KR20240021899A - 2개의 프로세싱 라인들을 통한 이미지 프레임들의 프로세싱에 의한 안전한 열차 원격 제어를 위한 방법 - Google Patents

2개의 프로세싱 라인들을 통한 이미지 프레임들의 프로세싱에 의한 안전한 열차 원격 제어를 위한 방법 Download PDF

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KR20240021899A
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울리히 켈베러
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지티에스 도이칠란트 게엠베하
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Abstract

요약하면, 본 발명은 자동화된 열차(ATR)의 안전한 열차 원격 제어를 제안하고, 여기서, 자동화된 열차(ATR) 전방의 트랙 섹션은 고 해상도 이미지 프레임들(HRI)을 생성하는 비디오 카메라 시스템(CAM)으로 주시된다. 고 해상도 이미지 프레임들(HRI)은 저 해상도 이미지 프레임들(LRI)로 변환되고, 모바일 통신 네트워크(MCN)를 통하여, 제1 데이터 채널(CH1)을 통해 트랙사이드 제어 센터(COC) 내의 열차 원격 제어 콘솔로 송신된다. 추가로, 고 해상도 이미지 프레임들(HRI)은 패턴 인식을 거치고, 지도 데이터 베이스(MDB) 내의 참조 객체들에 대응하는 식별된 객체들에 대하여, 재구성 정보는 모바일 통신 네트워크(MCN)를 통하여, 제2 데이터 채널(CH2)을 통해 열차 원격 제어 콘솔로 송신된다. 열차 원격 제어 콘솔에서, 식별된 객체들에 대한 고 해상도 객체 외관들(HROA)은 재구성 정보 및 대응하는 지도 데이터 베이스(MDB)를 이용하여 재구성된다. 고 해상도 객체 외관들(HROA)은 제1 데이터 채널(CH1)을 통해 수신되고 열차 원격 제어 콘솔에서 디스플레이되는 저 해상도 이미지 프레임들(LRI) 상으로 오버레이된다. 따라서, 전방 트랙 섹션의 안전 관련된 세부사항들 및 일반적인 인상의 둘 모두는 모바일 통신 네트워크의 낮은 대역폭 소비로 원격 열차 운전자에 의해 이용가능하게 된다.

Description

2개의 프로세싱 라인들을 통한 이미지 프레임들의 프로세싱에 의한 안전한 열차 원격 제어를 위한 방법
발명은 안전한 열차 원격 제어를 위한 방법에 관한 것으로서,
여기서, 자동화 열차는,
- 자동화 열차 전방의 트랙 섹션(track section)을 모니터링하는 카메라 시스템을 포함하는 온-보드(on-board) 자동화 운전 시스템(ADS : automatic driving system) 유닛, 및
- 모바일 통신 네트워크를 통해 데이터를 포워딩하고 수신하기 위한 자동화 열차 모바일 콤 라우터(automatic train mobile com router)를 포함하고,
여기서, 자동화 열차 운영(ATO : automatic train operation) 트랙사이드 레일 트래픽 운영 및 관리 센터는,
- 열차 전방의 트랙 섹션의 이미지를 열차 원격 제어 콘솔에서의 원격 운전자에게 보여주는 디스플레이를 포함하고, 특히, 자동화된 열차의 열차 포지션을 표시하기 위한 이동 지도 디스플레이(moving map display)를 포함하는, 자동화 열차의 원격 제어를 위한 열차 원격 제어 콘솔, 및
- 모바일 통신 네트워크를 통해 데이터를 포워딩하고 수신하기 위한 관리 센터 모바일 콤 라우터(management centre mobile com router)를 포함한다.
이러한 방법은 EP 3 220 613 A1로부터 공지되어 있다.
열차들은 신속하고, 효율적이고, 환경 친화적인 방식으로 승객들 및 화물의 둘 모두를 위한 수송의 중요한 수단이다. 통상적으로, 탑승 중인(on board) 열차 운전자는 전형적으로, 열차의 선두에서의 기관차에서, 창문을 통해 열차 전방의 트랙 섹션을 주시하고, 로컬(온-보드) 운전자의 객실을 이용하여 열차를 운전한다.
그러나, 열차의 운전을 자동화하기 위하여 노력이 취해졌다. 자동화 등급(GoA : grade of automation) 레벨 4에서는, 일반적으로, 열차 운전자가 더 이상 탑승하지 않는다. 그러나, 인간 상호작용이 필요하거나 희망되는 상황들이 남아 있을 수 있다. 이러한 상황들은 긴급 상황들 또는 자동화 열차 제어 시스템에서의 기술적 결함들, 또는 더 일반적으로, 자동화 열차 제어 시스템이 자동화 모드에서 안전하게 핸들링할 수 없는 상황을 인식하는 상황들을 포함할 수 있다. 열차의 여정을 안전하게 종료하기 위하여, 인간 운전자는 적어도 일시적으로, 제어를 인수해야 한다.
이 목적을 위하여, 운전자의 운전실에 진입하여 탑승 중인 열차 제어를 인수하는 열차 운전자가 열차에 와야 할 수 있다. 그러나, 이것은 번거로울 수 있고 상당한 지연을 야기할 수 있다. 자동화 열차 운영(ATO) 트랙사이드 레일 트래픽 운영 및 관리 센터(또한, 간단하게 제어 센터로 칭해짐)에서의 인간에 의한 열차의 원격 제어가 더 편리하다. 제어 센터에서의 열차 운전자("원격 운전자")는 탑승 열차 운전자가 가질 기본적으로 모든 정보를 요구하고, 탑승 열차 운전자가 가질 기본적으로 모든 운전 기능에 대한 액세스를 요구한다.
트랙사이드 제어 센터에서의 원격 열차 운전자가 요구하는 중요한 정보는 특히, 철로 표지(railway sign)들 및 철로 신호(railway signal)들 뿐만 아니라, 트랙 상의 장애물들을 포함하는 열차 전방의 가능한 객체들을 식별하기 위한 트랙 섹션 전방의 뷰(view)를 요구한다.
EP 3 220 613 A1은 트랙사이드 제어 센터 내의 열차 운전자가 운전자 없는 열차의 제어를 일시적으로 인수하는 것을 제안하고, 여기서, 트랙사이드 제어 센터는 열차의 카메라에 접속되어, 열차 전방의 트랙 섹션을 모니터링한다. 통신은 패킷 기반 통신 네트워크를 통해 행해진다.
자동화 열차 또는 그 온-보드 자동화 운전 시스템 유닛과, 트랙사이드 제어 센터 또는 원격 운전자가 앉아 있는 그 열차 원격 제어 콘솔과의 사이에서 이미지 정보를 송신하는 것은 모바일 통신 네트워크에서 상당한 대역폭을 요구한다. 그러나, 일반적으로, 대역폭은 종종 오히려 제한된다.
대역폭을 절약하기 위하여, 이미지 데이터의 낮은 픽셀 해상도를 적용하고 이미지 압축을 적용하는 것이 가능하다. 그러나, 픽셀 해상도가 낮은 경우에는, 열차 전방의 트랙 섹션에 대한 안전 관련된 세부사항들이 인식가능하지 않게 될 수 있다. 이미지 압축은 또한, 너무 광범위하게 적용되는 경우에 이미지 세부사항들을 모호하게 할 수 있다. 예로서, 철도 신호의 스위칭 상태가 원격 운전자에 의해 더 이상 신뢰성 있게 식별될 수 없는 경우에, 열차 안전은 충돌들에 의해 즉시 위험하게 될 수 있다. 추가로, 대역폭을 절약하기 위하여 이미지 데이터의 시간 해상도는 낮게 선택될 수 있지만, 이것은 요동치는 이미지(jerky image)들을 초래할 수 있다. 일반적으로, 이미지 데이터의 전송에서의 지연들은 열차를 또한 위험하게 할 수 있다.
WO 2004/074068 A1로서 또한 발표된 EP 1 597 130 B1은 조차장(shunting yard) 내의 트랙 레이아웃 상에서의 무인 기관차를 위한 원격 제어를 설명한다. 휴대용 통신 디바이스는 기관차에 대한 희망된 목적지를 명령하고 기관차의 이동을 제어하기 위하여 이용된다.
EP 2 765 053 B1은 레일 열차 진단 시스템을 설명하고, 여기서, 열차에 탑재된 무선 인터페이스는 진단 데이터를 온-보드 제어 유닛으로부터 지상-기반 서버로 송신한다. 진단 데이터는 라이브 채널(live channel) 및 백필 채널(backfill channel)을 포함하는 복수의 채널들에서 송신된다.
WO 2006/028318 A1은 양방향 패킷-기반 통신을 적용하는, 자기 부상 열차(magnetic levitation train)의 무선 원격 제어를 위한 장치를 설명한다.
알스톰(Alstom)은 최근에, GoA 레벨 3에서 승객들을 갖는, 그리고 GoA 레벨 4에 의한 입환(shunting) 동안에, 탑승 중인 스태프(staff) 없는, 그러나 원격 열차 제어를 위한 가능성을 갖는 지하철 운영을 발표하였고, 2021년 5월 11일자의 https://www.alstom.com/press-releases-news/2020/5/world-first-automatic-train-operation-regional-passenger-trains-be를 참조한다.
JP 002019001203 A는 철로 운영 지원 시스템을 설명하고, 여기서, 열차의 카메라의 비디오 신호들은 비디오 신호 압축 유닛을 이용하여 무선 네트워크를 통해 트랙사이드 제어실 내의 비디오 디스플레이로 송신된다. 변형예에서, 객체 검출부는 열차 상의 카메라의 출력에 접속되고, 객체 검출부가 응시되어야 할 객체를 발견하는 경우에, 비디오 신호 제어부는 객체를 포함하는 인근 영역의 해상도 또는 시간 프레임 레이트를 감소시키지 않으면서 높은 가시성(visibility)을 유지한다. 추가의 변형예에서, 비디오 압축 유닛은 열차의 포지션 정보를 비디오 데이터의 메타데이터(metadata)로서 제어실로 전달한다. 열차 상의 스토리지(storage) 및 제어실에서의 스토리지는 인근 영역의 고 해상도의 과거 비디오 데이터를 포함한다. 송신된 비디오 신호는 카메라 및 열차상 스토리지로부터의 비디오 데이터의 차이만을 포함하고, 제어실에서, 송신된 차이는 포지션 정보를 이용하여 제어 센터에서의 스토리지로부터 비디오 데이터에 추가된다.
DE 697 31 009 T2는 특히, 철로 충돌-방지 시스템을 위한 자동화 장애물 식별을 개시하고, 여기서, 카메라는 자동적으로 정렬된다. 자동화 정렬은 GPS 포지션 정보를 이용할 수 있다.
DE 10 2012 215 544 A1은 철로 트랙을 모니터링하기 위한 방법을 설명하고, 여기서, 철로 차량은 레코딩 유닛(recording unit)을 구비하고, 레코딩은 철로 차량 상에서 또는 중앙 위치에서 저장된다. 레코딩된 이미지들은 이미지 분석을 거칠 수 있고, 시간 정보 또는 포지션 정보를 제공받을 수 있고, 이전에 레코딩된 이미지 데이터와 비교될 수 있다. 철로 차량은 무선 네트워크를 통해 중앙 위치와 통신할 수 있다.
본 발명의 목적은 자동화 열차의 원격 제어를 위한 방법을 제공하는 것이고, 여기서, 안전한 원격 열차 제어를 위한 전방의 트랙 섹션의 충분한 세부사항들을 포함하는, 열차 전방의 트랙 섹션의 비디오 이미지들은 ATO 트랙사이드 레일 트래픽 운영 및 관리 센터에서 제공될 수 있고, 이것은 모바일 통신 네트워크의 낮은 대역폭 소비만을 요구한다.
이 목적은 발명에 따라, 서두에서 소개된 바와 같은 방법에 의해 달성되고, 이 방법은 이하에 특징이 있고,
ATO 트랙사이드 레일 트래픽 운영 및 관리 센터 및 자동화 열차 각각은 공통 참조 객체들을 포함하는 지도 데이터 베이스를 포함하고, 참조 객체들은 각각의 전형적인 유형들의 트랙사이드 객체들을 나타내고, 여기서, 각각의 참조 객체에 대하여, 적어도 객체 ID, 및 대응하는 전형적인 유형의 트랙사이드 객체를 나타내는 고 해상도 객체 외관 정보가 저장되고, 특히, 여기서, 고 해상도 객체 외관 정보는 벡터화(vectorise)되고,
카메라 시스템은 이미지 프레임 번호들이 할당되고 적어도 2개의 프로세싱 라인들에서 프로세싱되는 고 해상도 이미지 프레임들을 생성하고,
여기서, 제1 프로세싱 라인에서,
- 고 해상도 이미지 프레임들은 해상도에 있어서 감소되고, 압축되고, 온-보드 ADS 유닛에서 저 해상도 이미지 프레임들로 인코딩되고,
- 저 해상도 이미지 프레임들 및 그 이미지 프레임 번호들은 모바일 통신 네트워크를 통하여, 제1 데이터 채널을 통해 온-보드 ADS 유닛으로부터 열차 원격 제어 콘솔로 송신되고,
여기서, 제2 프로세싱 라인에서,
- 고 해상도 이미지 프레임들은 패턴 인식 알고리즘의 대상이 되고, 이 패턴 인식 알고리즘은 고 해상도 이미지 프레임들에서 객체들을 식별하고, 객체들을 온-보드 ADS 유닛의 지도 데이터 베이스 내에 저장되는 참조 객체들로 할당하고, 적어도 이미지 프레임 번호, 삽입 벡터 포인트, 및 스케일링/회전 파라미터들을 포함하는, 각각의 식별된 객체의 대응하는 객체 ID 및 상대적인 객체 이미지 삽입 특성들을 결정하고,
- 결정된 객체 ID들 및 이미지 삽입 특성들은 모바일 통신 네트워크를 통하여, 제2 데이터 채널을 통해 온-보드 ADS 유닛으로부터 열차 원격 제어 콘솔로 송신되고,
ATO 트랙사이드 레일 트래픽 운영 및 관리 센터에서, 제2 데이터 채널의 객체 ID들 및 이미지 삽입 특성들은 ATO 트랙사이드 레일 트래픽 운영 및 관리 센터의 지도 데이터 베이스 내의 대응하는 저장된 참조 객체들에 따라 고 해상도 객체 외관들로 변환되고,
이 고 해상도 객체 외관들은 제1 데이터 채널을 통해 수신되는 정합하는 이미지 프레임 번호를 갖는 저 해상도 이미지 프레임들 상으로 심리스 방식으로(seamlessly) 오버레이(overlay)되어, 열차 전방의 트랙 섹션의 이미지가 ATO 트랙사이드 레일 트래픽 운영 및 관리 센터에서의 원격 운전자에게 보여지는 것으로 귀결된다.
본 발명에 따르면, 열차 원격 제어 콘솔에서 원격 운전자에게 보여지는 열차 전방의 트랙 섹션의 비디오 이미지들은 (적어도) 2개의 프로세싱 라인들 및 개개의 데이터 채널들로부터 발신되는(originating) 이미지 데이터에 기초한다.
모든 안전 관련된 정보를 캡처하기 위하여, 자동화 열차의 카메라 시스템은 고 해상도 이미지 프레임들을 포함하는 비디오 신호를 생성한다. 그러나, 이 고 해상도 이미지 프레임들은 이와 같이 모바일 통신 네트워크를 통해 송신되지 않는데, 그 이유는 이것이 큰 대역폭을 요구할 것이기 때문이다.
제1 프로세싱 라인에서, 고 (픽셀) 해상도 이미지 프레임들은 전형적으로, 쌍선형(bilinear) 또는 쌍삼차(bicubic) 보간과 같은 공지된 기법들로 이미지를 리샘플링(resampling)하고, 이러한 방식으로 저 (픽셀) 해상도 이미지 프레임들을 생성함으로써, 각각의 이미지 방향에서의 해상도에 있어서 감소된다. 추가적으로, 이미지들은 런 길이 인코딩(run length encoding) 또는 이산 코사인 변환(discrete cosine transformation)들 또는 다른 비디오 인코더들과 같은 공지된 기법들에 의해 압축된다. 이 저 해상도 이미지 데이터 프레임들은 모바일 통신 네트워크를 통하여, 제1 데이터 채널을 통해 자동화 열차(또는 그 온-보드 ADS 유닛)로부터 ATO 트랙사이드 레일 트래픽 운영 및 관리 센터(또한, 간단하게 "제어 센터"로 칭해짐)로 송신된다. 이것은 약간의 대역폭만을 요구한다. 저 해상도 이미지 프레임들은 특히, 일반적인 방위(orientation)에 대한 전방의 트랙 섹션의 일반적인 인상(impression)을 원격 운전자에게 주기에 충분하다. 예를 들어, 잔디 또는 나무들 또는 트랙사이드 건물들과 같은 트랙사이드 초목은 인식가능하도록 하기 위하여 고 해상도를 필요로 하지 않고, 이들은 열차 안전을 위하여 중요하지 않다. 제1 데이터 채널에서는, 요구된 대역폭을 추가로 감소시키기 위하여, (i-프레임들/p-프레임들/b-프레임들 예측과 같은) 공지된 비디오 이미지 압축 기법들이 적용될 수 있다.
제2 프로세싱 라인에서, 고 (픽셀) 해상도 이미지 프레임들은 패턴 인식을 거친다. 패턴 인식은 자동화 열차의 지도 데이터 베이스 내에 저장되는 참조 객체들과의 비교에 기초한다. 이 참조 객체들은 안전한 열차 운영을 위하여 관련될 수 있는 모든 종류의 트랙사이드 객체들, 특히, 철로 신호들(그 스위칭 상태를 포함함), 철로 표지들, 트랙들, 트랙 스위치들(그 스위칭 상태들을 포함함), 및 철로 교차로들의 바아(bar)들을 포함하는, 열차 전방에서 전형적으로 발견될 수 있는 상이한 유형들의 객체들을 나타낸다. 참조 객체들은 바람직하게는, 열차 화차들 및 기관차들, 쓰러진 나무들, 고장난 차량들, 사람들(특히, 트랙 작업자들 및 보행자들), 및 (소들과 같은) 대형 동물들과 같은, 트랙 상에서 나타날 수 있는 전형적인 장애물들을 또한 포함한다. 각각의 참조 객체에 대하여, 적어도 객체 ID(전형적으로, 영숫자 코드) 및 대표적인 고 해상도 외관 정보가 저장된다. 복수의 앵커 포인트(anchor point)들, 라인들, 폴리라인(polyline)들, 앵커 포인트들을 연결하는 다각형들 또는 곡선들, 및 라인들, 곡선들, 및/또는 라인들 및 곡선들에 의해 둘러싸인 표면들에 대한 컬러 정보를 포함하는 고 해상도 외관 정보가 벡터화될 수 있다. 참조 객체가 고 해상도 이미지 프레임 내에 포함된 구조와 정합하는 경우에, 객체는 고 해상도 이미지 프레임에서 식별된다. 식별된 객체에는, 정합하는 참조 객체의 객체 ID, 및 객체가 식별되었던 이미지 프레임 번호, 삽입 벡터 포인트(식별된 객체의 "중력 중심"), 및 스케일링/회전 파라미터들을 포함하는 상대적인 객체 이미지 삽입 특성들이 할당된다. 스케일링/회전 파라미터들은 전형적으로, 스케일링 값(전형적으로, 참조 객체의 저장된 표준 크기에 대한 식별된 객체의 크기), 제1 회전 값(제1 축, 예컨대, 수직 축에 대한 회전), 및 제2 회전 값(제2 회전 축, 예컨대, 수평 축에 대한 회전)을 포함한다. 식별된 객체들의 객체 ID들 및 상대적인 객체 이미지 삽입 특성들은 모바일 통신 네트워크를 통하여, 제2 데이터 채널을 통해 온 보드 ADS 유닛으로부터 제어 센터로 송신된다. 이 정보를 송신하는 것은 또한, 약간의 대역폭만을 요구한다.
제2 데이터 채널로부터, (안전 관련된) 식별된 객체들은 제어 센터에서 고 (픽셀) 해상도 이미지 데이터로 재구성될 수 있다. 이 목적을 위하여, 제어 센터는 또한, 자동화 열차의 지도 데이터 베이스 내에 저장되는 참조 객체들에 대응하는, 참조 객체들을 갖는 지도 데이터 베이스를 포함한다. 다시 말해서, 자동화 열차 및 제어 센터의 지도 데이터 베이스들은 참조 객체들에 대한 기본적으로 동일한 정보를 포함한다. 제어 센터의 지도 데이터 베이스 내에 포함되는 고 해상도 객체 외관 정보에 기초하여, 각각의 식별된 객체에 대한 고 해상도 객체 외관은 송신된 개개의 객체 ID, 삽입 벡터 포인트 및 스케일링/회전 파라미터들, 및 이미지 프레임 번호에 기초하여 각각의 이미지 프레임에 대하여 재구성될 수 있다.
제2 데이터 채널 정보에 기초한 재구성된 고 해상도 객체 외관들은 그 다음으로, 대응하는 이미지 프레임 번호를 갖는, 제1 데이터 채널을 통해 수신되는 저 해상도 이미지 프레임으로 오버레이될 수 있다. 결과적인 오버레이 이미지 프레임은 그 다음으로, 안전 관련된 식별된 객체들이 있는 고 해상도 이미지 정보, 및 열차 안전에 대하여 관련없는 풍경만이 있는 저 해상도 이미지 정보를 포함한다. 이러한 방식으로, 예를 들어, 제2 데이터 채널을 통해 재구성되고 고 해상도로 보여지는, 그 스위칭 상태를 포함하는 철로 신호들은 원격 운전자에 의해 용이하게 인식될 수 있는 반면, 이와 동시에, 원격 운전자는 또한, 저 해상도에서 풍경의 대략적인 인상을 얻는다.
저 해상도 이미지 프레임들은 발명에 따라, 오버레이 절차를 단순화하기 위하여 제어 센터에서 고 해상도 객체 외관의 고 해상도로 보간될 수 있지만, 이것은 제1 데이터 채널을 통해 수신되는 정보 심도(information depth)를 증가시키지 않는다는 것이 주목되어야 한다.
ATO 트랙사이드 레일 트래픽 운영 및 관리 센터의 지도 데이터 베이스, 및 자동화 열차의 지도 데이터 베이스는 규칙적으로 동기화되어, 이들은 둘 모두 기본적으로 동일한 참조 객체들("공통 참조 객체들")을 포함한다. 가장 간단한 실시예에서, 지도 데이터 베이스는 지리참조 정보(georeferencing information)를 요구하지 않지만, 지리참조 정보는 타당성 검사(plausibility check)들(이하에서 추가로 참조함)을 위하여 유용하다는 것에 주목한다.
추가로, 자동화 열차의 원격 제어를 위하여, ATO 트랙사이드 레일 트래픽 운영 및 관리 센터 및 자동화 열차는 철로 특정 모바일 네트워크 또는 공중 모바일 네트워크, 또는 네트워크들의 조합, 예를 들어, GSM-R 또는 5G, 4G 또는 LTE일 수 있는 모바일 통신 네트워크를 통하여, 관리 센터 모바일 콤 라우터 및 자동화 열차 모바일 콤 라우터를 통해 접속된다는 것에 주목한다. 통신은 이미지 정보 외에, 예컨대, 또한, 운전 커맨드들 및 센서 판독치들을 포함한다.
발명의 바람직한 변형예들
발명의 방법의 매우 바람직한 변형예는 이하에 특징이 있고,
제3 프로세싱 라인에서,
- 고 해상도 이미지 프레임들은 벡터화 알고리즘의 대상이 되고, 이 벡터화 알고리즘은 포인트들, 폴리라인들, 또는 다각형들과 같은 벡터 엘리먼트들을 고 해상도 이미지 프레임들에 할당하고, 이미지 프레임 번호를 포함하는 각각의 할당된 벡터 엘리먼트의 대응하는 벡터 특성들을 결정하고,
- 각각의 할당된 벡터 엘리먼트에 대한 결정된 벡터 특성들은 모바일 통신 네트워크를 통하여, 제3 데이터 채널을 통해 온-보드 ADS 유닛으로부터 열차 원격 제어 콘솔로 송신되고,
ATO 트랙사이드 레일 트래픽 운영 및 관리 센터에서, 제3 데이터 채널의 할당된 벡터 엘리먼트들의 벡터 특성들은 벡터 엘리먼트 외관들로 변환되고,
제3 데이터 채널로부터 발신되는 벡터 엘리먼트 외관들은 제2 데이터 채널로부터 발신되는 고 해상도 객체 외관들 및 정합하는 이미지 프레임 번호와 함께 제1 데이터 채널을 통해 수신되는 저 해상도 이미지 프레임들의 오버레이의 타당성 검사들을 위하여 이용되고, 및/또는 이러한 오버레이 내에 포함된다.
이 변형예에서, 고 (픽셀) 해상도 이미지 프레임들은 제3 프로세싱 라인에서의 온-보드 ADS 유닛에서 벡터화 알고리즘을 거친다. 다시 말해서, 고 해상도 이미지 프레임들에서 발견된 구조들은 추상화(abstract)된다. 이 추상화는 철로 신호들 또는 철로 표지들과 같은 정의된 참조 객체들을 요구하는 것이 아니라, 모든 다각형들 위의 일반적인 기하구조에 기초할 수 있다는 것에 주목한다. 따라서, 지도 데이터 베이스는 이 제3 프로세싱 라인에 대하여 요구되지 않는다. 추상화(abstraction)는 벡터 엘리먼트들, 특히, 포인트들, 폴리라인들, 및 다각형들의 할당으로 귀착된다. 다각형들은 특히, 폴리라인들에 대한, 그리고 다각형들 내에 둘러싸인 표면들에 대한 컬러 정보를 포함할 수 있다. 할당된 벡터 엘리먼트를 재구성하기 위하여 필요한 정보는 대응하는 벡터 특성들이고; 이들은 할당이 행해졌던 프레임의 이미지 프레임 번호, 및 벡터 엘리먼트 내에 포함되는 포인트들 및/또는 라인들 및/또는 표면들의 위치 및/또는 방위 및/또는 크기 및/또는 컬러의 정보를 포함한다. 전형적으로, 벡터 엘리먼트 내에 포함되는 모든 포인트들의 위치들이 제공되고, 라인들은 그 종단 포인트들에 의해 정의되고, 표면들은 그 경계 라인들에 의해 정의되고, 각각의 라인 및 표면에 대하여, 컬러 정보가 제공된다.
결정된 벡터 특성들은 제3 데이터 채널을 통하여 모바일 통신 네트워크를 통해 온-보드 ADS 유닛으로부터 제어 센터로 송신되고, 이것은 약간의 대역폭만을 요구한다. 제어 센터에서, 벡터 엘리먼트 외관들은 송신된 벡터 특성들에 기초하여 구성될 수 있다. 벡터 엘리먼트 외관들은 희망되는 경우에, 원격 운전자에게 보여지는 열차 전방의 트랙 섹션의 이미지(즉, 오버레이 이미지 프레임들) 내로 포함될 수 있다. 예를 들어, 재구성된 벡터 엘리먼트 외관 데이터 및 재구성된 고 해상도 객체 외관 데이터의 평균은 제1 채널의 저 해상도 이미지 프레임들 상에 오버레이될 수 있다. 그 벡터 유형 성질로 인해, 벡터 엘리먼트 외관은 본질적으로 고 해상도이지만, 물론, 그것은 여전히 원래의(고 픽셀 해상도) 카메라 비디오 데이터의 추상화의 결과라는 것에 주목한다. 이미지 세부사항들은 저 해상도 이미지 프레임들에서 가시적/인식가능한 채로 유지되지 않는 벡터 엘리먼트 외관들에서 가시적/인식가능한 채로 유지될 수 있다. 제1 및 제2 데이터 채널 정보로부터 기인하는 오버레이 이미지 프레임들의 타당성 검사를 위하여 재구성된 벡터 엘리먼트 외관들을 이용하는 것이 가능하다. (제3 채널 데이터에 기초한) 벡터 엘리먼트 외관 및 (제1 및 제2 데이터 채널 데이터에 기초한) 오버레이 이미지 또는 그 소스 데이터의 충분한 정합이 없는 경우에, 원격 운전자는 신뢰가능한 이미지 정보가 현재 이용가능하지 않는 것으로 경고받을 수 있다. 양자의 경우들에 있어서, (규칙적인) 오버레이 이미지 프레임들 또는 열차 안전의 더 높은 신뢰성 또는 신뢰가치가 달성될 수 있다.
대안적인 또한 바람직한 변형예는 이하에 특징이 있고,
제3 프로세싱 라인에서,
- 고 해상도 이미지 프레임들은 벡터화 알고리즘의 대상이 되고, 이 벡터화 알고리즘은 포인트들, 폴리라인들, 또는 다각형들과 같은 벡터 엘리먼트들을 고 해상도 이미지 프레임들에 할당하고, 이미지 프레임 번호를 포함하는 각각의 할당된 벡터 엘리먼트의 대응하는 벡터 특성들을 결정하고,
- 각각의 할당된 벡터 엘리먼트에 대한 결정된 벡터 특성들은 또한, 모바일 통신 네트워크를 통하여, 제2 데이터 채널을 통해 온-보드 ADS 유닛으로부터 열차 원격 제어 콘솔로 송신되고,
ATO 트랙사이드 레일 트래픽 운영 및 관리 센터에서, 제3 프로세싱 라인의 제2 데이터 채널의 할당된 벡터 엘리먼트들의 벡터 특성들은 벡터 엘리먼트 외관들로 변환되고,
제3 프로세싱 라인의 제2 데이터 채널로부터 발신되는 벡터 엘리먼트 외관들은 제2 프로세싱 라인의 제2 데이터 채널로부터 발신되는 고 해상도 객체 외관들 및 정합하는 이미지 프레임 번호와 함께 제1 데이터 채널을 통해 수신되는 저 해상도 이미지 프레임들의 오버레이의 타당성 검사들을 위하여 이용되고, 및/또는 이러한 오버레이 내에 포함된다. 이 변형예는 이전의 변형예에 대응하고, 결정된 벡터 특성들이 제3 데이터 채널 대신에, 또한 제2 데이터 채널을 통해 제어 센터 또는 그 열차 원격 콘솔로 전송된다는 차이만이 있다. 이러한 방식으로, 제2 데이터 채널이 일부 더 많은 정보를 송신하지 않으면서 제3 채널이 행해질 수 있고, 그 대신에 제2 데이터 채널은 일부 더 많은 정보를 송신하지만, 여전히, 약간의 대역폭만이 제2 데이터 채널에 의해 요구된다.
또 다른 바람직한 변형예는 이하에 특징이 있고,
각각의 식별된 객체의 상대적인 객체 이미지 삽입 특성들은 지리참조(georeference)를 또한 포함하고,
ATO 트랙사이드 레일 트래픽 운영 및 관리 센터 및/또는 자동화 열차의 지도 데이터 베이스는 각각의 경우에 지리참조 및 속성화된 참조 객체에 의해 정의되는 알려진 객체들의 레지스터(register)를 더 포함하고,
ATO 트랙사이드 레일 트래픽 운영 및 관리 센터 및/또는 온-보드 ADS 유닛은 한편으로 식별된 객체들의 지리참조들 및 할당된 참조 객체들, 및 다른 한편으로 알려진 객체들의 지리참조들 및 속성화된 참조 객체들의 비교에 기초하여, 타당성에 대하여 참조 객체들로의 식별된 객체들의 할당을 검사한다.
이 변형예에서, 자동화 열차 및/또는 제어 센터에서의 지도 데이터 베이스는 또한, 알려진 객체들의 지리참조들(지리적 위치들) 및 그 객체 유형(전형적으로, 객체 ID에 의해 표현되는 속성화된 참조 객체)을 포함하고; 지도 데이터 베이스는 또한, 희망되는 경우에, 공간 내의 그 방위 또는 그 크기 또는 고유 명칭과 같은 알려진 객체에 대한 일부 추가의 정보를 포함할 수 있다. 제2 프로세싱 라인에서 식별되는 객체들은 그 지리참조, 즉, 객체들이 발견된 그 지리적 위치를 추가로 속성화한다. 식별된 객체의 지리적 위치는 일반적으로, (통상적으로, GPS에 의해 널리 알려진) 카메라 레코딩 시에 자동화 열차의 지리적 위치로부터 계산될 수 있고, 바람직하게는, 더 양호한 정확도를 위하여 열차로부터 객체의 추정된 거리에 의해 수정될 수 있다.
식별된 객체는 그것이 지도 데이터베이스 내의 알려진 객체와 충분히 정합하는 경우에 타당하고; 정합은 전형적으로, 식별된 객체 및 알려진 객체의 지리참조들이 임계치 미만(예컨대, 열차 및 객체 측위(localization)의 정확도에 따라, 3 m 미만)으로 상이한 경우에, 그리고 식별된 객체 및 알려진 객체의 객체 ID들이 동일한 경우에 확인될 수 있다. (트랙 스위치들 또는 철도 신호들과 같은) 상이한 스위칭 상태들을 가질 수 있는 객체들의 경우에, 모든 가능한 스위칭 상태들은 바람직하게는, 정합의 간단한 검증을 위하여, 동일한 지리참조를 갖는 별도의 알려진 객체들로서 지도 데이터 베이스 내에 포함된다는 것에 주목한다. 대안적으로, 객체의 특정한 스위칭 상태에 속하는 객체 ID를 갖는 오직 하나의 알려진 객체는 대응하는 지리참조에 대하여 저장될 수 있고, 객체의 가능한 스위칭 상태들 중의 임의의 하나에 속하는 할당된 객체 ID를 갖는 식별된 객체는 정합을 승인하기 위하여 양립가능한 것으로서 간주된다.
식별된 객체에 대하여, 정합하는 알려진 객체가 발견되었고, 알려진 객체가 (신호 번호와 같은) 고유한 명칭을 속성화하였을 경우에, 알려진 객체의 고유한 명칭은 원격 운전자에게 디스플레이될 수 있다. 식별된 객체들에 대한 정합이 알려진 객체들의 레지스터에서 발견될 수 없는 경우에, 원격 운전자는 신뢰가능한 오버레이 이미지 데이터가 이용가능하지 않다는 것을 경고받을 수 있다. 전형적으로, 식별된 객체들 및 알려진 객체들의 정합은 특정한 유형들의 식별된 객체들, 통상적으로, 철로 안전을 위한 특정한 관련성의 것들, 예컨대, 철로 신호들에 대하여 오직 검증된다(또는 경고 메시지를 회피하도록 요구됨)는 것에 주목한다. 식별된 객체들의 할당의 타당성을 검사함으로써, 제2 데이터 채널 또는 열차 안전에 기초한 제2 프로세싱 라인 또는 이미지 데이터의 신뢰성이 개선될 수 있다.
또 다른 바람직한 변형예에서, ATO 트랙사이드 레일 트래픽 운영 및 관리 센터는 고 해상도 객체 외관들 및 정합하는 프레임 번호들에 대한 저 해상도 이미지 프레임 내의 대응하는 객체 외관들의 상관(correlation)에 기초하여, 타당성에 대하여 참조 객체들로의 식별된 객체들의 할당을 검사한다. 고 해상도 객체 외관들 및 저 해상도 이미지 프레임 내의 대응하는 구조들의 최소 적합성이 없는 경우에, 객체 할당은 의심스럽고, 원격 운전자는 신뢰성 있는 오버레이 이미지가 그 순간에 이용가능하지 않다는 것을 경고받을 수 있다. 이 변형예로, 오버레이 이미지 프레임들의 신뢰성/신뢰가치 또는 열차 안전이 개선될 수 있다.
이하에 특징이 있는 변형예가 추가로 바람직하고,
온-보드 ADS 유닛 및 ATO 트랙사이드 레일 트래픽 운영 및 관리 센터 각각은 UTC 시간을 제공하기 위한 적어도 하나의 UTC 클록(clock), 바람직하게는 2개의 UTC 클록들을 포함하고,
모바일 통신 네트워크를 통한 자동화 열차 모바일 콤 라우터와 관리 센터 모바일 콤 라우터 사이의 통신이 패킷-기반이고,
여기서, 각각의 데이터 패킷에는, 전송되고 있는 패킷의 UTC 시간을 표시하는, 패킷의 헤더 섹션 내의 시간 스탬프(time stamp)가 제공되고,
핸드쉐이크 프로토콜 흐름은 UTC 시간들을 다음과 같이 기록하고:
패킷이 전송된 T1S UTC 시간, 패킷이 수신된 T1C 확인된 UTC 시간, 확인응답이 전송된 T2S UTC 시간, 및 확인응답이 수신된 T2C UTC 시간,
이하에 의해, 왕복 지연(round trip delay) 이 결정되고,
평균 왕복 지연 은 복수의 과거 패킷들에 걸쳐 결정되고,
경고 메시지는 이하일 경우에 전달되고,
, 여기서, TThreshold RT: 왕복 지연에 대한 임계 값,
특히, 이고, 여기서, Kconf: 신뢰 추정 값; : 표준 분산. 열차 제어를 위하여 필요한 데이터, 특히, 열차 전방의 트랙 섹션에 속하는 이미지 데이터가 실시간 동기화로 전달될 수 없는 경우에, 원격 운전자는 열차 안전을 보장하기 위하여 시기 적절한 방식으로 반응하지 못할 수 있다. 왕복 지연에 기초한 위의 변형예를 적용하면, 정보 또는 커맨드 전송에서의 지연들은 신뢰성 있게 결정될 수 있다. 비보편적인 또는 비용인가능한 지연들의 경우에, 원격 운전자는 예를 들어, 열차 속력을 감소시키거나 심지어 열차를 정지시킴으로써, 자동화 열차를 덜 위험한 상태로 둘 수 있다. 특히, 제1 데이터 채널 또는 제2 데이터 채널에 속하는 패킷들이 관련되는 경우에, 예컨대, 전방의 트랙 섹션의 디스플레이된 이미지를 회색 표시함으로써, 경고 메시지가 전형적으로, 열차 원격 제어 콘솔의 디스플레이에서 전달된다. 왕복 지연에 대한 임계 값이 과거의 왕복 지연들의 표준 편차와 비교되는 경우에, 보편적인 지연들은 비보편적인 지연들로부터 더 용이하게 구별될 수 있다. 대안적으로, 왕복 지연에 대한 고정된 임계치를 적용하는 것은 희망된 절대 안전 레벨을 보장한다.
이 변형예의 바람직한 추가의 개발은 이하에 특징이 있고,
이하에 의해, 클록 차이 가 결정되고,
평균 클록 차이 은 복수의 과거 패킷들에 걸쳐 결정되고,
경고 메시지는 또한, 이하일 경우에 전달되고,
, 여기서, TThreshold CD: 클록 차이에 대한 임계 값. 자동화 열차 및 제어 센터에서의 UTC 클록들이 적절하게 동기화되지 않는 경우에, 이것은 데이터 송신의 지연들의 식별을 모호하게 하고 악화시킬 수 있다. 클록 차이를 검사함으로써, 비동기 UTC 클록들이 식별될 수 있고, 그것은 열차 안전을 개선시킨다.
추가로, 안전한 열차 원격 제어를 위한 시스템이 본 발명의 범위 내에 있고, 이 시스템은,
a) 자동화된 열차 상의 배열에 대하여:
- 자동화 열차 전방의 트랙 섹션을 모니터링하기 위한 카메라 시스템을 포함하는 온-보드 자동화 운전 시스템(ADS) 유닛, 및
- 모바일 통신 네트워크를 통해 데이터를 포워딩하고 수신하기 위한 자동화 열차 모바일 콤 라우터를 포함하고,
b) 자동화 열차 운영(ATO) 트랙사이드 레일 트래픽 운영 및 관리 센터에서의 배열에 대하여,
- 열차 전방의 트랙 섹션의 이미지를 열차 원격 제어 콘솔에서의 원격 운전자에게 보여주기 위한 디스플레이를 포함하고, 특히, 자동화된 열차(ATR : automated train)의 열차 포지션을 표시하기 위한 이동 지도 디스플레이를 포함하는, 자동화 열차의 원격 제어를 위한 열차 원격 제어 콘솔, 및
- 모바일 통신 네트워크를 통해 데이터를 포워딩하고 수신하기 위한 관리 센터 모바일 콤 라우터를 포함하고,
시스템은 위에서 설명된 바와 같은 발명의 방법을 수행하도록 구성된다. 발명의 시스템은 모바일 통신 네트워크를 통해 자동화된 열차의 안전한 원격 제어를 허용하여, 약간의 대역폭만 요구한다. 더 구체적으로, (철로 신호들 및 철로 표지들과 같은) 전방의 안전 관련된 객체들에 대한 고 해상도 세부사항들, 및 (트랙사이드 초목 및 건물들과 같은) 전방의 추가의 환경에 대한 저 해상도 개관을 포함하는, 전방의 트랙 섹션의 이미지 또는 시각적 정보는 열차 원격 제어 콘솔의 디스플레이에서 제공될 수 있다.
추가의 장점들은 설명 및 동봉된 도면으로부터 추출될 수 있다. 위에서 그리고 이하에서 언급되는 특징들은 개별적으로 또는 임의의 조합에서 집합적으로, 발명에 따라 이용될 수 있다. 언급된 실시예들은 철저한 열거로서 이해되어야 하는 것이 아니라, 오히려, 발명의 설명을 위한 예시적인 특징을 가진다.
발명은 도면에서 도시되어 있다.
도 1은 발명에 대하여, 열차 원격 제어 셋업의 개략적인 개관을 도시한다.
도 2는 발명에 대하여, ATO/온 보드 트랙사이드 원격 논리적 기능들을 개략적으로 예시한다.
도 3은 발명에 대하여, 전형적인 하드웨어 구현의 실시예를 개략적으로 예시한다.
도 4는 발명에 대하여, 열차 인증의 예를 개략적으로 예시한다.
도 5는 발명에 대하여, 채널 프로세싱의 예를 개략적으로 예시한다.
도 6은 열차 원격 제어 디스플레이의 실시예를 개략적으로 예시한다.
도 7은 자동화 열차의 제1 파트에서, 안전한 열차 원격 제어의 발명의 방법의 바람직한 변형예를 개략적으로 예시한다.
도 8은 제어 센터에서의 제2 파트에서, 도 7의 변형예를 개략적으로 예시한다.
도 9는 발명에 대한 바람직한 변형예에서 패킷의 데이터 송신을 개략적으로 예시한다.
도 10은 발명에 대한 패킷 송신의 지연 검증의 바람직한 변형예를 개략적으로 예시한다.
개관
발명은 특히, 시간 동기화된 비디오 스트리밍에 기초한 안전한 열차 원격 제어를 위한 장치 및 방법들에 관한 것이다. 더 구체적으로, 발명은 모바일 통신 네트워크의 제한된 대역폭에 대처하는, 반 자동화된 또는 전체 자동화된 열차의 안전한 열차 원격 제어의 장치 및 방법들에 관한 것이다.
자동화 열차들이 특정 상황들에서 일시적으로 감독되고 제어되어야 하는 경우에, 자동화 열차는 원격 제어 스테이션으로부터 인수되어야 할 복원 상황들을 허용할 것이다. 발명의 원격 제어 시스템은 일부 시간적 대역폭 제한들이 적용되고 안전하게 그리고 높은 이용가능성으로 여전히 작동할 때에도, 공중 모바일 네트워크들에 대처할 것이다. 추가적으로, 원격 열차 운전은 자동화 열차 능력들 GoA4의 도입으로서 간주된다.
발명은 특히, 다음의 특징들을 가지는 자동화 열차에 대한 원격 제어 디바이스를 위한 방법을 포함한다:
- 비디오 I-프레임들이 스트리밍 프로토콜의 추가적인 헤더 바이트들에서 시간 태그(tag)되고 지리-참조되도록, 비디오 이미지들은 모바일 데이터 링크를 통해 열차 서버로부터 스트리밍된다.
- 자동화 열차를 원격 유닛과 접속하는 적어도 2개의 채널들 중에서, 하나의 채널은 감소된 공간적 해상도 및 압축을 이용하고 있고, 다른 채널은 관심 있는 객체들, 영역들, 및 포인트들의 벡터화 및 심볼화(symbolization)를 이용하고 있도록 동적 모바일 대역폭 제한 응답이 되어 있고, 현실적인 인상이 운영자에게 주어지도록 두 채널들이 심리스 오버레이에 의해 통합된다.
- 비디오 스트리밍 또는 제어 패킷들을 포함하되 이것으로 제한되지 않는 임의의 정보 동결이 경보하기 위한 시간 내에서 운영자에게 보고되도록 한 메시지 전송 및 확인 시간들을 측정하는 것에 의한, 원격 디바이스와 자동화 열차 사이의 안전하고 강인한 시간 동기화 방법.
관련된 에어 갭(air gap) 파라미터들을 모니터링하고 온라인 테스트들에 의해 무결성을 보장하는 안전 관련된 원격 접속 모니터링이 주어진다.
발명은 특히, 안전하고 사용자 친화적인 원격 디스플레이 및 제어 유닛을 제공한다.
의도된 이용 및 맥락
발명의 주제는 열차 운영의 모든 기능들이 자동화되는 것을 포함하는 무인 열차 운영으로서 정의되는 자동화 등급 4까지의 자동화 열차 운전을 허용하는 레일 트래픽 운영 기반구조의 일부이다.
발명은 원격 제어 및 운전의 기능성에 주로 초점을 맞춘다. 필수적으로, 예를 들어, 자동화 열차가 경보를 하는 경우, 예컨대, 열차가 자동화 모드에서 핸들링할 수 없는 상황이 인식되는 경우에, 원격 열차 제어 능력은 레일 트래픽 운영 및 관리 센터의 에이전트(agent)에 의해 이용되도록 의도된다. 추가적으로, 긴급상황들 또는 열화된 기능적 열차 시스템들의 경우의 제어는 또한, 원격 운전 능력에 의해 인간 개입의 대상이 된다. 추가의 예들은 루틴 자동화 열차 감독 검사 또는 미션 준비 검사의 시작이다. 열차 원격 제어 능력은, 운전자가 열차가 진입하여 여정을 수동적으로 계속하는 것 대신에, 여정의 종료까지 안전하게 열차를 타기 위하여 이용되도록 의도된다. 추가적인 예의 의도된 이용은, 다음 역에서의 정지와 같은 미리 정의된 동작 시퀀스가 행해질 때까지 승객들이 열차에 탑승한 후의 임무의 시작과 같은, 지정된 동작 시퀀스에 대하여, 열차가 원격으로 시작될 수 있다는 것이다.
필요한 기반구조를 포함하는 전형적인 자동화 열차 운전 제어 시스템이 도 1에서 다음과 같이 요약된다: ATO 트랙사이드 레일 트래픽 운영 및 관리 센터는 열차 원격 제어 콘솔을 포함한다. 이 콘솔은 모바일 통신 네트워크를 통해 열차를 원격으로 제어하도록 허용한다. 열차에서, 자동화 운전 시스템의 내재적인 기능으로서, 원격 제어 능력이 적용된다. 열차 원격 제어 기능은 2개의 컴포넌트들, 즉, 열차 온-보드 유닛 상의 하나, ATO 트랙사이드 레일 트래픽 운영 및 관리 센터 내의 하나로 구획된다.
열차 원격 제어를 위한 하이 레벨(high level) 기능들의 개요는 이하에서 주어진다:
a) 원격 열차 제어 인수 또는 원격 제어 해제를 위한 로그인(Log-In) 및 인증;
b) 열차 운전 기능성에 대한 원격 액세스;
c) 실제적인 열차 스테이터스 뿐만 아니라 열차 진단 상호작용 능력을 감독함;
d) 열차와 원격 제어 콘솔 사이의 안전하고, 신뢰성 있는 실시간 통신, 라디오 링크들, 및 네트워킹 관리.
온-보드 원격 열차 제어
열차 원격 제어 기능은 2개의 컴포넌트들, 즉, 열차 온-보드 유닛 상의 하나, ATO 트랙사이드 레일 트래픽 운영 및 관리 센터 내의 하나로 구획된다. 도 2는 전형적인 기능적 엔티티들을 갖는 2개의 주요 컴포넌트들을 도시한다.
온-보드 자동화 운전 시스템 상에는, 다음의 컴포넌트들이 전형적으로 포함된다:
O-A) 온-보드 배정 및 열차 자동화 운전 제어기
이 온 보드 기능은 ATO 트랙사이드로부터 여정 배정을 수신하고, 실행을 트리거링하고, 배정에서 정의되는 동작들이 올바르게 스케줄링되고 완수된다는 것을 보장한다. 컴포넌트는 또한, 배정 실행 보고들을 트랙사이드 감독으로 전송한다. 원격 제어 모드에서, 자동화 운전 시스템은 디스에이블되고, 원격 제어 액세스가 인에이블된다.
O-B) 온-보드 조종 제어기:
컴포넌트는 최적 에너지 사용량의 제약 하에서 정시에 플랫폼 정지 또는 통과 포인트들을 달성하기 위하여 최적 속력을 확립하는 하위기능 시간 테이블 속력 최적화기(subfunctions Time Table Speed Optimizer)를 가진다. 안전한 프로파일 속력 최적화기는 ETCS 속력 제한들과 간섭하지 않으면서 열차가 주행할 수 있는 최대 속력을 확립한다. 자동화 정지 포인트 제어기는 정지 포인트들에서 열차를 정확하게 정지시키기 위한 속력 프로파일을 확립한다. 타이밍 포인트들, 시그널링, 최대 속력, 장애물들, 환경적 조건들을 고려한 최종적인 속력 곡선의 계산이 통합된다.
O-C) 온-보드 이동 보호 제어기
이 컴포넌트는 비-인가된(non-authorized) 이동에 대하여, 위험 포인트들 및 과속에 대하여 열차를 보호하는 것을 담당한다. 이 컴포넌트는 또한, 안전한 개방 인가, 및 도어들의 폐쇄, 및 열차의 안전한 결합 또는 결합해제가 존재한다는 것을 보장한다.
O-D) 온-보드 사건 방지 제어기: 하위기능은 특히, 시그널링 및 표지 액션들에 대한 레일 규칙 세트에 따라 여정 통행 상황들을 모니터링하고 평가한다. 하위기능은 전체적인 스테이터스를 식별하고, 그 다음으로, 요구된 경보 조치들을 개시한다.
O-E) 지각 제어기는 횡방향 신호 모니터링, 장애물 모니터링, 충돌 모니터링, 플랫폼 모니터링, 및 결합 모니터링의 식별 및 특성들을 누적시킨다.
O-F) 온-보드 열차 인터페이스 제어기: ATO 견인/제동 제어를 포함하는 ATO 출력 커맨드들, 및 긴급 제동, 도어 제어, 캐티너리 제어(catenary control), 전방/종단 라이트 스위치, 결합 제어, 승객 객차 제어를 포함하되 이것으로 제한되지 않는 다양한 액션 커맨드들을 생성한다. 추가적으로, 하위기능은 열차의 스테이터스 및 열차 메시지들을 판독한다. 기능은 또한, NTC, ETCS와 같은 레거시 열차 제어 시스템들에 대한 인터페이스를 제공한다.
O-G) 온-보드 열차 유지보수 제어기: 진단 상호작용, 모든 서브컴포넌트들의 상세한 스테이터스 정보를 수집, 법률상 레코드들을 제공, 및 실제적인 열차 스테이터스를 감독. 요청 시에, 다양한 정보 레코드들은 온-보드 참조 데이터 관리 및 서버에 주어진다.
O-H) 온-보드 참조 데이터 서버 및 원격 제어기는 온-보드와 트랙사이드 사이 뿐만 아니라 온-보드 기능성들에 대한 데이터 흐름을 프로세싱하고 관리하고 있다. 기능은 또한, 구성 데이터 및 지도 데이터 관리를 포함한다. 추가적으로, 로그인, 통신 셋업, 및 인증 뿐만 아니라 암호화는 온-보드 측에 대하여 지원된다. 원격 커맨드 핸들링 및 데이터 교환이 완수된다.
O-I) 온-보드 위치결정 및 속력/거리 측정. 하위기능은 열차 포지션, 방향 뿐만 아니라, 안전한 신뢰 구간(confidence interval)들을 포함하는 속력을 제공한다.
트랙사이드 원격 열차 제어
원격 콘솔은 열차를 원격으로 액세스하는 것을 허용한다.
T-A) 원격 임무 관리기는 열차 여정을 선택하거나, 시작하거나, 중단하거나, 반-자동화 운전 시퀀스를 실행하기 위한 것을 포함하는, 원격 열차 운전 능력에 대한 입력 제어들을 제공한다. 추가적으로, 컴포넌트는 입력 액션들을 커맨드들로 변환한다. 기능성은 임무의 실행을 감독한다. 추가적으로, 그것은 원격 열차 제어 인수 또는 원격 제어 해제를 위한 로그인 및 인증을 제공한다. 임무 관리기는 다양한 구성 파라미터들을 입력하고 핸들링하도록 허용하여, 트랙 지도 데이터 베이스를 포함하되 이것으로 제한되지 않는 적용가능한 서브세트는 트랙사이드와 온-보드 열차 사이에서 동기화된다.
T-B) 원격 열차 제어 관리기는 자동화 운전 시스템을 우회하는 열차 운전 제어에 대한 로우 레벨 액세스를 제공한다. 제동력 및 견인력 입력은 스로틀 레버(throttle lever)와 같은 제어들을 통해 직접적으로 액세스가능하다. 추가적으로, 시작-속력 내지 종료-속력 램프(ramp), 크루징 속력(Cruising Speed), 최소 코스팅 진입 속력(Minimum Coasting Entry Speed), 최대 코스팅 속력(Maximum Coasting Speed)에 대한 커맨드들이 주어진다. 모터 시작/정지, 경적(horn), 와이퍼(wiper), 라이트, 공기-조절, 캐티너리 제어, 전방/종단 라이트 스위치, 도어 스위치, 또는 긴급 정지 등에 대한 제어 버튼들은 소프트-제어들 또는 레버 스위치들로서 이용가능하다. 추가적으로, 컴포넌트는 입력 액션들을 커맨드들로 변환하고; 열차 모델에 따라, 이 기능성은 TCS-인터페이스에 적응하도록 구성가능하다.
T-C) 원격 진단 관리기는 실제적인 열차 스테이터스 뿐만 아니라 열차 진단 정보를 요청하고, 이력을 저장하고, 적절한 메뉴(menu)들 내의 정보를 디스플레이한다. 동작 커맨드 액션들 및 열차 상태 프로세스들의 로깅(logging) 및 모니터링. 장애물 검출 서브시스템들, 횡방향 신호 인식, 승객 정보 서브시스템들과 같은 다른 온-보드 소스들의 정보를 통합하고 분석함.
T-D) 원격 열차 위치 지도 관리기 디스플레이들은 트랙 지도 상황의 맥락 내에서 전체 트랙사이드 시각적 정보를 갖는 열차 포지션 정보를 디스플레이한다.
T-E) 원격 스트리밍 제어 관리기는 상이한 송신 채널들에 대한 시작, 동기화, 및 이미지 결합 기능성을 제공한다.
T-F) 통신 클라이언트 및 교환 프로토콜 관리기
하위기능은, 동시에 2개의 채널들을 통해 전송되고, 메시지 다이제스트 해시 보호(MDx : message digest hash protection) 및/또는 순환 중복성 검사 보호와 같은, 그러나 이것으로 제한되지 않는 유효한 암호 보호, 및 반복 요청/핸드쉐이크 및 시퀀스 번호화 및 확인된 번호, 시간 스탬프, 및 확인된 시간 스탬프로 수신되는 안전한 보안 프로토콜의 프로토콜 보호를 포함한다. 메시지 유효성 검사는 다음을 포함할 것이다.
- 암호 보호 안전 코드의 검사
- 메시지의 인증의 검사
- 메시지 유형의 검사
- 시퀀스 번호의 검사
- 적시성(timeliness)의 검사
중복적 열차 컴퓨터 유닛들(예컨대, 3개의 유닛들)은 제어 메시지들을 교환할 것이어서, 각각의 컴퓨터는 3개의 유닛들 및 2개의 채널들의 경우에, 적어도 6개의 메시지들의 튜플(tuple)을 가진다. 각각의 컴퓨터 상의 선출 알고리즘(voting algorithm)은 메시지들을 비교할 것이고, 비유사성(dissimilarity)의 경우에, 만약 존재한다면, 어느 메시지가 장애가 있는지를 선출할 것이다. 장애 결과는 또한, 중복적 열차 컴퓨터들에 의해 교환되고, 임의의 장애 메시지가 선출된다.
ATO-온-보드와 ATO-트랙사이드 사이의 데이터 채널 및 교환 프로토콜
예를 들어, 오래되고 현재 열차 운전자들 전방 뷰 장면을 나타내지 않는 운전자들 운전실 비디오 픽처로, 원격 운전자가 제어 엘리먼트들에 따라 행동하는 경우에, 그것은 위험이다. 디스플레이 엘리먼트들의 오래된 상태들에 대해서도 동일 사항이 유효하고, 이것은 열차 운전자의 잘못된 반응을 야기할 수 있다. 그러므로, 안전한 스트리밍은 원격 열차 제어의 적용을 위하여 강제적이다.
원격 콘솔 ATO 트랙사이드의 하나의 핵심적인 특징은 스트리밍에 기초하여 프로토콜 데이터 교환을 모니터링하는 것이다. 도 3은 스트리밍 데이터가 시그널링, 장애물들, 충돌 이벤트들, 환경, 플랫폼, 온 보드 및 승객 상황들을 모니터링하는 다양한 광학 시스템들로부터 철도 차량 및 결합 조종들에 이르기까지 교환되는 것을 요약한다.
안전한 동작은 통신 네트워크들 상에서의 시간 동기화된, 낮은 레이턴시(latency), 및 신뢰성 있는 정보 스트리밍에 의해 오직 달성될 수 있다. 다수의 물리적 채널들의 중복성은 하나의 채널 대 다른 채널의 정보를 비교하는 것을 허용한다. 그러나, 듀얼 채널들을 가로질러 동일한 정보를 전송하는 것뿐만 아니라, GSM-R, 3G 내지 5G 공중 모바일과 같은 네트워크들 상에서의 핫(hot)으로부터 스탠바이(standby)로의 채널 스위칭은 널리 공지된 기법들이다.
모든 센서들의 비디오 스트리밍 정보는 단일 채널 내로 맞지 않을 수 있는 높은 대역폭을 요구하므로, 중복적인 센서들의 정보가 채널들로 배분되어, 하나의 센서는 채널들의 세트와 연관되고, 다른 중복적인 센서는 채널들의 다른 세트와 연관된다. 스트리밍은 정보의 저장이 아니라, 정보 전달의 적시성의 목적을 지칭한다. 원격 제어는 기밀성(confidentiality), 메시지 인증, 및 리플레이 보호(replay protection) 뿐만 아니라, 비디오 스트림 및 제어 메시지들에 대한 실시간 능력들을 제공하는 통신 프로토콜을 포함한다. ATO 트랙사이드 원격 열차 운전자 콘솔은 다양한 유형들의 자동화 열차들과 통신할 필요가 있으므로, 전형적으로, SRTP에 기초하여, 표준화된 프로토콜이 이용될 것이다. 통신이 패킷 기반인 것으로 가정된다.
멀티미디어 세션은 비디오 세션, 데이터 세션, 제어 커맨드 세션을 포함할 수 있는 세션들의 집합으로서 정의된다. 임의의 멀티미디어 세션의 페이로드 데이터 스트림은 패킷화되고 암호화된다. 패킷을 암호화하는 프로세스는 패킷에 대응하는 키 스트림 세그먼트를 생성하는 것, 및 그 다음으로, 패킷의 암호화된 부분을 생성하기 위하여 그 키 스트림 세그먼트를 패킷의 데이터 페이로드 상으로 비트별 배타적-OR를 행하는 것으로 구성된다. 리플레이 보호는 수신되고 인증된 패킷들의 전부의 인덱스들을 포함하는 리플레이 리스트를 유지하는 수신기에 의해 달성된다.
방법은 하나의 비디오 픽처가 하나 이상의 패킷들에서 전송된다는 것을 포함한다. ATO-온-보드와 ATO-트랙사이드 사이에서 교환되는 패킷들은 패킷 번호와 같은 전형적인 데이터 외에, 다음의 정보를 포함하는 헤더를 포함하고; 패킷 길이는 또한, 패킷이 전송되는 시간을 식별하는 시간스탬프이다. 패킷이 전송된 시간 외에, 무결성은 ATO 온 보드 카메라와 ATO 트랙사이드 원격 제어 콘솔 디스플레이 사이의 비디오 스트림의 시간 래그(time lag) 제어와의 엔드-투-엔드(End-to-End) 시간 동기화에 의해 강화될 수 있다. 비디오 이미지들은 비디오 I-프레임들이 스트리밍 프로토콜의 추가적인 헤더 바이트들에서 시간 태그되고 지리참조되도록 스트리밍된다. 1-바이트 헤더의 확장의 형태인 추가적인 프레임 동기화는 제1 패킷에 추가되고, 이것은 최대 15개의 추가적인 바이트를 허용한다. ID 및 길이를 포함하는 헤더 확장 바이트가 이용된다. 데이터가 측정될 때, 이 다음의 바이트들은 UTC 시간을 코딩하기 위하여 이용된다. UTC 시간은 밀리초(millisecond)로 카운터로서 코딩된다. I-프레임의 정적 식별자는 비디오 디코딩의 강인함에 추가되는데, 이것은 I-프레임이 모든 다른 P 및 B 유형 프레임들이 지칭하는 키 프레임(key frame)이기 때문이다. 이 바이트들은 또한, 비디오-이미지를 지리참조하기 위하여 이용된다. 예를 들어, 7 바이트 UTC 시간 및 8 바이트 지리참조는 픽셀 (0,0) 좌측 상부 코너의 x 및 y 좌표를 포함한다. 스케일 인자(scale factor)는 WGS84 위도 및 경도 좌표들에서의 지리참조를 위하여 이용된다. Latscaled = fs*LatPacket. 이미지 프로세싱을 위하여 관련되는 비디오 카메라 특성들은, 폭 및 높이에 대한 픽셀 스케일 인자들, ATO 온-보드 카메라 장착 포지션, 회전 및 초점 길이를 포함하되 이것으로 제한되지 않는, ATO-트랙사이드 뿐만 아니라 ATO 온 보드에 알려진 고정된 구성 파라미터들이다.
보안 프로토콜에 의한 로우 레이트 제어 데이터에 대한 듀얼 스트림들과의 안전한 데이터 접속. 비디오 데이터 압축을 위하여, 열차 속력에 따라, 키-프레임들(I 프레임들)의 수가 가변적이다. 각각의 비디오 프레임은 글로벌 시간 소스로부터의 시간 코딩 및 프레임 번호를 상관시키는 패턴으로 강화된다. 원격 디스플레이 상에서, 각각의 비디오 프레임 번호는 디코딩되고, 글로벌 시간 소스와 비교되어, 비디오 캡처 시간 및 ATO 트랙사이드 시스템 시간에 대한 송신 지연의 시간의 차이가 있다. 이러한 방법으로, 비디오 지연 공차가 모니터링될 수 있다.
헤더 확장에 의한 시간 코딩 뿐만 아니라 패킷 전송의 시간은 ATO-트랙사이드 컴퓨터의 실시간 클록과 비교될 수 있고, 여기서, 실시간 클록은 또한, UTC 시간 상에서 동기화된다. 비디오 패킷 헤더 시간 스탬프 및 실시간 클록의 시간 차이는 비디오 픽처 촬영의 시간 스탬프들과 마찬가지로 임계치와 비교된다. 임계치가 전송 시간 스탬프 및 카메라 시간 스탬프의 둘로부터 초과하면, 경보 지시가 행해진다. 패킷 레벨에 대한 이러한 이중 실시간 검사는 비어 있는 스트리밍 버퍼의 지시보다 훨씬 더 효율적이고 안전하다.
열차 원격 제어의 물리적 계층
다양한 센서들이 카메라, 위치결정 센서들 등을 포함하는 온-보드 ADS 컴퓨터에 접속된다. ATO-온-보드와 ATO 트랙사이드 원격 열차 제어 네트워크 사이의 통신의 물리적 실시예는 모바일 콤 라우터들에 기초한다. 라우터는 GSM-R, 모바일 텔레콤 5G 또는 4G 또는 LTE 또는 WLAN과 같은, 그러나 이것으로 제한되지 않는 임의의 유형의 네트워크 채널 또는 채널들의 임의의 조합을 통해 공유된 또는 공중 네트워크들을 가로질러 데이터를 포워딩한다.
대역폭 및 왕복 지연은 모든 채널들에서 온라인으로 측정되고, 라우팅의 선택은 대역폭에 따라 동적으로 조절된다. 특히, 대역폭의 주요한 파트는 비디오 정보에 의해 소비된다. 그러므로, 채널들을 최적으로 선택하는 것과, ATO 온 보드와 ATO 트랙사이드 원격 제어 콘솔 사이의 데이터 전송을 위한 대역폭을 감소시키는 것과의 사이에는 무결성 뿐만 아니라 동작도 손상되지 않도록 균형이 필요하다.
원격 열차 제어 인수 또는 해제
특허 EP 3 220 613 A1에서 주어진 바와 같이, ATO 온-보드 ADS가 패킷 기반 통신 네트워크에서 통신을 초기화하는 경우에, ADS는 그 IP 어드레스, 심볼 임무 명칭(열차 주행 번호는 이 임무 명칭의 일부일 수 있음), 및 열차 ATO-온-보드 하드웨어 ID를 발표할 것이다. 동일한 절차가 ATO-트랙사이드 원격 콘솔에 의해 이용되어, 한 쌍의 목적지 전송 어드레스들을 포함하는 각각의 원격 운전자 장소에 대한 고정된 IP를 발표한다. IP 통신 셋업은 알려진 IP 어드레스들에 의해 확립될 수 있거나, 주어진 DNS 서비스가 명칭 분석을 통해 또한 이용가능한 것으로 가정된다. 원격 제어에 의한 인수는 전형적으로, 특정 열차 ID 또는 임무 명칭의 선택 뿐만 아니라, 사용자 크리덴셜(credential)들, 임무 인가, 및 열차 인가를 포함하되 이것으로 제한되지는 않는, ATO 열차 트래픽 운영 및 관리 센터의 열차 원격 제어 콘솔에서의 다양한 인가 데이터를 입력하는 것을 포함할 것이다.
패킷 기반 프로토콜에 대하여, 하나의 바람직한 실시예는 데이터 전송의 무결성을 강화하기 위하여 실시간 스트리밍 프로토콜(RTSP : Real Time Streaming Protocol)과 같은 공중 표준화된 프로토콜을 확장하는 것이다. 그러나, 방법은 전용 프로토콜(proprietary protocol)에 또한 적용될 수 있다. ATO-온-보드 및 ATO-트랙사이드 세션 셋업을 위하여, 키들이 교환될 필요가 있다. 프로토콜은 전형적으로, 마스터 키(master key)를 포함하고, 세션 키들은 이 마스터 키로부터 식별된다. 전송자 측 및 반대로 수신 측에서의 데이터 암호화가 발생하기 전에는, 추가적인 인증이 성공적일 것이다. RTSP 교환들은 키 교환 자체를 보호하기 위하여 암호화된다. 미디어 서버가 암호화가 (URL에서의 RTSP 파라미터들에 기초하여) 활성화된다는 것을 검출하는 경우에, 미디어 서버는 키 관리 정보 및 그 다음으로, 암호화된 스트림을 전송한다. 도 4는 열차 인증의 예를 예시한다.
스위치 및 모바일 에어 갭 라우터
SSID 모드들, IP 접속들, 어드레스들, 운영자 상태, 접속 유형(LTE, 5G), 채널들, 국제 모바일 장비 아이덴티티(International Mobile Equipment Identity), 국제 모바일 가입자 아이덴티티(International Mobile Subscriber Identity), 셀 ID, 활성 프로토콜들 및 서비스들, 인증 스테이터스 등과 같은 원격 에어 갭 정보는 ATO-온-보드와 ATO 트랙사이드 사이의 접속을 진단하기 위하여 이용가능할 것이다. 이벤트 로그는 관련된 접속 또는 구성 이벤트들에 대하여 검사하는 것을 허용할 것이다.
ATO 트랙사이드 원격 제어 콘솔과 ATO-온-보드 열차 사이의 시간 동기화는 신뢰성 있고 안전한 제어 루프에 대한 핵심적인 제약이다. 원격 스테이션과 열차 사이의 불충분한 전송 대역폭 또는 불충분한 시간 동기화에 의해 제어 루프에서 도입된 시간 래그들은 제어 불안정성들 또는 안전 위험들을 야기할 수 있다. 안전한 시간 베이스는 안정적인 UTC 클록을 가지는 적어도 2개의 독립적인 컴퓨터들을 갖는 ATO-온-보드 상에서 확립되고, 바람직한 실시예로서, 이것은 100 마이크로초(microsecond)보다 양호한 시간 동기화 액세스를 가지는 GNSS 수신기들 또는 GNSS 수신기들에 접속된 컴퓨터들일 수 있다. ATO-온-보드와 ATO-트랙사이드 원격 제어 콘솔 사이의 데이터 교환에서는, 바람직하게는, 제어 메시지들에 대하여, 주문-확인응답 프로토콜(order-acknowledgement protocol)이 강제적인 경우에, 왕복 시간은 왕복 지연이 제어 루프 필터 시간 상수에 종속되는 어떤 제한보다 작다는 것을 확인하기 위하여 측정된다. 왕복 시간 제한 또는 클록 동기 제한이 초과되는 경우에, 경보가 주어지고, 그 이유는 안전이 손상될 수 있기 때문이다.
패킷 왕복 시간은 모바일 통신 네트워크의 적어도 2개의 데이터 채널들을 통해 통신하고 적어도 2개의 독립적인 원격 제어 콘솔 컴퓨터들로부터 수신되는 2개의 독립적인 1차 계층 UTC 동기화된 열차 컴퓨터들에 의해 데이터로 지속적으로 결정된다. 각각의 시간 에포크(time epoch)에 대하여, 적어도 2^4 왕복 지연들이 결정될 수 있다.
온-와이어(on-wire) 프로토콜 헤더 추가는 하나의 유닛에 의해 전송되는 주문/요청 및 다른 유닛에 의한 응답/확인응답의 일반적인 프로토콜 흐름 내에 내장되는 4개의 시간 스탬프들을 이용하고, 왕복 시간은 열차 ATO 온-보드 컴포넌트 뿐만 아니라 ATO 트랙사이드 원격 제어 콘솔의 둘 모두에 의해 결정된다. 각각의 메시지는 메시지 헤더 내의 시간 스탬프 및 확인된 시간 스탬프를 반송한다. 시간 스탬프 TS는 4 바이트 값이고, 이 4 바이트 값은 메시지의 전송자의 시간 스탬프를 보유한다. 확인된 시간 스탬프 TC는 4 바이트 값이고, 이 4 바이트 값은 그 마지막(가장 어린) 유효한 메시지의 상대방의 시간 스탬프를 반영한다.
T1S는 패킷이 전송되었을 때의 클록 시간이고, T1C는 요청/주문 패킷이 수신되었을 때의 확인된 클록 시간이고, T2S는 확인응답이 전송되었을 때의 클록 시간이고, T2C는 ACK가 수신되고 확인되었을 때이다.
4개의 클록 시간 측정들은 지연을 왕복하기 위하여 이용된다.
왕복 지연의 시스템 파트는 이동 윈도우 평균(moving window average)으로 제거된다. 임계치는 신뢰 추정(confidence estimation)에 의해 결정될 수 있다. 경보는 왕복 임계치가 초과되는 경우에 행해진다:
트랙사이드 및 온-보드의 클록 차이는 다음으로서 결정된다:
경보는 동기 임계치가 초과되는 경우에 행해진다:
왕복 지연 외에, 대역폭-사용량(bandwidth-usage)(RX 레이트, TX 레이트), 비트 에러(bit error)들, 참조 신호 수신 전력(reference signal received power), 수신 강도 신호 표시자(receive strength signal indicator)/참조 신호 수신 품질(reference signal received quality), 신호 대 간섭 플러스 잡음 비율(signal to interference plus noise ratio)과 같은, 그러나 이것으로 제한되지 않는, 데이터 채널들의 추가의 통계적 특성들이 모니터링될 것이다. 이 표시자들의 모니터링은 통계에 기초하여 행해지고, 슬라이딩 윈도우(sliding window)는 각각의 새로운 모바일 셀 인수 시에 재설정되는 샘플 세트의 길이를 제한한다. 평균, 분산, 및 편포도와 같은 중심 모멘트(central moment)들이 추적되고, 가설 테스트(hypothesis test)에 대한 것과 같은 테스트 통계는 원격 무선 접속의 임의의 장애 또는 열화(degradation)를 결정할 수 있다. 무결성은 가우시안 확률 밀도 분포(Gaussian probability density distribution)의 신뢰 구간에 의해 표현되고, 이 가우시안 확률 밀도 분포의 신뢰 구간은 평균 모멘트(mean moment)의 분산 뿐만 아니라 신뢰 인플레이션 계수(confidence inflation coefficient) KFF의 통계적 특성들에 기초하여, 가우시안 분포에 연결되고, 연관된 무결성 위험의 분위수(Quantile) QN 함수를 이용하여 연산된다.
에어 갭 원격 채널 특성들이 공차 내에 있다면, 채널은 건전하게 설정되고 이용될 수 있다. 카운터는 임의의 채널들이 어떤 시간 동안에 비어 있는지를 검사하고, 시간 제한이 초과되면, 경보를 행한다.
비디오 이미지 프로세싱
데이터 참조 서버 및 원격 제어기 기능은 온-보드와 트랙사이드 사이 뿐만 아니라 온-보드 기능성들에 대한 데이터 흐름을 프로세싱하고 관리하고 있다. 데이터 흐름은 비디오 데이터, 오디오, 스테이터스, 또는 커맨드 데이터를 스트리밍하는 것을 포함하는 전체적인 데이터 관리를 포함한다. 이 기능은 원격 열차 제어 콘솔을 포함하는 트랙사이드 엔티티들에 지정된 정보 흐름 분포를 처리한다.
안전한 비디오 프로세싱 및 압축은 데이터 참조 서버 및 원격 제어기의 하나의 핵심적인 기능을 구성한다. 미디어 데이터를 스트리밍하기 위한 선도자는 해상도 및 컬러 심도를 감소시키는 것에 의한 데이터 압축이다. 카메라의 이미지 픽셀 스트림은 그 다음으로, 런 길이 인코딩 또는 이산 코사인 변환들과 같은, 이미지 레벨 상의 중복성을 제거하기 위한 최신 방법들에 의해 압축된다. 다음 단계에서, 이미지는 시기 적절한 인터-이미지 중복성을 커버(cover)하는 코덱-인코더(codec-encoder)에 의해 압축된다. P-프레임들 및 B-프레임들에서 코딩되는 장기간 예측은 인트라 프레임들(I-프레임들)을 참조하여 변경들을 압축한다.
대역폭의 추가의 감소를 위하여, 발명의 방법이 제안된다: 모바일 대역폭 제한 응답은, 자동화 열차를 원격 제어 콘솔과 접속하는 적어도 2개의 채널들 상에서, 하나의 채널(여기에서 채널 1로 명명됨)은 감소된 해상도를 이용하고 있고 다른 채널(여기에서 채널 2로 명명됨)은 관심 있는 객체들, 영역들, 및 포인트들의 벡터화 및 심볼화를 이용하고 있도록 한 대역폭 제한들을 대처할 수 있다. 현실적인 인상이 운영자에게 주어지도록, 비유사한 정보를 반송하는 두 채널들이 심리스 오버레이에 의해 통합된다(도 5 참조).
열차 온-보드 지도 뿐만 아니라 원격 제어 콘솔 지도는 동일한 계층들을 승계하고, 여기서, 관심이 있는 동작 관련 포인트들(신호들, 표지들, 캐티너리-파일런(catenary-pylon)들 등)이 지오코딩(geocode)된다. 추가적으로, 방법은 맵 데이터 베이스 파트를 포함하고, 여기서, 객체 벡터 특징들 외에, 전형적인 객체 외관 이미지가 저장된다. 채널 2에서는, 프레임 번호, 삽입 벡터 포인트, 지리참조, 및 스케일링/회전 인자들과 같은, 객체 ID 및 상대적인 객체 이미지 삽입 특성들만이 전송될 필요가 있다.
ATO-원격 제어 콘솔에서의 객체 ID의 수신 후에, 전형적인 외관 객체 이미지는 비디오 이미지의 예상된 삽입 영역에 상관되고, 여기서, 객체의 지오코딩 및 삽입 벡터는 예상된 삽입 위치를 안내하고 있다. 지도 데이터 베이스로부터의 이 고 해상도 객체 외관 이미지는 저 해상도 비디오 이미지 내로 오버레이되어, 감소된 비디오 이미지 품질의 단점은 객체 전형적 외관 픽셀 영역들을 오버레이함으로써 보상된다. 이것은 예를 들어, 신호 라이트 스테이터스(signal light status)를 검출하기 위하여 중요하고, 여기서, 고 해상도가 필요하다. 초목 이미지에 대해서는, 안전 또는 동작 판정들을 손상시키지 않으면서, 저 해상도가 여전히 용인가능하다. 추가적으로, 지도 데이터베이스로부터의 벡터화된 심볼은 관련된 항목들을 고도로 두드러지게 디스플레이하기 위하여 상부에 오버레이된다.
ATO 트랙사이드 원격 열차 제어 컴포넌트에서, 오버레이는 저 해상도 비디오 이미지를 고 해상도로 리샘플링하고, 그 다음으로, 오버레이 객체 외관 이미지들을 결합함으로써 프로세싱될 수 있다. 이미지 병합 동작은 오버레이 객체 외관 이미지 세기 값들을 비디오 세기 값들과 승산하는 것, 두 세기 값들을 가산하는 것, 이미지들의 값들을 평균화하는 것, 또는 최대 콘트라스트 결합(max contrast joining)과 같은 옵션들을 포함한다. 하나의 실시예에서, 비디오 이미지의 어두운 영역들에 대하여, 픽셀 선택은 비디오 이미지 및 객체 외관 이미지 중의 최소에 기초하고, 밝은 영역들에 대하여; 객체 외관 이미지의 최대 세기는 오버레이에 대하여 취해진다.
알려진 객체들을 식별하기 위하여, 열차 비디오 이미지들에 대한 비디오 세그먼트화 프리프로세싱이 준비되어야 한다. 이미지 내의 상이한 객체들의 분류는 프로세싱 체인 내의 단계들 중에 있다. 이미지 객체들의 특징들이 연산되고, 그 다음으로, 검출기들/특징 분류기들을 이용하여 비교된다. 특징 추출은 영역들, 에지들, 및 코너들을 추출함으로써 전송되어야 할 정보를 감소시킨다. 성공적인 객체 식별들은 경계설정 박스 및 객체 ID로 표기된다. 원격 카메라 전방 뷰의 예시적인 도 5 및 도 6에서, 트랙 객체들이 오버레이되고, 반대 트랙 상의 열차가 식별되고, 선두 열차 전방의 사람이 식별된다.
그래픽 엘리먼트들의 무결성으로서, 유효성 코드(순환 중복성 검사 또는 필적하는 것)가 생성 소스에서 추가되고, 이 유효성 코드는 시간 정보, 및 비디오 이미지들의 경우에 프레임 번호, 및 ATO/트랙-사이드와 ATO 온-보드 사이의 공통 지도 데이터베이스에 대응하는 ID 번호, 삽입 벡터, 스케일링/회전 인자를 포함하고 있다. 원격 디스플레이 상에서는, 무결성이 검증될 뿐만 아니라, 시간 차이가 실시간 클록과 비교되도록, 패턴이 디코딩된다.
ATO 온-보드 및 ATO 원격 제어 지도 데이터 베이스는 적어도 2개의 주요 파트들인, 벡터 데이터 및 참조 심볼 아이콘들을 가진다. 벡터 파트에서: 벡터 지도 파트는 제한 영역들, 정지 영역들, 건널목(level crossing)들, 터널들, 교량들, 플랫폼들, 초목 등과 같은 레일 기반구조 영역들을 포함한다. 그 기반구조 영역들에 대한 데이터 베이스 정보는 적어도 ID, 경계설정 박스(폭, 높이, 길이), 트랙 하부 기반구조, 라인 명칭, 연관된 특성들, 및 객체 영역 참조 포인트(중력 중심 CoG), 객체 픽셀 높이/폭을 포함하는 전형적인 영역 또는 특정 영역을 나타내는 픽셀 이미지에 대한 링크를 포함한다. 영역 기하구조는 포인트, 폴리 라인, 또는 다각형 영역과 같은 벡터 엘리먼트에 의해 표현된다. 기하구조 유형 및 기하구조 좌표들(예컨대, 위도, 경도, 고도 또는 세그먼트, 가로좌표, 변위)의 관련된 번호는 데이터 베이스 내에 저장된다. 다각형은 4개 이상의 포인트들의 접속되고 폐쇄된 시퀀스로서 정의되고, 폴리 라인은 2개 이상의 포인트들의 라인 시퀀스로서 정의된다. 추가적으로, 데이터 베이스 지도는 신호들, 표지들, 파울링 마크(fouling mark), 파일런들, 발리스(balise)들과 같은, 그러나 이것으로 제한되지 않는 트랙 자산들을 저장한다. 발리스들에 대하여, 위에서 언급된 특성들 외에, 확장된 링크 정보가 저장되고, 이 링크 정보는 발리스와 트랙 원점 사이의 벡터 뿐만 아니라, BG 식별자 NID_BG; 발리스 그룹 내의 발리스의 포지션; 세그먼트 시작으로부터의 아크 길이(arc length)를 포함한다.
추가적으로, 데이터 베이스들은 일련의 포인트들로서의 트랙 기하구조, 또는 폴리라인들, 곡선들, 클로소이드(clothoid)들, 스플라인(spline)들 등과 같은, 그러나 이것으로 제한되지 않는 더 높은 기하학적 추상화들을 저장한다. 트랙 위치가 더 높은 기하학적 정밀도를 필요로 한다는 사실로 인해, 특성들은 바람직한 실시예에서, 예를 들어, 포인트 ID, 연관된 세그먼트 ID, 라인 ID, 포인트 헤딩, 포인트 제목, 포인트 기울기, 포인트 캔트(point cant)를 포함할 수 있다. 선택된 기하구조 유형 표현에 따라, 특성들은 중심 포인트 및 반경, 또는 시작 포인트 엔드포인트 등을 포함할 수 있다. 트랙의 토폴로지(topology)는 에지(edge)들에 의해 표현되고, 에지 접속(edge connection)들은 스위치(switch)들, 버퍼(buffer)들, 또는 접합(junction)들과 같은 트랙 엘리먼트들을 표현한다.
지도 데이터 베이스의 두 번째 파트는 벡터 계층으로서의 하나의 계층 및 픽셀 계층으로서의 하나의 계층인 이중 계층을 갖는 참조 심볼 아이콘들을 포함하고, 두 계층은 동일한 객체를 나타낸다. 그 심볼 아이콘들은 국가 또는 지역 또는 여정에 대해 특정적으로 저장될 수 있다. 추가적으로, 데이터 베이스는 레버 아암(lever arm)들, 시스템 특성들, IP-어드레스들 등과 같은, 그러나 이것으로 제한되지 않는 다른 구성 정보를 포함한다.
타당성 검사들은 검사들의 일부이고, 지도 데이터 베이스 객체 유형 및 위치가 비디오 이미지 레코딩된 객체의 위치 및 식별된 유형과 정합하는지를 포함한다. 추가적으로, 객체 참조 이미지 및 저 해상도 픽셀 이미지의 상관은 객체 식별이 올바른지를 검사하기 위한 수단이다. 무결성은 모든 픽셀 폭 및 높이에 대하여, 원격 측 상에서 아이콘 픽셀 이미지와 저 해상도 비디오 이미지 사이의 상관을 계산함으로써 달성된다. 상관 피크가 객체 경계설정 박스의 내부에 있으면, 프로세스는 정합하였다는 것이고, 이와 다른 경우에, 경보가 행해진다.
추가적으로, 참조 이미지는 이미지 프로세싱 기법들(예컨대, 소벨 연산자(sobel operator))에 의해 객체 형상으로 감소될 수 있고, 객체의 벡터 형상과 정합될 수 있다. 그러한 모든 검사들은 장애들을 검출하는 것을 목표로 한다. 모두 3개의 데이터 세트들이 정합하거나(저 해상도, 데이터 베이스 참조 이미지, 및 벡터 이미지) 3개 중의 적어도 2개가 정합하면, 송신 내용이 검증된다.
열차 위치결정 스테이터스의 원격 식별
열차 원격 제어 기능이 이용되는 경우에, 운영자는 열차가 실제적으로 트랙 네트워크 상에서 어디에 있는지 뿐만 아니라, 열차가 그 포지션을 어디에서 식별하였는지를 알 필요가 있다. 시스템 장애의 경우에, 그 2개의 포지션들이 항상 정합하지는 않는다. 원격 제어 기능들은 열차 전방 뷰 뿐만 아니라 이동 지도 뷰의 시각적 표시를 제공한다. 원격 운영자는 중요한 랜드마크(landmark)들에 대하여 불일치가 나타나는지를 식별할 수 있다. 열차 포지션은 이동 지도 상에서 심볼로서 그래픽 방식으로 묘사된다. 추가로, 이동 지도 상에는 발리스들, 트랙 세그먼트 경계들, 신호들, 표지들, 및 랜드마크들과 같은 연관된 라벨들을 갖는 관련된 객체들이 포함된다. 추가적으로, 세그먼트 ID, 및 계산된 열차 포지션으로부터의 세그먼트 ID로부터 운전된 거리는 또한, 이것이 열차가 여정 프로파일을 따르도록 예상되는 장소인지에 대한 원격 운영자를 위한 교차검사를 허용하기 위하여 디스플레이된다.
ATO 열차 위치결정은 전형적으로, ETCS에 따라 발리스 그룹 대신에 트랙 세그먼트 원점들을 참조한다. 이 때문에, 열차의 운전된 거리는 세그먼트 프로파일 식별자, 세그먼트 프로파일 버전, 및 세그먼트 프로파일 통행 방향에 대하여 주어진다. 하나의 실시예에서, 각각의 트랙 세그먼트 아이덴티티는 스테이터스("유효": SP 요청됨, "무효": ATO-트랙사이드 데이터베이스에서 SP 발견되지 않음) 및 버전 번호와 함께, SP의 국가 또는 지역의 아이덴티티(NID_C (k)) 뿐만 아니라 요청된 세그먼트 프로파일의 아이덴티티(NID_SP (k))에 의해 정의된다. 각각의 세그먼트는 세그먼트 프로파일 L_SP (k)에 의해 커버되는 철로의 세그먼트의 길이 뿐만 아니라, SP의 시작부에서의 참조로서의 고도, 및 세그먼트 프로파일의 시작부에서의 새로운 경사의 값으로서 정의되는 경사 G_New_Gradient (k)를 특징으로 한다. 다른 실시예들은 특성들의 서브세트 또는 추가적인 특성들만을 이용할 수 있다. 이 정보를 교차검사하여 어떤 안전 레벨을 달성하기 위하여, 세그먼트 프로파일 위치는 또한, 예를 들어, 위도, 경도, 및 고도에서의 지리적 포지션에 의해 정의될 필요가 있다.
ATO-온-보드 내부의 포지션들은 전형적으로, 세그먼트 프로파일들의 시작부에 대해 정의된다. 여정 프로파일은 열차가 주어진 루트에 대하여 통행하는 것으로 추정되는 트랙 세그먼트들의 시퀀스를 열거한다. ETCS를 이용할 때, 열차 포지션은 발리스 그룹들 및 운전된 거리를 참조하고 있다. 이 때문에, 열차 포지션을 발리스 그룹 참조로부터 트랙 세그먼트 참조로 변환하기 위하여, 세그먼트 프로파일은, BG 식별자 NID_BG; 발리스 그룹 내의 발리스의 포지션; 세그먼트 시작부로부터의 아크 길이로서의 발리스 위치를 포함하되 이것으로 제한되지 않는 발리스 정보를 구체화할 필요가 있다. 이 정보를 교차검사하기 위하여, 발리스 위치는 트랙 세그먼트 시작부를 참조하는 것 외에, 예를 들어, 위도, 경도, 및 고도에서의 지리적 포지션에 의해 정의될 필요가 있다. 그 문제는 지도 생성 프로세스에서의 극단적인 노력이 투자되는 것을 제외하고, 세그먼트 프로파일이 전형적으로 요구된 동작을 위하여 필요한 안전 레벨을 달성하지 않는다는 것이다. 이 제약을 완화하기 위하여, 트랙 원점 및 발리스 위치의 측지학적 좌표들의 차이와, 트랙 세그먼트 원점에 대한 발리스 위치 거리와의 대조는 지도 장애들 및 불일치들을 검출하도록 허용한다. 예를 들어, 트랙 상의 발리스 포지션이 어떤 오차 임계치 내에서 그 측지학적 포지션과 정합하지 않는 경우이다. 세그먼트 길이 또는 곡선 반경들 사이에 작은 오차들이 있다는 사실로 인해, 이 오차는 누적될 수 있고, 이 오차 전파들은 어떤 레벨 미만에 있는 때를 검출하기가 어렵다.
저장된 발리스 포지션은 측정된 발리스 포지션과 대조될 수 있다.
세그먼트가 올바른 버전을 갖는 ATO-온-보드 지도 데이터베이스 내에 이미 존재하면, 정보가 이 온-보드 지도로부터 취해질 것이다. 이와 다른 경우에, 트랙 세그먼트는 세그먼트 프로파일 요청 패킷에 의해 요청된다. 세그먼트 및 여정 프로파일 일치 오차들을 검출하기 위한 검사는, 통과 포인트 대 여정/세그먼트 프로파일, 통과 포인트들의 오름차순, 세그먼트 프로파일들의 연속성 및 완전성과 같은 일치 검사들을 포함한다.
열차 제어 및 관리 스테이터스의 원격 식별
자동화 운전 제어기의 스테이터스 및 출력 결과들은 출력 데이터 뿐만 아니라 오차 표시들과 함께, 인간 사용자 인터페이스 내의 디스플레이 상에서 이용가능할 것이다. 원격 제어 콘솔은 자동진단 요청(autodiagnostic request)을 발행하고, 온 보드 컴포넌트는 자동진단 결과로 보고할 것이다. 태스크 배정, 및 여정 및 스케줄 관리 및 배정 실행 감독을 포함하되 이것으로 제한되지 않는, 다양한 서브시스템에 대한 규칙 적용가능성 식별 및 제어 출력의 리스트는 자동진단 기능에서 디스플레이될 것이다. 추가적으로, 열차 진단 능력은 열차 온-보드 구성을 디스플레이하도록 허용한다. 핵심적인 컴포넌트들 및 데이터베이스 구성 항목들의 버전 및 스테이터스가 검사될 수 있다.
열차 유지보수 제어기에 의해 수집되는 온-보드 자동화된 운전 시스템의 자동진단 스테이터스 및 출력 결과들은 출력 데이터 뿐만 아니라 오차 표시들과 함께, 인간 사용자 인터페이스 내의 디스플레이 상에서 이용가능할 것이다. 여정 배정 실행의 감독은 배정 예고를 원격 콘솔 배정 스케줄러에 보고할 것이다. 실행된 통과 포인트/타이밍 포인트의 리스트 보고는 진단을 위하여 이용가능할 것이다. 특히, 여정 프로파일과 같은 관련된 데이터는 ATO 패킷 에러들, 시간스탬프들 및 헤더 데이터를 갖는 프로토콜 스테이터스 뿐만 아니라, 통과되고 임박한 시간 포인트들(도착 시간, 출발 시간, 정차 시간, 스테이션, 도어 개방 측)을 갖는 배정된 여정, 일시적 제약들(속력 제한들, 낮은 점착(adhesion))을 표시한다. 판독 액세스 모드에서, 원격 열차 콘솔은 다음과 같은 기능적인 입력들에 대한 현재의 파라미터들 및 이력을 검사할 수 있다:
- 시간 테이블, 여정 프로파일 데이터, 출발 인가를 포함하는 ATO-TMS 텔레그램(telegram)들;
- 실행되고 소거된 이동 권한들, 속력 프로파일들, 포지션 보고들 등을 포함하는 ETCS 텔레그램들;
- 시간 테이블 속력 프로파일, 감독된 속력 엔빌로프 프로파일(supervised speed envelope profile), 자동화 열차 정지 프로파일을 포함하는 열차 움직임 및 포지션 출력들.
추가적으로, 원격 운전자는 예를 들어, 열차 리스케줄링(rescheduling) 또는 경로재설정(re-routing)을 갖는 임무 데이터를 기각하기 위한 제어를 가질 것이다. 배정 태스크 업데이트 및 배정 실행 예고는 원격 임무 관리자 기능의 일부일 것이다.
조종 제어기의 자동진단 스테이터스 및 출력 결과들은 출력 데이터 뿐만 아니라 오차 표시들과 함께, 인간 사용자 인터페이스 내의 디스플레이 상에서 이용가능할 것이다. 조종 개요의 리스트 뿐만 아니라, TCMS 커맨드들의 개요 출력 리스트는 디스플레이를 위하여 이용가능할 것이다.
착신 열차 기반구조 데이터를 속력 프로파일 최적화기에 제공하기 전에 이 착신 열차 기반구조 데이터를 검증하는 이동 보호 제어기의 자동진단 스테이터스 및 출력 결과들은 출력 데이터 뿐만 아니라 오차 표시들과 함께, 인간 사용자 인터페이스 내의 디스플레이를 위하여 이용가능할 것이다. 실제적인 및 다음 트랙 세그먼트 프로파일들 뿐만 아니라, 경사, 곡선들, 무전력 섹션들, 정적 속력 제한들, 및 발리스 식별들을 포함하되 이것으로 제한되지 않는 관련된 레일 기반구조 데이터를 포함하는 트랙 데이터의 개요가 주어진다. 디스플레이 옵션은 객체 특성들을 포함하는 여정 프로파일로 브라우징(browing)하는 것을 허용한다. 추가적으로, 지도 객체 특성들; 예를 들어, 발리스 아이덴티티, 위치, 그룹 내의 발리스들의 수 등으로 구성되는 발리스 특성들을 보고하는 것이 또한 가능하다. 관련된 특정 정보는 플랫폼들, 터널, 건널목, 및 발리스들과 같은 세그먼트 프로파일 세부사항 데이터 항목들 내에 포함된다. 따라서, 원격 운전자는 트랙 입력 데이터에 관련된 쟁점들을 식별할 수 있고, 여기서, 시스템은 고장 상태일 수 있고, 원격 운전자는 자동화 모드로 다시 스위칭하기 전에 그것을 해결할 필요가 있다. 원격 운전자는 에러들 또는 경보들을 소거하기 위한 것 뿐만 아니라, 이동 보호 제어기 출력 데이터를 수동적으로 기각하기 위한 수단을 가질 것이다.
지각 제어기의 자동진단 스테이터스 및 출력 결과들은 출력 데이터 뿐만 아니라 오차 표시들과 함께, 인간 사용자 인터페이스 내의 디스플레이 상에서 이용가능할 것이다. 특히, 스위치들, 스테이션들, 터널들, 교량들, 캐티너리 파일런들, 표지들, 및 신호들과 같은, 그러나 이것으로 제한되지 않는 레일 기반구조로부터의 식별된 객체들의 결과들. 장애물 검출 및 분류, 환경적 모니터링, 및 측방향 신호 검출에 따른 이 지각 제어기 결과들은 자동진단 내에 포함될 것이다. 검출들의 확률 뿐만 아니라 분류의 속성들은 메뉴들 내에서 이용가능할 것이어서, 원격 운전자는 오분류들 또는 장애들을 식별할 수 있다. 판독 액세스 모드에서, 원격 열자 콘솔은 다음과 같은 자동화 운전 기능성에 대한 모든 기능적 입력 및 자동화 운전 기능성의 액션 출력들에 대한 현재의 파라미터들 및 이력을 검사할 수 있다:
- 신호, 표지, 장애물 검출, 플랫폼, 및 환경을 포함하는 패턴 인식 출력들;
- 온-보드 상황 인식 출력들.
추가적으로, 철로 적재 게이지(railway loading gauge)의 클리어런스(clearance) 및 이 영역 내의 알려지지 않은 객체들의 임의의 위반은 식별, 포지션, 및 속성들에 의해 원격 GUI 디스플레이에서 이용가능할 것이다. 추가적으로, 원격 운전자는 결과들을 기각하거나 에러들 또는 경보들을 소거하기 위한 제어를 가질 것이다.
열차 진단 상호작용 능력
원격 열차 콘솔은 관련된 열차 컴포넌트 상태들을 제공하는 열차 진단을 허용한다. 추가적으로, 그것은 열차 컴포넌트들(예컨대, 견인 유닛, 도어들, 및 제동 시스템)의 장애들을 커버하는 열차 상태 및 진단 데이터 베이스에 대한 액세스를 허용하고; 원격 콘솔은 자동화 운전 기능에 연관된 장애들을 검출하는 진단 기능을 액세스할 것이다. 진단 디스플레이 메시지는 적어도 다음의 정보를 포함할 것이다:
- ID: 유지보수 구간 내에서 고유한 진단 ID;
- 발생의 시간 스탬프;
- 유형 분류: 정보, 경보, 및 장애;
- LRU: 진단이 연관되는 컴포넌트/기능;
- 장애 설명 또는 에러 스트링을 포함할 수 있는 진단 내용.
열차 상태 및 진단 데이터 베이스가 제조자 종속적이지만, 전형적으로, 그것은 다음의 스테이터스 데이터와 같은, 그러나 이것으로 제한되지 않는 항목들을 포함한다:
- 캐티너리 스테이터스;
- 캐티너리 전압;
- 온-보드 전력;
- 견인력 및 스테이터스;
- 제동 압력;
- 제동 저장소 압력;
- 다양한 제동 시스템들의 제동 스테이터스;
- 오일 압력;
- RPM 모터;
- 휠 속력;
- 모터, 기어 박스, 냉각 시스템의 온도;
- 도어 스테이터스;
- 쾌적한 기후;
- 결합 스테이터스;
- 철도 차량 스테이터스.
원격 열차 운전 능력
원격 열차 운전 장치는 ATO 트랙사이드 레일 트래픽 운영 및 관리 센터 내에 컴퓨터 그래픽 사용자 인터페이스를 포함하고, 이 컴퓨터 그래픽 사용자 인터페이스는 정보를 디스플레이할 수 있을 뿐만 아니라, 예를 들어, 포인팅 디바이스, 키보드, 또는 터치 스크린 디바이스를 통해 인간 입력 액션을 수신할 수 있다. 추가적으로, 견인/제동 레버, 경보 버튼들, 또는 운영자들 경계 버튼과 같은, 그러나 이것으로 제한되지 않는 중요한 운전자 디바이스들은 별도로 구비된다. 원격 운전 장치는 또한, 열차 또는 승객들과 통신하는 것을 허용하기 위한 가청 디바이스(audible device)들, 예컨대, 헤드폰 및 마이크로폰을 구비한다.
표준 열차 운전자 DMI의 상태들, 열차 운전자가 유지보수 조사에 의해 수집할 필요가 있는 추가적인 상태들 뿐만 아니라, 트랙 관련된 정보를 포함하는 모든 열차 상태들을 온라인으로 그리고 실시간으로 제공함으로써 안전이 달성된다. 운전자가 기관차 운전자의 운전실에서 경험하고 있는 정보에 적당한 전체 동작 정보는 안전 동작들을 위한 필수적인 부분이다. 운전자의 운전실과 유사한 원격 열차 작업장의 룩 앤드 필(look and feel)은 심리스 및 직감적 작업 흐름을 허용한다.
그래픽 사용자 인터페이스는 모든 필요한 정보를 원격 열차 운전자에게 제시한다. 인간 머신 인터페이스 기능성의 하나의 바람직한 실시예는 열거된 바와 같은 메뉴들 또는 디스플레이 엘리먼트들/모드들을 포함할 수 있다:
a) 사용자 인증 및 로그인 또는 탈출을 위한 다이얼로그 엘리먼트(dialog element)들;
b) 열차 여정을 시작/정지하거나 열차 여정의 구간들을 실행하기 위한 다이얼로그 엘리먼트들;
c) 중요한 상황의 경우에 스테이터스 경고를 갖는 열차 스테이터스 감독을 위한 디스플레이 엘리먼트들;
d) 열차 속력, 제동 압력, 캐티너리 전압, 모션 제어의 상태 등과 같은, 그러나 이것으로 제한되지 않는 열차 서브시스템 상태들의 디스플레이 엘리먼트들;
e) 무선 원격 접속 특성들에 대한 디스플레이 엘리먼트;
f) 열차 모드 및 ATP(예컨대, ETCS 전체 감독 또는 PZB)에 대한 디스플레이 엘리먼트들;
g) 열차 모델에 종속적인 특정 목적들을 위한 구성가능한 디스플레이 엘리먼트들;
h) 열차 전력-업/다운, 열차 가속/운전 레버, 제동 레버, 캐티너리 제어, 전방/종단 라이트 스위치, 도어 스위치 등과 같은, 그러나 이것으로 제한되지 않는, 열차 제어를 위한 제어 엘리먼트들;
i) 긴급 정지 및 경적을 위한 제어 엘리먼트;
j) 특정 디바이스(버튼, 레버, 스위치)에 의해 표현되는 구성가능한 제어 엘리먼트들;
k) 터치 스크린과 같은 그래픽 사용자 인터페이스의 일부인 구성가능한 제어 엘리먼트들;
l) ETCS 또는 STM 특정 목적들을 위한 제어 엘리먼트들;
m) 열차 보호 검사 또는 운전실 시그널링 시스템(유도성 또는 라디오 기반)을 위한 엘리먼트들;
n) 운전자의 운전실 뷰의 비디오 스크린(선택 시에 임의적);
o) 열차 포지션 및 포지션 데이터를 갖는 트랙 지도;
p) 열차 운전자 운전실 계기 뷰를 갖는 비디오 스크린;
q) 장애물 검출 서브시스템들, 횡방향 신호 인식, 승객 정보 서브시스템들과 같은 다른 소스들로부터의 메뉴들;
r) 운영자들 경계 또는 경보를 위한 제어 엘리먼트.
도 6에서 주어지는 원격 운전자 디스플레이의 실시예의 사례는 제1 레벨 그룹들: 제어 엘리먼트들, ETCS 디스플레이 엘리먼트들, 열차 상태 엘리먼트들, 이동 지도 디스플레이, 전방 캠 디스플레이, 및 운전자 운전실 뷰를 갖는 확장된 ETCS 디스플레이의 룩-앤드-필을 포함한다. 위의 리스트(a 내지 r)로부터의 다른 디스플레이 엘리먼트들은 제2 다이얼로그 레벨에서 배열될 수 있거나, 메뉴 선택 시에 보여질 수 있다. 중요한 엘리먼트들에 대하여, 정보가 운영자 액션들을 필요로 하거나 최신의 것이 아닐 때, 광학적 및 가청 중복성이 제공된다. 예컨대, 회색 표시된 메뉴를 갖는 경보 사운드 또는 대기/비활성 아이콘은 정보가 동결되거나 오래된 경우에 이용된다.
시간 임계치의 과잉에 의해 정보가 최신의 것이 아니면, 운영자에게 경고하기 위하여 대기 패턴이 보여진다. 대기 아이콘 또는 패턴의 하나의 바람직한 실시예는 예를 들어, 진행/로딩-바아 또는 회색 표시된 이미지로서, 직관적으로 오래된 정보를 보여주는 것일 수 있다. 이 대기 패턴은 디스플레이들에서 시간 스탬에 추가적으로 이용된다. 초기화 동안에, 디스플레이 엘리먼트들은 시각적 검사를 통해 실행되고, 여기서, 모든 상태들은 순서대로 디스플레이되거나, 검사 패턴이 스크린들 상에 두어진다. 열차 원격 제어 콘솔은 긴급 정지, 전력 차단, 승객 호출, 또는 실시간 사건 핸들링과 같은 액션들을 실행하거나 관리하기 위한 기능성을 제공한다.
바람직한 변형예들의 논의
도 7은 자동화 열차 ATR에서 발생하는 파트에 대한, 안전한 열차 원격 제어를 위한 발명의 방법의 바람직한 변형예를 예시한다.
자동화 열차 ATR의 선두에 설치된 카메라 시스템 CAM은 연속적으로 열차(또는 그 선두 기관차/화차) 전방의 트랙 섹션을 모니터링하고, 대응하는 이미지 프레임들 HRI를 생성한다. 이 이미지 프레임들 HRI는 안전한 원격 열차 제어를 위하여 필요한 모든 세부사항들을 해결하기 위하여 고 해상도를 가진다. 고 해상도 이미지 프레임들 HRI는 그 다음으로, 여기에서의 3개의 프로세싱 라인들 PL2, PL2, 및 PL3에서 프로세싱된다.
제1 프로세싱 라인 PL1에서, 고 해상도 이미지 프레임들 HRI는 낮은 이미지 프레임들 LRI로 변환된다. 전형적으로, 픽셀들의 양은 각각의 이미지 방향에서 4배 이상 감소되고, 이에 따라, 픽셀들의 수를 16배 이상 감소시킨다. 추가의 압축 및 인코딩 기법들이 적용된다. 저 해상도 이미지 프레임들 LRI는 패킷-기반 모바일 통신 네트워크 MCN을 통하여, 제1 데이터 채널 CH1을 통해, 간단하게 제어 센터로 칭해진 자동화 열차 운영(ATO) 트랙사이드 레일 트래픽 운영 및 관리 센터로 송신된다(도 8 참조). 저 해상도로 인해, 모바일 통신 네트워크 MCN 상에서의 이미지 송신을 위하여 약간의 대역폭만이 요구된다.
제2 프로세싱 라인 PL2에서, 고 해상도 이미지 프레임들 HRI는 패턴 인식을 거친다. 고 해상도 이미지 프레임 HRI에서 인식되는 패턴들/구조들이 자동화 열차 ATR의 지도 데이터 베이스 MDB 내에 저장되는 참조 객체들과 충분하게 정합하는 경우에, 객체들이 식별된다. 각각의 식별된 객체에 대하여, 지도 데이터 베이스 내의 대응하는 참조 객체의 객체 ID 뿐만 아니라 상대적인 객체 삽입 특성들이 결정된다. 도시된 예에서, 철로 신호, 간헐적 열차 제어, 및 트랙 섹션은 객체들로서 식별되었다. 참조 객체들은 트랙들을 따라 많은 수가 발견될 수 있는 전형적인 트랙사이드 객체들을 나타낸다는 것에 주목한다. 각각의 참조 객체에 대하여, 고 해상도 이미지 프레임들에서 발견되는 구조들과의 비교를 허용하기 위하여, (고 해상도) 외관 정보가 저장된다. 이 외관 정보는 전형적으로, 3D 벡터화된 정보이다. 상대적인 객체 삽입 특성들은 고 해상도 이미지 프레임 HRI 내의 식별된 객체의 포지션 뿐만 아니라 그 크기 및 회전을 표시한다.
여기에서 도시된 변형예에서, 지도 데이터 베이스 MDB는 또한, 알려진 객체들의 레지스터를 포함하고, 여기서, 각각의 알려진 객체는 (알려진 객체의 유형을 표시하는) 대응하는 참조 객체의 객체 ID 및 알려진 객체가 발견될 수 있는 지리참조(즉, 알려진 객체의 지리적 위치를 표시함), 및 여기 또한, 알려진 객체에 대한 고유한 명칭에 의해 정의된다. 그 예에서, 객체로서 식별되는 철도 신호는 또한, 고유한 명칭 "Signal 0158"을 갖는 레지스터의 알려진 객체와 정합하고, 객체로서 식별되는 간헐적 열차 제어는 또한, 고유한 명칭 "PZB 0739"를 갖는 레지스터의 알려진 객체와 정합한다. 객체로서 식별되는 트랙은 여기에서의 알려진 객체와 정합하지 않는다는 것에 주목한다.
모든 식별된 객체들은 리스트 LIO 내로 넣어지고, 리스트 LIO는 객체 ID들 및 상대적인 객체 삽입 특성들, 그리고 객체들이 발견된 (고 해상도) 이미지 프레임의 프레임 번호를 포함한다. 도시된 예에서, 리스트 LIO는 또한, 적용가능한 경우에 알려진 객체들에 대한 할당에 대한 정보를 포함한다. 리스트 LIO는 모바일 통신 네트워크 MCN을 통하여, 제2 데이터 채널 CH2를 통해 제어 센터로 전송된다(도 8 참조). 이것은 이미지 프레임 송신과 비교하여 약간의 대역폭만을 요구한다.
제3 프로세싱 라인 PL3에서, 고 해상도 이미지 프레임들 HRI는 벡터화 알고리즘을 거친다. 고 해상도 이미지 프레임들 내의 타격 구조들은 폴리라인들 및 다각형들과 같은 벡터 엘리먼트들로 변환되고, 간단하게 벡터 특성들로 또한 칭해지는 그 벡터 엘리먼트 특성들이 결정된다. 벡터 특성들에 의해, 할당된 벡터 엘리먼트들의 외관 및 포지션이 정의된다.
모든 할당된 벡터 엘리먼트들은 리스트 LAV 내로 넣어지고, 리스트 LAV는 할당된 벡터 엘리먼트들의 벡터 특성들, 및 벡터 엘리먼트가 발견된 (고 해상도) 이미지 프레임의 프레임 번호를 포함한다. 리스트 LAV는 모바일 통신 네트워크 MCN을 통하여, 제3 데이터 채널 CH3을 통해 제어 센터로 전송된다(도 8 참조). 이것은 이미지 프레임 송신과 비교하여 약간의 대역폭만을 요구한다.
도 8은 제어 센터 COC에서 발생하는 파트에 대한, 도 7의 안전한 열차 원격 제어를 위한 발명의 방법의 변형예를 추가로 예시한다.
제1 데이터 채널 CH1을 통해, 저 해상도 이미지 프레임들 LRI는 여기에서 간단하게 제어 센터 COC로 또한 칭해지는 ATO 트랙사이드 레일 트래픽 운영 및 관리 센터 COC에서 수신된다. 제어 센터 COC는 정지되어 있고, 예컨대, 연동 건물 내로 통합되고, 원격 운전자가 자동화 열차를 제어할 수 있는 열차 원격 제어 콘솔(여기에서 도시되지 않음)을 포함한다.
제2 데이터 채널 CH2를 통해, 식별된 객체들의 리스트 LIO가 수신된다. 제어 센터 COC의 지도 데이터 베이스 MDB, 특히, 그 객체 ID에 의해 식별되는 각각의 참조 객체에 대한 그 안에 포함된 참조 객체 외관 정보에 기초하여, 리스트 LIO의 정보는 식별된 객체들의 (고 해상도) 객체 외관 HROA를 재구성하기 위하여 이용된다. 이 목적을 위하여, 모든 열거된 식별된 객체에 대하여, 그 객체 ID는 대응하는 참조 객체의 외관 정보를 판독하기 위하여 이용되고, 상대적인 객체 이미지 삽입 특성들은 객체를 올바르게 스케일링하고, 회전하고, 배치하기 위하여 적용된다.
제3 데이터 채널 CH3을 통해, 할당된 벡터 엘리먼트들의 리스트 LAV가 수신된다. 리스트 LAV의 정보는 할당된 벡터 엘리먼트들의 (고 해상도) 벡터 엘리먼트 외관들을 재구성하기 위하여 이용된다.
그 다음으로, 제2 데이터 채널 CH2로부터 발신되는 고 해상도 객체 외관들(high resolution object appearances) HROA는 저 해상도 이미지 프레임들 LRI 상으로 오버레이되어, 오버레이 이미지 프레임들 OLI로 귀착된다. 오버레이 이미지 프레임들 OLI는 제어 센터 COC의 원격 제어 콘솔의 디스플레이에서 원격 운전자에게 디스플레이된다. 오버레이 이미지 프레임들 OLI 내에 삽입되는 고 해상도 객체 외관들 HROA는, 원격 운전자가 여기에서의 철로 신호 "Signal 0158"의 스위칭 상태와 같은, 안전한 열차 제어를 위한 관련된 모든 정보를 인식할 수 있도록 충분한 해상도를 가진다. 추가로, 원격 열차 운전자는 오버레이 이미지 프레임들 OLI의 기초적인 저 해상도 이미지 프레임들 LRI에 의해 열차 전방의 풍경의 일반적인 인상을 얻을 수 있다.
추가로, 벡터 엘리먼트 외관들(vector element appearances) VEA는 오버레이 이미지 프레임들 OLI(여기에서 도시되지 않음)의 상세함을 개선시키기 위하여, 또한 오버레이 이미지 프레임들 OLI 내로 오버레이될 수 있다. 대안적으로, 그리고 도시된 예에서, 벡터 엘리먼트 외관들 VEA는 낮은 이미지 프레임들 LRI와의 오버레이가 행해지기 전에, 타당성에 대하여 고 해상도 객체 외관들 HROA를 검사하기 위하여 이용된다. 그 예에서, 데이터 채널 CH2의 모든 식별된 객체들은 데이터 채널 CH3의 벡터 엘리먼트들과 정합한다. 그러므로, 오버레이 이미지 프레임 OIF는 정상적으로 보여진다. 충분한 정합들이 발견되지 않는 경우에, 오버헤이 이미지 프레임들이 붕괴되었다는 경고 메시지가 디스플레이될 것이다.
또 다른 변형예에서, 리스트들 LIO 및 LAV의 둘 모두는 희망되는 경우에(더 상세하게 도시되지 않음) 하나의 공통 데이터 채널(즉, 제2 채널 CH2, 따라서, 다음으로, 제3 데이터 채널 CH3 없이 행해짐) 상에서 모바일 통신 네트워크 MCN을 통해 송신될 수 있다는 것에 주목한다.
도 9 및 도 10은 본 발명의 과정에서 이미지 데이터의 시기적절한 제공을 검증하기 위하여 적용될 수 있는 절차들을 예시한다. 절차는 특히, 도 7 및 도 8에서 이미지 데이터에 속하는 데이터 패킷들을 채널들 CH1, CH2, 및/또는 CH3을 통해 송신하기 위하여 적용될 수 있다.
도 9는 본 발명을 위한 패킷들의 데이터 송신 또는 대응하는 프로토콜 흐름을 예시한다.
자동화 열차 ATR은 데이터 패킷 DP를 제어 센터로 전송할 것을 원한다. 이 목적을 위하여, 자동화 열차 ATR의 모바일 콤 라우터 ATR-MCR은 데이터 패킷 DP를 모바일 통신 네트워크 MCN으로 전송한다. 데이터 패킷 DP가 전송될 때, 시간 T1S는 자동화 열차 ATR의 UTC-클록 UTCC에서 판독되고 기록되고; 시간 T1S는 특히, 데이터 패킷 DP의 헤더(제1/상부 픽처) 내에 포함된다.
제어 센터 COC는 그 모바일 콤 라우터 COC-MCR에 의해 데이터 패킷 DP를 수신한다. 이 시기에, 제어 센터 COC의 UTC-클록 UTCC의 시간 T1C는 판독되고 기록된다(제2 픽처).
다음으로, 제어 센터 COC의 모바일 콤 라우터 COC-MCR은 확인응답 ACK를 전송하고, 이 확인응답 ACK에 대하여, 전송 시간 T2S가 제어 센터 COC의 UTC-클록 UTCC에서 판독되고 기록된다. 시간 T2S는 특히, 확인응답 ACK의 헤더(제3 픽처) 내에 포함된다.
최종적으로, 확인응답 ACK는 자동화 열차 ATR의 모바일 콤 라우터 ATR-MCR에서 수신된다. 시간 T2C는 자동화 열차의 UTC-클록 UTCC에서 이 시기에 판독되고 기록된다(제4/하부 픽처).
T1S, T1C, T2S, 및 T2C를 알면, 왕복 지연 이 계산될 수 있다. 다른/이전의 데이터 패킷 전송 이벤트들로부터, 평균 왕복 지연 이 또한 결정된다. 추가로, 클록 차이 가 계산될 수 있다. 다른/이전의 데이터 패킷 전송 이벤트들로부터, 평균 클록 차이 가 또한 결정된다.
도 10에서 예시된 바와 같이, 각각 전송되고 수신되는 이미지 데이터의 특정한 피스(piece)에 대하여, 위의 도 9의 데이터 패키지 DP를 비교하면, 왕복 지연 마이너스 평균 왕복 지연 은 왕복 지연에 대한 임계 값 TThreshold RT와 비교된다. 바람직하게는, 왕복 지연에 대한 임계 값 TThreshold RT는 과거의 왕복 지연들의 표준 편차에 따라 선택되고, 전형적으로, 안전 인자(또한, 신뢰 추정 값으로 칭해짐)를 적용한다.
인 경우에, 경고 메시지가 원격 운전자에게 디스플레이되어, 이미지 데이터의 개개의 피스에 (적어도 부분적으로) 기초한 디스플레이된 이미지 프레임은 최신의 것이 아니라는 것(또는 적어도 최신의 것이 아닐 수 있음)을 표시한다.
추가로, 예시된 예에서, 클록 차이 마이너스 평균 클록 차이 는 클록 차이에 대한 임계 값 TThreshold CD와 비교된다.
인 경우에, 자동화 열차 및 제어 센터의 UTC-클록들은 적절하게 동기화되지 않고, 이것은 진정한 왕복 지연들을 모호하게 할 수 있다. 따라서, 이미지 데이터의 개개의 피스가 최신의 것이라는 것이 보장될 수 없고, 대응하는 경고 메시지가 원격 운전자에게 디스플레이된다.
검사들이 지연된 이미지 데이터 전달의 위험을 나타내지 않는 경우에, 이미지 데이터의 개개의 피스에 (적어도 부분적으로) 기초한 이미지 프레임은 경고 메시지 없이, 원격 운전자에게 규칙적으로 디스플레이된다.
요약하면, 본 발명은 자동화된 열차의 안전한 열차 원격 제어를 제안하고, 여기서, 자동화된 열차 전방의 트랙 섹션은 고 해상도 이미지 프레임들을 생성하는 비디오 카메라 시스템으로 주시된다. 고 해상도 이미지 프레임들은 저 해상도 이미지 프레임들로 변환되고, 모바일 통신 네트워크를 통하여, 제1 데이터 채널을 통해 트랙사이드 제어 센터 내의 열차 원격 제어 콘솔로 송신된다. 추가로, 고 해상도 이미지 프레임들은 패턴 인식을 거치고, 지도 데이터 베이스 내의 참조 객체들에 대응하는 식별된 객체들에 대하여, 재구성 정보는 모바일 통신 네트워크를 통하여, 제2 데이터 채널을 통해 열차 원격 제어 콘솔로 송신된다. 열차 원격 제어 콘솔에서, 식별된 객체들에 대한 고 해상도 객체 외관들은 재구성 정보 및 대응하는 지도 데이터 베이스를 이용하여 재구성된다. 고 해상도 객체 외관들은 제1 데이터 채널을 통해 수신되고 열차 원격 제어 콘솔에서 디스플레이되는 저 해상도 이미지 프레임들 상으로 오버레이된다. 따라서, 전방 트랙 섹션의 안전 관련된 세부사항들 및 일반적인 인상의 둘 모두는 모바일 통신 네트워크의 낮은 대역폭 소비로 원격 열차 운전자에 의해 이용가능하게 된다.
참조 부호들의 리스트
ACK 확인응답(Acknowledgement)
ATR 자동화 열차
ATR-MCR (자동화 열차 상의) 모바일 콤 라우터
CAM 카메라 시스템
CH1 제1 데이터 채널
CH2 제2 데이터 채널
CH3 제3 데이터 채널
COC 자동화 열차 운영 트랙사이드 레일 트래픽 운영 및 관리 센터/콘솔 센터
COC-MCR (제어 센터 상의) 모바일 콤 라우터
DP 데이터 패킷
HRI 고 해상도 이미지 프레임
HROA 고 해상도 객체 외관
LIO 식별된 객체들의 리스트
LAV 할당된 벡터 엘리먼트들의 리스트
MCN 모바일 통신 네트워크
MDB 지도 데이터 베이스
LRI 저 해상도 이미지 프레임
OLI 오버레이 이미지 프레임
PL1 제1 프로세싱 라인
PL2 제2 프로세싱 라인
PL3 제3 프로세싱 라인
UTCC UTC-클록
VEA 벡터 엘리먼트 외관

Claims (8)

  1. 안전한 열차 원격 제어를 위한 방법으로서,
    자동화 열차(ATR : automatic train)는,
    - 상기 자동화 열차(ATR) 전방의 트랙 섹션(track section)을 모니터링하는 카메라 시스템(CAM : camera system)을 포함하는 온-보드(on-board) 자동화 운전 시스템(ADS : automatic driving system) 유닛, 및
    - 모바일 통신 네트워크(MCN : mobile communication network)를 통해 데이터를 포워딩하고 수신하기 위한 자동화 열차 모바일 콤 라우터(ATR-MCR : automatic train mobile com router)를 포함하고,
    자동화 열차 운영(ATO : automatic train operation) 트랙사이드 레일 트래픽 운영 및 관리 센터(COC)는,
    - 상기 열차(ATR) 전방의 상기 트랙 섹션의 이미지를 열차 원격 제어 콘솔에서의 원격 운전자에게 보여주는 디스플레이를 포함하고, 특히, 상기 자동화 열차(ATR)의 열차 포지션을 표시하기 위한 이동 지도 디스플레이(moving map display)를 포함하는, 상기 자동화 열차의 원격 제어를 위한 열차 원격 제어 콘솔, 및
    - 상기 모바일 통신 네트워크(MCN)를 통해 데이터를 포워딩하고 수신하기 위한 관리 센터 모바일 콤 라우터(COC-MCR : management centre mobile com router)를 포함하고,
    상기 ATO 트랙사이드 레일 트래픽 운영 및 관리 센터(COC) 및 상기 자동화 열차(ATR) 각각은 공통 참조 객체들을 포함하는 지도 데이터 베이스(MDB : map data base)를 포함하고, 상기 참조 객체들은 각각의 전형적인 유형들의 트랙사이드 객체들을 나타내고, 각각의 참조 객체에 대하여, 적어도 객체 ID, 및 대응하는 전형적인 유형의 트랙사이드 객체를 나타내는 고 해상도 객체 외관 정보가 저장되고, 특히, 고 해상도 객체 외관 정보는 벡터화(vectorise)되고,
    상기 카메라 시스템(CAM)은, 이미지 프레임 번호들이 할당되고 적어도 2개의 프로세싱 라인들(PL1, PL2, PL3)에서 프로세싱되는 고 해상도 비디오 이미지 프레임들(HRI)을 생성하고,
    제1 프로세싱 라인(PL1)에서,
    - 상기 고 해상도 이미지 프레임들(HRI)은 해상도에 있어서 감소되고, 압축되고, 상기 온-보드 ADS 유닛에서 저 해상도 이미지 프레임들(LRI)로 인코딩되고,
    - 상기 저 해상도 이미지 프레임들(LRI) 및 그 이미지 프레임 번호들은 상기 모바일 통신 네트워크(MCN)를 통하여, 제1 데이터 채널(CH1)을 통해 상기 온-보드 ADS 유닛으로부터 상기 열차 원격 제어 콘솔로 송신되고,
    제2 프로세싱 라인(PL2)에서,
    - 상기 고 해상도 이미지 프레임들(HRI)은 패턴 인식 알고리즘(pattern recognition algorithm)의 대상이 되고, 상기 패턴 인식 알고리즘은 고 해상도 이미지 프레임들(HRI)에서 객체들을 식별하고, 상기 객체들을 상기 온-보드 ADS 유닛의 상기 지도 데이터 베이스(MDB) 내에 저장되는 참조 객체들로 할당하고, 적어도 이미지 프레임 번호, 삽입 벡터 포인트, 및 스케일링/회전 파라미터들을 포함하는, 각각의 식별된 객체의 대응하는 객체 ID 및 상대적인 객체 이미지 삽입 특성들을 결정하고,
    - 결정된 객체 ID들 및 이미지 삽입 특성들은 상기 모바일 통신 네트워크(MCN)를 통하여, 제2 데이터 채널(CH2)을 통해 상기 온-보드 ADS 유닛으로부터 상기 열차 원격 제어 콘솔로 송신되고,
    상기 ATO 트랙사이드 레일 트래픽 운영 및 관리 센터(COC)에서, 상기 제2 데이터 채널(CH2)의 상기 객체 ID들 및 이미지 삽입 특성들은 상기 ATO 트랙사이드 레일 트래픽 운영 및 관리 센터(COC)의 지도 데이터 베이스(MDB) 내의 상기 대응하는 저장된 참조 객체들에 따라 고 해상도 객체 외관들(HROA : high resolution object appearances)로 변환되고,
    이 고 해상도 객체 외관들(HROA)은 상기 제1 데이터 채널(CH1)을 통해 수신되는 정합하는 이미지 프레임 번호를 갖는 상기 저 해상도 이미지 프레임들(LRI) 상으로 심리스 방식으로(seamlessly) 오버레이(overlay)되어, 상기 열차(ATR) 전방의 상기 트랙 섹션의 이미지가 상기 ATO 트랙사이드 레일 트래픽 운영 및 관리 센터(COC)에서의 상기 원격 운전자에게 보여지게 하는 것을 특징으로 하는, 안전한 열차 원격 제어를 위한 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    제3 프로세싱 라인(PL3)에서,
    - 상기 고 해상도 이미지 프레임들(HRI)은 벡터화 알고리즘(vectorization algorithm)의 대상이 되고, 상기 벡터화 알고리즘은 포인트(point)들, 폴리라인(polyline)들, 또는 다각형(polygon)들과 같은 벡터 엘리먼트들을 상기 고 해상도 이미지 프레임들(HRI)에 할당하고, 이미지 프레임 번호를 포함하는 각각의 할당된 벡터 엘리먼트의 대응하는 벡터 특성들을 결정하고,
    - 각각의 할당된 벡터 엘리먼트에 대한 결정된 벡터 특성들은 상기 모바일 통신 네트워크(MCN)를 통하여, 제3 데이터 채널(CH3)을 통해 상기 온-보드 ADS 유닛으로부터 상기 열차 원격 제어 콘솔로 송신되고,
    상기 ATO 트랙사이드 레일 트래픽 운영 및 관리 센터(COC)에서, 상기 제3 데이터 채널(CH3)의 상기 할당된 벡터 엘리먼트들의 상기 벡터 특성들은 벡터 엘리먼트 외관들(VEA : vector element appearances)로 변환되고,
    상기 제3 데이터 채널(CH3)로부터 발신되는(originating) 상기 벡터 엘리먼트 외관들(VEA)은 상기 제2 데이터 채널(CH2)로부터 발신되는 상기 고 해상도 객체 외관들(HROA) 및 정합하는 이미지 프레임 번호와 함께 상기 제1 데이터 채널(CH1)을 통해 수신되는 상기 저 해상도 이미지 프레임들(LRI)의 상기 오버레이의 타당성 검사들을 위하여 이용되고, 및/또는 상기 오버레이 내에 포함되는 것을 특징으로 하는, 안전한 열차 원격 제어를 위한 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    제3 프로세싱 라인(PL3)에서,
    - 상기 고 해상도 이미지 프레임들(HRI)은 벡터화 알고리즘의 대상이 되고, 상기 벡터화 알고리즘은 포인트들, 폴리라인들, 또는 다각형들과 같은 벡터 엘리먼트들을 상기 고 해상도 이미지 프레임들(HRI)에 할당하고, 이미지 프레임 번호를 포함하는 각각의 할당된 벡터 엘리먼트의 대응하는 벡터 특성들을 결정하고,
    - 각각의 할당된 벡터 엘리먼트에 대한 결정된 벡터 특성들은 또한, 상기 모바일 통신 네트워크(MCN)를 통하여, 상기 제2 데이터 채널(CH2)을 통해 상기 온-보드 ADS 유닛으로부터 상기 열차 원격 제어 콘솔로 송신되고,
    상기 ATO 트랙사이드 레일 트래픽 운영 및 관리 센터(COC)에서, 상기 제3 프로세싱 라인(PL3)의 상기 제2 데이터 채널(CH2)의 상기 할당된 벡터 엘리먼트들의 상기 벡터 특성들은 벡터 엘리먼트 외관들(VEA)로 변환되고,
    상기 제3 프로세싱 라인(PL3)의 상기 제2 데이터 채널(CH2)로부터 발신되는 상기 벡터 엘리먼트 외관들(VEA)은 상기 제2 프로세싱 라인(PL2)의 상기 제2 데이터 채널(CH2)로부터 발신되는 상기 고 해상도 객체 외관들(HROA) 및 정합하는 이미지 프레임 번호와 함께 상기 제1 데이터 채널(CH1)을 통해 수신되는 상기 저 해상도 이미지 프레임들(LRI)의 상기 오버레이의 타당성 검사들을 위하여 이용되고, 및/또는 상기 오버레이 내에 포함되는 것을 특징으로 하는, 안전한 열차 원격 제어를 위한 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    각각의 식별된 객체의 상기 상대적인 객체 이미지 삽입 특성들은 지리참조(georeference)를 또한 포함하고,
    상기 ATO 트랙사이드 레일 트래픽 운영 및 관리 센터(COC) 및/또는 상기 자동화 열차(ATR)의 상기 지도 데이터 베이스(MDB)는 각각의 경우에 지리참조 및 속성화된 참조 객체에 의해 정의되는 알려진 객체들의 레지스터(register)를 더 포함하고,
    상기 ATO 트랙사이드 레일 트래픽 운영 및 관리 센터(COC) 및/또는 상기 온-보드 ADS 유닛은 한편으로 상기 식별된 객체들의 지리참조들 및 할당된 참조 객체들, 및 다른 한편으로 상기 알려진 객체들의 지리참조들 및 속성화된 참조 객체들의 비교에 기초하여, 타당성에 대하여 상기 참조 객체들로의 상기 식별된 객체들의 할당을 검사하는 것을 특징으로 하는, 안전한 열차 원격 제어를 위한 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 ATO 트랙사이드 레일 트래픽 운영 및 관리 센터(COC)는 상기 고 해상도 객체 외관들(HROA) 및 정합하는 프레임 번호들에 대한 상기 저 해상도 이미지 프레임(LRI) 내의 대응하는 객체 외관들의 상관(correlation)에 기초하여, 타당성에 대하여 상기 참조 객체들로의 상기 식별된 객체들의 할당을 검사하는 것을 특징으로 하는, 안전한 열차 원격 제어를 위한 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 온-보드 ADS 유닛 및 상기 ATO 트랙사이드 레일 트래픽 운영 및 관리 센터(COC) 각각은 UTC 시간을 제공하기 위한 적어도 하나의 UTC 클록(UTCC : UTC clock), 바람직하게는 2개의 UTC 클록들을 포함하고,
    상기 모바일 통신 네트워크(MCN)를 통한 상기 자동화 열차 모바일 콤 라우터(ATR-MCR)와 상기 관리 센터 모바일 콤 라우터(COC-MCR) 사이의 통신이 패킷-기반이고,
    각각의 데이터 패킷(DP : data packet)에는, 전송되고 있는 상기 패킷(DP)의 상기 UTC 시간을 표시하는, 상기 패킷(DP)의 헤더 섹션 내의 시간 스탬프(time stamp)가 제공되고,
    핸드쉐이크 프로토콜 흐름은 UTC 시간들을 다음과 같이 기록하고:
    패킷(DP)이 전송된 T1S UTC 시간, 패킷(DP)이 수신된 T1C 확인된 UTC 시간, 확인응답(ACK)이 전송된 T2S UTC 시간, 및 확인응답(ACK)이 수신된 T2C UTC 시간,
    에 의해, 왕복 지연(round trip delay) 이 결정되고,
    평균 왕복 지연 은 복수의 과거 패킷들(DP)에 걸쳐 결정되고,
    경고 메시지는 이하일 경우에 전달되고,
    , 여기서, TThreshold RT: 왕복 지연에 대한 임계 값,
    특히, 이고, 여기서, Kconf: 신뢰 추정 값; : 표준 분산인 것을 특징으로 하는, 안전한 열차 원격 제어를 위한 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    이하에 의해, 클록 차이 가 결정되고,

    평균 클록 차이 은 복수의 과거 패킷들(DP)에 걸쳐 결정되고,
    경고 메시지는 또한, 이하일 경우에 전달되고,
    , 여기서, TThreshold CD: 클록 차이에 대한 임계 값인 것을 특징으로 하는, 안전한 열차 원격 제어를 위한 방법.
  8. 안전한 열차 원격 제어를 위한 시스템으로서,
    a) 자동화된 열차(ATR) 상의 배열에 대하여:
    - 상기 자동화 열차(ATR) 전방의 트랙 섹션을 모니터링하기 위한 카메라 시스템(CAM)을 포함하는 온-보드(on-board) 자동화 운전 시스템(ADS) 유닛, 및
    - 모바일 통신 네트워크(MCN)를 통해 데이터를 포워딩하고 수신하기 위한 자동화 열차 모바일 콤 라우터(ATR-MCR)를 포함하고,
    b) 자동화 열차 운영(ATO) 트랙사이드 레일 트래픽 운영 및 관리 센터(COC)에서의 배열에 대하여,
    - 상기 열차(ATR) 전방의 상기 트랙 섹션의 이미지를 열차 원격 제어 콘솔에서의 원격 운전자에게 보여주기 위한 디스플레이를 포함하고, 특히, 상기 자동화된 열차(ATR)의 열차 포지션을 표시하기 위한 이동 지도 디스플레이를 포함하는, 상기 자동화 열차(ATR)의 원격 제어를 위한 열차 원격 제어 콘솔, 및
    - 상기 모바일 통신 네트워크(MCN)를 통해 데이터를 포워딩하고 수신하기 위한 관리 센터 모바일 콤 라우터(COC-MCR)를 포함하고,
    상기 시스템은 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 방법을 수행하도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 안전한 열차 원격 제어를 위한 시스템.
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