SK500692023A3 - Železničné vlakové zariadenie na detekciu objektov a ich následnú klasifikáciu - Google Patents

Železničné vlakové zariadenie na detekciu objektov a ich následnú klasifikáciu Download PDF

Info

Publication number
SK500692023A3
SK500692023A3 SK50069-2023A SK500692023A SK500692023A3 SK 500692023 A3 SK500692023 A3 SK 500692023A3 SK 500692023 A SK500692023 A SK 500692023A SK 500692023 A3 SK500692023 A3 SK 500692023A3
Authority
SK
Slovakia
Prior art keywords
train
computing unit
module
camera
railway
Prior art date
Application number
SK50069-2023A
Other languages
English (en)
Inventor
Jakub Adámek
Marek Čelka
Leoš Jiřík
Jan Krejčík
Vítězslav Landsfeld
Pavel Mencner
Michal Novák
Martin Pitřík
Jakub Skopal
Stanislav Štaud
Original Assignee
AŽD Praha s.r.o.
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 AŽD Praha s.r.o. filed Critical AŽD Praha s.r.o.
Publication of SK500692023A3 publication Critical patent/SK500692023A3/sk

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61RAILWAYS
    • B61LGUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L15/00Indicators provided on the vehicle or train for signalling purposes
    • 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
    • B61L23/00Control, warning or like safety means along the route or between vehicles or trains
    • 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
    • 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
    • B61L23/08Control, warning or like safety means along the route or between vehicles or trains for controlling traffic in one direction only
    • B61L23/14Control, warning or like safety means along the route or between vehicles or trains for controlling traffic in one direction only automatically operated
    • 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
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06FELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F18/00Pattern recognition
    • G06F18/20Analysing
    • G06F18/24Classification techniques
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61RAILWAYS
    • B61LGUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L15/00Indicators provided on the vehicle or train for signalling purposes
    • B61L15/0072On-board train data handling
    • 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]

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Data Mining & Analysis (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Evolutionary Biology (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • Bioinformatics & Computational Biology (AREA)
  • Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
  • Artificial Intelligence (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
  • Train Traffic Observation, Control, And Security (AREA)

Abstract

Železničné vlakové zariadenie na detekciu objektov a ich následnú klasifikáciu obsahuje detekčné senzory napojené na výpočtovú jednotku (8) s modulom (7) globálneho družicového polohového systému, kde v konzole (6) umiestnenej na čele železničného vozidla sú senzory obsahujúce skupinu lidarov (1), stereokameru (2), termokameru (3) a kameru (4) s vysokým rozlíšením, spoločne napájané z napájacieho a riadiaceho modulu (5), ktoré sú pripojené k rozvádzaču (9) vnútri koľajového vozidla s výpočtovou jednotkou (8) a modulom (7) globálneho družicového polohového systému, pričom výpočtová jednotka (8) na detekciu a klasifikáciu objektov je napojiteľná na expertný vlakový systém (11) na vykonávanie rozhodovania, so systémom (12) na automatické riadenie bezobslužného vlaku a ďalej na dispečerský dohľadový terminál (13) bezobslužných vlakov.

Description

Oblasť techniky
Technické riešenie sa týka železničného vlakového zariadenia na detekciu objektov a ich následnú klasifikáciu.
Doterajší stav techniky
Podobne ako v automobilovom priemysle sa aj v tom železničnom začínajú vyvíjať systémy, ktoré by postupne mali umožniť plne nahradiť prácu človeka. Tento trend je v železničnom svete zameraný najmä na nahradenie zmyslových, rozhodovacích a vykonávacích schopností rušňovodiča. Plné nahradenie týchto schopností zodpovedá stupňu automatizácie GoA4 (Grade of Automation). Vo svete už mnoho rokov jazdí plne automatizované GoA4 metrá, ale na klasickej konvenčnej železnici sa ešte len teraz rozbiehajú projekty zodpovedajúce GoA2. To znamená, že systém dokáže automaticky rozbehnúť a zastaviť vlak, ale rušňovodič musí byť stále prítomný v kabíne a mať dozor nad jazdou vlaku. Oproti uzavretému prostrediu v metre je otvorené prostredie klasickej železnice oveľa náročnejšie z hľadiska vnímania a množstva možností interakcií s okolitým prostredím.
Celý systém pre bezobslužnú prevádzku vlakov musí byť veľmi komplexnou sofistikovanou sústavou spolupracujúcich subsystémov. Medzi tieto subsystémy patrí napr. systém automatického riadenia vlaku (ATO - Automatic Train Operation, v ČR známe pod skratkou AVV - Automatické vedenie vlaku), ďalej expertný vlakový rozhodovací systém nahrádzajúci rozhodovacie schopnosti rušňovodiča a v neposlednom rade aj celý rad detektorov nahrádzajúci zmyslové vnímanie rušňovodiča. Medzi tieto detektory patrí aj detektor objektov, ktorý má za cieľ takzvane nahradiť oči resp. zrak rušňovodiča v rámci sledovania priestoru pred a okolo železničného vozidla.
Podstata vynálezu
Predmetom predloženého vynálezu je návrh a technické riešenie zariadenia na detekciu objektov a ich následnú klasifikáciu, ktorým je železničné vlakové zariadenie na detekciu objektov.
Podstata tohto technického riešenia spočíva v tom, že detekčné senzory (skupina lidarov, stereokamera, termokamera a kamera s vysokým rozlíšením) umiestnené v adaptabilnej konzole na čele železničného vozidla neustále sledujú dianie v priestore pred vlakom a v tesnej blízkosti vlaku. Vďaka použitiu rôznych typov senzorov je možné zachytiť danú scénu vo viacerých častiach elektromagnetického spektra pre ľudské oko viditeľného aj neviditeľného. Všetky surové dáta zo senzorov sa analyzujú a ukladajú vo výpočtovej jednotke detektora objektov. Akékoľvek spracovanie dát a výpočty pre detekciu objektov prebiehajú v tejto jednotke v reálnom čase a nezávisle od rýchlosti idúceho vozidla. Dáta sa spracovávajú pomocou analytických algoritmov a tiež pomocou umelej inteligencie, ktorá je schopná okrem bežných objektov (človek, zviera, dopravné prostriedky) klasifikovať aj špeciálne železničné objekty (návestidlá, ich návestné znaky a pod.). Na stanovenie prejazdného profilu a definovanie bezpečnej zóny sú použité dva prístupy. Prvým je použitie digitálnej mapy vytvorenej pomocou skenovania trate a druhým prístupom je detekcia trate (resp. koľajnice) na spresnenie celého zamerania. Výstupom výpočtovej jednotky detektora objektov sú potom najmä polohové a charakterové informácie (napr. poloha detegovaného objektu voči čelu vlaku či typ a vlastnosti tohto objektu). Tieto informácie sú pripravené na distribúciu do nadväzujúcich vlakových subsystémov (napr. vlakový expertný rozhodovací systém, systém automatického riadenia bezobslužného vlaku či dispečerský dohľadový terminál bezobslužnej prevádzky).
Prehľad obrázkov na výkresoch
Na pripojenom výkrese je na obr. 1 zobrazené uskutočnenie zariadenia podľa predloženého vynálezu.
Príklady uskutočnenia vynálezu
Uskutočnenia vynálezu sú podrobne opísané v nasledujúcom príklade.
Predmetom predloženého vynálezu je železničné zariadenie 10 na detekciu objektov a ich následnú
SK 50069-2023 A3 klasifikáciu, obsahujúce detekčné senzory napojené na výpočtovú jednotku 8 s modulom 7 globálneho družicového polohového systému globálneho družicového polohového systému (ďalej tiež GNSS).
Podstata vynálezu spočíva v tom, že v konzole 6 umiestnenej na čele koľajového vozidla sú senzory obsahujúce skupinu lidarov 1, stereokameru 2, termokameru 3 a kameru 4 s vysokým rozlíšením, spoločne napájané z napájacieho a riadiaceho modulu 5, ktoré sú pripojené k rozvádzaču 9 vnútri koľajového vozidla s výpočtovou jednotkou 8 a modulom 7 globálneho družicového polohového systému GNSS. Výpočtová jednotka 8 na detekciu a klasifikáciu objektov je napojiteľná na expertný vlakový systém 11 na vykonávanie rozhodovania, so systémom 12 na automatické riadenie bezobslužného vlaku a ďalej na dispečerský dohľadový terminál 13 bezobslužných vlakov. Výpočtová jednotka 8 je prispôsobená na poskytovanie polohových a charakterových informácií, zahŕňajúcich vzdialenosť detegovaného objektu od čela vlaku a typ detegovaného objektu.
Zariadenie 10 sa skladá z nasledujúcich častí:
• detekčné senzory v definovanej konfigurácii, čo je skupina lidarov 1, stereokamera 2, termokamera 3 a kamera 4 s vysokým rozlíšením;
• ochranná a nosná konzola 6 s adaptabilným uchytením na čele koľajového vozidla;
• napájací a riadiaci modul 5;
• modul 7 GNSS (a komunikačný modul);
• výpočtová jednotka 8 detektora objektov;
• rozvádzač 9 vnútri koľajového vozidla.
Každý senzor zo svojej technologickej podstaty všeobecne vníma okolie v rôznych vzdialenostiach, v rôznom zornom uhle a v rôznych častiach elektromagnetického spektra. Vyššie spomínanou konfiguráciou senzorov je možné zachytávať aj niektoré informácie nad rámec súčasného videnia ľudského oka, resp. oka rušňovodiča.
Jednotlivé princípy snímania sú nasledujúce:
Pri lidare 1 sa jedná o presné zmeranie vzdialenosti objektov a vytvorenie 3D scény pomocou odrazu laserových lúčov. Pri stereokamere 2 ide o výpočet disparitnej mapy a dokreslenie 3D scény. Pri termokamere 3 sa jedná o zobrazovanie vyžarovaného infračerveného žiarenia a pri kamere 4 s vysokým rozlíšením sa jedná o obraz vo viditeľnom spektre elektromagnetického žiarenia. Všetky surové dáta zo senzorov, teda lidarov 1, stereokamier 2, termokamier 3 a kamery 4, sa analyzujú a ukladajú vo výpočtovej jednotke 8 detektora objektov. Napájanie jednotlivých senzorov zaisťuje napájací a riadiaci modul 5.
Senzory, teda lidary 1, stereokamery 2, termokamery 3 a kamera 4, vrátane napájacieho a riadiaceho modulu 5, sú umiestnené v špeciálnej konzole 6, ktorá je umiestnená na čele koľajového vozidla. Táto konzola 6 má funkciu nielen nosnú, ale zároveň aj ochrannú. Medzi kľúčové vlastnosti tejto konzoly 6 patrí fakt, že je ju možné vďaka adaptabilnému uchyteniu inštalovať na akékoľvek bežné koľajové vozidlo. Pozostáva z dvoch častí: z univerzálnej nemennej nosnej a ochrannej schránky pre lidary 1, stereokamery 2, termokamery 3 a kameru 4 a napájací modul 5 a ďalej z adaptéra (upevňujúceho konštrukcie k vozidlu), ktorý zodpovedá konštrukcii daného typu koľajového vozidla.
Priamo vo vlaku sa nachádza železničný rozvádzač 9 s výpočtovou jednotkou 8 detektora objektov a modulom 7 GNSS (a komunikačným modulom). Vo výpočtovej jednotke 8 detektora objektov prebiehajú všetky výpočtové operácie nutné pre detekciu a klasifikáciu objektov za použitia umelej inteligencie. Tá je schopná okrem štandardných objektov (človek, zviera, dopravné prostriedky) klasifikovať aj špeciálne železničné objekty (návestidlá, ich návestné znaky a pod.). Okrem toho je detegovaná aj samotná trať (resp. koľajnica), aby mohlo byť určené, či sa detegovaný objekt nachádza v prejazdnom profile trate alebo nie. Výstupom výpočtovej jednotky 8 detektora objektov sú potom najmä polohové a charakterové informácie (napr. vzdialenosť detegovaného objektu od čela vlaku či typ detegovaného objektu). Všetky operácie prebiehajú v reálnom čase nezávisle od rýchlosti idúceho vozidla.
Výpočtová jednotka 8 detektora objektov tvorí rozhranie okrem vlastných subsystémov a modulov, teda lidarov 1, stereokamery 2, termokamery 3 a kamery 4, napájacieho modulu 5 a modulu 7, ale tiež so súvisiacimi okolitými železničnými subsystémami.
Medzi tieto subsystémy patria najmä expertný vlakový rozhodovací systém 11 (prípadne ďalej nadväzujúci systém 12 automatického riadenia vlaku). Výpočtová jednotka 8 posiela expertnému rozhodovaciemu systému 11 stavové informácie a informácie o detegovaných objektoch, aby mohol rozhodnúť o vykonaní zodpovedajúcej akcie. Ďalej je umožnené, aby zariadenie 10 na detekciu objektov mohlo odosielať obrazové informácie nadväzujúcim systémom aj mimo vlaku a síce so vzdialenou správou a riadením vlaku (dispečerský dohľadový terminál 13 bezobslužných vlakov).
SK 50069-2023 A3
Priemyselná využiteľnosť
Okrem primárneho použitia tohto zariadenia v bezobslužnom vlaku (GoA4), kde rušňovodič nie je vo vozidle prítomný, je zariadenie možné využiť aj pri prevádzke vlaku v nižších stupňoch automatizácie alebo v degradovaných stavoch. V týchto prípadoch bude slúžiť ako asistenčný systém pre rušňovodiča alebo iné poverené osoby prítomné vo vlaku, prípadne aj pre poverené osoby nachádzajúce sa mimo vlaku.
SK 50069-2023 A3
Zoznam vzťahových značiek
1 2 - Lidary - Stereo kamera
5 3 - Termokamera
4 - Kamera s vysokým rozlíšením
5 - Napájací a riadiaci modul
6 - Konzola
7 - GNSS modul
10 8 - Výpočtová jednotka
9 - Rozvádzač
- Detektor objektov
- Expertný vlakový systém pre rozhodovanie
- Systém automatického riadenia vlakov bez posádky
- Terminál monitorovania riadenia dopravy pre vlaky bez obsluhy

Claims (2)

1. Železničné vlakové zariadenie na detekciu objektov a ich následnú klasifikáciu, obsahujúce detekčné senzory napojené na výpočtovú jednotku (8) s modulom (7) globálneho družicového polohového systému, 5 vyznačujúce sa tým, že v konzole (6) umiestnenej na čele železničného vozidla sú senzory obsahujúce skupinu lidarov (1), stereokameru (2), termokameru (3) a kameru (4) s vysokým rozlíšením, spoločne napájané z napájacieho a riadiaceho modulu (5), ktoré sú pripojené k rozvádzaču (9) vnútri koľajového vozidla s výpočtovou jednotkou (8) a modulom (7) globálneho satelitného polohového systému, pričom výpočtová jednotka (8) na detekciu a klasifikáciu objektov je napojiteľná na expertný vlakový systém 10 (11) na vykonávanie rozhodovania, so systémom (12) na automatické riadenie bezobslužného vlaku a ďalej na dispečerský dohľadový terminál (13) bezobslužných vlakov.
2. Zariadenie podľa nároku 1, vyznačujúce sa tým, že výpočtová jednotka (8) je prispôsobená na poskytovanie polohových a charakterových informácií, zahŕňajúcich vzdialenosť detegovaného objektu od čela vlaku a typ detegovaného objektu.
SK50069-2023A 2021-04-26 2022-04-24 Železničné vlakové zariadenie na detekciu objektov a ich následnú klasifikáciu SK500692023A3 (sk)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZPUV2021-38758 2021-04-26
CZ2021-38758U CZ35674U1 (cs) 2021-04-26 2021-04-26 Drážní vlakové zařízení pro detekci objektů a jejich následnou klasifikaci

Publications (1)

Publication Number Publication Date
SK500692023A3 true SK500692023A3 (sk) 2024-02-28

Family

ID=80038884

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SK50069-2023A SK500692023A3 (sk) 2021-04-26 2022-04-24 Železničné vlakové zariadenie na detekciu objektov a ich následnú klasifikáciu

Country Status (7)

Country Link
BG (1) BG113786A (sk)
CZ (1) CZ35674U1 (sk)
HR (1) HRP20231352A1 (sk)
HU (1) HUP2300377A1 (sk)
RS (1) RS20230869A1 (sk)
SK (1) SK500692023A3 (sk)
WO (1) WO2022228592A1 (sk)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CZ35674U1 (cs) * 2021-04-26 2021-12-21 AŽD Praha s.r.o. Drážní vlakové zařízení pro detekci objektů a jejich následnou klasifikaci

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20180339719A1 (en) * 2017-05-24 2018-11-29 William Joseph Loughlin Locomotive decision support architecture and control system interface aggregating multiple disparate datasets
CN108313088B (zh) * 2018-02-22 2020-08-25 中车长春轨道客车股份有限公司 一种非接触式轨道车辆障碍物检测系统
JP7197282B2 (ja) * 2018-04-18 2022-12-27 日本信号株式会社 物体検知システム
CZ35674U1 (cs) * 2021-04-26 2021-12-21 AŽD Praha s.r.o. Drážní vlakové zařízení pro detekci objektů a jejich následnou klasifikaci

Also Published As

Publication number Publication date
CZ35674U1 (cs) 2021-12-21
BG113786A (bg) 2023-11-15
HRP20231352A1 (hr) 2024-03-29
WO2022228592A1 (en) 2022-11-03
RS20230869A1 (sr) 2024-01-31
HUP2300377A1 (hu) 2024-03-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11472453B2 (en) Automated wayside asset monitoring with optical imaging and visualization
US20190095725A1 (en) Detection System for a Vehicle
US10401852B2 (en) Teleoperation system and method for trajectory modification of autonomous vehicles
US9507346B1 (en) Teleoperation system and method for trajectory modification of autonomous vehicles
US11878725B2 (en) Vehicle control system and method for implementing safety procedure
US20070291985A1 (en) Intelligent railyard monitoring system
CZ271698A3 (cs) Způsob varování ovladače dráhového vozidla před přítomností překázky na jeho dráze a systém pro provádění tohoto způsobu
US20190248392A1 (en) Train collision avoidance and alert
KR19990087359A (ko) 공항내 지상 교통 유도 및 제어 시스템
US20200312052A1 (en) Method for acquiring data captured by a capture module embedded in a mobile device following a predetermined trajectory, corresponding computer program and device
US11360478B2 (en) Method for the operation of an autonomous industrial truck and intra-logistics system with an autonomous industrial truck
SK500692023A3 (sk) Železničné vlakové zariadenie na detekciu objektov a ich následnú klasifikáciu
Peleska et al. Standardisation considerations for autonomous train control
KR102433595B1 (ko) 철도차량 스마트 유지보수용 자율주행 기반 무인 운송 장치
Gebauer et al. Autonomously driving trains on open tracks—concepts, system architecture and implementation aspects
KR20200041078A (ko) 철도역사 승강장 감시 및 경고 시스템 및 그 방법
KR20150139266A (ko) 철도 건널목 지장물 검지시스템
WO2021044707A1 (ja) 周辺観測システム、周辺観測プログラムおよび周辺観測方法
Franke et al. Towards holistic autonomous obstacle detection in railways by complementing of on-board vision with UAV-based object localization
WO2022091817A1 (ja) 軌道輸送システム、軌道輸送システムの制御方法および沿線設備形状計測システム
AU2019100119A4 (en) A train driver advisory system
US20210074153A1 (en) On Red, Stop. Simple speed and stop control
US20230391384A1 (en) Automated operation of railroad trains
Bahloul et al. Adding technological solutions for safety improvement at level crossings: a functional specification
Ozerov et al. Train command and control for commuter and urban lines