルタ)を同様に生成するために使用されてもよい。   Color information from onboard cameras and FLIR cameras may be used to similarly generate arbitrary regions (spatial and temporal filters) in the global feature vector.

TIAは、大域的特徴ベクトル上の複数の直交測定から任意の領域における重複を探して、軌道識別データにおける冗長性及び信用を高めてもよい。   The TIA may look for overlap in any region from multiple orthogonal measurements on the global feature vector to increase redundancy and confidence in the trajectory identification data.

TIAは、任意の領域データを利用して、任意の領域が大域的特徴ベクトルにおいて重複しないときに、誤陽性をフィルタリング除去してもよい。   The TIA may use arbitrary region data to filter out false positives when any region does not overlap in the global feature vector.

TIAは、任意の領域において特徴ベクトルを処理して、軌道の幅、距離、及び曲率を識別してもよい。   The TIA may process feature vectors in any region to identify trajectory width, distance, and curvature.

TIAは、線路軌道がある点に向かって集中する率を検査して、軌道識別プロセスを更に検証してもよい。その上、線路軌道の傾きがまた、大域的特徴ベクトルデータセットにおける雑音をフィルタリング除去するために使用されてもよい。   The TIA may further verify the track identification process by examining the rate at which the track tracks concentrate towards a point. Moreover, the track trajectory slope may also be used to filter out noise in the global feature vector data set.

TIAは、複数の線路軌道の中での列車の相対的なオフセット位置を識別する前に特徴ベクトルの空間的及び時間的整合性を考慮してもよい。   The TIA may consider the spatial and temporal consistency of the feature vector before identifying the relative offset position of the train among the multiple track tracks.

方向性進路は、GPS受信器を複数回サンプリングして、地理座標における動きの時間的プロファイルを生成することによって取得されてもよい。   Directional paths may be obtained by sampling the GPS receiver multiple times to generate a temporal profile of movement in geographic coordinates.

潜在的な絶対的な軌道IDのリストが、ローカルにキャッシュされたGISデータセット又は遠隔にホストされたバックエンドサーバへの照会を通して取得されてもよい。   A list of potential absolute trajectory IDs may be obtained through a query to a locally cached GIS dataset or a remotely hosted backend server.

GPS受信器がGPS衛星との同期を外す状況では、走行距離計及び方向性進路が使用され、デッドレコニングオフセットを計算してもよい。   In situations where the GPS receiver is out of sync with the GPS satellite, an odometer and directional track may be used to calculate the dead reckoning offset.

TIAは、複数の線路軌道及び基準間の列車の相対的なオフセットの位置を、潜在的な絶対的な軌道IDのリストと比較して、列車が利用している絶対的な軌道IDを識別する。   The TIA compares the position of the relative offset of the train between multiple track tracks and the reference to a list of potential absolute track IDs to identify the absolute track ID that the train is using. .

TIAが、絶対的な軌道IDを取得した後、大域的特徴ベクトルサンプルが、ジオロケーション(例えば、地理座標)情報及び軌道IDを用いて注釈付けられてもよい。これは、TIAが、大域的特徴ベクトルデータセットを利用して、将来、軌道位置を直接的に判断することを可能にする。このマシン学習アプローチは、絶対的な軌道IDを検索する計算費用を削減する。   After the TIA has obtained an absolute trajectory ID, a global feature vector sample may be annotated with geolocation (eg, geographic coordinates) information and trajectory ID. This allows the TIA to directly determine the trajectory position in the future using the global feature vector data set. This machine learning approach reduces the computational cost of retrieving an absolute trajectory ID.

TIAは、ローカル又はバックエンドデータベースからの大域的特徴ベクトルサンプルを空間変換と更に突き合わせてもよい。空間変換のパラメータが、照合から生成された基準位置からのオフセット位置を計算するために利用されてもよい。   The TIA may further match global feature vector samples from a local or backend database with a spatial transformation. Spatial transformation parameters may be used to calculate an offset position from a reference position generated from the matching.

その上、TIAは、大域的特徴ベクトルを利用して空間内の複数の点から、又は種々の画像処理技法(例えば、画像スティッチング、幾何学的登録、画像較正、画像融合)を使用して空間内の単一点から特徴を貼り合わせてもよい。これは、空間内の複数の点又は単一点からの照合された大域的特徴ベクトルを有する特徴データのスーパーセットを結果としてもたらす。   In addition, TIA utilizes global feature vectors from multiple points in space or using various image processing techniques (eg, image stitching, geometric registration, image calibration, image fusion). Features may be pasted from a single point in space. This results in a superset of feature data having collated global feature vectors from multiple points or a single point in space.

スーパーセットのデータを利用して、TIAは、絶対的な軌道IDを判断する前に相対的な軌道IDについてオフセット位置を正規化することができる。これは、視覚装置(VA)の範囲の外側に軌道が存在するときに有用である。この機能は、図10に描写される。   Using the superset data, the TIA can normalize the offset position with respect to the relative trajectory ID before determining the absolute trajectory ID. This is useful when the trajectory is outside the range of the visual device (VA). This function is depicted in FIG.

TIAは、位置データを取得するために無線中継器、信号灯、又は地上子の必要性を無くすPTCビジョンシステムにおけるコアな構成要素である。TIAはまた、線路オペレータが、路傍機器及びインフラストラクチャ資産のマッピングに権威のあるそれらのネットワークワイドGISデータセットのために、新たに構築された線路軌道に注釈付けることを可能にする。   The TIA is a core component in a PTC vision system that eliminates the need for wireless repeaters, signal lights, or ground units to obtain location data. TIA also allows track operators to annotate newly constructed track trajectories for those network-wide GIS datasets that are authoritative for mapping roadside equipment and infrastructure assets.

図8に説明された信号状態アルゴリズム(SSA)は、列車が現在利用している軌道の信号状態を判断する。この構成要素の目的は、列車の動作が、線路オペレータ又はモード制御室又は中央制御室の予期された動作パラメータに従うことを確保することである。線路軌道に沿う列車の慣性計量のコンプライアンスは、多数のバックエンドサーバの分散型環境において、又は共通バックエンドサーバを有する集中型環境において監査することができる。列車が絶対的な軌道IDを取得する能力は、腕木信号状態を列車によって利用される軌道IDに相関付けるために重要である。監査信号コンプライアンスは、腕木信号状態及び絶対的な軌道ID間の相関付けが一旦確立されると可能になる。センサの配置は、腕木信号状態を効率的に判断するのに重要である。図4は、3D LIDARスキャナが前方に向いており、列車の屋根の上部上に取り付けられた一例を描写する。   The signal state algorithm (SSA) described in FIG. 8 determines the signal state of the track currently used by the train. The purpose of this component is to ensure that the operation of the train follows the expected operating parameters of the track operator or mode control room or central control room. The compliance of the inertial metric of the train along the track can be audited in a distributed environment with multiple backend servers or in a centralized environment with a common backend server. The ability of the train to obtain an absolute track ID is important to correlate the brace signal state to the track ID utilized by the train. Audit signal compliance is enabled once the correlation between the arm signal status and the absolute trajectory ID is established. The placement of the sensor is important for efficiently determining the arm signal state. FIG. 4 depicts an example with a 3D LIDAR scanner facing forward and mounted on the top of the train roof.

SSAは、列車の信号コンプライアンスを監査するために、列車によって利用される絶対的な軌道IDを考慮する。一旦、腕木信号への軌道の相関付けが完了すると、その腕木信号からの信号状態が、列車又は車掌へのフィードバックとして活動への呼出しを作動させてもよい。   SSA considers the absolute track ID utilized by the train to audit train signal compliance. Once the trajectory correlation to the brace signal is complete, the signal state from that brace signal may trigger a call to activity as feedback to the train or conductor.

腕木信号状態への線路軌道の相関付けは、線路オペレータからの路傍信号方式についての規制仕様書を分析することによって可能である。規制文書を利用して、腕木信号の時空間整合性が、線路軌道の時空間整合性と比較されてもよい。採点機構が、列車によって利用される現在の線路軌道のための最良候補腕木信号を選ぶために使用されてもよい。   Correlation of track trajectory to arm signal status is possible by analyzing regulatory specifications on roadside signal schemes from track operators. Using the regulatory document, the spatiotemporal consistency of the arm signal may be compared with the spatiotemporal consistency of the track. A scoring mechanism may be used to select the best candidate arm signal for the current rail track utilized by the train.

ローカル又は遠隔GISデータセットが、腕木信号のジオロケーションを確認するために照会されてもよい。   A local or remote GIS dataset may be queried to confirm the geolocation of the brace signal.

ローカル又は遠隔信号方式サーバは、腕木信号における信号状態が、PTCビジョンシステムが外挿しているものに一致することを確認するために照会されてもよい。   The local or remote signaling server may be queried to confirm that the signal state in the brace signal matches what the PTC vision system is extrapolating.

信号状態が無線通信経由で列車に利用可能であるエリアを利用して、PTCビジョンシステムの正確さを確認し、PTCビジョンシステムの調整に役立つマシン学習装置に提供されるフィードバックを更に強化してもよい。   Use areas where signal status is available to trains via wireless communication to verify the accuracy of the PTC vision system and further enhance the feedback provided to the machine learning device to help adjust the PTC vision system Good.

PTCビジョンシステムから取得された3D点群データセットを利用して、腕木信号の構造を分析してもよい。任意の物体の構造が、そのレール通路における腕木信号について規制機関によって定義されるような予期された仕様書に一致する場合、任意の物体が、上記で参照した採点機構の候補として注釈付けられ、加えられてもよい。   The structure of the arm signal may be analyzed using a 3D point cloud data set acquired from the PTC vision system. If the structure of any object matches the expected specification as defined by the regulatory body for the arm signal in that rail passage, the object is annotated as a candidate scoring mechanism referred to above, May be added.

FLIRカメラを通して捕捉された赤外線画像を利用して、路傍腕木信号から発せられた光を識別してもよい。赤信号が、列車が現在乗っている軌道に相関付けられた候補腕木信号から発せられる状況では、活動への呼出しが、信号コンプライアンスのために列車に搭載されたHMIにディスパッチされる。列車が現在乗っている軌道に相関付けられた腕木信号に従う列車の故障後、活動への呼出しが、信号コンプライアンスのために制動インターフェース搭載された列車に直接的にディスパッチされる。   Infrared images captured through a FLIR camera may be used to identify light emitted from roadside arm signals. In situations where a red signal is emitted from a candidate arm signal that is correlated to the track on which the train is currently on, a call to activity is dispatched to the HMI onboard the train for signal compliance. After a failure of the train that follows the arm signal that is correlated to the track on which the train is currently traveling, a call to activity is dispatched directly to the train with the braking interface for signal compliance.

PTCビジョンシステムを通して捕捉された画像における色のスペクトルを区分して、緑色、赤色、黄色、又は二重黄色光の信号に似た小塊を識別するために利用される重心を計算してもよい。その小塊の重心の空間的座標及びサイズを利用して、規制機関からの仕様書を用いて腕木信号の時空間整合性を検証してもよい。   The spectrum of colors in an image captured through a PTC vision system may be segmented to calculate a centroid used to identify a blob resembling a green, red, yellow, or double yellow light signal . The spatio-temporal consistency of the arm signal may be verified using the specifications from the regulatory body using the spatial coordinates and size of the center of gravity of the small mass.

軌道の時空間整合性プロファイルが、軌道の曲率、軌道上のレールの間隔、及び地平線上のある点に向かう軌道間隔の集中率を分析することによって生成されてもよい。腕木信号の時空間整合性プロファイルが、以下の構成要素、すなわち、腕木信号の高度、空間における点間の相対的な空間的距離、並びに列車が現在利用している軌道に関する配向及び距離を分析することによって生成されてもよい。   A spatio-temporal consistency profile of the track may be generated by analyzing the curvature of the track, the spacing of the rails on the track, and the concentration of the track spacing toward a point on the horizon. The spatio-temporal consistency profile of the brace signal analyzes the following components: the altitude of the brace signal, the relative spatial distance between points in space, and the orientation and distance with respect to the track currently used by the train May be generated.

バックエンドサーバは、列車が現在利用している線路軌道区分に沿う予期された腕木信号状態を列車に通知するために照会されてもよい。   The backend server may be queried to notify the train of expected arm signal conditions along the track trajectory segment that the train is currently using.

バックエンドサーバは、絶対的な軌道ID及びジオロケーション座標によって識別された線路軌道区分に沿う予期された腕木信号状態を列車に通知するために照会されてもよい。   The backend server may be queried to notify the train of expected arm signal conditions along the track track segment identified by absolute track ID and geolocation coordinates.

図3に描写されるように、位置精緻化アルゴリズムは、列車に搭載された信用度の高いジオロケーションサービスを提供する。このアルゴリズムの目的は、単一センサが故障するときにジオロケーションサービスの損失が発生しないことの確保である。PRAは、冗長なジオロケーションサービスに頼って、軌道位置を取得する。   As depicted in FIG. 3, the location refinement algorithm provides a highly reliable geolocation service onboard the train. The purpose of this algorithm is to ensure that no loss of geolocation service occurs when a single sensor fails. The PRA relies on redundant geolocation services to obtain trajectory positions.

GPS又はディファレンシャルGPSを利用して、かなり正確なジオロケーション座標を取得してもよい。   A fairly accurate geolocation coordinate may be obtained using GPS or differential GPS.

方向性進路情報と共にタコメータデータを利用して、オフセット位置を計算することができる。   The offset position can be calculated using tachometer data together with the directional course information.

WiFiアンテナは、GPSが動いている間に各SSIDの信号強度と共にSSIDをスキャンしてもよく、媒体アクセス制御(MAC)アドレス(又は、SSIDと関連付けられた任意の固有識別子)を後で使用して、ジオロケーション座標を迅速に判断してもよい。WiFiアンテナによるスキャンの間のSSIDの信号強度を利用して、測定の元の点に対する位置を計算してもよい。PTCビジョンシステムは、現在の列車のジオロケーションにおける信用に基づいて、基準点としてSSIDプロファイル(SSID名、MACアドレス、ジオロケーション座標、信号強度)をデータベースに挿入することを選んでもよい。   The WiFi antenna may scan the SSID along with the signal strength of each SSID while the GPS is moving, and later use the medium access control (MAC) address (or any unique identifier associated with the SSID). The geolocation coordinates may be quickly determined. The SSID signal strength during the scan with the WiFi antenna may be used to calculate the position relative to the original point of measurement. The PTC vision system may choose to insert the SSID profile (SSID name, MAC address, geolocation coordinates, signal strength) into the database as a reference point based on the trust in geolocation of the current train.

PTCビジョンシステムによって生成された大域的特徴ベクトルを利用して、ジオロケーション座標を探索し、ジオロケーション座標の正確さを更に確保してもよい。   The global feature vectors generated by the PTC vision system may be used to search for geolocation coordinates to further ensure the accuracy of the geolocation coordinates.

上記で説明された全ての構成要素からサンプルを取る採点機構が、ジオロケーション情報を取得する列車の能力を妨げ得る不整合サンプルについてフィルタ除去する。その上、サンプルは、PRAにおける各サブ構成要素の性能及び正確さに基づいて、異なる重み付けをもっていてもよい。   A scoring mechanism that takes samples from all the components described above filters out inconsistent samples that may hinder the train's ability to obtain geolocation information. Moreover, the samples may have different weights based on the performance and accuracy of each sub-component in the PRA.

PTCビジョンシステムの高レベルプロセスの説明   High level process description of PTC vision system

この欄では、図9に示されるフローチャートを参照する。PTCビジョンシステムは、上記で説明された種々のサブシステムから列車状態をサンプルする。列車状態は、軌道、信号、及び搭載された情報の包括的な概要として定義される。特に、その状態は、軌道ID、関連する信号の信号状態、関連する搭載された情報、場所情報(事前及び以後の精緻化、基準PRA、TIA、並びに説明されたSSAアルゴリズム)、及びバックエンドサーバから取得された情報から成る。これらのバックエンドサーバは、鉄道インフラストラクチャに関する情報を保持する。資産のバックエンドデータベースは、動いている車両のみならず鉄道オペレータ及び職員によって遠隔にアクセスされる。例えば、動いている列車及びその車掌は、この情報を使用して、ルートに沿う信号を予想する。オペレータ及び保守職員は、例えば、軌道情報にアクセスできる。これらの報告及び通知は、信号及び標識、構造、軌道特徴及び資産、安全性情報に関連する。   In this column, reference is made to the flowchart shown in FIG. The PTC vision system samples train conditions from the various subsystems described above. Train status is defined as a comprehensive overview of tracks, signals, and onboard information. In particular, the status includes the trajectory ID, the signal status of the associated signal, the associated onboard information, location information (pre- and subsequent refinements, reference PRA, TIA, and SSA algorithm described), and back-end server Consists of information obtained from. These backend servers maintain information about the railway infrastructure. The asset back-end database is accessed remotely by rail operators and personnel as well as moving vehicles. For example, a moving train and its conductor use this information to predict signals along the route. Operators and maintenance personnel can access track information, for example. These reports and notifications relate to signals and signs, structures, trajectory features and assets, safety information.

この状態を収集した後、PTCビジョンシステムは、通知(ローカル又は遠隔)を発行し、列車に搭載された警報を場合によって発生させ、種々の搭載型サブシステム(例えば、牽引インターフェース、制動インターフェース、牽引滑りシステム)とインターフェースを取ることによって列車の慣性計量を自動的に制御することができる。   After collecting this condition, the PTC vision system issues a notification (local or remote), optionally generates an alarm mounted on the train, and various onboard subsystems (eg, traction interface, braking interface, traction interface) By interfacing with the slip system), the inertial weighing of the train can be controlled automatically.

センサステージ   Sensor stage

搭載データ:搭載データ構成要素は、種々の列車システムから抽出されたデータの全てが収集され、利用可能になるユニットを表わす。このデータとして、通常、時間情報、種々の搭載デバイスからの診断情報、エネルギー監視情報、制動インターフェース情報、場所情報、路傍機器への列車インターフェースから取得される信号状態、搭載された又は他の列車上のVAデバイスを通して取得される環境状態、及びポジティブトレインコントロールにおいて役立つ構成要素からの任意の他のデータが挙げられるが、これらに限定されない。   Onboard data: The onboard data component represents the unit from which all of the data extracted from the various train systems is collected and made available. This data usually includes time information, diagnostic information from various onboard devices, energy monitoring information, braking interface information, location information, signal status obtained from the train interface to roadside equipment, onboard or on other trains Environmental conditions obtained through other VA devices, and any other data from components useful in positive train control.

このデータは、他の構成要素のためのPTCビジョンシステム内で利用可能になり、遠隔サーバ、他の列車、又は路傍機器に伝送することができる。   This data becomes available in the PTC vision system for other components and can be transmitted to remote servers, other trains, or roadside equipment.

場所データは、列車が、連邦鉄道管理局のPTC基準に合う安全性許容範囲内で動作することを確保するために戦略上重要である。これに関して、路傍機器が、車両位置を正確に判断するために、産業によって現在利用されている。上記で説明された場所サービスの出力は、(例えば、TIA&SSA)は、コンピュータビジョンアルゴリズムに基づいて相対的な軌道位置を提供する。   Location data is strategically important to ensure that trains operate within safety tolerances that meet Federal Railway Administration PTC standards. In this regard, roadside equipment is currently used by industry to accurately determine vehicle position. The output of the location service described above (eg, TIA & SSA) provides a relative trajectory position based on a computer vision algorithm.

相対的な位置は、単一センサ又は複数のセンサを使用することによって取得され得る。我々が取得する位置は、通常、相対的軌道番号として指示されるオフセット位置として戻される。方向性進路はまた、フィードバックから列車への絶対的な位置を取得するための照会の構築における1つの因子であり得る。   The relative position can be obtained by using a single sensor or multiple sensors. The position we obtain is usually returned as an offset position indicated as a relative trajectory number. Directional tracks can also be a factor in the construction of queries to obtain absolute position from feedback to the train.

絶対的な位置は、キャッシュされたローカルデータベース、又はキャッシュされたローカルデータセット、遠隔データベース、遠隔データセット、搭載慣性計量データを使用する相対的なオフセット位置、GPSサンプル、Wi−Fi SSID、及びそれらのそれぞれの信号強度のいずれかから、或いは既存の路傍信号方式機器との同期を通して、取得され得る。   Absolute position is cached local database, or cached local data set, remote database, remote data set, relative offset position using onboard inertial metric data, GPS samples, Wi-Fi SSID, and Can be obtained from any of the respective signal strengths or through synchronization with existing roadside signaling equipment.

我々が使用する種々の種類のデータセットとして、搭載されたカメラからの3D点群データセット、FLIR画像化、ビデオバッファデータが挙げられるが、これらに限定されない。   The various types of data sets we use include, but are not limited to, 3D point cloud data sets from onboard cameras, FLIR imaging, and video buffer data.

場所が一旦知られると、この情報は、路傍信号方式からの信号状態を対応する軌道に相関付けるために利用することができる。場所サービスはまた、第三者聴取者に公表することができる。PTCビジョンシステムにおいて定義された搭載型構成要素は、場所サービスへの聴取者として機能し得る。加えて、列車は、周囲のエリアにおけるネットワーク化デバイスのMAC IDをスキャンすること、及びこれらのネットワーク化デバイスが利用している任意のアプリケーションのためのMAC IDフィルタリングを利用することができる。これは、列車のジオロケーション情報との第三者デバイス(例えば、携帯電話、ラップトップ、タブレット、ステーションサーバ、及び他の計算デバイス)のMAC IDのペアリングに従うコンテキスト認識アプリケーションを生成するのに有用である。   Once the location is known, this information can be used to correlate signal conditions from roadside signaling to the corresponding trajectory. Location services can also be made public to third party listeners. On-board components defined in the PTC vision system can function as listeners to location services. In addition, the train can scan the MAC IDs of networked devices in the surrounding area and utilize MAC ID filtering for any application that these networked devices are utilizing. This is useful for generating context-aware applications that follow the MAC ID pairing of third party devices (eg mobile phones, laptops, tablets, station servers, and other computing devices) with train geolocation information It is.

軌道信号状態は、列車が、常にPTC安全性許容範囲に従うことを確保するのに重要である。PTCビジョンシステムの機能的な範囲は、路傍信号方式(腕木信号状態)から信号値を外挿することを含む。これに関して、通信モジュール又は視覚装置は、路傍機器の信号値を識別してもよい。信号が認識できないエリアにおいて、中央バックエンドサーバが、フィードバックとして情報を列車に中継することができる。路傍機器が無線通信を装備するとき、この情報はまた、視覚に基づく信号外挿アルゴリズム(例えば、TIA&SSA)を強化することができる。データセットが、PTCビジョンシステムの裁量において使用される。   The track signal condition is important to ensure that the train always follows the PTC safety tolerance. The functional scope of the PTC vision system includes extrapolating signal values from roadside signaling (arm signal conditions). In this regard, the communication module or visual device may identify the signal value of the roadside device. In areas where the signal cannot be recognized, the central back-end server can relay information to the train as feedback. This information can also enhance vision-based signal extrapolation algorithms (eg, TIA & SSA) when roadside devices are equipped with wireless communications. Data sets are used at the discretion of the PTC vision system.

PTCビジョンシステムによって収集されたデータセットを利用して、装置内のデータの残りから軌道の特徴を識別し、相対的な軌道位置を特定することができる。方向性進路情報と共に相対的な軌道位置をバックエンドサーバに送信することができ、絶対的な軌道IDを取得する。絶対的な軌道IDは、オペレータによってリスト化されるような軌道識別を指示する。このペイロードは、列車に対して任意であり、列車上にオペレータ特有のソフトウェアスタックを有さずに、複数のオペレータ間のスムーズな動作を可能にする。オペレータ不可知論的ソフトウェアは、列車が異なるレールオペレータからのインフラストラクチャを通して走行している場合でさえも、列車が優れた相互運用性でもって動作することを可能にする。ペイロードは任意であるので、列車は、レールとオペレータ間のスイッチングのときでさえも、本質的に相互運用可能である。全車両が軌道に沿って走行する際、資産情報の更新に必要なデータが、視覚装置によって生成される。このデータを、次いで、一定の資産情報の完全性を検証するためのみならず他の資産情報を更新するために処理させる。紛失資産、ダメージを受けた資産、又は不正変更されたものが、次いで、検出及び報告され得る。視覚装置を有する車両が軌道を進むたびに、インフラストラクチャの現状がまた、検証され得、動作安全性が、査定され得る。例えば、間隙測定が行われ、列車の経路を阻止する障害物がないことを確実にする。軌道を支えるバラストの量は、経時的に見積もられ、監視される。   The data set collected by the PTC vision system can be used to identify trajectory features from the rest of the data in the device and to identify relative trajectory positions. A relative trajectory position can be transmitted to the back-end server together with the directional course information, and an absolute trajectory ID is obtained. The absolute trajectory ID indicates trajectory identification as listed by the operator. This payload is optional for the train and allows smooth operation between multiple operators without having an operator specific software stack on the train. Operator agnostic software allows the train to operate with excellent interoperability even when the train is traveling through infrastructure from different rail operators. Since the payload is arbitrary, the train is inherently interoperable even when switching between rails and operators. When all the vehicles travel along the track, the data necessary for updating the asset information is generated by the visual device. This data is then processed not only to verify the integrity of certain asset information, but also to update other asset information. Lost assets, damaged assets, or tampered ones can then be detected and reported. Each time a vehicle with a vision device goes on track, the current state of the infrastructure can also be verified and operational safety can be assessed. For example, gap measurements are taken to ensure that there are no obstructions blocking the train path. The amount of ballast that supports the track is estimated and monitored over time.

バックエンド:   Backend:

バックエンド構成要素は、多くの目的を有する。その1つとして、それは、列車及びアルゴリズムから種々のローカル又は遠隔加入者へと、データを受信し、注釈付け、記憶し、及び転送する。バックエンドはまた、(実時間に又はオフラインで)データを分析するために多くのプロセスをホストし、次いで、補正出力を生成する。この出力は、次いで、フィードバックとして列車に直接的に送信され、又は指令及びディスパッチセンター又は列車駅に中継される。   The backend component has many purposes. For one, it receives, annotates, stores and forwards data from trains and algorithms to various local or remote subscribers. The back end also hosts many processes to analyze the data (in real time or offline) and then generates a corrected output. This output is then sent directly to the train as feedback or relayed to the command and dispatch center or train station.

前述のプロセスの一部として、列車の運転間隔を減らして、一定の通路上の流れを最適化するためのアルゴリズム、個々の列車又は通路を考慮することによってネットワークの流れ全体を最適化するアルゴリズム、並びに列車の場所及び挙動を常に監視する衝突回避アルゴリズムが挙げられる。   As part of the aforementioned process, an algorithm for reducing train operating intervals and optimizing the flow on a fixed path, an algorithm for optimizing the entire network flow by considering individual trains or paths, And a collision avoidance algorithm that constantly monitors the location and behavior of the train.

バックエンドはまた、動いている列車によって照会された資産データベースをホストして、全車両の動作規制によって要求されるように、資産及びインフラストラクチャ情報を取得する。このデータベースは、関連する情報及び特徴と共に以下の資産を保持する。PTC資産、ETCS資産、軌道、信号、信号灯、整定速度制限、カテナリ構造、カテナリ架線、速度制限標識、路側安全構造、交差点、交差点における舗道、主及び側軌道上に設置された転轍機用の間隙点場所、間隙/構造ゲージ/運動学的許容範囲、無信号テリトリーにおける軌道検出回路の開始及び終端限、小屋、駅、トンネル、橋、待避所、斜面、カーブ、転轍機、枕木、バラスト、カルバート、排水構造、植生入口、フロッグ(2つのレールの交差点)、踏切、整数マイル標、インターチェンジ、連動装置/制御点場所、保守施設、マイル標識、並びに他の標識及び信号が挙げられる。   The back end also hosts an asset database that is queried by moving trains to obtain asset and infrastructure information as required by all vehicle operating regulations. This database holds the following assets along with related information and features: PTC asset, ETCS asset, track, signal, signal light, settling speed limit, catenary structure, catenary overhead line, speed limit sign, roadside safety structure, intersection, pavement at intersection, gap point for main and side switch Location, gap / structure gauge / kinematic tolerance, start and end of trajectory detection circuit in no-signal territory, hut, station, tunnel, bridge, shelter, slope, curve, switch, sleeper, ballast, culvert, drainage Structures, vegetation entrances, frogs (intersection of two rails), railroad crossings, integer mileage marks, interchanges, interlock / control point locations, maintenance facilities, mileage signs, and other signs and signals.

全車両は、データベースから照会された情報を利用して、軌道識別アルゴリズム、位置精緻化アルゴリズム、及び信号状態検出アルゴリズムを精緻化する。軌道に沿って/軌道の近隣において動いている列車(又は、マシンビジョン装置を利用する任意の他の車両)は、データベース内において情報を格納、検証、及び更新するために必要なデータを収集する。バックエンドインフラストラクチャはまた、種々の鉄道職員のために資産の状態に関する警告及び報告を生成する。   All vehicles use the information queried from the database to refine the trajectory identification algorithm, position refinement algorithm, and signal condition detection algorithm. A train moving along / in the vicinity of the track (or any other vehicle that utilizes a machine vision device) collects the data necessary to store, verify, and update information in the database . The backend infrastructure also generates alerts and reports on asset status for various railroad personnel.

フィードバックステージ   Feedback stage

自動制御:   Automatic control:

列車がPTCビジョンシステム(例えば、図5における適用)を使用して制御され得るいくつかの手法が存在する。センサステージの出力は、任意の他のシステムとは独立して、一定の活動をトリガし得る。例えば、赤信号違反の検出後、制動インターフェースが、自動的にトリガされ、列車を停止させることを試みてもよい。   There are several ways in which a train can be controlled using a PTC vision system (eg, the application in FIG. 5). The output of the sensor stage can trigger certain activities independently of any other system. For example, after detecting a red light violation, the braking interface may be automatically triggered to attempt to stop the train.

一定の制御指令はまた、そのVCDを通して列車に到達することができる。そのようなものとして、バックエンドシステムは、例えば、その速度を上げることを列車に命令することができ、それによって、列車間の運転間隔を減らす。他の列車サブシステムはまた、それらが機関車自体にアクセスできる限り、PTCビジョンシステムを通して作動されてもよい。   Certain control commands can also reach the train through its VCD. As such, the backend system can, for example, instruct the train to increase its speed, thereby reducing the operating interval between trains. Other train subsystems may also be operated through the PTC vision system as long as they have access to the locomotive itself.

搭載型警報:   Built-in alarm:

フィードバックはまた、警報を通して機関車及び車掌に届けることができる。例えば、赤信号違反の場合では、警報をHMI上に表示することができる。警報は、任意の自動制御を付随することができ、又はそれ自体に存在することができる。警報は、確認応答されることによって停止すること又は独立して止まることができる。   Feedback can also be delivered to locomotives and conductors through alarms. For example, in the case of a red light violation, an alarm can be displayed on the HMI. The alarm can be accompanied by any automatic control or can be present on its own. The alarm can be stopped by being acknowledged or stopped independently.

通知(ローカル/遠隔):   Notification (local / remote):

フィードバックは、HMIモジュールのユーザインターフェースを通した車掌への通知の形態にあり得る。これらの通知は、PTCビジョンシステムを通してローカルに検知及び収集されたデータ、又はVCDを通してバックエンドシステムから取得されたデータを説明してもよい。これらの通知は、聴取者を要求し得るか、又は常時使用可能にされ得る。通知の一例は、車掌が従うための速度推奨に関し得る。   The feedback can be in the form of notification to the conductor via the user interface of the HMI module. These notifications may describe data detected and collected locally through the PTC vision system, or data obtained from the backend system through the VCD. These notifications may require a listener or may be enabled at all times. An example of a notification may relate to a speed recommendation for the conductor to follow.

バックエンドアーキテクチャ及びデータ処理。   Backend architecture and data processing.

バックエンドは、2つのモジュール、すなわち、データ集約及びデータ処理を有してもよい。データ集約は、列車及び中央バックエンド間の情報を集約し、その経路を定める役割を有する1つのモジュールである。データ処理構成要素を利用して、列車への推奨を行う。通信は、双方向的であり、このバックエンドサーバは、PTCビジョンシステムから種々の可能な適用の全てを供給することができる。   The back end may have two modules: data aggregation and data processing. Data aggregation is a module that is responsible for aggregating information between the train and the central back end and defining the route. Make recommendations to trains using data processing components. Communication is bi-directional and this back-end server can supply all of the various possible applications from the PTC vision system.

PTCビジョンシステムのための可能な適用は、以下、すなわち、信号検出、軌道検出、速度同期、軌道の連動状態の外挿及びそれをネットワーク内の他の列車に中継し戻すこと、燃料最適化、衝突防止システム、レール検出アルゴリズム、軌道故障検出又は予防脱線検出、軌道性能計量、複数の実行からのサンプルを使用して包括的な基準データセットを生成するための画像貼り合わせアルゴリズム、例えば、予防保守、故障検出、及び/又は通過列車の振動特性のためのすれ違った列車の画像化、画像化に基づくジオロケーション又はジオフィルタリングサービス、SSIDに基づくジオロケーション又はジオフィルタリング、及びGPS+慣性計量+コンピュータビジョンに基づくアルゴリズムのセンサ融合を含む。   Possible applications for the PTC vision system include: signal detection, track detection, speed synchronization, extrapolation of track interlock and relaying it back to other trains in the network, fuel optimization, Collision prevention system, rail detection algorithm, track fault detection or preventive derailment detection, track performance metric, image stitching algorithm to generate comprehensive reference data set using samples from multiple runs, eg preventive maintenance Passing train imaging for fault detection and / or passing train vibration characteristics, geolocation or geofiltering services based on imaging, geolocation or geofiltering based on SSID, and GPS + inertial metric + computer vision Including sensor fusion based algorithm.

他の実施形態によれば、リモートセンシング及び位置確認特徴が、自動車両、例えば、自律運転車などにおいて実行時システムを実現するために利用することができる。図25は、車両位置確認及び/又は制御のための例示的な車両内システムの概略ブロック図である。車両内実行時エンジン(「IVRE」)2500及び車両決断エンジン2510は、計算及び制御モジュールであり、典型的には、車両上にローカルに搭載されて実装される、マイクロプロセッサに基づくものである。ローカル3Dマップキャッシュ2530は、GPS及びIMUセンサ2520によって判断されるような、車両の粗い位置を取り囲むエリアと関連付けられたマップデータを記憶し、(例えば、セル方式データ送受信機を含み得る)通信モジュール2540経由で遠隔マップ記憶装置から定期的又は連続的に更新され得る。マシンビジョンセンサ2550は、車両の最も近くのローカル環境を検知するための1つ以上の機構、例えば、LiDAR、ビデオカメラ、及び/又はレーダーなどを含んでもよい。   According to other embodiments, remote sensing and location features can be utilized to implement a runtime system in an automated vehicle, such as an autonomous vehicle. FIG. 25 is a schematic block diagram of an exemplary in-vehicle system for vehicle location confirmation and / or control. The in-vehicle runtime engine (“IVRE”) 2500 and the vehicle decision engine 2510 are calculation and control modules, typically based on microprocessors that are mounted and implemented locally on the vehicle. The local 3D map cache 2530 stores map data associated with an area surrounding the rough location of the vehicle, as determined by the GPS and IMU sensor 2520, and a communication module (eg, may include a cellular data transceiver) It may be updated periodically or continuously from the remote map storage via 2540. The machine vision sensor 2550 may include one or more mechanisms for detecting the local environment closest to the vehicle, such as a LiDAR, a video camera, and / or a radar.

動作中、IVRE2500は、搭載型GPS及びIMUセンサ2520から粗い車両位置を取得することによって車両位置確認を実現する。マシンビジョンセンサ2550は、車両の周囲のローカル環境を示す環境特性を生成し、それは、IVRE2500に渡される。IVRE2500は、マシンビジョンセンサ2550から受信された環境特性を使用してローカル3Dマップキャッシュ2530を照会し、車両のローカル環境において観測された特徴又は物体を、キャッシュ2530内に記憶された3D意味マップ内の既知の位置を有する既知の特徴又は物体に突き合わせる。ローカル特徴又は物体に対する車両の観測された位置を、マップ上のそれらの特徴及び物体の位置と比較することによって、車両の位置は、エラーの余地が潜在的にセンチメートルで測定されるGPSを使用して典型的に可能なものよりも、著しく超えるほどの正確さでもって精緻化され得る。   During operation, the IVRE 2500 achieves vehicle position confirmation by obtaining a coarse vehicle position from the onboard GPS and IMU sensor 2520. Machine vision sensor 2550 generates an environmental characteristic indicative of the local environment around the vehicle, which is passed to IVRE 2500. The IVRE 2500 queries the local 3D map cache 2530 using the environmental characteristics received from the machine vision sensor 2550, and features or objects observed in the vehicle's local environment are stored in the 3D semantic map stored in the cache 2530. Match a known feature or object with a known location. By comparing the observed position of the vehicle relative to local features or objects to the location of those features and objects on the map, the vehicle position uses GPS where the margin of error is potentially measured in centimeters Thus, it can be refined with much greater accuracy than is typically possible.

詳細な車両位置及び他の観測又は計算された情報を利用して、他の機能、例えば、車両制御及び/又はマップ監査などを実現することができる。例えば、マシンビジョンセンサ2550からのデータは、IVRE2500が、車両が走行しているレーンについての中心線を判断するために、本明細書の他の箇所に説明されるように、グラフ及び他のデータ分析機構を使用して分析することができる。IVRE2500はまた、車両のルートに沿う意味(例えば、事象及びトリガなど)を取得するように動作することができる。利用可能な計算リソースを使用して、集中型マップから取得され前に観測された(及び、例えば、ローカル3Dマップキャッシュ2530内に記憶された)資産情報を、マシンビジョンセンサ2550によって捕捉された実時間データから導出された資産情報と比較することによって、集中型マップデータソースを監査することができる。それによって、IVRE2500は、漏れのエラー(すなわち、集中型マップデータから漏れた観測された資産)並びに漏れのエラー(すなわち、マシンビジョンセンサ2550によって観測されない集中型マップデータにおける資産)を識別することができる。かかるエラーは、キャッシュ2530内に記憶され得、その後、通信モジュール2540経由で中央マップリポジトリに通信され得る。   Detailed vehicle position and other observations or calculated information can be utilized to implement other functions, such as vehicle control and / or map auditing. For example, data from machine vision sensor 2550 may include graphs and other data, as described elsewhere in this specification, for IVRE 2500 to determine the centerline for the lane in which the vehicle is traveling. Analysis can be performed using an analysis mechanism. The IVRE 2500 can also operate to obtain meaning (e.g., events and triggers) along the route of the vehicle. Using available computing resources, asset information previously acquired from a centralized map and previously observed (and stored, for example, in the local 3D map cache 2530) is captured by the machine vision sensor 2550. A centralized map data source can be audited by comparing with asset information derived from temporal data. Thereby, IVRE 2500 may identify leakage errors (ie, observed assets that were leaked from centralized map data) as well as leakage errors (ie, assets in centralized map data that are not observed by machine vision sensor 2550). it can. Such errors may be stored in the cache 2530 and then communicated to the central map repository via the communication module 2540.

一部の実施形態では、ローカル車両によるマップデータの監査は、集中型制御サーバが、通信モジュール2540経由で車両と通信することによって開始されてもよい。例えば、時間が経過した場合、マップ区分の最後の監査は閾値を超えるので、集中型制御サーバは、目標領域を通って走行しているローカル車両から監査を要求することができる。別の例では、1つの車両が、集中型マップデータとローカルに観測された状況間の不一致を報告する場合、集中型制御サーバは、不一致のエリア内を動いている1つ以上の他の車両による確認監査を要求してもよい。監査要求は、地理領域及び/又はマッピング層の種々の組み合わせに関連してもよい。   In some embodiments, the map data audit by the local vehicle may be initiated by the centralized control server communicating with the vehicle via the communication module 2540. For example, if time passes, the last audit of the map segment exceeds the threshold, so the centralized control server can request an audit from a local vehicle traveling through the target area. In another example, if one vehicle reports a discrepancy between the centralized map data and the locally observed situation, the centralized control server may have one or more other vehicles moving in the discordant area. Confirmation audits may be required. The audit request may relate to various combinations of geographic areas and / or mapping layers.

一部の実施形態では、車両決断エンジン2510への入力として、情報、例えば、精密な車両位置、資産及び意味、並びにナビゲーション情報などを利用することが望ましいであろう。車両決断エンジン2510は、車両の種々の他のシステム及び機能を制御するように動作することができる。例えば、自律運転実現形態では、車両決断エンジン2510が、車両を操縦して中央レーン位置を維持するために、レーン中心線情報及び精密な車両位置情報を利用してもよい。これらの及び他の車両制御動作は、本明細書に説明されるシステム及びプロセスを使用して有益に実現され得る。   In some embodiments, it may be desirable to utilize information, such as precise vehicle location, assets and meaning, and navigation information, as input to the vehicle decision engine 2510. The vehicle decision engine 2510 can operate to control various other systems and functions of the vehicle. For example, in an autonomous driving implementation, the vehicle decision engine 2510 may use lane centerline information and precise vehicle position information to steer the vehicle and maintain the center lane position. These and other vehicle control operations can be beneficially realized using the systems and processes described herein.

地理空間データを使用する意味マップ生成   Semantic map generation using geospatial data

マップは、物体、それらの場所、及びそれらの特性の集合物である。マップは、各層が同じ種類の物体のグループである複数の層に分割することができる。各物体の場所は、幾何学的属性と共に定義される(例:極の場所は、3次元空間におけるある点とすることができるのに対して、信号は、多角形をその周りに描くことによって位置指定され得る)。マップは、異なる物体及び層間の意味的関連付けも記録されるときに「意味的」になる。例えば、道路上の種々のレーンの中心線から構成されるマップ並びにインフラストラクチャの周りに位置する標識は、種々の標識及び中心線間の関連付けが記録されるときに、意味的にラベル付与される。これは、標識の固有識別子及びその標識が関連するレーンの固有識別子間でマッピングを生成することによって実現することができる。マップの意味付けは、マップを消費する車両又はユーザのためにより多くのコンテキストを生成する。意味マップはまた、種々の輸送当局からの規制情報を用いてパッケージ化され得る。   A map is a collection of objects, their locations, and their properties. The map can be divided into multiple layers, each layer being a group of objects of the same type. The location of each object is defined with geometric attributes (eg, the location of a pole can be a point in 3D space, while the signal is drawn by drawing a polygon around it Can be specified). A map becomes “semantic” when semantic associations between different objects and layers are also recorded. For example, maps composed of the centerlines of various lanes on roads and signs located around the infrastructure are semantically labeled when the associations between the various signs and centerlines are recorded. . This can be achieved by generating a mapping between the unique identifier of the sign and the unique identifier of the lane with which the sign is associated. Map semantics generate more context for the vehicle or user consuming the map. Semantic maps can also be packaged with regulatory information from various transportation authorities.

任意の資産の物理幾何学的形態が、マップにおいて説明され得る。形状を説明するために使用される幾何学的特徴は、点、線、多角形、及び孤形を含む。特徴は、典型的には3次元であるが、それらは、深さ/高度がなくされた2次元空間に投影することができる。一般に、意味マップは、異なる座標及び基準フレームで記録及び供給することができる。また、マップを1つの座標基準フレームから次へと投影することを可能にする変換が存在する。これらのマップは、異なる形式でパッケージ化及び供給することができる。共通形式として、GeoJSON、KML、シェープファイル、及び同様のものが挙げられる。   The physical geometry of any asset can be described in the map. The geometric features used to describe the shape include points, lines, polygons, and arcs. The features are typically three-dimensional, but they can be projected into a two-dimensional space with no depth / elevation. In general, a semantic map can be recorded and supplied with different coordinates and reference frames. There is also a transformation that allows the map to be projected from one coordinate reference frame to the next. These maps can be packaged and supplied in different formats. Common formats include GeoJSON, KML, shapefile, and the like.

一部の実施形態では、意味マップ生成のために使用される地理空間データが、LiDAR、可視スペクトルカメラ、赤外線カメラ、及び他の光学機器に由来する。マップ生成のためのマシンビジョンデータを取得する行為は測量と呼ばれ、このデータは、地球上のある特定の場所にジオリファレンスされる。出力は、可視スペクトル及び他の周波数における画像及びビデオ供給物と共に、3次元の1組のデータ点である。データ収集のための多くの異なるハードウェアプラットホームが存在し得る。収集車両はまた、不定(航空用、移動用、地上用)である。地理空間データは、基準フレームの起源である収集車両を用いて最初に収集される。(例えば、慣性測定ユニット(IMU)及び全地球測位システム(GPS)を使用して)測量全体を通して車両の位置特定をすることによって、画像、レーザスキャン、及びビデオ供給物が、次いで、固定基準フレームに登録され、それは、ジオリファレンスされる。測量において生成されたデータは、後の消費のためにローカルにストリーミング又は保存することができる。   In some embodiments, the geospatial data used for semantic map generation comes from LiDAR, visible spectrum cameras, infrared cameras, and other optical equipment. The act of obtaining machine vision data for map generation is called surveying, and this data is georeferenced to a specific location on the earth. The output is a three-dimensional set of data points along with image and video supplies in the visible spectrum and other frequencies. There can be many different hardware platforms for data collection. The collection vehicle is also undefined (for aviation, for movement, for ground). Geospatial data is first collected using the collection vehicle that is the origin of the reference frame. By locating the vehicle throughout the survey (eg, using an inertial measurement unit (IMU) and a global positioning system (GPS)), the image, laser scan, and video supplies are then And it is georeferenced. Data generated in a survey can be streamed or stored locally for later consumption.

本明細書に説明された車両位置確認及びローカル環境センシングシステムの一部の実施形態は、点群測量データの使用の恩恵を受ける。点群測量データから導出された意味マップは、車両の現在の又は予想されたローカル環境に関する高レベルの詳細及び情報を車両に提供してもよく、それは、例えば、相対的な車両位置確認を援助するために、又は自律型制御意思決定システム(例えば自動制動、操縦、速度制御等)への入力データとして機能するために使用されてもよい。それに加えて又は代えて、車両によって測定される点群データは、前に測定された点群データと比較され、ローカル環境における状況又は変化、例えば、倒木、成長し過ぎた植物、変化した標識、レーン閉鎖、軌道若しくは道路障害物、又は同様のものなどを検出してもよい。環境における検出された変化は、意味マップを更に更新するために使用することができる。   Some embodiments of the vehicle localization and local environment sensing system described herein benefit from the use of point cloud survey data. A semantic map derived from point cloud survey data may provide the vehicle with a high level of detail and information regarding the current or anticipated local environment of the vehicle, which, for example, aids relative vehicle location. Or to serve as input data to an autonomous control decision making system (eg, automatic braking, steering, speed control, etc.). In addition or alternatively, the point cloud data measured by the vehicle is compared to the point cloud data measured previously, and the situation or change in the local environment, e.g. fallen trees, overgrown plants, changed signs, Lane closures, track or road obstacles, or the like may be detected. Detected changes in the environment can be used to further update the semantic map.

しかしながら、点群測量データ詳細のレベルの増加は、かなり大きなデータセットを結果としてもたらすことができ、それは、サービスプロバイダが処理する又は車両が記憶若しくは処理する費用が高くなり得るか、その時間を無駄にし得る。例えば、レール軌道に沿って直線的に走行するLiDARに基づく3D鉄道測量システムは、キロメートル毎のスキャンについて20GB超の地理空間データを生成してもよい。LiDARスキャンによって生成された生の点群データは、典型的には、次いで、追加的な処理を要求して、有用な資産情報を抽出する。   However, an increase in the level of point cloud survey data detail can result in a fairly large data set, which can be expensive to service or process or store or process by the vehicle. Can be. For example, a 3D rail surveying system based on LiDAR that travels linearly along a rail track may generate more than 20 GB of geospatial data for a scan per kilometer. The raw point cloud data generated by the LiDAR scan typically then requires additional processing to extract useful asset information.

3次元意味マップが、3D視覚化ソフトウェアの使用を通して点群データ及び他の地理空間データから伝統的に生成される。図11Aは、点群データから資産情報を抽出するための典型的な先行技術プロセスを例解する。工程S1100では、測量手順が、例えば、LiDAR測量装置などを使用して、点群データセットを生成する。工程S1105では、生の点群データが、視覚化される。典型的に、地理情報システム(GIS)アナリストは、ポイント・アンド・クリック(point and click)法を使用して、データ内の重要な資産を自動的に識別し、注釈付け、及び分類する。GISアナリストのプロセスにおける第1の工程は、テラバイトの点群データをより小さな管理可能な区分に分離することである。これは、現在のパーソナルコンピュータ(メモリ/計算能力)が限られ、テラバイトのLiDARデータを直ちに管理することができないという事実に起因する。   A three-dimensional semantic map is traditionally generated from point cloud data and other geospatial data through the use of 3D visualization software. FIG. 11A illustrates a typical prior art process for extracting asset information from point cloud data. In step S1100, the surveying procedure generates a point cloud data set using, for example, a LiDAR surveying device. In step S1105, raw point cloud data is visualized. Typically, Geographic Information System (GIS) analysts use point and click methods to automatically identify, annotate, and classify important assets in the data. The first step in the GIS analyst process is to separate the terabyte point cloud data into smaller manageable segments. This is due to the fact that current personal computers (memory / computing capabilities) are limited and terabytes of LiDAR data cannot be managed immediately.

その後、GISアナリストは、3D視覚化ソフトウェアを使用して、点群のより小さな区分のそれぞれを横断する。それらが、それらの各区分を通して進む際、GISアナリストは、重要な資産を線引きし、注釈付ける。最終的に、各GISアナリストの注釈付けられた資産を合わせて1つのマップする(工程S1110)。様々なファイル形式及びソフトウェアシステムは、別個のデータセットの併合において更なる困難を生じ得る。   The GIS analyst then traverses each of the smaller sections of the point cloud using 3D visualization software. As they progress through each of their divisions, GIS analysts delineate and annotate important assets. Finally, the annotated assets of each GIS analyst are combined into one map (step S1110). Various file formats and software systems can create additional difficulties in merging separate data sets.

点群データからの値の抽出は、先行技術プロセス及びインフラストラクチャの両方によって制限される。ポイント・アンド・クリック注釈付けは、手動であり、遅く、及びエラーとなる傾向がある。更に、従来のファイルに基づくシステムは、GIS開発業者及び管理者が、増大する点群データセットを効果的に管理することを妨げる。   The extraction of values from point cloud data is limited by both prior art processes and infrastructure. Point-and-click annotation is manual, tends to be slow and error-prone. In addition, conventional file-based systems prevent GIS developers and administrators from effectively managing the growing point cloud data set.

図11Bは、生の点群データから資産情報を抽出するための代替のアプローチを例解する。工程S1150では、測量が、生の点群データを生成するために行われる。工程S1155では、資産マップが、大量の複雑なデータセットの視覚化、又はそのデータの手動注釈付けを要求せずに、生の点群データから直接的に生成される。   FIG. 11B illustrates an alternative approach for extracting asset information from raw point cloud data. In step S1150, surveying is performed to generate raw point cloud data. In step S1155, an asset map is generated directly from raw point cloud data without requiring visualization of a large complex data set or manual annotation of the data.

図12は、大量の点群データセットから資産情報を迅速かつ効果的に抽出するための計算装置を例解する。図13は、図12の装置を使用するためのプロセスを例解する。好ましくは、図12の装置内の構成要素が、1つ以上のサーバを含み得るインターネットに接続されたクラウドコンピューティングリソースを使用して実装される。フロントエンド構成要素1200は、データアップロードツール1205、構成ツール1210、及びマップ取り出しツール1215を含む。フロントエンド構成要素1200は、エンドユーザが計算装置と相互作用して制御するための機構を提供する。   FIG. 12 illustrates a computing device for quickly and effectively extracting asset information from a large number of point cloud data sets. FIG. 13 illustrates a process for using the apparatus of FIG. Preferably, the components in the apparatus of FIG. 12 are implemented using internet-connected cloud computing resources that may include one or more servers. The front end component 1200 includes a data upload tool 1205, a configuration tool 1210, and a map retrieval tool 1215. The front end component 1200 provides a mechanism for the end user to interact with and control the computing device.

データアップロードツール1205を使用して、ユーザは、LiDAR及び他の測量データをローカルデータ記憶デバイスからデータ記憶構成要素1220にアップロードすることができる(工程(S1300)。データ記憶構成要素1220は、分散ファイルシステム(例えば、Hadoop分散ファイルシステムなど)又はデータを記憶するための他の機構を実装してもよい。構成ツール1210は、ユーザのネットワークに接続された計算デバイス(図示せず)経由でアクセスすることができ、ユーザが、アップロードされたデータの形式のみならず他の測量詳細を定義すること、並びに資産を指定して検索及び注釈突けることを可能にする(工程S1305)。ユーザが構成ツール1210と相互作用して所望の資産を選択した後、ユーザは、出力マップ形式を構成するための種々の選択肢を提供される。好ましくは、構成ツール1210は、次いで、構成しているユーザから所望のターンアラウンドタイムを要請し、ユーザに分析のための見積り費用を提示する(工程S1310)。費用見積りは、例えば、分析されるべきアップロードされたデータセットのサイズ、選択された資産の数(及び複雑度)、出力形式、及び選択されたターンアラウンドタイムに基づいて判断される。最終的に、構成が完了すると、ユーザは、構成ツール1210と相互作用して、分析ジョブを開始する(工程S1315)。   Using the data upload tool 1205, the user can upload LiDAR and other survey data from the local data storage device to the data storage component 1220 (step (S1300). The data storage component 1220 is a distributed file. A system (eg, a Hadoop distributed file system) or other mechanism for storing data may be implemented, and the configuration tool 1210 is accessed via a computing device (not shown) connected to the user's network. And allows the user to define other survey details as well as the format of the uploaded data, and to search and annotate by specifying assets (step S1305). After interacting with 1210 and selecting the desired asset, The user is provided with various options for configuring the output map format, preferably the configuration tool 1210 then requests the desired turnaround time from the configuring user and asks the user for analysis. (Step S1310) The cost estimate includes, for example, the size of the uploaded data set to be analyzed, the number of selected assets (and complexity), the output format, and the selected turnaround. Finally, when the configuration is complete, the user interacts with the configuration tool 1210 to start an analysis job (step S1315).

フロントエンド1200を通してアップロードされた地理空間データは、データベース収集において追跡される。このデータは、カテゴリ、地理エリア、及び他の特性によって編成される。データが、実行の種々のステージを通して進化する際、関連するデータベース入力が更新される。   Geospatial data uploaded through the front end 1200 is tracked in the database collection. This data is organized by category, geographic area, and other characteristics. As data evolves through the various stages of execution, the associated database entries are updated.

フロントエンドツールを通してアップロードされた点群データが、安全な及び複製される手法で記憶される。取り出しを単純化するために、データが、デカルト座標系における異なるサイズのタイルにタイル表示される。タイル自体は、2次元に限定され、それに応じて名前空間を付与される。好ましくは、タイルが、高度の限定がない(すなわち、利用可能な地理空間データの範囲のみに限定される)及び長方形断面を有するカラム状エリアを定義するように、タイルは、X及びY次元に限定され、地球の重力の方向に垂直又は平行であるZ次元に限定されない。例示的な実現形態では、(水平面における)辺が1000mであるタイルを利用することができる。タイルを表わすファイルが、次いで、タイルによって区切られた特定の地理エリアに属する点の全てを保持し、他を保持しない。一定の実施形態では、木構造(例えば、4分木及び8分木など)が、データについての横断様式に従って実装される。   Point cloud data uploaded through the front-end tool is stored in a secure and replicated manner. To simplify retrieval, data is tiled into different sized tiles in a Cartesian coordinate system. The tile itself is limited to two dimensions and is given a namespace accordingly. Preferably, the tiles are in the X and Y dimensions so that the tiles define a columnar area with a rectangular cross-section that is not highly limited (ie limited to only a range of available geospatial data). It is limited and not limited to the Z dimension that is perpendicular or parallel to the direction of Earth's gravity. In an exemplary implementation, tiles with sides of 1000 m (in the horizontal plane) can be utilized. The file representing the tile then keeps all of the points belonging to a particular geographic area delimited by the tiles and not others. In certain embodiments, tree structures (eg, quadtrees and octrees, etc.) are implemented according to a traversal style for the data.

地理空間データから意味マップを自動的に抽出するためのデータの処理は、計算クラスター上で行われ、処理ユニット1240(以下に図16を更に参照して説明される実施形態)内で実現される。これらは、ネットワークアクセス可能な記憶ユニット1220を通して点群及び他のデータにアクセスすることができる。中間結果のみならず最終結果も同様に記憶される。   The processing of the data for automatically extracting the semantic map from the geospatial data takes place on the computational cluster and is implemented in the processing unit 1240 (embodiment described further below with reference to FIG. 16). . They can access point clouds and other data through a network accessible storage unit 1220. Not only the intermediate results but also the final results are stored in the same way.

図14は、分析ジョブの開始後に、図12の装置によって行われ得るプロセスを例解する。データ処理を単純化するために、及びMapReduceデータ分析フレームワークの実装を可能にするために、点群データは、データ記憶/事前処理構成要素1220によってチャンクに細分化される(工程S1400)。これらのチャンクは、例えば、所望の処理方法、利用可能なメモリ、及び他の実行時間の考慮すべき事柄について最適化するために潜在的に選択される、タイルのサブセット又はそれらの組み合わせとすることができる。計算クラスターにおける(すなわち、処理ユニット1240内の)個別のノードが、次いで、所与のデータチャンク、すなわち、選択されたサブセット又はタイルの組み合わせと関連付けられた地理空間及び他のデータを処理することができる。   FIG. 14 illustrates a process that can be performed by the apparatus of FIG. 12 after the start of an analysis job. To simplify data processing and to allow implementation of the MapReduce data analysis framework, point cloud data is broken up into chunks by data storage / preprocessing component 1220 (step S1400). These chunks may be, for example, a subset of tiles or a combination of them that are potentially selected to optimize for the desired processing method, available memory, and other execution time considerations. Can do. Individual nodes in the computing cluster (ie, within processing unit 1240) may then process the given data chunk, ie, the geospatial and other data associated with the selected subset or tile combination. it can.

点群の密度は、同じ計算ノード内で処理するためのタイルの数(又は、タイルサブセットのサイズ)を判断するのに重要な因子であり得る。例示的な実施形態では、図15は、(対角線によって表わされた)内側の点の数に対するタイルのサイズ、並びに2km区分の線路に沿って測定されたLiDAR点群データを含む例示的なデータセットについてのタイルサイズの分布を例解する(各タイルは対角線を横切るハッチによって表わされる)。データ記憶及び事前処理構成要素1220は、分析性能を最適化するために、処理ユニット1240へのデータ供給の前に、タイル集約、及び/又は細分化を行う。   Point cloud density can be an important factor in determining the number of tiles (or size of tile subsets) to process within the same compute node. In an exemplary embodiment, FIG. 15 illustrates exemplary data including tile size versus number of inner points (represented by diagonal lines), and LiDAR point cloud data measured along a 2 km section of the line. Illustrate the distribution of tile sizes for the set (each tile is represented by a hatch across the diagonal). Data storage and preprocessing component 1220 performs tile aggregation and / or fragmentation prior to supplying data to processing unit 1240 to optimize analysis performance.

タイル集約の利益を考えると、上記に説明されたように、点群密度が低減したことは、処理時間の削減を結果としてもたらし得る。しかしながら、低密度は、一般に、特徴検出プロセスをより困難にさせ、より高い率の誤陽性を結果としてもたらし得る。点群データが豊富になるほど、検出プロセスがより正確になる。   Considering the benefits of tile aggregation, as explained above, the reduced point cloud density can result in reduced processing time. However, low density generally makes the feature detection process more difficult and can result in a higher rate of false positives. The richer the point cloud data, the more accurate the detection process.

一旦、処理が開始されると、ジョブスケジューラ1225が、工程S1305及びS1310において構成されるような、ジョブに関するタスクを含むキューを生成する。ジョブスケジューラ1225は、(典型的には、種々の異なるデータ分析アルゴリズムを実装する)分析機構1250のうちの1つ以上をタスクと関連付け(工程S1405)、処理ユニット1240内にマシンのクラスターを生成してデータを処理する(工程S1410)。単一ノードが既知の平均サイズ(例えば250MB)のタイル集約に必要なデータ分析機構(複数可)1250を実装するための前に測定された平均時間を考えると、クラスターのサイズ(すなわち、計算ノードの数)は、工程S1310において要求されたターンアラウンドタイムを満たすように決定してもよい。例えば、処理のために提示されるサンプルデータセットを考えると、コアが8個のデスクトップコンピュータ上で約240時間の計算時間がかかることが見積もられる。データ分析機構1250は、好ましくは、同時に実行するように設計されるので、ジョブスケジューラ1225は、それぞれ4個のコアを有する20個のマシンのクラスターを開始することができ、代わりに約24時間、同じデータセットを処理することができる。   Once the process is started, the job scheduler 1225 generates a queue that includes tasks related to the job as configured in steps S1305 and S1310. The job scheduler 1225 associates one or more of the analysis mechanisms 1250 (typically implementing a variety of different data analysis algorithms) with the task (step S1405) and creates a cluster of machines within the processing unit 1240. The data is processed (step S1410). Given the average time taken before a single node implements the data analysis mechanism (s) 1250 required for tile aggregation of a known average size (eg, 250 MB), the size of the cluster (ie, compute node May be determined so as to satisfy the turnaround time requested in step S1310. For example, considering a sample data set presented for processing, it is estimated that it takes approximately 240 hours of computation time on a desktop computer with 8 cores. Since the data analysis mechanism 1250 is preferably designed to run simultaneously, the job scheduler 1225 can start a cluster of 20 machines each having 4 cores, instead of about 24 hours, The same data set can be processed.

処理ユニット1240は、計算クラスターの集合物から成る。クラスターのサイズは、ジョブの数に依存する。図16は、例示的な計算クラスターを例解する。各クラスターは、クラスターを管理する責任を負うマスターインスタンス1605、データ記憶システム1220内にもデータを記憶する一定数の主計算ノード1610、及び可変数の「スポット」インスタンス1620を含む。一部の実施形態では、データの全体を処理すること及びターンアラウンドタイム要求を満たすことができるように主インスタンス1610をサイズ変更することが望ましい可能性があり、スポットインスタンス1620は、例えば、それらの費用及び/又はジョブ時間制約に基づいて作動される。他の実施形態では、完全にスポットインスタンスから成る又は完全に主ノードから成る計算クラスターが利用されてもよい。   The processing unit 1240 consists of a collection of computational clusters. The size of the cluster depends on the number of jobs. FIG. 16 illustrates an exemplary computational cluster. Each cluster includes a master instance 1605 responsible for managing the cluster, a fixed number of main compute nodes 1610 that also store data within the data storage system 1220, and a variable number of “spot” instances 1620. In some embodiments, it may be desirable to resize the primary instance 1610 so that it can process the entire data and meet turnaround time requirements, for example, Operates based on cost and / or job time constraints. In other embodiments, a computational cluster consisting entirely of spot instances or consisting entirely of primary nodes may be utilized.

一旦、適切に構成された計算クラスターが生成されると、データ記憶及びプレプロセッサ構成要素1220は、データチャンクのストリーム(例えば、所望のデータサブセットサイズを満足するタイルの集約)を処理ユニット1240へと導く(工程S1415)。処理ユニット1240内の主ノード及びスポットインスタンスは、適切なデータ分析機構1250を実行して、例えば、3D点群タイルから資産又は特徴情報を抽出する。   Once a properly configured compute cluster is generated, the data storage and preprocessor component 1220 may pass a stream of data chunks (eg, an aggregation of tiles that satisfy the desired data subset size) to the processing unit 1240. Guide (step S1415). The main node and spot instance in the processing unit 1240 execute an appropriate data analysis mechanism 1250 to extract asset or feature information from, for example, a 3D point cloud tile.

一旦、データセットが処理ユニット1240によって処理され、所望の情報が抽出されると、マップ生成器1230がトリガされる。マップ生成器1230は、処理ユニット1240内のノードの出力を合わせて意味マップにする(工程S1420)。報告分析は、照会を実行することによって意味マップから導出して、特定の資産及びそれらの組み合わせを分析することができる。   Once the data set is processed by the processing unit 1240 and the desired information is extracted, the map generator 1230 is triggered. The map generator 1230 combines the outputs of the nodes in the processing unit 1240 into a semantic map (step S1420). Report analysis can be derived from a semantic map by performing a query to analyze specific assets and combinations thereof.

マップ生成器1230はまた、経時的に注釈付けられたデータセットの完全性を検証するように動作する注釈完全性検証器を含んでもよい。一部の適用では、場所が、異なる時間に繰り返し測量されてもよい。例えば、線路適用では、LiDAR又は他の線路測量車両を装備した列車が、線路の同じ長さを定期的に測量して、例えば、軌道に沿う資産の健全性又は現状を監視してもよい。一部の道路適用では、LiDARを装備した測量車両が、異なる時間において道の所与の部分に沿って走行してもよい。他の道路適用では、LiDARを装備した自動車、例えば、自律運転車などによって捕捉されるデータが、規則的に分析されてもよく、所与の場所におけるローカル環境の潜在的に頻繁な分析を提供する。新たなマップが所与のエリアに関してマップ生成器1230によって生成されるたびに、資産又はローカル特徴情報が、古いマップ内に含まれるそのような情報と比較され得る。警報、通知、又は事象は、不一致が検出されるときにトリガすることができる。   Map generator 1230 may also include an annotation integrity verifier that operates to verify the integrity of the annotated data set over time. In some applications, the location may be surveyed repeatedly at different times. For example, in track applications, a train equipped with LiDAR or other track surveying vehicles may regularly survey the same length of track to monitor, for example, the health or current status of assets along the track. In some road applications, a survey vehicle equipped with LiDAR may travel along a given part of the road at different times. In other road applications, data captured by LiDAR equipped vehicles, such as autonomous vehicles, may be regularly analyzed, providing a potentially frequent analysis of the local environment at a given location. To do. Each time a new map is generated by the map generator 1230 for a given area, asset or local feature information may be compared with such information contained within the old map. An alert, notification, or event can be triggered when a discrepancy is detected.

マップ生成器1230の出力は、フロントエンド1200及びマップ取り出しツール1215経由で、最終的にユーザに利用可能になる(工程S1425)。一旦、ジョブが完了し、マップが生成されると、(タスク及びジョブの現状を監視する)スケジューラ1225は、エンドユーザのための通知を生成する。   The output of the map generator 1230 is finally made available to the user via the front end 1200 and the map retrieval tool 1215 (step S1425). Once the job is complete and the map is generated, the scheduler 1225 (which monitors the current status of tasks and jobs) generates a notification for the end user.

(種々の資産の場所、幾何学的形態、及び特徴のみを含む)特徴マップ、並びに意味マップはまた、遠隔からアクセス可能なジオデータベース内に記憶することができる。マップデータは、直接的に又はサーバを通して取り出され、結果の照会及び収集を容易にすることができる。マップは、それらの全体において又は任意の特定のエリアを選択することによって取り出すことができる。   Feature maps (including only various asset locations, geometries, and features), as well as semantic maps, can also be stored in a remotely accessible geodatabase. Map data can be retrieved directly or through a server to facilitate querying and collection of results. Maps can be retrieved in their entirety or by selecting any particular area.

セキュリティ、圧縮、及び完全性   Security, compression, and integrity

データ及びマップのセキュリティが、多くの実施形態の重要な態様であり得る。好ましくは、データアップロード工程S1300は、ユーザデータソースからクラウドコンピューティングプラットホームへのエンドツーエンド暗号化(例えば、AES暗号化など)を採用する。かかる暗号化はまた、ユーザのシステム及びフロントエンド1200間の通信のために利用されてもよい。   Data and map security can be an important aspect of many embodiments. Preferably, the data upload step S1300 employs end-to-end encryption (eg, AES encryption, etc.) from the user data source to the cloud computing platform. Such encryption may also be utilized for communication between the user's system and the front end 1200.

一部の実施形態では、生の点群データをデータ記憶構成要素1220内に圧縮形式で記憶することが望ましい可能性がある。例えば、4個の中央処理ユニット(CPU)コア毎につき1テラバイトの記憶装置を有する例示的な分散型計算クラスターは、3D点群データをその生の形態で記憶し、より遅い処理時間に導く可能性がある。なぜなら、記憶インフラストラクチャは、入出力を制約する一方で、CPUコアは、アイドル状態に置かれることが多いからである。これは、CPUが、データを処理する前に、データが記憶装置から読み取られることを実質的に待つことを意味する。生の点群データを記憶する前に圧縮することは、システムが、データの読み取り及びディスクへの書き込みに費やす時間を減らすことを可能にする。したがって、データ記憶構成要素1220は、記憶の前に点群データを圧縮するための圧縮機構を含んでもよい。   In some embodiments, it may be desirable to store raw point cloud data in a compressed format within the data storage component 1220. For example, an exemplary distributed computing cluster with 1 terabyte of storage for every 4 central processing unit (CPU) cores can store 3D point cloud data in its raw form, leading to slower processing times There is sex. This is because the storage infrastructure constrains I / O while the CPU core is often placed in an idle state. This means that the CPU substantially waits for the data to be read from the storage device before processing the data. Compressing raw point cloud data before storing allows the system to reduce the time spent reading data and writing to disk. Accordingly, the data storage component 1220 may include a compression mechanism for compressing point cloud data prior to storage.

しかしながら、圧縮された生の点群データを記憶することによって、処理時間が増える。なぜなら、データは、データ分析機構1250を適用する前に展開機構によって展開される必要があるからである。典型的には、圧縮されたデータの圧縮比と、データを圧縮及び展開するのに必要な処理時間との間に明確な関係が存在する。したがって、一部の実施形態では、CPU時間を絶えず測定してデータ圧縮比を調整し、データが記憶構成要素1220から読み取られ得る率と、そのデータが処理ユニット1240によって展開及び処理され得る率とのバランスをできる限り近くに取ることが望ましい可能性がある。   However, storing the compressed raw point cloud data increases processing time. This is because the data needs to be developed by the deployment mechanism before applying the data analysis mechanism 1250. There is typically a clear relationship between the compression ratio of the compressed data and the processing time required to compress and decompress the data. Thus, in some embodiments, the CPU time is continually measured to adjust the data compression ratio, the rate at which data can be read from the storage component 1220, and the rate at which the data can be expanded and processed by the processing unit 1240. It may be desirable to balance as close as possible.

多くの無損失データ圧縮機構が、本明細書に説明されるように、大量の点群データセットを取扱うために利用されてもよい。例として、LempelZivOberhumer(LZO)、(同様にLempelZiv法に基づく)GZIP、及び(Rapidlasso GmbHによってリリースされ、LAZとして以後呼ばれる)LASzipが挙げられる。図17、18、及び19は、これらの3個の圧縮機構の比較分析を示す。圧縮の観点では、LAZ法は、全ての圧縮レベルにわたってある程度のCPU時間を生じる(圧縮レベルが高くなるにつれて、圧縮される出力ファイルが小さくなる)。この方法は、LZO及びGZIPと比較すると、より小さなファイルサイズを結果としてもたらすので、非常に魅力的である。しかしながら、LZO及びGZIPは、展開のために最適化され、したがって、展開に要求されるCPU時間の観点では、LAZに優る代替物を与える。一部の実施形態では、データ処理の速度を上げることと同時に、データセットの性質及び利用可能な計算インフラストラクチャの(例えば、費用及び利用可能性など)の特性に基づいて、異なる特性を有する複数の機構の中から圧縮機構を選択することによって記憶要件を最小限にすることが望ましい可能性がある。   Many lossless data compression mechanisms may be utilized to handle large numbers of point cloud data sets, as described herein. Examples include LempelZivOberhumer (LZO), GZIP (also based on LempelZiv method), and LASzip (released by Rapidlasso GmbH, hereinafter referred to as LAZ). Figures 17, 18 and 19 show a comparative analysis of these three compression mechanisms. From a compression perspective, the LAZ method results in some CPU time across all compression levels (the higher the compression level, the smaller the output file that is compressed). This method is very attractive as it results in a smaller file size compared to LZO and GZIP. However, LZO and GZIP are optimized for deployment and thus provide an alternative to LAZ in terms of CPU time required for deployment. In some embodiments, a plurality of having different characteristics based on the nature of the data set and the characteristics of the available computing infrastructure (eg, cost and availability) while increasing the speed of data processing. It may be desirable to minimize storage requirements by selecting a compression mechanism from among these mechanisms.

マシンビジョン分析機構   Machine vision analysis mechanism

データ分析機構1250は、典型的には、点群データから抽出されることを望まれる情報の性質に基づいて選択される。非常に低い誤陽性率で機構1250を設計することと同時に、許容可能な検出率を維持することが望ましいであろう。生成されたマップに信用を加えるために、一部の適用では、結果のサブセットが、元の点群及び生の画像化データを点検することによって手動で検証されてもよい。   The data analysis mechanism 1250 is typically selected based on the nature of the information desired to be extracted from the point cloud data. It would be desirable to maintain an acceptable detection rate while designing the mechanism 1250 with a very low false positive rate. To add confidence to the generated map, in some applications, a subset of the results may be verified manually by inspecting the original point cloud and raw imaging data.

軌道検出及び横断   Trajectory detection and traversal

線路点群測量データを処理する実施形態では、軌道検出が、重要な最初の工程であり得る。軌道検出は、重要であり得る。なぜなら、規則は、軌道に対して各資産について特定の場所を割り当てることが多いので、軌道位置の知識は、資産の識別を容易にするからである。   In embodiments that process track point cloud survey data, trajectory detection may be an important first step. Orbit detection can be important. This is because knowledge of trajectory position facilitates asset identification because rules often assign a specific location for each asset to the trajectory.

図20は、例えば、図14の工程S1415において、処理ユニット1240によって実現され得る軌道検出及び横断のためのプロセスを例解する。工程S2000では、100m×100m区分の点群データが、分析のために識別される。工程S2010では、10,000m点群区分の幾何学的形態が分析されて、軌道と関連付けられる点のサブセットを抽出する。多くの技法を採用して、所望の結果を実現することができる。一部の実施形態では、同様のデータセットから前に分類された軌道を研究して、それらの軌道の近くにおけるデータの特性を識別することができ、それらの特性は、新たに分析されたデータにおける軌道場所の目印として機能する。他の技法は、(例えば、高度又はパルス強度に基づく)2次元空間における点の投影と、軌道に属する領域を切り離すための縁端検出機構及び変換の利用と、を含む。例示的な使用の場合において、工程S2000における10,000mの点群区分は、約1GBのデータから成ってもよく、一方で、工程S2010において抽出される軌道サブセット出力は、約1MBのデータから成ってもよい。 FIG. 20 illustrates a process for trajectory detection and traversal that may be implemented by the processing unit 1240, for example, in step S1415 of FIG. In step S2000, point cloud data of 100 m × 100 m section is identified for analysis. In step S2010, the 10,000 m 2 point cloud segment geometry is analyzed to extract a subset of points associated with the trajectory. Many techniques can be employed to achieve the desired result. In some embodiments, previously classified trajectories can be studied from similar data sets to identify the characteristics of the data near those trajectories, and these characteristics can be derived from newly analyzed data. It serves as a mark of the orbital location in Other techniques include the projection of points in two-dimensional space (eg, based on altitude or pulse intensity) and the use of edge detection mechanisms and transformations to separate regions belonging to the trajectory. In an exemplary use case, the 10,000 m 2 point cloud segment in step S2000 may consist of about 1 GB of data, while the trajectory subset output extracted in step S2010 is from about 1 MB of data. It may be made.

図21は、工程S2000の10,000m2の点群区分入力及び工程S2010において抽出されたレールデータ出力の視覚化である。線2100は、点群において認識できる軌道を表わす。線2110は、LiDARデータ収集プロセスの間に不明瞭にされた軌道であって、位置が見積もられた軌道を表わす。これは、典型的には、任意の物体が測定機器の直接見通し線から隠されるときに生じるプロセスである、シャドーイングの結果である。ドット2120は、LiDAR三脚システムの問題のある位置決めに対応し、それは、一部の軌道区分が妨害されることを結果としてもたらす。認識できない軌道の場所は、インフラストラクチャの既知の空間的連続特性(例えば、他の観測された要素に対する間隔など)を利用することによって推論することができる(工程S2020)。   FIG. 21 is a visualization of the point group segment input of 10,000 m 2 in step S2000 and the rail data output extracted in step S2010. Line 2100 represents a trajectory that can be recognized in the point cloud. Line 2110 represents a trajectory that has been obscured during the LiDAR data collection process and whose position has been estimated. This is the result of shadowing, a process that typically occurs when any object is hidden from the direct line of sight of the measuring instrument. Dot 2120 corresponds to the problematic positioning of the LiDAR tripod system, which results in some trajectory segments being disturbed. The location of the unrecognizable trajectory can be inferred by utilizing the known spatial continuity characteristics of the infrastructure (eg, spacing relative to other observed elements) (step S2020).

地理空間データは、資産抽出の間に活用され得る多くの次元を提示する。画像、赤外線、ビデオ供給物、及び/又は多重スペクトルセンサを組み合わせて、検出の信用及び正確さを高めることができる。大部分のLiDARシステムは、各点についての強度測定を含む。軌道検出率の向上のために、軌道内及び軌道外の両方の点の強度を分析することによって、分類機構及びフィルタをシステムに追加することができる。図22は、例示的な軌道検出実現形態における点群強度レベルのヒストグラムである。図22aは、全体として、点群データの分析群における、それぞれの測定された強度レベルの量を例解する。図22bは、軌道に対応するとして識別された点群内の点についての、同じヒストグラムを例解する。単純な帯域通過フィルタが、一部の場合において、レールに属する点のための検索空間を更に狭めるために効果的であり得る。他の分類方法もまた、利用することができる。   Geospatial data presents many dimensions that can be exploited during asset extraction. Image, infrared, video feeds, and / or multispectral sensors can be combined to increase detection confidence and accuracy. Most LiDAR systems include intensity measurements for each point. Classification mechanisms and filters can be added to the system by analyzing the intensity of both in-orbit and off-orbit points for improved trajectory detection rates. FIG. 22 is a histogram of point cloud intensity levels in an exemplary trajectory detection implementation. FIG. 22a generally illustrates the amount of each measured intensity level in the analysis group of point cloud data. FIG. 22b illustrates the same histogram for points in the point cloud identified as corresponding to the trajectory. A simple bandpass filter may be effective in some cases to further narrow the search space for points belonging to the rail. Other classification methods can also be utilized.

図23は、軌道検出機構及び他の資産検出機構を含む実現形態の出力の一部の視覚化である。軌道検出機構の動作を通して、軌道区分2300が最初に識別され、次いで、各軌道について中心線マーカ2310が確立される。一旦、軌道及び軌道中心線が識別されると、後続の分析構成要素が、点群データ内で軌道を横断することができ、一方で、中心線における各点の周りの高解像度点群データの360度のビューを享受する。   FIG. 23 is a visualization of a portion of an implementation output that includes a trajectory detection mechanism and other asset detection mechanisms. Through operation of the trajectory detection mechanism, trajectory segment 2300 is first identified and then a centerline marker 2310 is established for each trajectory. Once the trajectory and trajectory centerline are identified, subsequent analysis components can traverse the trajectory in the point cloud data, while the high-resolution point cloud data around each point in the centerline. Enjoy 360 degree view.

他の分析機構は、意味マップ内の包含のために他の資産又は特徴を識別して位置特定する。例えば、架空ワイヤ検出機構が、架空ワイヤを識別して位置特定し、架空ワイヤ中心線目印2320でそれらを区切る。極検出機構は、線路わきの極を識別して位置特定し、目印2330を用いてそれらを位置付ける。これらの及び他の特徴が、本明細書に説明されたシステム及び方法を通して生成された意味マップ出力に含まれてもよい。   Other analysis mechanisms identify and locate other assets or features for inclusion in the semantic map. For example, the aerial wire detection mechanism identifies and locates the aerial wires and delimits them with aerial wire centerline mark 2320. The pole detection mechanism identifies and locates the poles beside the line and positions them using landmarks 2330. These and other features may be included in the semantic map output generated through the systems and methods described herein.

一部の実施形態では、分析機構を連続的に適用してもよく、1つの機構の出力が、別の機構への入力として機能する。例えば、線路適用では、ローカル環境の資産及び要素が、規則的に、交換され、追加され、除去され、又は移される。軌道上及び周りの間隙を規則的に検査して、安全な動作を確保することと、列車が任意の障害物と接触しないこととが望ましい可能性がある。かかる適用では、軌道検出機構、例えば、上記で説明されたものなどが、一連の分析機構の一部として実装されてもよい。軌道中心線を含む軌道検出機構の出力は、その後、軌道間隙検査機構への入力として使用してもよい。境界枠が、軌道中心線に関して定義され、その境界内に侵入する任意の物体が報告される。境界枠の寸法は、種々の標準に適合するように修正することができる。   In some embodiments, the analysis mechanism may be applied continuously, and the output of one mechanism serves as an input to another mechanism. For example, in track applications, local environment assets and elements are regularly exchanged, added, removed, or moved. It may be desirable to regularly inspect gaps on and around the track to ensure safe operation and to ensure that the train does not come into contact with any obstacles. In such applications, trajectory detection mechanisms, such as those described above, may be implemented as part of a series of analysis mechanisms. The output of the trajectory detection mechanism including the trajectory centerline may then be used as an input to the trajectory gap inspection mechanism. A boundary frame is defined with respect to the trajectory centerline, and any object that enters within the boundary is reported. The dimensions of the border frame can be modified to meet various standards.

標識、信号、転轍機、路傍ユニット、及び同様のものの場所の判断はまた、検出フレームワークを使用して可能になる。一旦、位置確認されると、これらの資産の分類は、製造業者の仕様書又は他の物体定義に従って、各資産の幾何学的特徴を考えて可能になる。   The determination of the location of signs, signals, switches, roadside units, and the like is also possible using the detection framework. Once located, classification of these assets is possible given the geometric characteristics of each asset, according to the manufacturer's specifications or other object definitions.

線路適用において有益に採用され得る別の分析機構は、架空線点検である。架空ワイヤは、点群データ内で識別することができる。軌道と比較してワイヤの高度が査定される。曲がった線を有するエリアが報告される。極場所情報を使用することによって、ワイヤのカテナリ形状もまた、査定することができる。   Another analysis mechanism that can be beneficially employed in track applications is overhead wire inspection. The fictitious wire can be identified in the point cloud data. The altitude of the wire is assessed relative to the track. Areas with curved lines are reported. By using the pole location information, the catenary shape of the wire can also be assessed.

一定の分析構成要素は、線路軌道検出の状況において説明されるが、同様の分析機構及び方法を利用して、他の適用において潜在的に他の種類の資産を識別してもよいことが考えられ、理解される。例えば、本明細書に説明される軌道検出機構に似た機構が、レーンマーキング及び/又は縁石を識別するために道路状況において有用であり得る。   Although certain analysis components are described in the context of track trajectory detection, it is contemplated that similar analysis mechanisms and methods may be used to potentially identify other types of assets in other applications. And understood. For example, a mechanism similar to the trajectory detection mechanism described herein may be useful in road conditions to identify lane markings and / or curbs.

コンピューティングパラダイム   Computing paradigm

マップの自動化抽出は、計算ブロックを(「グラフ」として以後呼ばれる)合わせて有向非循環グラフにすることによって実現され得る。これらのグラフに含まれるブロックは、単純な平均化及び閾値処理から変換、フィルタ、分解等に及ぶ、可変複雑度を有する。グラフの1つのステージの出力は、任意の他の後続のステージに供給することができる。ステージは、順々に動く必要はないが、ステージ毎の十分な情報を想定して、並列化することができる。特徴マップを生成するとき、グラフは、一般的に、同じカテゴリに属する点群内の点を分類するために、又はベクトル化するために使用される。ベクトル化は、それらの中心、境界、場所等の範囲を定める1組の点を通過する(多くの場合、仮想)線又は多角形の生成のことを言う。そのように、計算グラフは、分類子、クラスター化方法、経路指定フィッティング、ニューラルネットワーク、及び同様のものを実装するために使用することができる。回転及び投影がまた、多くの場合、マシンビジョン処理技法と関連して使用される。   Automated extraction of maps can be accomplished by combining computational blocks (hereinafter referred to as “graphs”) into a directed acyclic graph. The blocks included in these graphs have variable complexity ranging from simple averaging and thresholding to transformations, filters, decompositions and the like. The output of one stage of the graph can be fed to any other subsequent stage. The stages do not need to move in sequence, but can be parallelized assuming sufficient information for each stage. When generating a feature map, the graph is generally used to classify or vectorize points within a point cloud that belong to the same category. Vectorization refers to the generation of a line or polygon (often virtual) that passes through a set of points that delimit their centers, boundaries, locations, etc. As such, computational graphs can be used to implement classifiers, clustering methods, routing fittings, neural networks, and the like. Rotation and projection are also often used in conjunction with machine vision processing techniques.

分散型コンピューティングを最大限活用するために、地理空間データからの意味マップの生成を並列化してもよい。実装され得る多くのレベルの並列化が存在する。最高レベルにおいて、測量データを規則的な形状の任意の領域に分割することができ、それらは、異なるマシン及びCPUプロセスにストリーミングされる。図14のプロセスと同様に、一旦、全てのプロセスが終了すると、各エリアに由来する結果は、次いで、「削減」工程に併合される必要がある。境界条件が生じるので、プロセスの終了において切り捨てられる余分なデータを用いて任意の領域を埋め込むことは、通常、縁端の近くの奇形を取り除く。任意の領域のサイズ、並びに埋め込み厚さは、資産又は特徴のグラフ抽出によって判断される。   In order to make the best use of distributed computing, semantic map generation from geospatial data may be parallelized. There are many levels of parallelism that can be implemented. At the highest level, survey data can be divided into arbitrary regions of regular shape, which are streamed to different machines and CPU processes. Similar to the process of FIG. 14, once all processes are complete, the results from each area must then be merged into a “reduction” step. Since boundary conditions arise, embedding an arbitrary region with extra data that is truncated at the end of the process typically removes malformations near the edges. The size of any region, as well as the embedding thickness, is determined by asset or feature graph extraction.

別のレベルにおいて、処理が事前に抽出されたベクトルに沿って行われるときに並列操作を行うことができる。例えば、鉄道軌道の近傍における標識を検索するとき、データは、前に抽出された軌道中心線に沿ってウェイポイントの周りの領域の抽出によって横断され得る。次いで、複数のプロセスを軌道の異なるウェイポイントに沿って並列に処理することができる。   At another level, parallel operations can be performed when processing is performed along pre-extracted vectors. For example, when searching for signs in the vicinity of a railway track, the data can be traversed by extracting regions around the waypoints along the previously extracted track centerline. Multiple processes can then be processed in parallel along different waypoints in the trajectory.

最終的に、特定の領域を分析するとき、各点を個別に考慮することができる。この横断方法では、その点を取り囲むボクセルが、通常、抽出されて、分析される。このプロセスはまた、ある点の動作の結果が任意の他の点の動作に影響を及ぼさない場合において、並列にさせることができる。   Finally, each point can be considered individually when analyzing a particular area. In this traversal method, the voxels surrounding the point are usually extracted and analyzed. This process can also be paralleled if the result of the operation of one point does not affect the operation of any other point.

マップ生成プロセスに採用されるいくつかの横断方法論、及びデータ処理が並列にされ得るいくつかの手法が存在する。加えて、従来のCPUと共に、GPU(グラフィックス処理ユニット)を使用することはまた、大きな速度改善を導き、ターンアラウンドタイムの削減において更に援助することができる。   There are several traversal methodologies that are employed in the map generation process, and several approaches in which data processing can be parallelized. In addition, using a GPU (graphics processing unit) with a conventional CPU can also lead to significant speed improvements and further assist in reducing turnaround time.

地理空間データは、点群に限定されず、画像、ビデオ供給物、多重スペクトルデータ、レーダー等に拡張される。マッピングの正確さ及び正しさの向上のために、一部の実施形態は、利用可能な任意の追加的なデータソースを利用してもよい。いくつかの技法が、異なるソースからデータを使用するために利用することができる。一部の実施形態では、データセットを、計算グラフに供給する前に、事前処理ステージ(例えば工程S1400)に組み合わせることができる。このアプローチは、処理のための複数のソースからのデータを計算グラフに提供する。他の実施形態では、1組のデータが、資産及びその特性に関する仮説を生むために使用されてもよい。他のソースからのデータは、次いで、他の分析機構によって仮説を検証及び/又は強化するために使用することができる。   Geospatial data is not limited to point clouds but extends to images, video supplies, multispectral data, radar, and the like. To improve the accuracy and correctness of the mapping, some embodiments may utilize any additional data source that is available. Several techniques can be utilized to use data from different sources. In some embodiments, the data set can be combined with a pre-processing stage (eg, step S1400) prior to feeding the calculation graph. This approach provides a computational graph with data from multiple sources for processing. In other embodiments, a set of data may be used to generate hypotheses about the asset and its characteristics. Data from other sources can then be used to verify and / or enhance the hypothesis by other analysis mechanisms.

マシン学習:   Machine learning:

多くのマシン学習技法を実装して、意味マップ生成プロセスを援助することができる。既存の注釈付マップが使用され得、グラフを訓練してそれらを最適化し、地理空間データから正確な意味マップを自動的に生成する。マシン学習システムへの入力データは、測量データ並びに対応する注釈付出力マップから成る。マシン学習システムの出力は、精緻化されたグラフであり、それは、次いで、大規模にマップを抽出するために、より広範な測量データに適用することができる。一部の事例では、分類された点群(この場合、カテゴリが、どの資産に属するかに基づいて、各点に割り当てられる)が使用され、訓練プロセスに供給される。他には、ベクトル化マップが使用され、マップ生成プロセスを学習し、処理グラフを調整する。これらの方法は、教師あり学習カテゴリに入り、(エラー測定を通した)評価性能及び望ましい性能の増強に依存する。   Many machine learning techniques can be implemented to assist the semantic map generation process. Existing annotated maps can be used to train graphs to optimize them and automatically generate accurate semantic maps from geospatial data. The input data to the machine learning system consists of survey data and a corresponding annotated output map. The output of the machine learning system is an elaborated graph that can then be applied to a wider range of survey data to extract the map on a large scale. In some cases, a classified point cloud (in this case, assigned to each point based on which asset the category belongs to) is used and fed into the training process. Otherwise, a vectorized map is used to learn the map generation process and adjust the processing graph. These methods fall into the supervised learning category and rely on enhancing evaluation performance (through error measurement) and desirable performance.

図24は、訓練構成要素2400及びマップ生成構成要素2410を含む、教師ありマシン学習を実装するシステムの実施形態を例解する。訓練構成要素2400は、入力として、生の点群データ2420及びサンプル出力2422を受信する。一部の状況では、サンプル出力2422が、総データセットの約1%と関連付けられた検証済の出力データであってもよい。サンプル出力2422は、(ある特定の資産カテゴリに属する点がグループ化される)分類された点群データ、並びに/又は(点、線、及び多角形が任意の資産上に描かれた)ベクトル化マップを含んでもよい。訓練構成要素出力2424は、最適化されたカテゴリ化機構、例えば、図12のマップ生成システムにおいて機構1250と比較できる分析機構のためのアルゴリズム係数などを定義する。訓練構成要素出力2424はまた、最も効果的であるべきアルゴリズムのために任意の領域を定義してもよいし、利用されるべき計算グラフ内に機能ブロックを定義してもよいし、及び/又は考慮中のある特定の資産のための任意の特徴を定義してもよい。訓練構成要素出力2424が、生の点群データ2420の全コーパスと共に、マップ生成構成要素2410に供給される。マップ生成構成要素2410は、次いで、マップ出力2426を生成するように動作する。   FIG. 24 illustrates an embodiment of a system that implements supervised machine learning that includes a training component 2400 and a map generation component 2410. The training component 2400 receives raw point cloud data 2420 and sample output 2422 as inputs. In some situations, the sample output 2422 may be verified output data associated with about 1% of the total data set. Sample output 2422 can be classified point cloud data (points belonging to a particular asset category are grouped) and / or vectorization (points, lines, and polygons are drawn on any asset). A map may be included. Training component output 2424 defines an optimized categorization mechanism, such as algorithm coefficients for an analysis mechanism that can be compared to mechanism 1250 in the map generation system of FIG. The training component output 2424 may also define arbitrary regions for the algorithm that should be most effective, may define functional blocks within the computation graph to be utilized, and / or Any feature for a particular asset under consideration may be defined. Training component output 2424 is provided to map generation component 2410 along with the entire corpus of raw point cloud data 2420. Map generation component 2410 then operates to generate map output 2426.

また、教師なし方法が、マップ生成のために実装され得る。かかるプロセスは、個々のマップ点についてコンテキスト情報を説明するためにスケールに依存した特徴に頼り得る。それらはまた、深層学習に頼り得、マップ点特徴を用いる使用のための特徴変換を設計する。深層学習によって生成される特徴変換の集合は、マップ点コンテキスト情報を符号化するために使用される。点についての資産構成員が、次いで、特徴に基づいて深層学習アルゴリズムによって変換され得る。別の方法は、資産がカリキュラムにおいて説明されるカリキュラムに基づく学習を中心に展開し、次いで、計算グラフにおいて学習される。この方法は、任意の資産の形状及び特性が規則的であり、沢山の空間複雑度を示さないときに、効果的であり得る。   Unsupervised methods can also be implemented for map generation. Such a process may rely on scale-dependent features to describe context information for individual map points. They can also rely on deep learning to design feature transformations for use with map point features. A set of feature transformations generated by deep learning is used to encode map point context information. Asset members for points can then be transformed by a deep learning algorithm based on the features. Another method revolves around curriculum-based learning where assets are described in the curriculum and then learned in the computational graph. This method may be effective when the shape and characteristics of any asset are regular and do not exhibit a lot of spatial complexity.

これらの学習体系を用いて、ニューラルネットワークが、最初の工程において訓練されることが多く、次いで、マップの抽出のために地理空間データの残りに適用される。   Using these learning schemes, neural networks are often trained in the first step and then applied to the rest of the geospatial data for map extraction.

したがって、マシン学習技法は、計算グラフの最適化及び精緻化を援助することができる。これらのグラフは、手動で操作され得、又は上記方法を使用して学習され得る。パラメータ検索構成要素は、正確さの改善並びに誤陽性及び陰性の低減に有用である。この工程において、(任意の領域から、各機能のパラメータへの、分類子に使用される特徴の数及び性質への)計算グラフの種々のパラメータは全て調整され得、出力は監視され得る。検索方法論を使用することによって、パラメータの最良の性能の組み合わせが、見付けられ得、データの残りに適用され得る。この工程は、前に注釈付けられた意味マップの利用可能性を想定する。   Thus, machine learning techniques can assist in the optimization and refinement of computational graphs. These graphs can be manipulated manually or can be learned using the methods described above. The parameter search component is useful for improving accuracy and reducing false positives and negatives. In this process, the various parameters of the computational graph (from any region to the parameters of each function, to the number and nature of the features used in the classifier) can all be adjusted and the output can be monitored. By using a search methodology, the best performance combination of parameters can be found and applied to the rest of the data. This process assumes the availability of a previously annotated semantic map.

計算グラフが許容可能な性能レベルへと精緻化されると、それらを車両において直接的に使用することができる。これは、ローカル環境からクラウドシステムへのより多くの従来のデータのストリーミングとは対照的に、クラウドから車両への知力のストリーミングに対応する。地理空間データに関して、大規模なサイズのセンサデータは、禁止され得る。したがって、一部の実施形態では、ローカルに取得されたセンサデータ(例えば、車両に取り付けられたセンサによって取得されたデータ)が、ローカル計算リソース経由で要約され、収集された情報及び/又は抽出された内容のサブセットのみが、遠隔データシステムに送信し戻される。例えば、データ記憶/プレプロセッサ構成要素1220、処理ユニット1240、及びデータ分析機構1250に相当するリソースが、車両内に実装され得、搭載型センサシステムから意味マップデータを抽出する。クラウドに基づく処理構造における実現形態のために上記に説明されたものに類似した計算グラフが、マシン学習フレームワークにおいて最適化及び試験され得、一方で、ローカルな車両内実装の機会を提供する。かかる実施形態は、分散型コンピューティングプラットホームとして車両を利用することができ、常に、中央に維持されたマップの内容を更新し、一方で、その全てを中央のクラウドをベースとしたシステムにストリーミングする代わりに、適所において遠隔に検知されたデータのほとんどを消費する。   Once the computational graphs are refined to an acceptable performance level, they can be used directly in the vehicle. This corresponds to streaming intelligence from the cloud to the vehicle as opposed to streaming more traditional data from the local environment to the cloud system. With regard to geospatial data, large-scale sensor data may be prohibited. Thus, in some embodiments, locally acquired sensor data (eg, data acquired by sensors attached to a vehicle) is summarized via local computing resources, collected information and / or extracted. Only a subset of the content is sent back to the remote data system. For example, resources corresponding to data storage / preprocessor component 1220, processing unit 1240, and data analysis mechanism 1250 may be implemented in the vehicle to extract semantic map data from the on-board sensor system. Computational graphs similar to those described above for implementation in a cloud-based processing structure can be optimized and tested in a machine learning framework while providing local in-vehicle implementation opportunities. Such an embodiment can utilize the vehicle as a distributed computing platform, constantly updating the content of the centrally maintained map, while streaming all of it to a central cloud-based system Instead, it consumes most of the remotely sensed data in place.

本明細書に説明されるマシン学習実現形態は、新たなグラフの開発を大いに加速して、新たな特徴及び資産をマッピングすることができるが、学習作業は、訓練データの不足、及び正確さに関する問題に悩まされることがあり得る。これらの問題の結果は、過剰適合及び性能限度を含み得る。訓練データの量が制限されると、学習ルーチンは、グラフの性能を、利用可能なわずかなデータの方へ強く歪め得、訓練されていない新たな事例が導入されるときに、不良を起こしやすくさせる。性能に関して、訓練データのためのマップの生成は、典型的には、手動プロセスであり、それはエラーを起こしやすい。そのように、訓練データ自体が完全に正確ではないとき、結果として生じるグラフも正確ではなくなる。例えば、GISアナリストが、それらの手動生成マップにおいて80%の資産の正確さのみを達成した場合には、そのデータ上の訓練された任意のグラフが、80%の正確さの閾値を超えるのは非常に困難となる。   Although the machine learning implementation described herein can greatly accelerate the development of new graphs and map new features and assets, the learning task is related to lack of training data and accuracy. It can be troubled by problems. The consequences of these problems can include overfitting and performance limits. If the amount of training data is limited, the learning routine can distort the performance of the graph strongly towards the small amount of data available, and prone to failure when new, untrained cases are introduced. Let Regarding performance, the generation of maps for training data is typically a manual process, which is error prone. As such, when the training data itself is not completely accurate, the resulting graph is also not accurate. For example, if a GIS analyst achieves only 80% asset accuracy in their manually generated map, any trained graph on that data will exceed the 80% accuracy threshold. Will be very difficult.

これらの問題に対処するために、シミュレーション環境を利用することができる。シミュレーション環境では、マップが、パラメータの多数の置換においてプログラムで生成され、地球の表面上の地形及びランドマークの変動を複製する。次いで、3次元モデルが、実データ収集にできる限り類似した手法で、マップから生成され、点群を生成するようにレイレーシングされる。あらゆる資産の場所は、先験的に既知であるので、点群から抽出された完全なマップが、次いで、利用可能である。データの変動性、及び完全なグラウンドトルースが各点群について存在するという事実は、計算グラフ及びそれらの正確さの範囲をかなり増大させる。それはまた、現在のコンピューティングパラダイムの限界を理解するための機構を提供する。   A simulation environment can be used to address these issues. In a simulation environment, a map is generated programmatically in a number of parameter substitutions to replicate terrain and landmark variations on the Earth's surface. A three-dimensional model is then generated from the map and ray-raced to generate point clouds in a manner as similar as possible to actual data collection. Since the location of every asset is known a priori, a complete map extracted from the point cloud is then available. The variability of the data and the fact that complete ground truth exists for each point cloud considerably increases the range of computational graphs and their accuracy. It also provides a mechanism for understanding the limitations of current computing paradigms.

しかしながら、どれほどグラフが訓練されても、及びそれが受ける試験事例がどれほど多くても、自動化マップ抽出は、完璧になり得ない。この理由のために、手動品質管理(QC)工程を、任意の問題の発見に役立つように導入することができる。マップ全体にわたってQCを行わざるを得ないことを避けるために、信用のレベルをマップ作製プロセスの間に生成することができる。このレベルは、グラフが、マップからの所望の特徴の抽出においてどのくらい信用できたかを表わす。次いで、QCは、信用の最低百分順位における領域について行うことができる。   However, no matter how much the graph is trained and how many test cases it takes, automated map extraction cannot be perfect. For this reason, a manual quality control (QC) process can be introduced to help find any problem. In order to avoid having to perform QC throughout the map, a level of trust can be generated during the map creation process. This level represents how reliable the graph is in extracting the desired features from the map. QC can then be performed for the region at the lowest percentile of credit.

品質管理は、複数の手法で行うことができる。意味マップの生成と同様に、GISアナリストは、従来の視覚化ツールを使用することができ、生の測量データを自動的に抽出されたマップと重ね合わせることができる。次いで、任意の不一致を識別及び補正することができる。QCのための別の方法は、オンラインの複数のエージェント間で労力をクラウドソースすることであろう。それらのエージェントの各々は、意味マップ生成に完全に精通していない可能性があるので、QC作業は、複製される必要がある。次いで、仮説が、各QC結果によって承認又は否認され得、十分な試行でもって最終結論に到達する。   Quality control can be performed in several ways. Similar to the generation of semantic maps, GIS analysts can use conventional visualization tools and can overlay raw survey data with automatically extracted maps. Any discrepancies can then be identified and corrected. Another way for QC would be to cloud source effort between multiple online agents. Since each of these agents may not be completely familiar with semantic map generation, the QC work needs to be replicated. The hypothesis can then be approved or rejected by each QC result, reaching the final conclusion with sufficient trials.

QC結果を蓄積して、計算グラフを補強することが重要である。不一致が検出されると、問題のある試験事例を含む新たにシミュレーションされた地域が利用され得る。次いで、グラフの更なる再訓練を、将来の作業における使用事例に考慮してもよい。   It is important to augment the calculation graph by accumulating QC results. If a discrepancy is detected, a newly simulated area containing the problematic test case can be utilized. Further retraining of the graph may then be considered for use cases in future work.

一定の実施形態が、明瞭さ及び理解の目的のために本明細書に詳細に説明されたが、前述の説明及び図面は、単に、本発明を説明及び例解するものであり、本発明は、それに限定されない。本開示を前にした当業者は、あらゆる特許請求の範囲から逸脱することなく、これらの及び他の修正並びに変形を本明細書に開示されたものに行うことができることが認識されるであろう。   While certain embodiments have been described in detail herein for purposes of clarity and understanding, the foregoing description and drawings merely illustrate and illustrate the invention. Not limited to that. Those skilled in the art prior to this disclosure will recognize that these and other modifications and variations can be made to what is disclosed herein without departing from any claims. .

Claims (25)

点群測量データ内の資産を識別するための装置であって、
点群データセットを受信するためにデジタル通信ネットワーク経由でアクセスできるフロントエンド構成要素と、
前記点群データセットを記憶し、前記点群データセットを複数のデータチャンクに細分化するデータ記憶構成要素と、
計算クラスターを備える処理ユニットであって、前記データ記憶構成要素から流されたデータチャンクを受信し、1つ以上の分析機構を各データチャンクに適用して資産情報を抽出する、処理ユニットと、
前記データ分析機構から抽出された資産情報を合わせて出力マップにするマップ生成器と、を備える、装置。
A device for identifying assets in point cloud survey data,
A front-end component accessible via a digital communication network to receive the point cloud data set;
A data storage component for storing the point cloud data set and subdividing the point cloud data set into a plurality of data chunks;
A processing unit comprising a computing cluster, receiving a data chunk streamed from the data storage component, and applying one or more analysis mechanisms to each data chunk to extract asset information; and
A map generator that combines the asset information extracted from the data analysis mechanism into an output map.
各データチャンクが、点群データのうちの1つ以上のタイルを含む、請求項1に記載の装置。   The apparatus of claim 1, wherein each data chunk includes one or more tiles of point cloud data. 各タイルが、地球の重力ベクトルに沿って長手方向に延びる長方形カラム内に点群データのサブセットを含む、請求項2に記載の装置。   The apparatus of claim 2, wherein each tile includes a subset of point cloud data in a rectangular column extending longitudinally along the earth's gravity vector. 各データチャンクが、目標データチャンクサイズを実現するように最適化されたいくつかの隣接タイルを含有する、請求項3に記載の装置。   4. The apparatus of claim 3, wherein each data chunk contains a number of adjacent tiles that are optimized to achieve a target data chunk size. 前記マップ生成器が、不一致が検出されたときに通知を生成するために、出力マップ内の資産情報を、共通ローカル環境に対応する1つ以上の前の出力マップにおける資産情報と比較する注釈完全性検証器を更に含む、請求項1に記載の装置。   Annotation complete where the map generator compares asset information in the output map with asset information in one or more previous output maps corresponding to a common local environment to generate a notification when a mismatch is detected The apparatus of claim 1, further comprising a verifier. 前記データ記憶構成要素内に記憶する前に、前記点群データを圧縮するように動作する圧縮機構と、
前記処理ユニットによる前記分析機構の適用の前に、前記点群データを展開するように動作する展開機構と、を更に備え、
それによって、前記圧縮機構が、前記処理ユニットによって実現可能なデータ処理速度と、前記データ記憶構成要素からのデータ検索速度との均衡を保つようにその圧縮比を調整する、請求項1に記載の装置。
A compression mechanism that operates to compress the point cloud data before storing in the data storage component;
A deployment mechanism that operates to deploy the point cloud data prior to application of the analysis mechanism by the processing unit;
2. The method of claim 1, wherein the compression mechanism adjusts its compression ratio to maintain a balance between a data processing rate achievable by the processing unit and a data retrieval rate from the data storage component. apparatus.
車両に取り付けられたGPS受信器であって、前記車両の第1の地理的位置を提供する、GPS受信器と、
前記車両内にあるローカルマップキャッシュであって、各資産について、場所、前記資産と関連付けられた特性、及び他の資産に対する1つ以上の関係を含む、資産のローカルマップを記憶する、ローカルマップキャッシュと、
前記車両の近傍におけるローカル環境と関連付けられたデータの収集を可能にするために前記車両上に取り付けられた1つ以上のローカル環境センサと、
1つ以上の車両コンピュータであって、前記GPS受信器から前記第1の地理的位置を受信して、前記ローカルマップキャッシュから、前記第1の地理的位置の近傍における前にマップされた資産と関連付けられた記録を取り出す、車両コンピュータと、
前記車両コンピュータに実装される特徴抽出構成要素であって、前記ローカル環境センサデータを受信して、現在、前記車両の近傍内にある観測された資産を識別して位置を特定する、特徴抽出構成要素と、
前記車両コンピュータに実装される位置精緻化構成要素であって、前記特徴抽出構成要素からの前記観測された資産の識別及び場所と、前記ローカルマップキャッシュから取り出された資産情報とを比較して、前記車両の現在の状態を判断する、位置精緻化構成要素と、を備える、車両位置確認装置。
A GPS receiver attached to the vehicle, the GPS receiver providing a first geographical location of the vehicle;
A local map cache in the vehicle that stores, for each asset, a local map of the asset, including location, characteristics associated with the asset, and one or more relationships to other assets. When,
One or more local environment sensors mounted on the vehicle to enable collection of data associated with the local environment in the vicinity of the vehicle;
One or more vehicle computers that receive the first geographic location from the GPS receiver and from the local map cache, previously mapped assets in the vicinity of the first geographic location; A vehicle computer that retrieves the associated record;
A feature extraction component implemented in the vehicle computer, the feature extraction component receiving the local environment sensor data and identifying and locating an observed asset currently in the vicinity of the vehicle Elements and
A location refinement component implemented in the vehicle computer, comparing the observed asset identification and location from the feature extraction component with asset information retrieved from the local map cache; A vehicle position confirmation device comprising: a position refinement component that determines a current state of the vehicle.
前記車両の前記現在の状態が、車両の場所を含む、請求項7に記載の車両位置確認装置。   The vehicle position confirmation device according to claim 7, wherein the current state of the vehicle includes a location of the vehicle. 前記車両の前記現在の状態が、車両の速さ及び走行方向を更に含む、請求項8に記載の車両位置確認装置。   The vehicle position confirmation device according to claim 8, wherein the current state of the vehicle further includes a speed and a traveling direction of the vehicle. 無線車両用通信デバイスを更に備え、前記ローカルマップキャッシュは、その無線車両用通信デバイスによって、車両動作の間に遠隔データベースからローカルマップデータをダウンロードすることができる、請求項7に記載の車両位置確認装置。   8. The vehicle location verification of claim 7, further comprising a wireless vehicle communication device, wherein the local map cache is capable of downloading local map data from a remote database during vehicle operation by the wireless vehicle communication device. apparatus. 前記1つ以上のローカル環境センサが、LIDARセンサ、デジタルカメラ、及びレーダーセンサのうちの1つ以上を含む、請求項7に記載の車両位置確認装置。   The vehicle location verification apparatus according to claim 7, wherein the one or more local environment sensors include one or more of a LIDAR sensor, a digital camera, and a radar sensor. 前記ローカル環境属性が、標識、路側安全構造、及び腕木信号機のうちの1つ以上を含む、請求項7に記載の車両位置確認装置。   The vehicle position confirmation device according to claim 7, wherein the local environment attribute includes one or more of a sign, a roadside safety structure, and a brace signal. 前記車両の前記近傍におけるローカル環境と関連付けられた前記ローカル環境センサデータが、3次元点群データを含む、請求項7に記載の車両位置確認装置。   The vehicle position confirmation device according to claim 7, wherein the local environment sensor data associated with a local environment in the vicinity of the vehicle includes three-dimensional point cloud data. 前記車両が列車である、請求項7に記載の車両位置確認装置。   The vehicle position confirmation device according to claim 7, wherein the vehicle is a train. 前記車両の前記現在の状態が、軌道識別を含む、請求項14に記載の車両位置確認装置。   The vehicle position confirmation device according to claim 14, wherein the current state of the vehicle includes a track identification. インターフェース構成要素を更に備え、そのインターフェース構成要素を通して、前記車両の前記現在の状態が、1つ以上の車両制御システムに通信され得る、請求項7に記載の車両位置確認装置。   The vehicle location device of claim 7, further comprising an interface component, through which the current state of the vehicle can be communicated to one or more vehicle control systems. 前記資産のローカルマップと前記観測された資産の差異を識別し、かつ前記遠隔データベースへの伝送のために前記差異を前記車両用通信デバイスに出力する、マップ監査構成要素を更に備える、請求項10に記載の車両位置確認装置。   11. A map audit component that identifies a difference between the local map of the asset and the observed asset and outputs the difference to the vehicle communication device for transmission to the remote database. The vehicle position confirmation apparatus as described in. 前記マップ監査構成要素が、前記観測された資産内に存在する及び前記資産のローカルマップ内に存在しない資産、又は前記観測された資産内に存在しない及び前記資産のローカルマップ内に存在する資産を識別する、紛失資産検出器を備える、請求項17に記載の車両位置確認装置。   The map audit component is an asset that exists in the observed asset and does not exist in the asset's local map, or an asset that does not exist in the observed asset and exists in the asset's local map. 18. A vehicle location verification device according to claim 17, comprising a lost asset detector for identification. 前記マップ監査構成要素が、ダメージを示す特性又は前記資産のローカルマップ内の前記資産と関連付けられた特性とは異なる不正変更を有する前記観測された資産内の資産を識別する、資産変質検出器を備える、請求項17に記載の車両位置確認装置。   An asset alteration detector, wherein the map audit component identifies an asset in the observed asset that has a tampering characteristic that is different from a characteristic indicative of damage or a characteristic associated with the asset in the local map of the asset; The vehicle position confirmation device according to claim 17 provided. 前記車両が、線路軌道上の走行に適合され、前記装置が、
第1の資産の場所を示す前記特徴抽出構成要素から情報を受信する軌道間隙評価構成要素であって、障害物として前記第1の資産を識別し、前記車両用通信デバイス経由で前記障害物の場所をバックエンドサーバに報告する軌道間隙評価構成要素を更に備える、請求項10に記載の車両位置確認装置。
The vehicle is adapted for traveling on a track, and the device is
An orbital gap evaluation component that receives information from the feature extraction component that indicates a location of a first asset, identifying the first asset as an obstacle, and passing the obstacle through the vehicle communication device The vehicle location verification apparatus according to claim 10, further comprising a track clearance evaluation component that reports the location to a back-end server.
データベース内にマップを維持する1つ以上のネットワークに接続されたサーバによってマップデータを監査するための方法であって、
車両からマップデータの要求を受信する工程であって、前記車両が、ローカル環境センサ及びローカルマップキャッシュを有する、受信する工程と、
前記要求に応答してマップデータを前記車両に伝送する工程であって、前記マップデータが、資産情報を含み、前記資産情報が、1つ以上の資産の識別、特徴、及び場所を含む、伝送する工程と、
前記車両から、前記マップデータと前記車両ローカル環境センサによって検出された情報との間の1つ以上の差異を示す報告を受信する工程と、
前記報告内の情報に基づいて前記データベースを更新する工程と、を含む、方法。
A method for auditing map data by one or more networked servers that maintain maps in a database comprising:
Receiving a request for map data from a vehicle, wherein the vehicle has a local environment sensor and a local map cache; and
Transmitting map data to the vehicle in response to the request, wherein the map data includes asset information and the asset information includes identification, characteristics, and location of one or more assets. And a process of
Receiving from the vehicle a report indicating one or more differences between the map data and information detected by the vehicle local environment sensor;
Updating the database based on the information in the report.
前記報告が、前記車両ローカル環境センサによって検出された資産であって、前記データベース内に存在しない資産の識別物及び場所を含む、請求項21に記載の方法。   The method of claim 21, wherein the report includes an identification and location of assets detected by the vehicle local environmental sensor that are not present in the database. 前記報告が、前記データベース内に存在する資産であって、ただし、前記車両ローカル環境センサによって検出されない資産の識別を含む、請求項21に記載の方法。   The method of claim 21, wherein the report includes an identification of assets present in the database, but not detected by the vehicle local environment sensor. 前記資産情報が、1つ以上の資産特性を含み、前記報告が、前記データベースを用いる資産特性と前記車両ローカル環境センサによって検出された資産特性の間の差異を含む、請求項21に記載の方法。   The method of claim 21, wherein the asset information includes one or more asset characteristics, and the report includes a difference between an asset characteristic using the database and an asset characteristic detected by the vehicle local environment sensor. . 前記車両が列車であり、前記車両から、前記マップデータと前記車両ローカル環境センサによって検出された情報の間の1つ以上の差異を示す報告を受信する前記工程が、
前記列車の経路に対する障害物間隙を示す報告を受信することを含む、請求項21に記載の方法。
The step of receiving a report from the vehicle indicating one or more differences between the map data and information detected by the vehicle local environment sensor;
The method of claim 21, comprising receiving a report indicating an obstacle clearance for the train path.
JP2017556798A 2015-01-20 2016-01-20 Real-time machine vision and point cloud analysis for remote sensing and vehicle control Pending JP2018508418A (en)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201562105696P 2015-01-20 2015-01-20
US62/105,696 2015-01-20
PCT/US2016/014196 WO2016118672A2 (en) 2015-01-20 2016-01-20 Real time machine vision and point-cloud analysis for remote sensing and vehicle control

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2018508418A true JP2018508418A (en) 2018-03-29

Family

ID=56417920

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2017556798A Pending JP2018508418A (en) 2015-01-20 2016-01-20 Real-time machine vision and point cloud analysis for remote sensing and vehicle control

Country Status (4)

Country Link
EP (1) EP3248140A4 (en)
JP (1) JP2018508418A (en)
CN (1) CN107533630A (en)
WO (1) WO2016118672A2 (en)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102043405B1 (en) * 2019-06-20 2019-11-12 주식회사 첨단공간정보 System of image processing and editing based on GIS
CN111091700A (en) * 2020-03-23 2020-05-01 北京全路通信信号研究设计院集团有限公司 Comprehensive configuration intelligent terminal for track circuit outdoor monitoring equipment
JP2021024521A (en) * 2019-08-08 2021-02-22 独立行政法人自動車技術総合機構 Train position detector
JP2022051524A (en) * 2020-09-18 2022-03-31 株式会社デンソー Systems and methods for enhancing outputs of lidar
JP2022552172A (en) * 2019-10-16 2022-12-15 ビーエヌエスエフ レイルウェイ カンパニー Systems and methods for auditing assets
JP2023515912A (en) * 2020-06-05 2023-04-14 ミツビシ・エレクトリック・アールアンドディー・センター・ヨーロッパ・ビーヴィ Methods for Geolocating Interference Sources in Communications-Based Transportation Systems

Families Citing this family (61)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3062103B1 (en) 2017-01-20 2019-04-05 Pierre Messulam SYSTEM FOR AIDING THE DRIVING OF RAILWAY VEHICLES
US11608097B2 (en) 2017-02-28 2023-03-21 Thales Canada Inc Guideway mounted vehicle localization system
US10430968B2 (en) * 2017-03-14 2019-10-01 Ford Global Technologies, Llc Vehicle localization using cameras
CN110662687B (en) * 2017-04-14 2021-12-28 拜耳作物科学有限合伙公司 Vegetation detection and alarm method and system for railway vehicle
US10599138B2 (en) 2017-09-08 2020-03-24 Aurora Flight Sciences Corporation Autonomous package delivery system
US10426393B2 (en) 2017-09-22 2019-10-01 Aurora Flight Sciences Corporation Systems and methods for monitoring pilot health
US20190095725A1 (en) * 2017-09-22 2019-03-28 Aurora Flight Sciences Corporation Detection System for a Vehicle
US10699135B2 (en) 2017-11-20 2020-06-30 Here Global B.V. Automatic localization geometry generator for stripe-shaped objects
CN108416808B (en) * 2018-02-24 2022-03-08 斑马网络技术有限公司 Vehicle repositioning method and device
US10468062B1 (en) * 2018-04-03 2019-11-05 Zoox, Inc. Detecting errors in sensor data
US11050933B2 (en) * 2018-04-27 2021-06-29 Continenal Automotive Systems, Inc. Device and method for determining a center of a trailer tow coupler
FR3080823B1 (en) * 2018-05-03 2022-04-29 Thales Sa INTEGRATED AND AUTONOMOUS LOCATION SYSTEM OF A TRAIN IN A RAILWAY NETWORK REPOSITORY
CN108648150A (en) * 2018-05-10 2018-10-12 句容康泰膨润土有限公司 A kind of image split-joint method
US11010608B2 (en) 2018-05-25 2021-05-18 Bayer Cropscience Lp System and method for vegetation management risk assessment and resolution
DE102018215697A1 (en) * 2018-09-14 2020-03-19 Siemens Mobility GmbH Automated on-board control system for a rail vehicle
US20200103233A1 (en) * 2018-10-01 2020-04-02 GM Global Technology Operations LLC Decentralized distributed map using blockchain
US11136120B2 (en) 2018-10-05 2021-10-05 Aurora Flight Sciences Corporation Ground operations for autonomous object pickup
US20190061771A1 (en) * 2018-10-29 2019-02-28 GM Global Technology Operations LLC Systems and methods for predicting sensor information
DK180774B1 (en) 2018-10-29 2022-03-04 Motional Ad Llc Automatic annotation of environmental features in a map during navigation of a vehicle
CN109286946B (en) * 2018-11-13 2021-03-09 山东建筑大学 Mobile communication indoor wireless network optimization method and system based on unsupported positioning
CN111198904A (en) * 2018-11-16 2020-05-26 千寻位置网络有限公司 Data processing method and device and processing system
US11346950B2 (en) * 2018-11-19 2022-05-31 Huawei Technologies Co., Ltd. System, device and method of generating a high resolution and high accuracy point cloud
US11536844B2 (en) * 2018-12-14 2022-12-27 Beijing Voyager Technology Co., Ltd. Dynamic sensor range detection for vehicle navigation
CN109948661B (en) * 2019-02-27 2023-04-07 江苏大学 3D vehicle detection method based on multi-sensor fusion
EP3722182A1 (en) * 2019-04-12 2020-10-14 Thales Management & Services Deutschland GmbH A method for safely and autonomously determining a position information of a train on a track
CN111935642B (en) * 2019-05-13 2022-10-21 北京地平线机器人技术研发有限公司 Positioning method and device of movable equipment
US11581022B2 (en) * 2019-05-29 2023-02-14 Nokia Technologies Oy Method and apparatus for storage and signaling of compressed point clouds
CN112241129A (en) * 2019-07-17 2021-01-19 中车长春轨道客车股份有限公司 Control system, method, apparatus, computer device, and storage medium
DE102019212010A1 (en) * 2019-08-09 2021-02-11 Siemens Mobility GmbH Track detection with lidar
CN112441075A (en) * 2019-08-30 2021-03-05 比亚迪股份有限公司 Rail transit external environment sensing system and method and rail transit equipment
CN110481601B (en) * 2019-09-04 2022-03-08 深圳市镭神智能系统有限公司 Track detection system
EP4038581A4 (en) 2019-10-04 2023-11-01 Waymo Llc Spatio-temporal embeddings
US11281917B2 (en) * 2019-10-31 2022-03-22 Aptiv Technologies Limited Multi-domain neighborhood embedding and weighting of point cloud data
CN111046765B (en) * 2019-12-02 2023-07-14 北京深测科技有限公司 Dangerous early warning method and system for high-speed rail
CN111145166B (en) * 2019-12-31 2023-09-01 北京深测科技有限公司 Security monitoring method and system
CN111223107A (en) * 2019-12-31 2020-06-02 武汉中海庭数据技术有限公司 Point cloud data set manufacturing system and method based on point cloud deep learning
US20210223363A1 (en) * 2020-01-16 2021-07-22 Outsight SA Object detection on a path of travel and obstacle detection on railway tracks using free space information
WO2021146910A1 (en) * 2020-01-21 2021-07-29 深圳元戎启行科技有限公司 Graph computation based vehicle driving data processing method and apparatus, and computer device
CN111427985B (en) * 2020-03-25 2023-04-11 北京小马慧行科技有限公司 Map updating method and device, storage medium and processor
WO2021199170A1 (en) * 2020-03-30 2021-10-07 三菱電機株式会社 Data extraction device, data extraction method, and data extraction program
WO2021226786A1 (en) * 2020-05-11 2021-11-18 Mtr Corporation Limited On-board systems for trains and methods of determining safe speeds and locations of trains
KR20230014724A (en) * 2020-05-22 2023-01-30 프로파운드 포지셔닝 인코포레이티드 Vehicle localization system and method
US11048717B1 (en) 2020-06-16 2021-06-29 Geotab Inc. Dataset simplification of N-dimensional signals captured for asset tracking
CN111832548B (en) * 2020-06-29 2022-11-15 西南交通大学 Train positioning method
US11593329B2 (en) 2020-07-31 2023-02-28 Geotab Inc. Methods and devices for fixed extrapolation error data simplification processes for telematics
US11556509B1 (en) 2020-07-31 2023-01-17 Geotab Inc. Methods and devices for fixed interpolation error data simplification processes for telematic
US11609888B2 (en) 2020-07-31 2023-03-21 Geotab Inc. Methods and systems for fixed interpolation error data simplification processes for telematics
CN112132896B (en) * 2020-09-16 2024-05-10 北京埃福瑞科技有限公司 Method and system for detecting states of trackside equipment
CN112147635B (en) * 2020-09-25 2024-05-31 北京亮道智能汽车技术有限公司 Detection system, method and device
CN112184869A (en) * 2020-10-09 2021-01-05 北京理工大学 Point cloud simplification method for keeping geometric features based on absolute Gaussian curvature estimation
CN112363837A (en) * 2020-11-19 2021-02-12 北京航天泰坦科技股份有限公司 Cluster environment-based point cloud data parallel processing method, device, equipment and storage medium
US11838364B2 (en) * 2020-11-24 2023-12-05 Geotab Inc. Extrema-retentive data buffering and simplification
US11546395B2 (en) 2020-11-24 2023-01-03 Geotab Inc. Extrema-retentive data buffering and simplification
IT202000030677A1 (en) * 2020-12-15 2022-06-15 Ecosud S R L DYNAMIC DEVICE AND RELATED METHOD FOR CARTOGRAPHIC INSPECTION AND FOR THE TRANSFER OF KNOW-HOW
DE102020216014A1 (en) * 2020-12-16 2022-06-23 Siemens Mobility GmbH Method of controlling a device
CN112669461B (en) * 2021-01-07 2024-01-26 中煤航测遥感集团有限公司 Airport clearance safety detection method and device, electronic equipment and storage medium
CN113536883B (en) * 2021-03-23 2023-05-02 长沙智能驾驶研究院有限公司 Obstacle detection method, vehicle, apparatus, and computer storage medium
CN113514030B (en) * 2021-07-12 2022-08-23 石家庄铁道大学 Ballast bed section detection method and system
CN113870123B (en) * 2021-08-19 2023-01-03 中国铁路设计集团有限公司 Automatic detection method for contact net leading height and pulling value based on vehicle-mounted mobile laser point cloud
FR3140506A1 (en) * 2022-09-29 2024-04-05 Thales Method for managing network reconfigurations of a hybrid on-board/ground communication system of a railway rolling vehicle during a journey
CN117311283B (en) * 2023-10-24 2024-03-19 风凯换热器制造(常州)有限公司 Workshop running control intelligent monitoring method and system for preassembly body in heat exchanger

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000232645A (en) * 1999-02-08 2000-08-22 Denso Corp Image data supply device and image compressor
JP2006321277A (en) * 2005-05-17 2006-11-30 Hitachi Ltd Railroad facilities information providing system, its method, and its program
JP2010202017A (en) * 2009-03-03 2010-09-16 Mitsubishi Electric Corp Data analysis device and method, and program
JP2014185947A (en) * 2013-03-25 2014-10-02 Geo Technical Laboratory Co Ltd Image photographing method for three-dimensional restoration

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8605947B2 (en) * 2008-04-24 2013-12-10 GM Global Technology Operations LLC Method for detecting a clear path of travel for a vehicle enhanced by object detection
US20140379254A1 (en) * 2009-08-25 2014-12-25 Tomtom Global Content B.V. Positioning system and method for use in a vehicle navigation system
CN101697229B (en) * 2009-10-30 2012-06-13 宁波大学 Method for extracting region of interest of medical image
US8525835B1 (en) * 2010-02-24 2013-09-03 The Boeing Company Spatial data compression using implicit geometry
US20110216063A1 (en) * 2010-03-08 2011-09-08 Celartem, Inc. Lidar triangular network compression
EP2574207A1 (en) * 2010-03-31 2013-04-03 Ambercore Software Inc. System and method for extracting features from data having spatial coordinates
US9102341B2 (en) * 2012-06-15 2015-08-11 Transportation Technology Center, Inc. Method for detecting the extent of clear, intact track near a railway vehicle
CN102799898A (en) * 2012-06-28 2012-11-28 浙江大学 Efficient target identification processing method of high-resolution remote sensing image in context
US9221461B2 (en) * 2012-09-05 2015-12-29 Google Inc. Construction zone detection using a plurality of information sources
US9846025B2 (en) * 2012-12-21 2017-12-19 Wabtec Holding Corp. Track data determination system and method
DE102013104088A1 (en) * 2013-04-23 2014-10-23 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Method for automatically detecting characteristic elements, in particular a level crossing, and device therefor

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000232645A (en) * 1999-02-08 2000-08-22 Denso Corp Image data supply device and image compressor
JP2006321277A (en) * 2005-05-17 2006-11-30 Hitachi Ltd Railroad facilities information providing system, its method, and its program
JP2010202017A (en) * 2009-03-03 2010-09-16 Mitsubishi Electric Corp Data analysis device and method, and program
JP2014185947A (en) * 2013-03-25 2014-10-02 Geo Technical Laboratory Co Ltd Image photographing method for three-dimensional restoration

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102043405B1 (en) * 2019-06-20 2019-11-12 주식회사 첨단공간정보 System of image processing and editing based on GIS
JP2021024521A (en) * 2019-08-08 2021-02-22 独立行政法人自動車技術総合機構 Train position detector
JP7343153B2 (en) 2019-08-08 2023-09-12 独立行政法人自動車技術総合機構 train position detection device
JP2022552172A (en) * 2019-10-16 2022-12-15 ビーエヌエスエフ レイルウェイ カンパニー Systems and methods for auditing assets
US11932290B2 (en) 2019-10-16 2024-03-19 Bnsf Railway Company Systems and methods for auditing assets
CN111091700A (en) * 2020-03-23 2020-05-01 北京全路通信信号研究设计院集团有限公司 Comprehensive configuration intelligent terminal for track circuit outdoor monitoring equipment
JP2023515912A (en) * 2020-06-05 2023-04-14 ミツビシ・エレクトリック・アールアンドディー・センター・ヨーロッパ・ビーヴィ Methods for Geolocating Interference Sources in Communications-Based Transportation Systems
JP7395031B2 (en) 2020-06-05 2023-12-08 ミツビシ・エレクトリック・アールアンドディー・センター・ヨーロッパ・ビーヴィ How to geolocate sources of interference in communication-based transportation systems
JP2022051524A (en) * 2020-09-18 2022-03-31 株式会社デンソー Systems and methods for enhancing outputs of lidar
JP7192935B2 (en) 2020-09-18 2022-12-20 株式会社デンソー Systems and methods for enhancing LIDAR output

Also Published As

Publication number Publication date
EP3248140A2 (en) 2017-11-29
CN107533630A (en) 2018-01-02
WO2016118672A2 (en) 2016-07-28
WO2016118672A3 (en) 2016-10-20
EP3248140A4 (en) 2018-12-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10549768B2 (en) Real time machine vision and point-cloud analysis for remote sensing and vehicle control
JP2018508418A (en) Real-time machine vision and point cloud analysis for remote sensing and vehicle control
US11990034B2 (en) Autonomous vehicle control system with traffic control center/traffic control unit (TCC/TCU) and RoadSide Unit (RSU) network
US11988518B2 (en) Updating high definition maps based on lane closure and lane opening
US20210004363A1 (en) Updating high definition maps based on age of maps
CN110832474B (en) Method for updating high-definition map
JP7339635B2 (en) Intelligent Road Infrastructure Systems (IRIS): systems and methods
US20180370552A1 (en) Real time machine vision system for vehicle control and protection
US10489976B2 (en) Incident site investigation and management support system based on unmanned aerial vehicles
US20210271263A1 (en) Positioning system based on geofencing framework
US11235777B2 (en) Vehicle path prediction and target classification for autonomous vehicle operation
US20210061306A1 (en) Systems and methods for identifying potential communication impediments
Lv et al. LiDAR-enhanced connected infrastructures sensing and broadcasting high-resolution traffic information serving smart cities
CN104851295B (en) Obtain the method and system of traffic information
KR102386960B1 (en) Connected Automated Vehicle Road Systems and Methods
JP2023531806A (en) Systems and methods for interactive vehicle transportation networks
CN114631040A (en) Apparatus and method for autonomously locating a mobile vehicle on a railway track
JP7508134B2 (en) Connected autonomous vehicle highway system and method for using same
CN116912436A (en) Method for generating image map

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20190116

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20191023

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20191030

A601 Written request for extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601

Effective date: 20200130

A601 Written request for extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601

Effective date: 20200330

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20200701