ES3032063T3 - A method for safe train remote control, with processing image frames via two processing lines - Google Patents
A method for safe train remote control, with processing image frames via two processing linesInfo
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Abstract
En resumen, la presente invención propone un control remoto seguro para trenes automatizados (ATR). El tramo de vía delantero se supervisa mediante un sistema de videocámara (CAM) que genera imágenes de alta resolución (HRI). Estas imágenes se convierten en imágenes de baja resolución (LRI) y se transmiten mediante una red de comunicaciones móviles (MCN) a una consola de control remoto ubicada en un centro de control de vía (COC) a través de un primer canal de datos (CH1). Además, las imágenes de alta resolución (HRI) se someten a un reconocimiento de patrones y, para los objetos identificados que corresponden a objetos de referencia en una base de datos cartográfica (MDB), se transmite información de reconstrucción mediante la red de comunicaciones móviles (MCN) a la consola de control remoto del tren a través de un segundo canal de datos (CH2). En la consola de control remoto del tren, se reconstruyen las apariencias de objetos de alta resolución (HROA) de los objetos identificados utilizando la información de reconstrucción y la base de datos cartográfica (MDB) correspondiente. Las apariencias de objetos de alta resolución (HROA) se superponen a las imágenes de baja resolución (LRI) recibidas a través del primer canal de datos (CH1) y se muestran en la consola de control remoto del tren. De este modo, el conductor del tren remoto puede acceder a detalles relevantes para la seguridad y a una visión general del tramo de vía, con un bajo consumo de ancho de banda de la red de comunicaciones móviles. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)In summary, the present invention proposes a secure remote control for automated trains (ATR). The leading track section is monitored by a video camera system (CAM) that generates high-resolution images (HRI). These images are converted into low-resolution images (LRI) and transmitted by a mobile communications network (MCN) to a remote control console located in a track control center (COC) via a first data channel (CH1). Furthermore, the high-resolution images (HRI) are subjected to pattern recognition, and for identified objects that correspond to reference objects in a map database (MDB), reconstruction information is transmitted by the mobile communications network (MCN) to the train remote control console via a second data channel (CH2). At the train remote control console, the high-resolution object appearances (HROA) of the identified objects are reconstructed using the reconstruction information and the corresponding map database (MDB). High-resolution object appearances (HROAs) are superimposed on low-resolution imagery (LRI) received via the first data channel (CH1) and displayed on the train's remote control console. This allows the remote train driver to access safety-relevant details and an overview of the track section, while consuming minimal bandwidth from the mobile communications network. (Automatic translation using Google Translate, no legal value)
Description
DESCRIPCIÓNDESCRIPTION
Un procedimiento para el control remoto seguro del tren, con procesamiento de fotogramas de imagen a través de dos líneas de procesamiento A procedure for safe remote train control, with image frame processing via two processing lines
La invención se refiere a un procedimiento de control remoto seguro de trenes, en donde un tren automático comprende The invention relates to a method of safe remote control of trains, wherein an automatic train comprises
- una unidad ADS (Automatic Driving System = sistema de conducción automática) a bordo, que incluye un sistema de cámaras que supervisa una sección de vía por delante del tren automático, y - an on-board ADS (Automatic Driving System) unit, which includes a camera system that monitors a section of track ahead of the automatic train, and
- un enrutador automático de comunicaciones móviles de tren para reenviar y recibir datos a través de una red de comunicación móvil, - an automatic train mobile communications router for forwarding and receiving data via a mobile communication network,
en donde un centro de operación y gestión del tráfico ferroviario en tierra ATO (Automatic Train Operation = operación automática de trenes) comprende where an ATO (Automatic Train Operation) ground rail traffic operation and management center comprises
- una consola de control remoto de tren para el control remoto del tren automático, que incluye una pantalla que muestra una imagen de la sección de vía delante del tren a un conductor remoto en la consola de control remoto del tren, y en particular que incluye una pantalla de mapa móvil para indicar una posición del tren del tren automatizado, y - a train remote control console for remotely controlling the automated train, including a display showing an image of the track section in front of the train to a remote driver on the train remote control console, and in particular including a moving map display for indicating a train position of the automated train, and
- un enrutador móvil del centro de gestión para reenviar y recibir datos a través de la red de comunicación móvil, en donde el centro de operación y gestión de tráfico ferroviario (Operation and Management Centre, COC) de ATO y el tren automático (Automatic Train, ATR) comprenden cada uno una base de datos de mapas (Map Data Base, MDB) que contiene objetos de referencia comunes. - a mobile router of the management centre for forwarding and receiving data via the mobile communication network, wherein the ATO Operation and Management Centre (COC) and the Automatic Train (ATR) each comprise a Map Data Base (MDB) containing common reference objects.
Dicho procedimiento se conoce a partir del documento JP 2019001203 A. This procedure is known from document JP 2019001203 A.
Los trenes son un medio de transporte importante, tanto para pasajeros como para mercancías, de una manera rápida, eficiente y respetuosa con el medio ambiente. Por lo general, un conductor de tren a bordo, en general en la locomotora en la parte delantera del tren, observa la sección de la vía por delante del tren a través de una ventana y conduce el tren utilizando la cabina del conductor local (a bordo). Trains are an important means of transport, both for passengers and freight, in a fast, efficient, and environmentally friendly manner. Typically, an onboard train driver, usually in the locomotive at the front of the train, observes the section of track ahead of the train through a window and drives the train using the local (onboard) driver's cab.
Sin embargo, se han realizado esfuerzos para automatizar la conducción de un tren. En el grado de automatización (Grade of Automatization, GoA) nivel 4, generalmente ya no hay ningún conductor de tren a bordo. Sin embargo, puede haber situaciones restantes en las que sea necesaria o deseada una interacción humana. Dichas situaciones pueden incluir situaciones de emergencia o defectos técnicos en el sistema automático de control de trenes, o más en general situaciones en donde el sistema automático de control de trenes reconoce una situación que no puede manejar de manera segura en modo automático. Para finalizar el viaje del tren de manera segura, un conductor humano debe tomar el control, al menos temporalmente. However, efforts have been made to automate train driving. At Grade of Automation (GoA) level 4, there is generally no longer a train driver on board. However, there may remain situations in which human interaction is necessary or desirable. Such situations may include emergencies or technical defects in the automatic train control system, or more generally, situations where the automatic train control system recognizes a situation that it cannot safely handle in automatic mode. To safely complete the train's journey, a human driver must take control, at least temporarily.
Para este propósito, se puede llevar al tren a un conductor que entre en la cabina del conductor y asuma el control del tren a bordo. Sin embargo, esto puede ser engorroso y puede causar retrasos significativos. Más conveniente es un control remoto del tren por parte de un conductor de tren humano en un centro de operación y gestión del tráfico ferroviario de la operación automática del tren (Automatic Train Operation, ATO) (también llamado simplemente centro de control). El conductor del tren en el centro de control ("conductor remoto") requiere básicamente toda la información que tendría un conductor de tren a bordo, y requiere acceso a básicamente todas las funciones de conducción que tendría un conductor de tren a bordo. For this purpose, a driver can be brought onto the train, who can enter the driver's cab and assume control of the train on board. However, this can be cumbersome and cause significant delays. More convenient is remote control of the train by a human train driver in an Automatic Train Operation (ATO) rail traffic management and operation center (also simply called a control center). The train driver in the control center ("remote driver") requires basically all the information that an on-board train driver would have, and requires access to basically all the driving functions that an on-board train driver would have.
Una información importante que requiere el conductor del tren a distancia en el centro de control en tierra es una vista del tramo de vía que se encuentra por delante, en particular para identificar los signos y señales ferroviarias, así como los posibles objetos que se encuentran por delante del tren, incluidos los obstáculos en la vía. An important piece of information required by the remote train driver at the ground control center is a view of the section of track ahead, particularly to identify railway signs and signals, as well as potential objects ahead of the train, including obstacles on the track.
El documento EP 3 220 613 A1 sugiere que un conductor de tren en un centro de control en tierra tome temporalmente el control de un tren sin conductor, en donde el centro de control en tierra está conectado a una cámara del tren que supervisa la sección de vía por delante del tren. La comunicación se realiza a través de una red de comunicación basada en paquetes. Document EP 3 220 613 A1 suggests that a train driver at a ground control center temporarily take control of a driverless train, where the ground control center is connected to a train camera that monitors the section of track ahead of the train. Communication takes place via a packet-based communication network.
La transmisión de información de imagen entre el tren automático o su unidad del sistema de conducción automática a bordo y el centro de control en tierra o su consola de control remoto del tren donde se sienta el conductor remoto requiere un ancho de banda significativo en una red de comunicación móvil. En general, sin embargo, el ancho de banda a menudo es bastante limitado. The transmission of image information between the automated train or its onboard automated driving system unit and the ground control center or the remote train control console where the remote operator sits requires significant bandwidth in a mobile communications network. In general, however, bandwidth is often quite limited.
Para ahorrar ancho de banda, es posible aplicar una resolución de píxeles baja de datos de imagen y aplicar compresión de imagen. Sin embargo, si la resolución de píxeles es baja, los detalles relevantes para la seguridad sobre la sección de la vía delante del tren pueden no ser reconocibles. La compresión de imágenes también puede difuminar los detalles de la imagen si se aplica demasiado. Como ejemplo, si el estado de conmutación de una señal ferroviaria ya no puede ser identificado de manera confiable por el conductor remoto, la seguridad del tren puede verse inmediatamente en peligro por colisiones. Además, la resolución de tiempo de los datos de imagen se puede elegir baja para asegurar el ancho de banda, pero esto puede conducir a imágenes irregulares. En general, los retrasos en la transferencia de datos de imágenes también pueden poner en peligro el tren. To save bandwidth, it is possible to use a low pixel resolution for image data and apply image compression. However, if the pixel resolution is low, safety-relevant details on the section of track in front of the train may not be recognizable. Image compression can also blur image details if applied excessively. For example, if the switching state of a railway signal can no longer be reliably identified by the remote driver, the safety of the train can immediately be jeopardized by collisions. Furthermore, the time resolution of the image data can be chosen to be low to ensure bandwidth, but this can lead to irregular images. In general, delays in image data transfer can also endanger the train.
El documento EP 1597 130 B1, también publicado como WO 2004/074068 A1, describe un control remoto para una locomotora no tripulada sobre un diseño de vía en un patio de maniobras. Un dispositivo de comunicaciones portátil se utiliza para comandar un destino deseado para la locomotora y controlar el movimiento de la locomotora. Document EP 1597 130 B1, also published as WO 2004/074068 A1, describes a remote control for an unmanned locomotive on a track layout in a shunting yard. A handheld communications device is used to command a desired destination for the locomotive and control its movement.
El documento EP 2765053 B1 describe un sistema de diagnóstico de trenes ferroviarios, en donde una interfaz inalámbrica a bordo de un tren transmite datos de diagnóstico desde una unidad de control a bordo a un servidor terrestre. Los datos de diagnóstico se transmiten en una pluralidad de canales, que incluyen un canal en vivo y un canal de relleno. Document EP 2765053 B1 describes a railway train diagnostic system, in which a wireless interface onboard a train transmits diagnostic data from an onboard control unit to a ground-based server. The diagnostic data is transmitted on a plurality of channels, including a live channel and a filler channel.
El documento WO 2006/028318 A1 describe un aparato para el control remoto inalámbrico de un tren de levitación magnética, que aplica una comunicación bidireccional basada en paquetes. Document WO 2006/028318 A1 describes an apparatus for wireless remote control of a magnetic levitation train, which implements two-way packet-based communication.
Alstom anunció recientemente la operación de trenes de metro con pasajeros en el nivel 3 de GoA, y durante la maniobra con el nivel 4 de GoA, sin personal a bordo pero con la posibilidad de control remoto del tren, comparar Alstom recently announced the operation of metro trains with passengers on level 3 of GoA, and during the maneuver with level 4 of GoA, without personnel on board but with the possibility of remote control of the train, compare
https://www.alstom.com/press-releases-news/2020/5/world-first-automatic-train-operation-regional-passengertrains-be https://www.alstom.com/press-releases-news/2020/5/world-first-automatic-train-operation-regional-passengertrains-be
el 11.05.2021. on 05/11/2021.
El documento JP 2019001203 A describe un sistema de soporte de operación ferroviaria, en donde las señales de video de una cámara de un tren se transmiten utilizando una unidad de compresión de señales de video a través de una red inalámbrica a una pantalla de video en una cámara de control en tierra. En una variante, una parte de detección de objetos está conectada a la salida de una cámara en el tren, y si la parte de detección de objetos encuentra un objeto que se va a mirar, a continuación una parte de control de señal de video mantiene una alta visibilidad sin reducir la resolución o la velocidad de fotograma de tiempo del área vecina que incluye el objeto. En una variante adicional, la unidad de compresión de vídeo imparte información de posición del tren como metadatos de los datos de vídeo a la cámara de control. Un almacenamiento en el tren y un almacenamiento en la cámara de control contienen datos de vídeo pasados de alta resolución de la zona del barrio. La señal de vídeo transmitida contiene solo una diferencia entre los datos de vídeo de la cámara y del almacenamiento en el tren, y en la cámara de control, la diferencia transmitida se añade a los datos de vídeo desde el almacenamiento en el centro de control, utilizando la información de posición. Document JP 2019001203 A describes a railway operation support system, wherein video signals from a camera on a train are transmitted using a video signal compression unit via a wireless network to a video display in a ground control camera. In one variant, an object detection part is connected to the output of a camera on the train, and if the object detection part finds an object to be viewed, then a video signal control part maintains high visibility without reducing the resolution or time frame rate of the neighboring area that includes the object. In a further variant, the video compression unit imparts train position information as metadata of the video data to the control camera. A storage on the train and a storage in the control camera contain high-resolution past video data of the neighborhood area. The transmitted video signal contains only a difference between the video data from the camera and the storage on the train, and at the control camera, the transmitted difference is added to the video data from the storage in the control center, using the position information.
El documento DE 697 31 009 T2 describe una identificación automática de obstáculos, en particular para un sistema anticolisión ferroviario, en donde una cámara se alinea automáticamente. La alineación automática puede usar una información de posición GPS. Document DE 697 31 009 T2 describes automatic obstacle identification, particularly for a railway collision avoidance system, in which a camera is automatically aligned. The automatic alignment can use GPS position information.
El documento DE 10 2012 215 544 A1, también publicado como US 2015/201165 A1, describe un procedimiento para supervisar una vía ferroviaria, en donde un vehículo ferroviario está equipado con una unidad de registro, y el registro se almacena en el vehículo ferroviario o en una ubicación central. Las imágenes grabadas pueden someterse a un análisis de imagen, pueden estar provistas de una información de tiempo o información de posición, y pueden compararse con los datos de imagen grabados anteriormente. El vehículo ferroviario puede comunicarse con la ubicación central a través de una red inalámbrica. Document DE 10 2012 215 544 A1, also published as US 2015/201165 A1, describes a method for monitoring a railway track, wherein a railway vehicle is equipped with a recording unit, and the recording is stored on the railway vehicle or at a central location. The recorded images can be subjected to image analysis, can be provided with time or position information, and can be compared with previously recorded image data. The railway vehicle can communicate with the central location via a wireless network.
Objeto de la invención Object of the invention
El objeto de la presente invención es proporcionar un procedimiento para el control remoto de un tren automático, en donde se pueden proporcionar imágenes de vídeo de la sección de vía por delante del tren, que incluyen suficientes detalles de la sección de vía por delante para un control remoto del tren para guardar, en el centro de operación y gestión del tráfico ferroviario en la ATO En Tierra, que solo requiere un bajo consumo de ancho de banda de una red de comunicación móvil. The object of the present invention is to provide a method for remote control of an automatic train, wherein video images of the track section ahead of the train, including sufficient details of the track section ahead, can be provided for remote control of the train to be saved, in the railway traffic operation and management center at the ATO on the ground, which only requires low bandwidth consumption of a mobile communication network.
Breve descripción de la invención Brief description of the invention
Este objeto se logra, según la invención, por un procedimiento como se introdujo al principio, caracterizado por This object is achieved, according to the invention, by a process as introduced at the beginning, characterized by
que dichos objetos de referencia representan tipos típicos de objetos en tierra cada uno, en donde para cada objeto de referencia se almacena al menos un ID de objeto y una información de apariencia de objeto de alta resolución representativa para el tipo típico correspondiente de objeto en tierra, en donde la información de apariencia de objeto de alta resolución está vectorizada, that said reference objects each represent typical types of objects on Earth, wherein for each reference object at least one object ID and high-resolution object appearance information representative of the corresponding typical type of object on Earth are stored, wherein the high-resolution object appearance information is vectorized,
que el sistema de cámara genera fotogramas de imagen de alta resolución, a los que se asignan números de fotograma de imagen, y que se procesan en al menos dos líneas de procesamiento, that the camera system generates high-resolution image frames, which are assigned image frame numbers, and which are processed in at least two processing lines,
en donde en una primera línea de procesamiento, where in a first processing line,
- los fotogramas de imagen de alta resolución se reducen en resolución, se comprimen y se codifican en la unidad de ADS integrada en fotogramas de imagen de baja resolución, y - high-resolution image frames are downsampled, compressed and encoded in the integrated ADS unit into low-resolution image frames, and
- los fotogramas de imagen de baja resolución y sus números de fotograma de imagen se transmiten a través de un primer canal de datos desde la unidad de ADS a bordo a la consola de control remoto del tren a través de la red de comunicación móvil, - the low-resolution image frames and their image frame numbers are transmitted via a first data channel from the on-board ADS unit to the remote control console of the train via the mobile communication network,
en donde en una segunda línea de procesamiento, where in a second processing line,
- los fotogramas de imagen de alta resolución se someten a un algoritmo de reconocimiento de patrones, que identifica objetos en los fotogramas de imagen de alta resolución, los asigna a objetos de referencia almacenados en la base de datos de mapas de la unidad de ADS integrada y determina el ID de objeto correspondiente y las propiedades de inserción de imagen de objeto relativas de cada objeto identificado, que incluyen al menos un número de fotograma de imagen, un punto de vector de inserción y parámetros de escala/rotación, y - the high-resolution image frames are subjected to a pattern recognition algorithm, which identifies objects in the high-resolution image frames, maps them to reference objects stored in the map database of the integrated ADS unit, and determines the corresponding object ID and relative object image embedding properties of each identified object, including at least an image frame number, an insertion vector point, and scale/rotation parameters, and
- los ID de objeto determinados y las propiedades de inserción de imágenes se transmiten a través de un segundo canal de datos desde la unidad de ADS a bordo a la consola de control remoto del tren a través de la red de comunicación móvil, - the determined object IDs and image insertion properties are transmitted via a second data channel from the on-board ADS unit to the train's remote control console via the mobile communication network,
que en el centro de operación y gestión de tráfico ferroviario en tierra de la ATO, los ID de objeto y las propiedades de inserción de imágenes del segundo canal de datos se traducen en apariencias de objetos de alta resolución según los objetos de referencia almacenados correspondientes en la base de datos de mapas del centro de operación y gestión de tráfico ferroviario en tierra de la ATO, that at the ATO ground rail traffic management and operation centre, the object IDs and image insertion properties of the second data channel are translated into high-resolution object appearances based on corresponding stored reference objects in the ATO ground rail traffic management and operation centre map database,
y que estas apariencias de objetos de alta resolución se superponen sin problemas en los fotogramas de imagen de baja resolución con el número de fotograma de imagen coincidente recibido a través del primer canal de datos, lo que resulta en la imagen de la sección de vía delante del tren que se muestra al conductor remoto en el centro de operación y gestión del tráfico ferroviario en tierra de la ATO. and that these high-resolution object appearances are seamlessly superimposed on the low-resolution image frames with matching image frame number received via the first data channel, resulting in the image of the track section in front of the train being displayed to the remote driver at the ATO's ground-based rail traffic management and operation centre.
Según la presente invención, las imágenes de vídeo de la sección de vía por delante del tren que se muestran en la consola de control remoto del tren al conductor remoto se basan en datos de imagen que se originan en (al menos) dos líneas de procesamiento y canales de datos respectivos. According to the present invention, video images of the track section ahead of the train that are displayed on the remote control console of the train to the remote driver are based on image data originating from (at least) two respective processing lines and data channels.
Con el fin de capturar toda la información relevante de seguridad, el sistema de cámaras del tren automático genera una señal de vídeo comprendiendo fotogramas de imagen de alta resolución. Sin embargo, estos fotogramas de imagen de alta resolución no se transmiten a través de la red de comunicación móvil como tal, ya que esto requeriría un gran ancho de banda. In order to capture all relevant safety information, the automated train's camera system generates a video signal comprising high-resolution image frames. However, these high-resolution image frames are not transmitted over the mobile communications network as such, as this would require a large bandwidth.
En una primera línea de procesamiento, los fotogramas de imagen de alta resolución (píxel) se reducen en resolución en cada dirección de imagen, típicamente mediante el remuestreo de la imagen con técnicas conocidas tales como interpolación bilineal o bicúbica, generando de esta manera fotogramas de imagen de baja resolución (píxel). Además, las imágenes se comprimen mediante técnicas conocidas tales como codificación de longitud de ejecución o transformaciones de coseno discretas u otros codificadores de vídeo. Estos fotogramas de datos de imagen de baja resolución se transmiten a través de un primer canal de datos desde el tren automático (o su unidad ADS a bordo) al centro de operación y gestión del tráfico ferroviario en tierra ATO (también llamado simplemente "centro de control") a través de la red de comunicación móvil. Esto requiere muy poco ancho de banda. Los fotogramas de imagen de baja resolución son suficientes para dar al conductor remoto una impresión general de la sección de la vía, en particular para la orientación general. Por ejemplo, la vegetación de la vía pública, como la hierba o los árboles o los edificios de la vía pública, no necesitan una alta resolución para ser reconocibles, y no son importantes para la seguridad de los trenes. En el primer canal de datos, se pueden aplicar técnicas conocidas de compresión de imágenes de vídeo (como la predicción de i-fotogramas/p-fotogramas/b-fotogramas) para reducir aún más el ancho de banda requerido. In a first processing line, the high-resolution image frames (pixels) are downsampled in each imaging direction, typically by resampling the image with known techniques such as bilinear or bicubic interpolation, thereby generating low-resolution image frames (pixels). Furthermore, the images are compressed using known techniques such as run-length coding or discrete cosine transforms or other video encoders. These low-resolution image data frames are transmitted via a first data channel from the automatic train (or its onboard ADS unit) to the ground rail traffic management and operation center (ATO) (also simply called the "control center") via the mobile communication network. This requires very little bandwidth. The low-resolution image frames are sufficient to give the remote driver an overall impression of the track section, particularly for general orientation. For example, road vegetation, such as grass, trees, or buildings on public roads, do not require high resolution to be recognizable, and are not important for train safety. In the first data channel, familiar video image compression techniques (such as i-frame/p-frame/b-frame prediction) can be applied to further reduce the required bandwidth.
En una segunda línea de procesamiento, los fotogramas de imagen de alta resolución (píxel) se someten a un reconocimiento de patrones. El reconocimiento de patrones se basa en una comparación con objetos de referencia almacenados en una base de datos de mapas del tren automático. Estos objetos de referencia representan diferentes tipos de objetos que normalmente se pueden encontrar delante de un tren, incluidos objetos de todo tipo en tierra que podrían ser relevantes para la operación segura del tren, en particular señales ferroviarias (incluido su estado de conmutación), señales ferroviarias, vías, interruptores de vía (incluidos sus estados de conmutación) y barras de cruces ferroviarios. Los objetos de referencia preferiblemente también incluyen obstáculos típicos que pueden aparecer en una vía, tales como vagones de tren y locomotoras, árboles caídos, vehículos averiados, personas (en particular trabajadores de la vía y caminantes) y animales grandes (tales como vacas). Para cada objeto de referencia, se almacena al menos un ID de objeto (típicamente un código alfanumérico) y una información de apariencia de alta resolución representativa. La información de apariencia de alta resolución está vectorizada, comprendiendo una pluralidad de puntos de anclaje, líneas, polilíneas, polígonos o curvas que conectan los puntos de anclaje, e información de color para las líneas, curvas y/o superficies encerradas por las líneas y curvas. Si un objeto de referencia coincide suficientemente con una estructura contenida en un fotograma de imagen de alta resolución, a continuación se identifica un objeto en el fotograma de imagen de alta resolución. A un objeto identificado se le asigna la ID de objeto del objeto de referencia coincidente y las propiedades de inserción de imagen de objeto relativas, que incluyen el número de fotograma de imagen en donde se identificó, un punto de vector de inserción ("centro de gravedad" del objeto identificado) y parámetros de escala/rotación. Los parámetros de escala/rotación típicamente incluyen un valor de escala (el tamaño del objeto identificado, típicamente en relación con un tamaño estándar almacenado del objeto de referencia), un primer valor de rotación (rotación con respecto a un primer eje, por ejemplo, un eje vertical) y un segundo valor de rotación (rotación con respecto a un segundo eje de rotación, por ejemplo, un eje horizontal). Los ID de objeto y las propiedades de inserción de imagen de objeto relativa de los objetos identificados se transmiten a través de un segundo canal de datos desde la unidad ADS a bordo al centro de control a través de la red de comunicación móvil. La transmisión de esta información también requiere muy poco ancho de banda. In a second processing line, the high-resolution image frames (pixels) are subjected to pattern recognition. The pattern recognition is based on a comparison with reference objects stored in a map database of the automatic train. These reference objects represent different types of objects that can typically be encountered in front of a train, including objects of all kinds on the ground that could be relevant to the safe operation of the train, in particular railway signals (including their switching status), railway signals, tracks, track switches (including their switching status), and railway crossing bars. The reference objects preferably also include typical obstacles that may appear on a track, such as train cars and locomotives, fallen trees, disabled vehicles, people (in particular track workers and walkers), and large animals (such as cows). For each reference object, at least one object ID (typically an alphanumeric code) and representative high-resolution appearance information are stored. The high-resolution appearance information is vectorized, comprising a plurality of anchor points, lines, polylines, polygons, or curves connecting the anchor points, and color information for the lines, curves, and/or surfaces enclosed by the lines and curves. If a reference object sufficiently matches a structure contained in a high-resolution image frame, an object in the high-resolution image frame is then identified. An identified object is assigned the object ID of the matched reference object and relative object image insertion properties, including the image frame number where it was identified, an insertion vector point ("center of gravity" of the identified object), and scale/rotation parameters. The scale/rotation parameters typically include a scale value (the size of the identified object, typically relative to a stored standard size of the reference object), a first rotation value (rotation about a first axis, e.g., a vertical axis), and a second rotation value (rotation about a second axis of rotation, e.g., a horizontal axis). The object IDs and relative object image insertion properties of identified objects are transmitted via a second data channel from the onboard ADS unit to the control center over the mobile communications network. Transmission of this information also requires very little bandwidth.
Desde el segundo canal de datos, los objetos identificados (relevantes para la seguridad) se pueden reconstruir en datos de imagen de alta resolución (píxeles) en el centro de control. Para ello, el centro de control también comprende una base de datos de mapas con objetos de referencia, correspondientes a los objetos de referencia almacenados en la base de datos de mapas del tren automático. En otras palabras, las bases de datos de mapas del tren automático y el centro de control contienen básicamente la misma información sobre los objetos de referencia. Basándose en la información de apariencia de objeto de alta resolución contenida en la base de datos de mapa del centro de control, la apariencia de objeto de alta resolución para cada objeto identificado se puede reconstruir para cada fotograma de imagen, basándose en el ID de objeto respectivo transmitido, el punto de vector de inserción y los parámetros de escala/rotación, y el número de fotograma de imagen. From the second data channel, the identified (safety-relevant) objects can be reconstructed into high-resolution image data (pixels) in the control center. For this purpose, the control center also comprises a map database with reference objects, corresponding to the reference objects stored in the map database of the automatic train. In other words, the map databases of the automatic train and the control center contain essentially the same information about the reference objects. Based on the high-resolution object appearance information contained in the map database of the control center, the high-resolution object appearance for each identified object can be reconstructed for each image frame, based on the respective transmitted object ID, the insertion vector point and scale/rotation parameters, and the image frame number.
Las apariencias de objeto de alta resolución reconstruidas, basadas en la segunda información de canal de datos, se pueden superponer a continuación en la fotograma de imagen de baja resolución, recibida a través del primer canal de datos, con el número de fotograma de imagen correspondiente. El fotograma de imagen superpuesto resultante a continuación contiene información de imagen de alta resolución donde hay objetos identificados relevantes para la seguridad e información de imagen de baja resolución donde solo hay paisaje irrelevante para la seguridad del tren. De esta manera, por ejemplo, las señales ferroviarias, incluido su estado de conmutación, que se reconstruyen a través del segundo canal de datos y se muestran en alta resolución, pueden ser fácilmente reconocidas por el conductor remoto, mientras que al mismo tiempo, el conductor remoto también obtiene una impresión aproximada del paisaje a baja resolución. The reconstructed high-resolution object appearances, based on the second data channel information, can then be superimposed on the low-resolution image frame received via the first data channel with the corresponding image frame number. The resulting superimposed image frame then contains high-resolution image information where safety-relevant objects are identified and low-resolution image information where only the safety-irrelevant landscape of the train is present. In this way, for example, railway signals, including their switching status, which are reconstructed via the second data channel and displayed in high resolution, can be easily recognized by the remote driver, while at the same time, the remote driver also obtains an approximate impression of the landscape at low resolution.
Cabe señalar que los fotogramas de imagen de baja resolución pueden interpolarse a la alta resolución de la apariencia del objeto de alta resolución en el centro de control para simplificar el procedimiento de superposición, según la invención, pero esto no aumenta la profundidad de la información recibida a través del primer canal de datos. It should be noted that the low-resolution image frames may be interpolated to the high resolution of the high-resolution object appearance at the control center to simplify the overlay procedure, according to the invention, but this does not increase the depth of information received via the first data channel.
La base de datos de mapas del centro de operación y gestión de tráfico ferroviario en tierra de la ATO y la base de datos de mapas del tren automático se sincronizan regularmente, de modo que ambas contienen básicamente los mismos objetos de referencia ("objetos de referencia comunes"). Obsérvese que en la realización más simple, la base de datos de mapas no requiere información de georreferenciación, aunque la información de georreferenciación es útil para las comprobaciones de plausibilidad (véase más adelante). The ATO's ground-based rail traffic management and operation center map database and the automatic train map database are regularly synchronized, so that both contain essentially the same reference objects ("common reference objects"). Note that in the simplest implementation, the map database does not require georeferencing information, although georeferencing information is useful for plausibility checks (see below).
Además, téngase en cuenta que para el control remoto del tren automático, el centro de operación y gestión del tráfico ferroviario en tierra de la ATO y el tren automático están conectados a través del enrutador móvil del centro de gestión y el enrutador móvil del tren automático a través de la red de comunicación móvil, que puede ser una red móvil específica del ferrocarril o una red móvil pública, o una combinación de redes, por ejemplo, GSM-R. o 5G, 4G o LTE. La comunicación incluye, además de la información de imagen, por ejemplo, también comandos de conducción y lecturas de sensores. Furthermore, please note that for remote control of the automatic train, the ATO's ground-based rail traffic operation and management center and the automatic train are connected via the management center's mobile router and the automatic train's mobile router through the mobile communication network, which may be a railway-specific mobile network or a public mobile network, or a combination of networks, e.g., GSM-R or 5G, 4G, or LTE. Communication includes, in addition to image information, for example, also driving commands and sensor readings.
Variantes preferidas de la invención Preferred variants of the invention
Una variante altamente preferida del procedimiento inventivo se caracteriza por que A highly preferred variant of the inventive process is characterized in that
en una tercera línea de procesamiento, on a third processing line,
- los fotogramas de imagen de alta resolución se someten a un algoritmo de vectorización, que asigna elementos vectoriales, como puntos, polilíneas o polígonos, a los fotogramas de imagen de alta resolución, y determina las propiedades vectoriales correspondientes de cada elemento vectorial asignado, incluido un número de fotograma de imagen, y - high-resolution image frames are subjected to a vectorization algorithm, which assigns vector elements, such as points, polylines, or polygons, to the high-resolution image frames, and determines the corresponding vector properties of each assigned vector element, including an image frame number, and
- las propiedades vectoriales determinadas para cada elemento vectorial asignado se transmiten a través de un tercer canal de datos desde la unidad ADS a bordo a la consola de control remoto del tren a través de la red de comunicación móvil, - the vector properties determined for each assigned vector element are transmitted via a third data channel from the on-board ADS unit to the train's remote control console via the mobile communication network,
que en el centro de operación y gestión de tráfico ferroviario en tierra de la ATO, las propiedades vectoriales de los elementos vectoriales asignados del tercer canal de datos se traducen en apariencias de elementos vectoriales, that in the ATO ground rail traffic operation and management centre, the vector properties of the assigned vector elements of the third data channel are translated into vector element appearances,
y que las apariencias de elementos vectoriales que se originan en el tercer canal de datos se utilizan para verificaciones de plausibilidad y/o se incluyen en la superposición de las apariencias de objetos de alta resolución que se originan en el segundo canal de datos y las fotogramas de imagen de baja resolución recibidas a través del primer canal de datos con un número de fotograma de imagen coincidente. and that the vector element appearances originating from the third data channel are used for plausibility checks and/or are included in the overlay of the high-resolution object appearances originating from the second data channel and the low-resolution image frames received via the first data channel with a matching image frame number.
En esta variante, los fotogramas de imagen de alta resolución (píxeles) se someten a un algoritmo de vectorización en la unidad ADS integrada en una tercera línea de procesamiento. En otras palabras, se abstraen las estructuras que se encuentran en los fotogramas de imagen de alta resolución. Téngase en cuenta que esta abstracción no requiere objetos de referencia definidos, como signos ferroviarios o señales ferroviarias, sino que puede basarse en la geometría general, sobre todo en los polígonos. En consecuencia, no se requiere la base de datos Map para esta tercera línea de procesamiento. La abstracción da como resultado la asignación de elementos vectoriales, en particular puntos, polilíneas y polígonos. Los polígonos pueden contener una información de color, en particular para las polilíneas y para las superficies encerradas en polígonos. La información necesaria para reconstruir un elemento vectorial asignado es/son las propiedades vectoriales correspondientes; estas incluyen el número de fotograma de imagen del fotograma en donde se realizó la asignación, e información de la ubicación y/u orientación y/o tamaño y/o color de los puntos y/o líneas y/o superficies incluidas en el elemento vectorial. Por lo general, se proporcionan las ubicaciones de todos los puntos incluidos en un elemento vectorial, y las líneas se definen por sus puntos finales, y las superficies se definen por sus líneas limítrofes, y para cada línea y superficie se proporciona una información de color. In this variant, high-resolution image frames (pixels) are subjected to a vectorization algorithm in the ADS unit integrated into a third processing line. In other words, the structures found in the high-resolution image frames are abstracted. Note that this abstraction does not require defined reference objects, such as railway signs or railway signals, but can be based on general geometry, especially polygons. Consequently, the Map database is not required for this third processing line. The abstraction results in the assignment of vector elements, particularly points, polylines, and polygons. Polygons can contain color information, particularly for polylines and for surfaces enclosed within polygons. The information required to reconstruct an assigned vector element is/are the corresponding vector properties; These include the image frame number of the frame where the assignment was made, and information about the location and/or orientation and/or size and/or color of the points and/or lines and/or surfaces included in the vector element. Typically, the locations of all points included in a vector element are provided, with lines defined by their endpoints, and surfaces defined by their boundary lines, with color information provided for each line and surface.
Las propiedades vectoriales determinadas se transmiten desde la unidad ADS a bordo al centro de control a través de la red de comunicación móvil a través de un tercer canal de datos, que requiere solo un pequeño ancho de banda. En el centro de control, las apariencias de los elementos vectoriales se pueden reconstruir basándose en las propiedades vectoriales transmitidas. Las apariencias de los elementos vectoriales pueden incluirse en la imagen (es decir, los fotogramas de la imagen superpuesta) de la sección de vía por delante del tren mostrada al conductor remoto, si así se desea. Por ejemplo, un promedio de los datos de apariencia del elemento vectorial reconstruido y los datos de apariencia del objeto de alta resolución reconstruido se pueden superponer en los fotogramas de imagen de baja resolución del primer canal. Téngase en cuenta que, debido a su naturaleza de tipo vectorial, la apariencia del elemento vectorial es intrínsecamente de alta resolución, aunque, por supuesto, sigue siendo el resultado de una abstracción de los datos de video de la cámara originales (alta resolución de píxeles). Los detalles de la imagen pueden permanecer visibles/reconocibles en las apariencias de los elementos vectoriales que no permanecen visibles/reconocibles en los fotogramas de imagen de baja resolución. También es posible usar las apariencias de elementos vectoriales reconstruidos para una verificación de plausibilidad de los fotogramas de imagen superpuestos resultantes de la primera y segunda información de canal de datos. Si no hay una coincidencia suficiente entre la apariencia del elemento vectorial (basándose en los datos del tercer canal) y la imagen superpuesta (basándose en los datos del primer y segundo canal de datos) o los datos de origen de tits, se puede advertir al controlador remoto que actualmente no hay información de imagen confiable disponible. En ambos casos, se puede lograr una mayor confiabilidad o confianza de los fotogramas de imagen superpuestos (regulares) o de la seguridad del tren. The determined vector properties are transmitted from the on-board ADS unit to the control center via the mobile communication network through a third data channel, which requires only a small bandwidth. At the control center, the appearances of the vector elements can be reconstructed based on the transmitted vector properties. The appearances of the vector elements can be included in the image (i.e., the overlaid image frames) of the track section ahead of the train displayed to the remote driver, if desired. For example, an average of the reconstructed vector element appearance data and the reconstructed high-resolution object appearance data can be overlaid on the low-resolution image frames of the first channel. Note that, due to its vector-like nature, the appearance of the vector element is inherently high-resolution, although it is, of course, still the result of an abstraction of the original camera video data (high pixel resolution). Image details can remain visible/recognizable in the appearances of the vector elements that are not visible/recognizable in the low-resolution image frames. It is also possible to use the reconstructed vector element appearances for a plausibility check of the superimposed image frames resulting from the first and second data channel information. If there is an insufficient match between the vector element appearance (based on the third data channel) and the superimposed image (based on the first and second data channels) or the tits source data, the remote controller can be warned that no reliable image information is currently available. In both cases, increased reliability or confidence in the (regular) superimposed image frames or train safety can be achieved.
Una variante alternativa, también preferida, se caracteriza en que An alternative variant, also preferred, is characterized in that
en una tercera línea de procesamiento, on a third processing line,
- los fotogramas de imagen de alta resolución se someten a un algoritmo de vectorización, que asigna elementos vectoriales, como puntos, polilíneas o polígonos, a los fotogramas de imagen de alta resolución, y determina las propiedades vectoriales correspondientes de cada elemento vectorial asignado, incluido un número de fotograma de imagen, y - high-resolution image frames are subjected to a vectorization algorithm, which assigns vector elements, such as points, polylines, or polygons, to the high-resolution image frames, and determines the corresponding vector properties of each assigned vector element, including an image frame number, and
- las propiedades vectoriales determinadas para cada elemento vectorial asignado se transmiten también a través del segundo canal de datos desde la unidad ADS a bordo a la consola de control remoto del tren a través de la red de comunicación móvil, - the vector properties determined for each assigned vector element are also transmitted via the second data channel from the on-board ADS unit to the train's remote control console via the mobile communication network,
que en el centro de operación y gestión de tráfico ferroviario en tierra de ATO, las propiedades vectoriales de los elementos vectoriales asignados del segundo canal de datos de la tercera línea de procesamiento se traducen en apariencias de elementos vectoriales, that in the ATO ground rail traffic operation and management center, the vector properties of the assigned vector elements from the second data channel of the third processing line are translated into vector element appearances,
y que las apariencias de elementos vectoriales que se originan en el segundo canal de datos de la tercera línea de procesamiento se utilizan para comprobaciones de plausibilidad y/o se incluyen en la superposición de las apariencias de objetos de alta resolución que se originan en el segundo canal de datos de la segunda línea de procesamiento y las fotogramas de imagen de baja resolución recibidas a través del primer canal de datos con un número de fotograma de imagen coincidente. Esta variante corresponde a la variante anterior, con la única diferencia de que las propiedades vectoriales determinadas se envían al centro de control o a su consola remota del tren también a través del segundo canal de datos, en lugar de un tercer canal de datos. De esta manera, el tercer canal se puede hacer sin; en cambio, el segundo canal de datos transmite algo más de información, pero aún así, solo se requiere un poco de ancho de banda por el segundo canal de datos. and that the vector element appearances originating from the second data channel of the third processing line are used for plausibility checks and/or are included in the overlay of the high-resolution object appearances originating from the second data channel of the second processing line and the low-resolution image frames received via the first data channel with a matching image frame number. This variant corresponds to the previous variant, with the only difference that the determined vector properties are sent to the control center or its remote train console also via the second data channel, instead of a third data channel. In this way, the third channel can be done without; instead, the second data channel transmits somewhat more information, but still, only a little bandwidth is required by the second data channel.
Otra variante preferida se caracteriza por Another preferred variant is characterized by
que las propiedades relativas de inserción de imágenes de objetos de cada objeto identificado también incluyen una georreferencia, that the relative object image embedding properties of each identified object also include a georeference,
que la base de datos de mapas del centro de operación y gestión del tráfico ferroviario en tierra de la ATO y/o del tren automático contiene además un registro de objetos conocidos definidos por una georreferencia y un objeto de referencia atribuido en cada caso, that the map database of the ATO and/or automatic train ground traffic operation and management centre also contains a register of known objects defined by a georeference and a reference object assigned in each case,
y que el centro de operación y gestión de tráfico ferroviario en tierra de la ATO y/o la unidad de ADS a bordo verifiquen la plausibilidad de la asignación de los objetos identificados a los objetos de referencia basándose en una comparación de las georreferencias y los objetos de referencia asignados de los objetos identificados, por un lado, y las georreferencias y los objetos de referencia atribuidos de los objetos conocidos, por otro lado. and that the ATO's land-based rail traffic management and operation centre and/or the on-board ADS unit verify the plausibility of the assignment of the identified objects to the reference objects based on a comparison of the georeferences and assigned reference objects of the identified objects, on the one hand, and the georeferences and attributed reference objects of the known objects, on the other hand.
En esta variante, la base de datos de mapas en el tren automático y/o el centro de control también contiene georreferencias (ubicaciones geográficas) de objetos conocidos y su tipo de objeto (objeto de referencia atribuido, típicamente representado por el ID de objeto); la base de datos de mapas también puede contener información adicional sobre el objeto conocido, como su orientación en el espacio o su tamaño o un nombre único, si se desea. A los objetos identificados en la segunda línea de procesamiento se les atribuye además su georreferencia, es decir, su ubicación geográfica donde se encontraron. La ubicación geográfica de un objeto identificado puede, en general, calcularse a partir de la ubicación geográfica (en general conocida por GPS) del tren automático en el momento de la grabación de la cámara, preferiblemente corregida por una distancia estimada del objeto desde el tren para una mejor precisión. In this variant, the map database in the automated train and/or control center also contains georeferences (geographic locations) of known objects and their object type (attributed reference object, typically represented by the object ID); the map database may also contain additional information about the known object, such as its orientation in space or its size, or a unique name, if desired. Objects identified in the second processing line are additionally assigned their georeference, i.e., their geographic location where they were found. The geographic location of an identified object can generally be calculated from the geographic location (usually known via GPS) of the automated train at the time of the camera recording, preferably corrected by an estimated distance of the object from the train for improved accuracy.
Un objeto identificado es plausible si coincide suficientemente con un objeto conocido en una base de datos de mapas; una coincidencia en general se puede confirmar si las georreferencias del objeto identificado y del objeto conocido difieren menos de un umbral (por ejemplo, menos de 3 m, dependiendo de la precisión del tren y la localización del objeto) y si los ID de objeto del objeto identificado y el objeto conocido son idénticos. Téngase en cuenta que en el caso de objetos que pueden tener diferentes estados de conmutación (como interruptores de vía o señales ferroviarias), todos los posibles estados de conmutación se incluyen preferiblemente en la base de datos del mapa como objetos conocidos separados con la misma georreferencia, para una simple verificación de la coincidencia. De manera alternativa, solo se puede almacenar un objeto conocido con el ID de objeto que pertenece a un estado de conmutación particular del objeto para la georreferencia correspondiente, y un objeto identificado con el ID de objeto asignado que pertenece a cualquiera de los posibles estados de conmutación del objeto se considera compatible para aprobar una coincidencia. An identified object is considered plausible if it sufficiently matches a known object in a map database; a match can generally be confirmed if the georeferences of the identified object and the known object differ by less than a threshold (e.g., less than 3 m, depending on the accuracy of the train and object location) and if the object IDs of the identified object and the known object are identical. Note that for objects that may have different switching states (such as track switches or railway signals), all possible switching states are preferably included in the map database as separate known objects with the same georeference, for simple match verification. Alternatively, only a known object with the object ID belonging to a particular object switching state can be stored for the corresponding georeference, and an identified object with the assigned object ID belonging to any of the possible object switching states is considered compatible to approve a match.
Si para un objeto identificado se ha encontrado un objeto conocido coincidente, y el objeto conocido ha atribuido un nombre único (como un número de señal), el nombre único del objeto conocido se puede mostrar al controlador remoto. Si no se puede encontrar ninguna coincidencia para los objetos identificados en el registro de objetos conocidos, a continuación se puede advertir al controlador remoto de que no hay datos de imágenes superpuestas confiables disponibles. Téngase en cuenta que, por lo general, una coincidencia de objetos identificados y objetos conocidos solo se verifica (o se requiere para evitar un mensaje de advertencia) para tipos particulares de objetos identificados, en general aquellos de particular relevancia para la seguridad ferroviaria, por ejemplo, señales ferroviarias. Al verificar la plausibilidad de la asignación de objetos identificados, se puede mejorar la fiabilidad de la segunda línea de procesamiento o los datos de imagen basados en el segundo canal de datos o la seguridad del tren. If a matching known object has been found for an identified object, and the known object has been assigned a unique name (such as a signal number), the unique name of the known object can be displayed to the remote controller. If no match can be found for the identified objects in the known object register, the remote controller can then be warned that there is no reliable overlay image data available. Note that a match between identified and known objects is typically only checked (or required to avoid a warning message) for specific types of identified objects, generally those of particular relevance to railway safety, e.g., railway signals. By checking the plausibility of the identified object assignment, the reliability of the second processing line or the image data based on the second data channel or train safety can be improved.
En otra variante preferida, el centro de operación y gestión del tráfico ferroviario en tierra de la ATO verifica la plausibilidad de la asignación de los objetos identificados a los objetos de referencia según una correlación de las apariencias de los objetos de alta resolución y las apariencias de los objetos correspondientes en el fotograma de imagen de baja resolución para coincidir con los números de fotograma. Si no hay una conformidad mínima de las apariencias del objeto de alta resolución y las estructuras correspondientes en el fotograma de imagen de baja resolución, la asignación del objeto es cuestionable y se puede advertir al controlador remoto que no hay una imagen superpuesta confiable disponible en este momento. Con esta variante, se puede mejorar la fiabilidad/confiabilidad de los fotogramas de imagen superpuestos o la seguridad del tren. In another preferred variant, the ATO's trackside rail traffic management and operation center verifies the plausibility of the assignment of the identified objects to the reference objects based on a correlation of the appearances of the high-resolution objects and the appearances of the corresponding objects in the low-resolution image frame to match the frame numbers. If there is no minimum conformity of the appearances of the high-resolution object and the corresponding structures in the low-resolution image frame, the object assignment is questionable, and the remote controller may be warned that a reliable overlay image is not currently available. With this variant, the reliability of the overlay image frames or the safety of the train may be improved.
Se prefiere adicionalmente una variante que se caracteriza por A variant is additionally preferred which is characterized by
que la unidad ADS a bordo y el centro de operación y gestión del tráfico ferroviario ATO comprenden cada uno al menos un reloj UTC, preferiblemente dos relojes UTC, para proporcionar la hora UTC, that the on-board ADS unit and the rail traffic operation and management centre ATO each comprise at least one UTC clock, preferably two UTC clocks, to provide UTC time,
que la comunicación entre el enrutador de comunicaciones móviles de tren automático y el enrutador de comunicaciones móviles del centro de gestión a través de la red de comunicación móvil está basada en paquetes, that the communication between the auto-train mobile communications router and the management center mobile communications router through the mobile communication network is packet-based,
en donde cada paquete de datos está provisto de una marca de tiempo en una sección de encabezado del paquete, que indica la hora UTC del paquete que se envía, que un flujo de protocolo Handshake toma nota de las horas UTC de la siguiente manera: where each data packet is provided with a timestamp in a packet header section, indicating the UTC time of the packet being sent, which a Handshake protocol flow takes note of the UTC times as follows:
T<i s>hora UTC cuando se envió el paquete, T<1C>hora UTC confirmada cuando se recibió el paquete, T<2S>hora UTC cuando se envió el reconocimiento y T<2C>hora UTC cuando se recibió el reconocimiento, T<i s>UTC time when the packet was sent, T<1C>UTC time acknowledged when the packet was received, T<2S>UTC time when the acknowledgment was sent, and T<2C>UTC time when the acknowledgment was received,
que se determina un retraso de ida y vuelta AT<IdayVuelta>, con that a round trip delay AT<IdayVuelta> is determined, with
AT IdayVuelta = T<1>C-T<1>S+T<2>C-T<2>S, AT Roundtrip = T<1>C-T<1>S+T<2>C-T<2>S,
que se determina un retraso promedio de ida y vuelta ATIdayVuelta_PROM. en una pluralidad de paquetes pasados, y que se entrega un mensaje de advertencia si that an average round trip delay ATIdayVuelta_AVG is determined over a plurality of passed packets, and that a warning message is delivered if
AT<IdayVuelta>-AT<IdayVuelta_PROM.>>T<UmbralRT>, o T<UmbralR T>: Valor umbral para el retraso del viaje de ida y vuelta, AT<IdayVuelta>-AT<IdayVuelta_PROM.>>T<UmbralRT>, or T<UmbralR T>: Threshold value for the round trip delay,
en particular con T<UmbralRT>=K<conf>*o(AT<IdayVuelta>), con K<conf>: valor de estimación de confianza; o: varianza estándar. Si los datos necesarios para el control del tren, en particular los datos de imagen pertenecientes a la sección de vía por delante del tren, no se pueden entregar en sincronización en tiempo real, a continuación el conductor remoto puede no ser capaz de reaccionar de manera oportuna con el fin de garantizar la seguridad del tren. Al aplicar la variante anterior según un retraso de ida y vuelta, los retrasos en la transferencia de información o comando se pueden determinar de manera confiable. En caso de retrasos poco comunes o inaceptables, el conductor remoto puede poner el tren automático en un estado menos peligroso, por ejemplo, reduciendo la velocidad del tren o incluso deteniéndolo. El mensaje de advertencia se entrega típicamente en la pantalla de la consola de control remoto del tren, por ejemplo, atenuando la imagen mostrada de la sección de la vía que está por delante, en particular si se trata de paquetes que pertenecen al primer canal de datos o al segundo canal de datos. Si el valor umbral para el retraso de ida y vuelta se compara con la desviación típica de los retrasos de ida y vuelta anteriores, los retrasos comunes se pueden distinguir de los retrasos poco comunes con mayor facilidad. Alternativamente, la aplicación de un umbral fijo para el retraso de ida y vuelta garantiza un nivel de seguridad absoluto deseado. in particular with T<RTThreshold>=K<conf>*o(AT<RoundtripDelay>), where K<conf>: confidence estimate value; o: standard variance. If the data required for train control, in particular image data belonging to the track section ahead of the train, cannot be delivered in real-time synchronization, then the remote driver may not be able to react in a timely manner in order to ensure train safety. By applying the above variant according to a round-trip delay, delays in information or command transfer can be reliably determined. In case of rare or unacceptable delays, the remote driver can put the automatic train into a less dangerous state, for example by reducing the train speed or even stopping it. The warning message is typically delivered on the display of the remote train control console, for example by dimming the displayed image of the track section ahead, in particular if these are packets belonging to the first data channel or the second data channel. If the threshold value for round-trip delay is compared with the standard deviation of previous round-trip delays, common delays can be more easily distinguished from unusual delays. Alternatively, applying a fixed threshold for round-trip delay ensures a desired absolute safety level.
Un desarrollo adicional preferido de esta variante se caracteriza por A preferred further development of this variant is characterized by
que se determina una diferencia de reloj AT<relojsinc>, con that a clock difference AT<clocksync> is determined, with
AT<relojsinc>= 0,5*(T<1C>-T<1 S>+T<2S>-T<2C>), AT<clocksync>= 0.5*(T<1C>-T<1 S>+T<2S>-T<2C>),
que se determina una diferencia de reloj promedio ATrelojsinc_PROM. en una pluralidad de paquetes pasados, y que el mensaje de advertencia también se entrega si that an average clock difference ATclocksync_AVG is determined over a plurality of passed packets, and that the warning message is also delivered if
ATrelojsinc- ATrelojsinc_PROM.>TUmbralCD, con TUmbralCD: Valor umbral para la diferencia de reloj. Si los relojes UTC en el tren automático y en el centro de control no están sincronizados correctamente, esto puede oscurecer y agravar la identificación de retrasos en la transmisión de datos. Al verificar la diferencia de reloj, se pueden identificar los relojes UTC asíncronos, lo que mejora la seguridad del tren. ATclocksync- ATclocksync_AVG.>TUmbralCD, with TUmbralCD: Threshold value for the clock offset. If the UTC clocks on the automatic train and in the control center are not correctly synchronized, this can obscure and aggravate the identification of data transmission delays. By checking the clock offset, asynchronous UTC clocks can be identified, improving train safety.
Además, dentro del alcance de la presente invención se encuentra un sistema para el control remoto seguro del tren, comprendiendo Furthermore, within the scope of the present invention is a system for safe remote control of the train, comprising
a) para su disposición en un tren automatizado: a) for arrangement in an automated train:
- una unidad ADS (Automatic Driving System = sistema de conducción automática) a bordo, que incluye un sistema de cámaras para supervisar una sección de vía por delante del tren automático, y - an on-board ADS (Automatic Driving System) unit, including a camera system for monitoring a section of track ahead of the automatic train, and
- un enrutador de comunicaciones móviles de tren automático para reenviar y recibir datos a través de una red de comunicación móvil, y - an auto-train mobile communications router for forwarding and receiving data via a mobile communication network, and
b) para la disposición en un centro de operación y gestión del tráfico ferroviario en tierra ATO (Automatic Train Operation = operación automática de trenes): b) for provision at an ATO (Automatic Train Operation) ground rail traffic management and operation centre:
- una consola de control remoto de tren para el control remoto del tren automático, que incluye una pantalla para mostrar una imagen de la sección de vía delante del tren a un conductor remoto en la consola de control remoto de tren, y en particular incluye una pantalla de mapa móvil para indicar una posición de tren del tren automatizado (ATR) y - a remote train control console for remotely controlling the automated train, including a display for displaying an image of the track section in front of the train to a remote driver on the remote train control console, and in particular including a moving map display for indicating a train position of the automated train (ATR) and
- un enrutador móvil del centro de gestión para reenviar y recibir datos a través de la red de comunicación móvil, - a mobile router of the management center for forwarding and receiving data via the mobile communication network,
caracterizado por que el sistema está adaptado para realizar un procedimiento inventivo como se describió anteriormente. El sistema inventivo permite un control remoto seguro de un tren automatizado a través de una red de comunicación móvil, que requiere solo un pequeño ancho de banda. Más específicamente, se puede proporcionar una imagen o información visual de la sección de vía que se encuentra delante en la pantalla de la consola de control remoto del tren, que contiene detalles de alta resolución sobre los objetos relevantes para la seguridad que se encuentran delante (como señales ferroviarias y señales ferroviarias) y una descripción general de baja resolución sobre el entorno futuro (como la vegetación y los edificios en tierra). characterized in that the system is adapted to perform an inventive method as described above. The inventive system enables safe remote control of an automated train via a mobile communication network, requiring only a low bandwidth. More specifically, an image or visual information of the section of track ahead can be provided on the display of the train's remote control console, containing high-resolution details about safety-relevant objects ahead (such as railway signals and railway signs) and a low-resolution overview of the future environment (such as vegetation and buildings on the ground).
Se pueden extraer ventajas adicionales de la descripción y el dibujo adjunto. Las características mencionadas anteriormente y a continuación se pueden usar según la invención, ya sea individual o colectivamente en cualquier combinación. Las realizaciones mencionadas no deben entenderse como una enumeración exhaustiva, sino que tienen un carácter ejemplar para la descripción de la invención. Additional advantages can be derived from the description and the accompanying drawing. The features mentioned above and below can be used according to the invention, either individually or collectively in any combination. The mentioned embodiments should not be understood as an exhaustive list, but rather serve as an example for describing the invention.
Dibujo Drawing
La invención se muestra en el dibujo. The invention is shown in the drawing.
La Fig. 1 muestra una vista general esquemática de una configuración de control remoto del tren, para la invención; Fig. 1 shows a schematic overview of a remote train control configuration, for the invention;
La Fig. 2 ilustra esquemáticamente las funciones lógicas remotas ATO / a bordo en tierra, para la invención; La Fig. 3 ilustra esquemáticamente un ejemplo de realización de una implementación de hardware típica, para la invención; Fig. 2 schematically illustrates the ATO/on-board ground remote logic functions of the invention; Fig. 3 schematically illustrates an exemplary embodiment of a typical hardware implementation of the invention;
La Fig. 4 ilustra esquemáticamente un ejemplo de autenticación de trenes, para la invención; Fig. 4 schematically illustrates an example of train authentication, for the invention;
La Fig. 5 ilustra esquemáticamente un ejemplo de procesamiento de canal, para la invención; Fig. 5 schematically illustrates an example of channel processing, for the invention;
La Fig. 6 ilustra esquemáticamente un ejemplo de realización de una pantalla de control remoto de tren; La Fig. 7 ilustra esquemáticamente una variante preferida del procedimiento inventivo de control remoto seguro del tren, en una primera parte en el tren automático; Fig. 6 schematically illustrates an exemplary embodiment of a remote train control display; Fig. 7 schematically illustrates a preferred variant of the inventive method for safe remote train control, in a first part in the automatic train;
La Fig. 8 ilustra esquemáticamente la variante de la Fig. 7, en una segunda parte en el centro de control; La Fig. 9 ilustra esquemáticamente una transmisión de datos de paquete en una variante preferida para la invención; Fig. 8 schematically illustrates the variant of Fig. 7, in a second part in the control center; Fig. 9 schematically illustrates a packet data transmission in a preferred variant for the invention;
La Figura 10 ilustra esquemáticamente una variante preferida de verificación de retardo de la transmisión de paquetes para la invención. Figure 10 schematically illustrates a preferred variant of packet transmission delay checking for the invention.
Visión general Overview
La invención se refiere a aparatos y procedimientos para el Control Remoto de Trenes Seguros, en particular basados en la transmisión de vídeo sincronizado en el tiempo. Más específicamente, la invención se refiere a aparatos y procedimientos de control remoto de trenes seguros de un tren semiautomático o totalmente automatizado que hace frente a un ancho de banda limitado de una red de comunicación móvil. The invention relates to apparatus and methods for safe remote train control, particularly based on time-synchronized video transmission. More specifically, the invention relates to apparatus and methods for safe remote train control of a semi-automated or fully automated train that copes with the limited bandwidth of a mobile communication network.
En caso de que los trenes automáticos tengan que ser supervisados y controlados temporalmente en situaciones específicas, el tren automático permitirá que las situaciones de recuperación se tomen desde una estación de control remoto. El sistema de control remoto inventivo se adaptará a las redes móviles públicas, incluso cuando se apliquen algunas limitaciones de ancho de banda temporal y aún funcione de manera segura y con alta disponibilidad. Además, la conducción remota de trenes se ve como la introducción de las capacidades automáticas de trenes GoA4. Should automated trains need to be temporarily monitored and controlled in specific situations, the automated train will allow recovery situations to be handled from a remote control station. The inventive remote control system will adapt to public mobile networks, even when some temporary bandwidth limitations apply, and still operate safely and with high availability. Furthermore, remote train driving is seen as the introduction of GoA4's automated train capabilities.
La invención incluye, en particular, un procedimiento para un dispositivo de control remoto para un tren automático que tiene las siguientes características: The invention includes, in particular, a method for a remote control device for an automatic train having the following characteristics:
- Las imágenes de vídeo se transmiten desde el servidor del tren a través del enlace de datos móviles, de modo que los fotogramas I de vídeo están etiquetados en el tiempo y referenciados geográficamente en los bytes de encabezado adicionales del protocolo de transmisión. - Video images are transmitted from the train server via the mobile data link, so that the video I-frames are time-tagged and geo-referenced in the additional header bytes of the transmission protocol.
- Respuesta dinámica de limitación de ancho de banda móvil de modo que en al menos dos canales que conectan el tren automático con la unidad remota, y un canal está utilizando una resolución espacial y compresión reducidas, y el otro canal está utilizando una vectorización y simbolización de objetos, áreas y puntos de interés, y ambos canales están unidos por una superposición perfecta de modo que se da una impresión realista al operador. - Dynamic response of mobile bandwidth limitation so that on at least two channels connecting the automatic train with the remote unit, and one channel is using reduced spatial resolution and compression, and the other channel is using vectorization and symbolization of objects, areas and points of interest, and both channels are joined by a perfect superposition so that a realistic impression is given to the operator.
- Un procedimiento de sincronización de tiempo seguro y robusto entre el dispositivo remoto y el tren automático mediante la medición de los tiempos de envío y confirmación de mensajes, de modo que cualquier congelación de información, incluidos, entre otros, los paquetes de transmisión o control de video, se informe al operador dentro de un tiempo para alertar. - A secure and robust time synchronization procedure between the remote device and the automated train by measuring message sending and confirmation times, so that any information freezes, including but not limited to video transmission or control packets, are reported to the operator within a time limit.
Se proporciona un monitoreo de conexión remota relevante para la seguridad que monitorea los parámetros relevantes del espacio de aire y garantiza la integridad mediante pruebas en línea. Safety-relevant remote connection monitoring is provided, which monitors relevant air-gap parameters and ensures integrity through online testing.
La invención en particular proporciona una unidad de control y visualización remota segura y fácil de usar. The invention in particular provides a secure and easy-to-use remote control and display unit.
Uso previsto y contexto Intended use and context
El objeto de la invención forma parte de la infraestructura de operación de tráfico ferroviario que permite la conducción automática de trenes hasta el grado de automatización 4, que se define como la operación de trenes desatendidos que incluye todas las funciones de operación de trenes automatizadas. The object of the invention is part of the railway traffic operation infrastructure that allows automatic train driving up to automation level 4, which is defined as unattended train operation that includes all automated train operation functions.
La invención se centra principalmente en la funcionalidad del control remoto y la conducción. En esencia, la capacidad de control remoto del tren está destinada a ser utilizada por un agente del centro de operación y gestión del tráfico ferroviario, por ejemplo, en caso de que el tren automático genere una alerta, por ejemplo, si se reconoce una situación que el tren no puede manejar en modo automático. Además, el control en caso de emergencias o sistemas de trenes funcionales degradados también está sujeto a la intervención humana por parte de la capacidad de conducción remota. Otros ejemplos son una verificación automática de rutina de la supervisión del tren o una verificación de inicio de la preparación de la misión. La capacidad de control remoto del tren está destinada a ser utilizada para llevar un tren de forma segura hasta el final del viaje, en lugar de que un conductor se suba al tren y continúe el viaje manualmente. Ejemplo adicional: el uso previsto es que un tren se pueda iniciar de forma remota para una secuencia de operación dedicada, como el inicio de la misión después de que los pasajeros hayan abordado el tren hasta que se realice la secuencia de operación predefinida, como la parada en la siguiente estación. The invention primarily focuses on remote control and driving functionality. In essence, the remote train control capability is intended to be used by an agent of the rail traffic operation and management center, for example, in the event that the automated train generates an alert, e.g., if a situation is recognized that the train cannot handle in automatic mode. Furthermore, control in the event of emergencies or degraded functional train systems is also subject to human intervention by the remote driving capability. Other examples are a routine automatic train supervision check or a mission readiness start check. The remote train control capability is intended to be used to safely bring a train to the end of the journey, rather than a driver boarding the train and manually continuing the journey. A further example: The intended use is that a train can be remotely started for a dedicated operating sequence, such as starting the mission after passengers have boarded the train until the predefined operating sequence is performed, such as stopping at the next station.
Un sistema de control de accionamiento automático de tren típico que incluye la infraestructura necesaria se resume de la siguiente manera en la Fig. 1: El centro de operación y gestión del tráfico ferroviario en tierra de la ATO incluye una consola de control remoto del tren. Esta consola permite controlar un tren de forma remota a través de una red de comunicación móvil. En el tren, como función inherente del sistema de conducción automática, se aplica la capacidad de control remoto. La contra/función remota del tren se divide en dos componentes, uno en la unidad de a bordo del tren y otro en el centro de operación y gestión del tráfico ferroviario en tierra de la ATO. A typical automatic train drive control system, including the necessary infrastructure, is summarized as follows in Fig. 1: The ATO's trackside rail traffic operation and management center includes a remote train control console. This console allows a train to be controlled remotely via a mobile communication network. On the train, as an inherent function of the automated driving system, remote control capability is implemented. The remote train control/function is divided into two components, one in the train's on-board unit and the other in the ATO's trackside rail traffic operation and management center.
A continuación, se proporciona un resumen de las funciones de alto nivel para el control remoto del tren: A summary of the high-level functions for remote train control is provided below:
a) Inicio de sesión y autenticación para el control remoto del tren de recogida o el control remoto de liberación; b) Acceso remoto a la funcionalidad de conducción de trenes; a) Login and authentication for remote control of the pickup train or remote control of the release train; b) Remote access to the train driving functionality;
c) Supervisar el estado real del tren, así como la capacidad de interacción de diagnóstico del tren; c) Monitor the actual status of the train as well as the diagnostic interaction capability of the train;
d) Comunicación segura, fiable y en tiempo real, enlaces de radio y gestión de redes entre el tren y la consola de control remoto. d) Secure, reliable and real-time communication, radio links and network management between the train and the remote control console.
Control remoto del tren a bordo Onboard remote train control
La función de control remoto del tren se divide en dos componentes, uno en la unidad de a bordo del tren y otro en el centro de operación y gestión del tráfico ferroviario en tierra de la ATO. La Figura 2 muestra los dos componentes principales, con entidades funcionales típicas. The train remote control function is divided into two components: one in the train's onboard unit and the other in the ATO's ground-based rail traffic management and operation center. Figure 2 shows the two main components, with typical functional entities.
Por lo general, en el sistema de conducción automática a bordo se incluyen los siguientes componentes: Typically, the on-board automated driving system includes the following components:
O-A) Asignación a bordo y controlador de conducción automática de trenes O-A) On-board assignment and automatic train driving controller
Esta función a bordo recibe la asignación de viaje desde la ATO En Tierra, desencadena la ejecución y garantiza que las operaciones definidas en la asignación se programen y realicen correctamente. El componente también envía informes de ejecución de tareas a la supervisión en tierra. En el modo de control remoto, el sistema de conducción automática está desactivado y el acceso al control remoto está habilitado. This onboard function receives the trip assignment from the Ground Control Unit (ATO), triggers execution, and ensures that the operations defined in the assignment are scheduled and performed correctly. The component also sends task execution reports to ground control. In remote control mode, the automated driving system is disabled and remote control access is enabled.
O-B) Controlador de maniobras a bordo: O-B) On-board maneuvering controller:
El componente tiene las subfunciones Optimizador de Velocidad de Tabla de Tiempo, que establece la velocidad óptima para lograr los puntos de parada o paso de la plataforma a tiempo bajo la restricción del uso óptimo de energía. El Optimizador de velocidad de perfil seguro establece la velocidad máxima que puede correr el tren sin interferir con los límites de velocidad de ETCS. El controlador del punto de parada automática establece el perfil de velocidad para detener el tren con precisión en los puntos de parada. Se consolida el cálculo de la curva de velocidad final considerando los puntos de temporización, señalización, velocidad máxima, obstáculos, condiciones ambientales. The component has the following subfunctions: Time Table Speed Optimizer, which establishes the optimal speed to reach the stop or platform crossing points on time, subject to optimal energy usage. The Safe Profile Speed Optimizer establishes the maximum speed the train can travel without interfering with ETCS speed limits. The Automatic Stop Point Controller establishes the speed profile to accurately stop the train at the stop points. The final speed curve is calculated by considering timing points, signaling, maximum speed, obstacles, and environmental conditions.
O-C) Controlador de protección de movimiento a bordo O-C) On-board motion protection controller
Este componente es responsable de proteger el tren contra movimientos no autorizados, contra puntos de peligro y sobrevelocidad. Este componente también garantiza: una autorización de apertura segura y el cierre de las puertas y un acoplamiento o desacoplamiento seguro del tren. This component is responsible for protecting the train from unauthorized movement, danger points, and overspeeding. This component also ensures safe opening and closing of the doors and safe coupling and uncoupling of the train.
O-D) Controlador de prevención de incidentes a bordo: La subfunción monitorea y evalúa las situaciones de viaje según la regla ferroviaria establecida en particular para señalizar y firmar acciones. La subfunción identifica el estado general y a continuación inicia las medidas de alerta requeridas. O-D) Onboard Incident Prevention Controller: This subfunction monitors and assesses travel situations according to established railway rules, specifically for signaling and signing off on actions. The subfunction identifies the overall status and then initiates the required alert measures.
O-E) El controlador de percepción acumula la identificación y las propiedades del monitoreo de la señal lateral, el monitoreo de obstáculos, el monitoreo de colisiones, el monitoreo de la plataforma y el monitoreo del acoplamiento. O-E) The perception controller accumulates the identification and properties of side signal monitoring, obstacle monitoring, collision monitoring, platform monitoring, and docking monitoring.
O-F) Controlador de interfaz de tren a bordo: genera los comandos de salida ATO que incluyen control de tracción / freno ATO y varios comandos de acción que incluyen, entre otros, freno de emergencia, control de puerta, control de catenaria, interruptor de luz frontal/final, control de acoplamiento, control de carro de pasajeros. Además, la subfunción lee el estado del tren y los mensajes del tren. La función también proporciona interfaz con sistemas de control de trenes heredados como NTC, ETCS. O-F) Onboard Train Interface Controller: Generates ATO output commands including ATO traction/brake control and various action commands including, but not limited to, emergency brake, door control, catenary control, head/tail light switch, coupling control, passenger car control. In addition, the subfunction reads train status and train messages. The function also provides interface to legacy train control systems such as NTC and ETCS.
O-G) Controlador de mantenimiento de trenes a bordo: interacción de diagnóstico, recopila la información de estado detallada de todos los subcomponentes, proporciona registros jurídicos y supervisa el estado real del tren. A petición, los diversos registros de información se entregan al servidor y gestión de datos de referencia a bordo. O-G) Onboard Train Maintenance Controller: Diagnostic interaction, collects detailed status information for all subcomponents, provides legal records, and monitors the actual status of the train. Upon request, the various information records are delivered to the onboard reference data server and management system.
O-H) Servidor de datos de referencia integrado y controlador remoto está procesando y gestionando el flujo de datos entre a bordo y en tierra, así como para las funcionalidades a bordo. La función también incluye datos de configuración y gestión de datos de mapas. Además, se admiten el inicio de sesión, la configuración y autenticación de la comunicación, así como el cifrado para el lado de a bordo. Se logra el manejo de comandos remotos y el intercambio de datos. O-H) The integrated reference data server and remote controller processes and manages the data flow between onboard and ground, as well as for onboard functionalities. The function also includes configuration data and map data management. In addition, communication login, configuration, and authentication, as well as encryption for the onboard side, are supported. Remote command handling and data exchange are also possible.
O-I) Posicionamiento a bordo y medición de velocidad/distancia. La subfunción proporciona la posición, la dirección y la velocidad del tren, incluidos los intervalos de confianza seguros. O-I) On-board positioning and speed/distance measurement. This subfunction provides the train's position, direction, and speed, including safe confidence intervals.
Control remoto del tren en tierra Remote control of the train on the ground
La consola remota permite acceder al tren de forma remota. The remote console allows remote access to the train.
T-A) El Gestor de Misión Remota proporciona los controles de entrada para la capacidad de conducción remota de trenes, que incluye seleccionar, iniciar, abortar un viaje en tren o ejecutar una secuencia de conducción semiautomática. Además, el componente traduce las acciones de entrada en comandos. La funcionalidad supervisa la ejecución de la misión. Además, proporciona inicio de sesión y autenticación para el control remoto del tren de recogida o el control remoto de liberación. El Gestor de Misión permite introducir y manejar los diversos parámetros de configuración, de modo que el subconjunto aplicable se sincronice entre objetos en tierra y a bordo del tren, que incluye, entre otros, la base de datos del mapa de la vía. T-A) The Remote Mission Manager provides input controls for the remote train driving capability, including selecting, starting, or aborting a train trip, or executing a semi-automated driving sequence. Additionally, the component translates input actions into commands. The functionality oversees mission execution. It also provides login and authentication for remote train pickup control or remote train release control. The Mission Manager allows various configuration parameters to be entered and managed so that the applicable subset is synchronized between ground-based and on-train objects, including, but not limited to, the track map database.
T-B) El gestor de control remoto del tren proporciona acceso de bajo nivel al control de conducción del tren sin pasar por el sistema de conducción automática. La fuerza de frenado y la entrada de la fuerza de tracción son directamente accesibles a través de controles como una palanca del acelerador. Además, se proporcionan comandos para la rampa de velocidad inicial a velocidad final, velocidad de crucero, velocidad mínima de entrada de cabotaje y velocidad máxima de cabotaje. Los botones de control para arranque/parada del motor, bocina, limpiaparabrisas, luz, aire acondicionado, control de catenaria, interruptor de luz frontal/final, interruptor de puerta o parada de emergencia, etc. están disponibles como controles suaves o interruptores de palanca. Además, el componente traduce las acciones de entrada en comandos; dependiendo del modelo de tren, esta funcionalidad se puede configurar para adaptarse a la interfaz TCS-. T-B) The remote train control manager provides low-level access to train driving control without going through the automated driving system. Braking force and tractive force input are directly accessible via controls such as a throttle lever. In addition, commands are provided for initial speed ramp to final speed, cruise speed, minimum coasting entry speed, and maximum coasting speed. Control buttons for engine start/stop, horn, wipers, lights, air conditioning, catenary control, front/tail light switch, door switch, or emergency stop, etc., are available as soft controls or toggle switches. In addition, the component translates input actions into commands; depending on the train model, this functionality can be configured to fit the TCS interface.
T-C) El Gestor de Diagnóstico Remoto solicita el estado real del tren, así como la información de diagnóstico del tren, almacena un historial y muestra la información en los menús apropiados. Registro y supervisión de las acciones del comando operativo y los procesos de estado del tren. Integrar y analizar información de otras fuentes a bordo como subsistemas de detección de obstáculos, reconocimiento de señales laterales, subsistemas de información de pasajeros. T-C) The Remote Diagnostic Manager requests the actual train status and diagnostic information, stores a history, and displays the information in appropriate menus. It records and monitors operational command actions and train status processes. It integrates and analyzes information from other onboard sources such as obstacle detection subsystems, side signal recognition, and passenger information subsystems.
T-D) El gestor de mapas de ubicación de trenes remotos muestra información de la posición del tren con información visual completa de objetos en tierra dentro del contexto de una situación de mapa de vías. T-D) The remote train location map manager displays train position information with full visual information of ground objects within the context of a track map situation.
T-E) El gestor de control de transmisión remota proporciona la funcionalidad de inicio, sincronización y unión de imágenes para los diferentes canales de transmisión. T-E) The remote transmission control manager provides the functionality of starting, synchronizing and joining images for the different transmission channels.
T-F) Cliente de comunicación y Gestor de protocolo de intercambio T-F) Communication Client and Exchange Protocol Manager
La subfunción incluye la protección de protocolo de un protocolo seguro enviado a través de 2 canales simultáneamente y recibido con protección criptográfica válida tal como, pero sin limitarse a, protección de hash de resumen de mensaje (MDx) y/o protección de comprobación de redundancia cíclica y solicitud de repetición/apretón de manos y numeración de secuencia y número de secuencia confirmado, sello de tiempo y sello de tiempo confirmado. La comprobación de validez del mensaje incluirá The subfunction includes protocol protection of a secure protocol sent over 2 channels simultaneously and received with valid cryptographic protection such as, but not limited to, message digest hash (MDx) protection and/or cyclic redundancy check protection and replay request/handshake and sequence numbering and confirmed sequence number, timestamp and confirmed timestamp. The message validity check shall include
- Comprobación del código de seguridad de protección criptográfica - Cryptographic protection security code check
- Comprobación de autenticación del mensaje - Message authentication check
- Comprobación del tipo de mensaje - Checking the message type
- Comprobación del número de secuencia - Checking the sequence number
- Comprobación de puntualidad - Punctuality check
Las unidades de ordenador de tren redundantes (por ejemplo, tres unidades) intercambiarán los mensajes de control de modo que cada ordenador tenga una tupla de al menos 6 mensajes en el caso de 3 unidades y 2 canales. Un algoritmo de votación en cada ordenador comparará los mensajes y votará, en caso de disimilitud, qué mensaje falló, si lo hubiera. El resultado de la falla también es intercambiado por los ordenadores redundantes del tren, y cualquier mensaje fallido es expulsado. Redundant train computer units (e.g., three units) will exchange control messages so that each computer has a tuple of at least 6 messages in the case of 3 units and 2 channels. A voting algorithm in each computer will compare the messages and, in case of dissimilarity, vote on which message failed, if any. The result of the failure is also exchanged among the redundant train computers, and any failed messages are ejected.
Canal de datos y protocolo de intercambio entre ATO-A-bordo y ATO-En Tierra Data channel and exchange protocol between ATO-On-board and ATO-On-Ground
Por ejemplo, es un riesgo, si un conductor remoto está actuando sobre los elementos de control, con una imagen de video de la cabina del conductor que está obsoleta y no representa la escena de vista frontal del conductor del tren actual. Lo mismo ocurre con los estados obsoletos de los elementos de visualización, lo que puede causar una reacción incorrecta del conductor del tren. Por lo tanto, la transmisión segura es obligatoria para la aplicación del control remoto de trenes. For example, it is a risk if a remote driver is operating control elements with an outdated video image of the driver's cab that does not represent the current frontal view of the train driver. The same applies to outdated states of the display elements, which can cause the train driver to react incorrectly. Therefore, secure transmission is mandatory for remote train control applications.
Una característica clave de la consola remota ATO En Tierra es el intercambio de datos del protocolo de monitoreo basándose en la transmisión. La Fig. 3 resume, donde se intercambian datos de transmisión desde varios sistemas ópticos que monitorean la señalización, los obstáculos, los eventos de colisión, el entorno, la plataforma, las situaciones a bordo y de los pasajeros hasta el material rodante y las maniobras de acoplamiento. A key feature of the ATO Ground Remote Console is the transmission-based monitoring protocol data exchange. Figure 3 summarizes how transmission data is exchanged from various optical systems monitoring signaling, obstacles, collision events, the environment, the apron, onboard and passenger situations, and rolling stock and docking maneuvers.
La operación segura solo se puede lograr mediante sincronización de tiempo, baja latencia y transmisión de información confiable a través de redes de comunicación. La redundancia de múltiples canales físicos permite comparar la información de un canal con la del otro. Sin embargo, el envío de la misma información a través de canales duales, así como el cambio de canal de caliente a en espera en redes como GSM-R, 3G a 5G móvil público son técnicas bien conocidas. Secure operation can only be achieved through time synchronization, low latency, and reliable transmission of information over communication networks. Redundancy across multiple physical channels allows information from one channel to be compared with that of another. However, sending the same information across dual channels, as well as switching channels from hot to standby in networks such as GSM-R, 3G, and 5G public mobile networks, are well-known techniques.
Debido a que la información de transmisión de video de todos los sensores requiere un ancho de banda alto, que puede no encajar en un solo canal, la información de los sensores redundantes se asigna a los canales de modo que un sensor esté asociado con un conjunto de canales y el otro sensor redundante esté asociado con el otro conjunto de canales. La transmisión se refiere al propósito de la puntualidad de la entrega de información en lugar de almacenar la información. El control remoto incluye un protocolo de comunicación que proporciona confidencialidad, autenticación de mensajes y protección de reproducción, así como capacidades en tiempo real para la transmisión de video y los mensajes de control. Debido a que la consola del conductor del tren remoto ATO necesita comunicarse con varios tipos de trenes automáticos, se utilizará un protocolo estandarizado, en general basado en SRTP. Se asume que la comunicación está basada en paquetes. Because streaming video information from multiple sensors requires high bandwidth, which may not fit into a single channel, redundant sensor information is mapped to channels so that one sensor is associated with one set of channels and the other redundant sensor is associated with the other set of channels. Streaming refers to the purpose of timely information delivery rather than storing the information. Remote control includes a communication protocol that provides confidentiality, message authentication, and replay protection, as well as real-time capabilities for video streaming and control messages. Because the remote train driver console (ATO) needs to communicate with various types of automated trains, a standardized protocol, generally based on SRTP, will be used. Communication is assumed to be packet-based.
Una sesión multimedia se define como una colección de sesiones que pueden incluir sesión de video, sesión de datos, sesión de comando de control. El flujo de datos de carga útil de cualquier sesión multimedia está empaquetado y cifrado. El proceso de encriptación de un paquete consiste en generar el segmento de flujo de claves correspondiente al paquete y, a continuación, aplicar una operación ORing exclusiva a nivel de bits de ese segmento de flujo de claves en la carga útil de datos del paquete para producir la parte encriptada del paquete. La protección de reproducción se logra mediante el receptor que mantiene una lista de reproducción, que contiene los índices de todos los paquetes que se han recibido y autenticado. A multimedia session is defined as a collection of sessions, which may include a video session, a data session, or a command-control session. The payload data stream of any multimedia session is packaged and encrypted. The process of encrypting a packet consists of generating the keystream segment corresponding to the packet and then applying a bitwise exclusive-ORing operation of that keystream segment to the packet's data payload to produce the encrypted portion of the packet. Replay protection is achieved by the receiver maintaining a playlist, which contains the indices of all packets that have been received and authenticated.
El procedimiento incluye que una imagen de vídeo se envíe en uno o más paquetes. Los paquetes intercambiados entre la ATO-A Bordo y la ATO-En Tierra incluyen un encabezado que contiene la siguiente información, además de datos típicos como el número de paquete; la longitud del paquete también una marca de tiempo que identifica el momento en que se envía el paquete. Además de la hora en que se envió el paquete, la integridad se puede mejorar mediante la sincronización de tiempo de extremo a extremo con el control de retardo de tiempo de la transmisión de video entre la cámara ATO A Bordo y la pantalla de la consola de control remoto ATO En Tierra. Las imágenes de vídeo se transmiten de tal manera que los fotogramas I de vídeo se etiquetan en el tiempo y se georreferencian en los bytes de encabezado adicionales del protocolo de transmisión. La sincronización de fotograma adicional en forma de la extensión del encabezado de un byte se añade al primer paquete, lo que permite hasta 15 bytes adicionales. Se utiliza el byte de extensión de encabezado que contiene un ID y una longitud. Estos siguientes bytes se utilizan para codificar la hora UTC, cuando se miden los datos. El tiempo UTC se codifica como un contador en milisegundos. El identificador estático del fotograma I se suma a la robustez de la decodificación de vídeo, porque el fotograma I es un fotograma clave al que se refieren todos los demás fotogramas de tipo P y B. Estos bytes también se utilizan para georreferenciar la imagen de vídeo. Por ejemplo, la hora UTC de 7 bytes y la georreferenciación de 8 bytes, incluidas las coordenadas x e y del píxel (0,0) en la esquina superior izquierda. Se utiliza un factor de escala para la georreferenciación en las coordenadas de latitud y longitud WGS84. Lat<Aescala>= f<S>*Lat<Paquete>. Las propiedades de la cámara de video relevantes para el procesamiento de imágenes son parámetros de configuración fijos, conocidos por ATO-En Tierra, así como por ATO A Bordo, que incluyen, entre otros, factores de escala de píxeles para el ancho y la altura, la posición de montaje de la cámara ATO A Bordo, la rotación y la distancia focal. The procedure includes a video image being sent in one or more packets. Packets exchanged between the Onboard ATO and the Ground ATO include a header containing the following information, in addition to typical data such as the packet number; the packet length; and a timestamp identifying when the packet was sent. In addition to the time the packet was sent, integrity can be improved by end-to-end time synchronization with time delay control of the video transmission between the Onboard ATO camera and the Ground ATO remote control console display. Video images are transmitted such that video I-frames are time-tagged and georeferenced in the additional header bytes of the transmission protocol. Additional frame synchronization in the form of a one-byte header extension is appended to the first packet, allowing for up to 15 additional bytes. The header extension byte containing an ID and a length is used. These following bytes are used to encode the UTC time when measuring the data. The UTC time is encoded as a counter in milliseconds. The static I-frame identifier adds to the robustness of video decoding because the I-frame is a key frame to which all other P- and B-type frames refer. These bytes are also used to georeference the video image. For example, the 7-byte UTC time and the 8-byte georeferencing, including the x and y coordinates of the pixel (0,0) in the top left corner. A scale factor is used for georeferencing in WGS84 latitude and longitude coordinates: Lat<Ascale> = f<S>*Lat<Packet>. The video camera properties relevant for image processing are fixed configuration parameters, known to ATO-On-Ground as well as ATO-On-Board, including but not limited to pixel scale factors for width and height, ATO-On-Board camera mounting position, rotation, and focal length.
Conexión de datos segura con flujos duales para datos de control de baja velocidad con protocolo seguro. Para la compresión de datos de vídeo, dependiendo de la velocidad del tren, el número de fotogramas clave (fotogramas I) es variable. Cada fotograma de vídeo se mejora con un patrón que correlaciona la codificación de tiempo de una fuente de tiempo global y el número de fotograma. En la pantalla remota, cada número de fotograma de vídeo se decodifica y se compara con la fuente de tiempo global de modo que la diferencia de tiempo de retraso de transmisión en relación con el vídeo captura el tiempo y el tiempo del sistema ATO En Tierra. Con un procedimiento de este tipo, se puede supervisar la tolerancia al retardo de vídeo. Secure data connection with dual streams for low-speed control data using a secure protocol. For video data compression, the number of key frames (I-frames) varies depending on the train speed. Each video frame is enhanced with a pattern that correlates the time encoding of a global time source and the frame number. On the remote display, each video frame number is decoded and compared with the global time source so that the transmission delay time difference relative to the video captures the time and the time of the ATO system on the ground. With this procedure, video delay tolerance can be monitored.
La codificación de tiempo por la extensión de encabezado, así como el tiempo de envío de paquetes, se puede comparar con el reloj en tiempo real del ordenador ATO-En Tierra, donde el reloj en tiempo real también se sincroniza en tiempo UTC. La diferencia de tiempo de la marca de tiempo del encabezado del paquete de vídeo y el reloj de tiempo real se compara con un umbral, al igual que las marcas de tiempo de la toma de la imagen de vídeo. Dado que se supera el umbral de ambos, al enviar el sello de tiempo y el sello de tiempo de la cámara se genera una indicación de alerta. Esta doble verificación en tiempo real a nivel de paquete es mucho más eficiente y segura que la indicación de un búfer de transmisión vacío. The time encoding by the header extension, as well as the packet transmission time, can be compared to the real-time clock of the ATO-Ground computer, where the real-time clock is also synchronized to UTC. The time difference between the video packet header timestamp and the real-time clock is compared to a threshold, as are the timestamps from the video image capture. If the threshold is exceeded, an alert indication is generated when both the timestamp and the camera timestamp are sent. This real-time double-check at the packet level is much more efficient and secure than indicating an empty transmission buffer.
Capa Física del Control Remoto del Tren Physical Layer of Remote Train Control
Varios sensores están conectados al ordenador ADS a bordo, que incluye cámara, sensores de posicionamiento, etc. La realización física de la comunicación entre la red de control remoto de trenes ATO-A Bordo y ATO En Tierra se basa en enrutadores de comunicación móviles. El enrutador reenvía datos a través de redes compartidas o públicas a través de cualquier tipo de canal de red o cualquier combinación de canales tales como, pero sin limitarse a, GSM-R, Mobile Telecom 5G o 4G o LTE o WLAN. Various sensors are connected to the on-board ADS computer, including cameras, positioning sensors, etc. The physical implementation of communication between the ATO-Onboard and ATO-Ground remote train control network is based on mobile communication routers. The router forwards data over shared or public networks via any type of network channel or any combination of channels such as, but not limited to, GSM-R, Mobile Telecom 5G or 4G, LTE, or WLAN.
El ancho de banda y el retraso de ida y vuelta se miden en línea en todos los canales, y la elección del enrutamiento se ajusta dinámicamente según el ancho de banda. En particular, la mayor parte del ancho de banda es consumida por la información de vídeo. Por lo tanto, es necesario un equilibrio entre la elección óptima de los canales y la reducción del ancho de banda para la transferencia de datos entre la ATO A Bordo del tren y la consola de control remoto ATO En Tierra, de modo que ni la integridad ni la operación se vean comprometidas. Bandwidth and round-trip delay are measured online on all channels, and routing selection is dynamically adjusted based on bandwidth. In particular, video information consumes the majority of bandwidth. Therefore, a balance is required between optimal channel selection and bandwidth reduction for data transfer between the on-train ATO and the ground-based ATO remote control console, ensuring that neither integrity nor operation are compromised.
Toma o liberación del control remoto del tren Taking or releasing remote control of the train
Como se indica en la patente EP 3220613 A1, si una ATO ADS a bordo inicializa la comunicación en la red de comunicación basada en paquetes, el ADS publicará su dirección IP, el nombre de la misión simbólica (el número de funcionamiento del tren puede ser una parte de este nombre de la misión) y el ID de hardware ATO A-Bordo del tren. El mismo procedimiento es utilizado por la consola remota ATO-En Tierra, que publica la IP fija para cada lugar del conductor remoto, incluyendo un par de direcciones de transporte de destino. Se supone que la configuración de la comunicación IP puede establecerse mediante direcciones IP conocidas o, dado que hay un servicio DNS disponible, también a través de la resolución de nombres. La adquisición por parte del control remoto en general incluirá la selección de un ID de tren específico o un nombre de misión, así como la introducción de varios datos de autorización en la consola de control remoto del tren del centro de operación y gestión del tráfico ferroviario de la ATO, que incluyen, entre otros, las credenciales de usuario, la autorización de la misión y la autorización del tren. As stated in EP 3220613 A1, if an onboard ATO ADS initializes communication on the packet-based communication network, the ADS will publish its IP address, the symbolic mission name (the train running number may be a part of this mission name), and the ATO Onboard hardware ID of the train. The same procedure is used by the ATO Groundside remote console, which publishes the fixed IP for each remote driver location, including a destination transport address pair. It is assumed that the IP communication setup can be established via known IP addresses or, given that a DNS service is available, also via name resolution. Acquisition by the remote controller will generally include the selection of a specific train ID or mission name, as well as the input of various authorization data into the remote train controller console of the ATO's rail traffic operation and management center, including, but not limited to, user credentials, mission authorization, and train authorization.
Para el protocolo basado en paquetes, una realización preferida es extender un protocolo estandarizado público tal como el Protocolo de Transmisión en Tiempo Real (Real Time Streaming Protocol, RTSP) para mejorar la integridad de la transferencia de datos. Sin embargo, el procedimiento también se puede aplicar a un protocolo patentado. Para la configuración de la sesión ATO-A Bordo y ATO-En Tierra, es necesario intercambiar las claves. El protocolo normalmente incluye una clave maestra, a partir de la cual se identifican las claves de sesión. La autenticación adicional será exitosa, antes de que tenga lugar el cifrado de datos en el lado del remitente y viceversa en el lado de la recepción. Los intercambios RTSP están cifrados para proteger el propio intercambio de claves. Si el servidor de medios detecta que el cifrado está activado (basado en parámetros RTSP en la URL), envía la información de gestión de claves y a continuación el flujo cifrado. La Fig. 4 ilustra un ejemplo de autenticación de trenes. For the packet-based protocol, a preferred embodiment is to extend a public standardized protocol such as the Real-Time Streaming Protocol (RTSP) to improve the integrity of the data transfer. However, the procedure can also be applied to a proprietary protocol. For ATO-Onboard and ATO-Ground session setup, it is necessary to exchange keys. The protocol typically includes a master key, from which the session keys are identified. Further authentication must be successful before data encryption takes place on the sender side and vice versa on the receiver side. RTSP exchanges are encrypted to protect the key exchange itself. If the media server detects that encryption is enabled (based on RTSP parameters in the URL), it sends the key management information and then the encrypted stream. Fig. 4 illustrates an example of stream authentication.
Interruptor y enrutador móvil con espacio de aire Air-gapped mobile router and switch
La información de espacio de aire remoto estará disponible para diagnosticar la conexión entre ATO A Bordo y ATO En Tierra, como modos SSID, conexiones IP, direcciones, estado del operador, tipo de conexión (LTE, 5G), canales, identidad de equipo móvil internacional, identidad de abonado móvil internacional, ID de celda, protocolos y servicios activos, estado de autenticación, etc. Un registro de eventos permitirá comprobar si hay eventos de conexión o configuración relevantes. Remote airspace information will be available to diagnose the connection between the On-Board ATO and the Ground ATO, such as SSID modes, IP connections, addresses, operator status, connection type (LTE, 5G), channels, International Mobile Equipment Identity, International Mobile Subscriber Identity, Cell ID, active protocols and services, authentication status, etc. An event log will allow checking for relevant connection or configuration events.
La sincronización de tiempo entre la consola de control remoto ATO En Tierra y el tren ATO A Bordo es una restricción clave para un bucle de control fiable y seguro. Los retrasos de tiempo introducidos en el bucle de control por un ancho de banda de transferencia insuficiente o una sincronización de tiempo insuficiente entre la estación remota y el tren pueden causar inestabilidades de control o riesgos de seguridad. Se establece una base de tiempo segura en la ATO A Bordo con al menos dos ordenadores independientes que tienen un reloj UTC estable, como realización preferida, esto podría ser receptores GNSS u ordenadores conectados a receptores GNSS que tienen acceso de sincronización de tiempo mejor que 100 microsegundos. En el intercambio de datos entre ATO A Bordo y la consola de control remoto ATO En Tierra, preferiblemente para mensajes de control, donde es obligatorio un protocolo de reconocimiento de pedido, el tiempo de ida y vuelta se mide para asegurarse de que el retraso de ida y vuelta sea menor que un cierto límite que depende de la constante de tiempo del filtro del bucle de control. Si se excede el límite de tiempo de ida y vuelta o el límite de sincronización del reloj, se emite una alerta, ya que la seguridad puede verse comprometida. Time synchronization between the Ground-based ATO remote control console and the On-board ATO train is a key constraint for a reliable and safe control loop. Time delays introduced into the control loop by insufficient transfer bandwidth or insufficient time synchronization between the remote station and the train can cause control instabilities or safety risks. A secure time base is established in the On-board ATO with at least two independent computers having a stable UTC clock; as a preferred embodiment, this could be GNSS receivers or computers connected to GNSS receivers that have time synchronization access better than 100 microseconds. In data exchange between the On-board ATO and the Ground-based ATO remote control console, preferably for control messages, where an order acknowledgment protocol is mandatory, the round-trip time is measured to ensure that the round-trip delay is less than a certain limit that depends on the control loop filter time constant. If the round-trip time limit or clock synchronization limit is exceeded, an alert is issued, as security may be compromised.
El tiempo de ida y vuelta del paquete se determina continuamente mediante 2 ordenadores de tren sincronizados UTC de estrato primario independientes que se comunican a través de al menos 2 canales de datos de la red de comunicación móvil y se reciben desde al menos 2 ordenadores de consola de control remoto independientes. Para cada época de tiempo, se pueden determinar al menos 2A4 retrasos de ida y vuelta. The packet round-trip delay is continuously determined by two independent primary stratum UTC-synchronized train computers communicating via at least two mobile communication network data channels and received from at least two independent remote control console computers. For each time epoch, at least 2A4 round-trip delays can be determined.
La adición del encabezado del protocolo on-wire utiliza 4 marcas de tiempo que están incrustadas en el flujo general del protocolo de orden/solicitud enviado por una unidad y respuesta/reconocimiento por la otra unidad, el tiempo de ida y vuelta está determinado tanto por el componente de ATO A Bordo del tren como por la consola de control remoto ATO En Tierra. Cada mensaje contiene la marca de tiempo y la marca de tiempo confirmada en el encabezado del mensaje. La marca de tiempo Ts es un valor de cuatro bytes, que contiene la marca de tiempo del mensaje del remitente. La marca de tiempo confirmada T<c>es un valor de cuatro bytes, que refleja la marca de tiempo del socio de su último mensaje válido (el más joven). The on-wire protocol header addition uses four timestamps that are embedded in the overall protocol flow of command/request sent by one unit and response/acknowledgement by the other unit, the round-trip time being determined by both the on-train ATO component and the ground-based ATO remote control console. Each message contains both the timestamp and the acknowledged timestamp in the message header. The timestamp Ts is a four-byte value, containing the sender’s message timestamp. The acknowledged timestamp T<c> is a four-byte value, reflecting the partner’s timestamp of its last (youngest) valid message.
T<i s>es la hora del reloj, cuando se envió el paquete, T<i c>es la hora del reloj confirmada, cuando se recibió el paquete de solicitud/pedido, T<2S>es la hora del reloj, cuando se envió el reconocimiento y T<2C>, cuando se recibió y confirmó el ACK. T<i s>is the clock time when the packet was sent, T<i c>is the clock time acknowledged when the request/order packet was received, T<2S>is the clock time when the acknowledgment was sent, and T<2C>is the clock time when the ACK was received and acknowledged.
Las cuatro mediciones de tiempo de reloj se utilizan para retrasar el viaje de ida y vuelta The four clock time measurements are used to delay the round trip
AT IdayVuelta= TiC-Tl S+T 2C-T 2S AT Roundtrip = TiC-Tl S+T 2C-T 2S
La parte sistemática del retraso de ida y vuelta se elimina con una media móvil de la ventana. El umbral se puede determinar mediante estimación de confianza. Se genera una alerta, si se supera el umbral de ida y vuelta: The systematic part of the round-trip delay is eliminated using a moving average of the window. The threshold can be determined using confidence estimation. An alert is generated if the round-trip threshold is exceeded:
ATldayVuelta-ATldayVuelta_PROM. >TumbralRT Kconf ■ Sigma(ATldayVuelta) ATldayReturn-ATldayReturn_PROM. >ThresholdRT Kconf ■ Sigma(ATldayLap)
La diferencia de reloj de En Tierra y de A Bordo se determina como: The difference between the Ground and On-Board clocks is determined as:
AT relojsinc = 0,5*(TlC-TlS+T2S-T2C) AT syncclock = 0.5*(TlC-TlS+T2S-T2C)
Se genera una alerta si se supera el umbral de sincronización: An alert is generated if the synchronization threshold is exceeded:
AT relojsinc-AT relojsinc_PROM.>T UmbralCD AT syncclock-AT syncclock_PROM.>T CD Threshold
Además del retraso de ida y vuelta, se supervisarán otras propiedades estadísticas de los canales de datos, tales como, entre otras, el uso del ancho de banda (tasa de RX, tasa de TX), los errores de bits, la energía recibida de la señal de referencia, la calidad recibida de la señal de intensidad de recepción/señal de referencia, la relación señal a interferencia más ruido. El monitoreo de estos indicadores se realiza sobre una base estadística, con una ventana deslizante que limita la longitud del conjunto de muestras, que se restablece en cada nueva toma de posesión de celdas móviles. Se realiza un seguimiento de los momentos centrales, como la media, la varianza y la asimetría, y la estadística de prueba, como para una prueba de hipótesis, puede determinar cualquier falla o degradación de la conexión inalámbrica remota. La integridad está representada por un intervalo de confianza de una distribución de densidad de probabilidad gaussiana, que se basa en las propiedades estadísticas de la varianza en un momento medio, así como en un coeficiente de inflación de confianza KFF, está vinculado a la distribución gaussiana y se calcula utilizando la función Quantil QN del riesgo de integridad asociado. In addition to round-trip delay, other statistical properties of the data channels will be monitored, such as, but not limited to, bandwidth utilization (RX rate, TX rate), bit errors, received reference signal energy, received signal quality (reception strength/reference signal), and signal-to-interference-plus-noise ratio. Monitoring of these indicators is performed on a statistical basis, with a sliding window limiting the sample set length, which is reset upon each new mobile cell takeover. Central moments such as mean, variance, and skewness are tracked, and test statistics, as for hypothesis testing, can identify any failures or degradation of the remote wireless connection. Integrity is represented by a confidence interval of a Gaussian probability density distribution, which is based on the statistical properties of the variance at a mean time, as well as a confidence inflation coefficient KFF, is linked to the Gaussian distribution and is calculated using the Quantil QN function of the associated integrity risk.
Dado que las características del canal remoto de espacio de aire están en la tolerancia, el canal se establece en buen estado y se puede usar. Un contador comprueba si algún canal está vacío durante un tiempo determinado y genera una alerta, dado que se excede el límite de tiempo. Since the remote air-gap channel's characteristics are within tolerance, the channel is established as healthy and can be used. A counter checks if any channel is empty for a given time and generates an alert if the time limit is exceeded.
Procesamiento de imagen de vídeo Video image processing
La función de servidor de referencia de datos y controlador remoto procesa y gestiona el flujo de datos entre a bordo y en tierra, así como para las funcionalidades a bordo. El flujo de datos incluye la gestión general de datos, incluida la transmisión de datos de vídeo, audio, estado o datos de comandos. Esta función se encarga de la distribución del flujo de información designada a las entidades en tierra, incluida la consola de control remoto del tren. The Data Reference Server and Remote Controller function processes and manages the flow of data between onboard and ground, as well as for onboard functionalities. Data flow includes general data management, including the transmission of video, audio, status, and command data. This function is responsible for distributing the designated information flow to ground entities, including the train's remote control console.
El procesamiento y la compresión seguros de video constituyen una función clave del servidor de referencia de datos y el controlador remoto. El precursor para la transmisión de datos multimedia es la compresión de datos al reducir la resolución y la profundidad de color. El flujo de píxeles de la imagen de la cámara se comprime a continuación mediante los procedimientos más avanzados para eliminar la redundancia en el nivel de la imagen, como la codificación por longitud de ejecución o las transformaciones discretas del coseno. En la siguiente etapa, la imagen es comprimida por un codec-codificador que cubre la redundancia oportuna entre imágenes. La predicción a largo plazo codificada en los fotogramas P y B comprime los cambios con referencia a los fotogramas intra (fotogramas I). Secure video processing and compression is a key function of the data reference server and remote controller. The precursor to multimedia data transmission is data compression by reducing resolution and color depth. The camera image pixel stream is then compressed using state-of-the-art image-level redundancy removal procedures, such as run-length coding or discrete cosine transforms. In the next stage, the image is compressed by a codec-encoder that covers the relevant redundancy between images. Long-term prediction encoded in P and B frames compresses changes with reference to intra frames (I frames).
Para una mayor reducción del ancho de banda, se propone el procedimiento inventivo: Respuesta de limitación de ancho de banda móvil de tal manera que en al menos dos canales que conectan el tren automático con la consola de control remoto puede hacer frente a las limitaciones de ancho de banda de tal manera que un canal (llamado canal 1 aquí) está utilizando resolución reducida y el otro canal (llamado canal 2 aquí) está utilizando una vectorización y simbolización de objetos, áreas y puntos de interés. Ambos canales que transportan información diferente están unidos por una superposición perfecta de tal manera que se da una impresión realista al operador (véase la Fig. 5). For further bandwidth reduction, the inventive method is proposed: Mobile bandwidth limitation response such that on at least two channels connecting the automatic train with the remote control console can cope with the bandwidth limitations such that one channel (called channel 1 here) is using reduced resolution and the other channel (called channel 2 here) is using a vectorization and symbolization of objects, areas and points of interest. Both channels carrying different information are joined by a perfect superposition such that a realistic impression is given to the operator (see Fig. 5).
El mapa de a bordo del tren, así como el mapa de la consola de control remoto, heredan capas idénticas, donde se geocodifican los puntos de interés operativos relevantes (señales, signos, pilones catenarios, etc.). Además, el procedimiento incluye una parte de base de datos de mapa, donde además de las características del vector de objeto, se almacena una imagen de apariencia de objeto típica. En el canal 2, solo se deben transferir el ID del objeto y las propiedades relativas de inserción de la imagen del objeto, como el número de fotograma, el punto del vector de inserción, la georreferenciación y los factores de escala/rotación. The train's onboard map, as well as the remote control console map, inherit identical layers, where operationally relevant points of interest (signals, signs, overhead pylons, etc.) are geocoded. In addition, the procedure includes a map database section, where, in addition to the object vector characteristics, a typical object appearance image is stored. On channel 2, only the object ID and the relative object image embedding properties, such as frame number, embedding vector point, georeferencing, and scale/rotation factors, need to be transferred.
Después de la recepción del ID de objeto en la consola de ATO-Control Remoto, la imagen de objeto de apariencia típica se correlaciona con el área de inserción esperada de la imagen de video, donde la geocodificación y el vector de inserción del objeto guían la ubicación de inserción esperada. Esta imagen de apariencia de objeto de alta resolución de la base de datos del mapa se superpone en la imagen de video de baja resolución de tal manera que la desventaja de la calidad de imagen de video reducida se compensa superponiendo las áreas de píxeles de apariencia típicas del objeto. Esto es importante, por ejemplo, para detectar el estado de la luz de señal, donde es necesaria una alta resolución. Para la imagen de la vegetación, una baja resolución sigue siendo aceptable sin comprometer la seguridad o las decisiones operativas. Además, el símbolo vectorizado de la base de datos de mapas se superpone en la parte superior para mostrar los elementos relevantes muy destacados. After receiving the object ID at the ATO-Remote Control console, the typical object appearance image is correlated with the expected insertion area from the video image, where geocoding and the object insertion vector guide the expected insertion location. This high-resolution object appearance image from the map database is overlaid on the low-resolution video image in such a way that the disadvantage of reduced video image quality is compensated by overlaying the object's typical appearance pixel areas. This is important, for example, for detecting signal light status, where high resolution is necessary. For the vegetation image, a low resolution is still acceptable without compromising safety or operational decisions. In addition, the vectorized symbol from the map database is overlaid on top to highlight relevant elements.
En el componente de control remoto de ATO En Tierra, la superposición se puede procesar volviendo a muestrear la imagen de video de baja resolución a alta resolución y a continuación uniendo las imágenes de apariencia de objetos superpuestos. La operación de fusión de imágenes incluye opciones tales como multiplicar los valores de intensidad de imagen de apariencia de objeto superpuesto por los valores de intensidad de vídeo, añadir ambos valores de intensidad, promediar los valores de las imágenes o la unión de contraste máximo. En una realización, para áreas oscuras de la imagen de vídeo, la elección de píxeles se basa en el mínimo de la imagen de vídeo y la imagen de apariencia del objeto y para áreas brillantes; la intensidad máxima de la imagen de apariencia del objeto se toma para la superposición. In the ATO Ground remote control component, the overlay may be processed by resampling the low-resolution video image to a high-resolution image and then stitching the overlapping object appearance images together. The image stitching operation includes options such as multiplying the overlapping object appearance image intensity values by the video intensity values, adding both intensity values, averaging the image values, or maximum contrast stitching. In one embodiment, for dark areas of the video image, the pixel choice is based on the minimum of the video image and the object appearance image, and for bright areas, the maximum intensity of the object appearance image is used for the overlay.
Con el fin de identificar objetos conocidos, el preprocesamiento de la segmentación de vídeo en el tren, las imágenes de vídeo deben estar preparadas. La clasificación de los diferentes objetos en la imagen se encuentra entre las etapas de la cadena de procesamiento. Las características de los objetos de imagen se calculan y a continuación se comparan utilizando detectores /clasificadores de características. La extracción de características reduce la información que se transferirá al extraer regiones, bordes y esquinas. Las identificaciones de objetos exitosas se marcan con un fotograma delimitador y un ID de objeto. En el ejemplo de la Fig. 5 y la Fig. 6 de la vista frontal de la cámara remota, los objetos de la vía se superponen, se identifica un tren en la vía opuesta y se identifica a una persona delante de la vía delantera. In order to identify known objects, video segmentation preprocessing on the train requires video images to be prepared. Classifying the different objects in the image is one of the stages in the processing chain. The characteristics of the image objects are calculated and then compared using feature detectors/classifiers. Feature extraction reduces the information to be transferred by extracting regions, edges, and corners. Successful object identifications are marked with a bounding frame and an object ID. In the example shown in Fig. 5 and Fig. 6, from the front view of the remote camera, the objects on the track overlap, a train is identified on the opposite track, and a person is identified in front of the front track.
Como integridad de los elementos gráficos, se agrega un código de validez (verificación de redundancia cíclica o comparable) en la fuente de generación, que incluye la información de tiempo y, en el caso de imágenes de video, el número de fotograma y el número de identificación, que corresponde a la base de datos de mapa común entre la ATO/En Tierra y la ATO A Bordo, el vector de inserción, el factor de escala/rotación. En la pantalla remota, el patrón se decodifica de tal manera que la integridad se valida, así como la diferencia de tiempo se compara con el reloj en tiempo real. To ensure the integrity of the graphic elements, a validity code (cyclic redundancy check or comparable) is added to the generation source. This code includes the time information and, in the case of video images, the frame number and the identification number, which correspond to the common map database between the Ground-based ATO and the Airborne ATO, the insertion vector, and the scale/rotation factor. On the remote display, the pattern is decoded in such a way that the integrity is validated, and the time difference is compared with the real-time clock.
La base de datos de mapas de control remoto ATO A Bordo y ATO tiene al menos dos partes principales, datos vectoriales e iconos de símbolos de referencia. En la parte vectorial: La parte del mapa vectorial incluye áreas de infraestructura ferroviaria como áreas de restricción, áreas de parada, pasos a nivel, túneles, puentes, plataformas, vegetación, etc. La información de la base de datos para esas áreas de infraestructura incluye al menos un ID, un fotograma delimitador (ancho, altura, longitud), vía bajo infraestructura, nombre de línea, propiedades asociadas y un enlace a una imagen de píxel, que representa un área típica o el área específica que incluye el punto de referencia del área del objeto (CoG center of gravity = centro de gravedad), altura/anchura del píxel del objeto. La geometría del área está representada por un elemento vectorial como un punto, una línea de ploteo o un área de polígono. El tipo de geometría y el número relacionado de coordenadas de geometría (por ejemplo, latitud, longitud, altitud o segmento, abscisa, desplazamiento) se almacenan en la base de datos. Un polígono se define como una secuencia conectada y cerrada de cuatro o más puntos, una línea de ploteo se define como una secuencia de líneas de 2 o más puntos. Además, el mapa de la base de datos almacena activos de seguimiento, tales como, pero sin limitarse a, señales, signos, marcas de suciedad, pilones, balizas. Para las balizas, además de las propiedades mencionadas anteriormente, se almacena una información de enlace extendida, que incluye el vector entre el origen de la baliza y el segmento de la vía, así como el identificador de BG Nid_BG; posición de la baliza en el grupo de balizas; longitud del arco desde el inicio del segmento. The ATO On-Board and ATO remote control map database has at least two main parts: vector data and reference symbol icons. In the vector part: The vector map part includes railway infrastructure areas such as restriction areas, stop areas, level crossings, tunnels, bridges, platforms, vegetation, etc. The database information for those infrastructure areas includes at least an ID, a bounding frame (width, height, length), track under infrastructure, line name, associated properties, and a link to a pixel image, representing a typical area or the specific area including the object area reference point (CoG center of gravity), object pixel height/width. The geometry of the area is represented by a vector element such as a point, a plot line, or a polygon area. The geometry type and the related number of geometry coordinates (e.g., latitude, longitude, altitude or segment, abscissa, offset) are stored in the database. A polygon is defined as a connected and closed sequence of four or more points, while a plot line is defined as a sequence of lines with two or more points. In addition, the database map stores track assets such as, but not limited to, signs, signals, dirt markings, pylons, and markers. For markers, in addition to the properties mentioned above, extended link information is stored, including the vector between the marker origin and the track segment, as well as the BG identifier (Nid_BG); the marker's position within the marker group; and the arc length from the segment's start.
Además, las bases de datos almacenan la geometría de la vía como una serie de puntos, o abstracciones geométricas superiores tales como, pero sin limitarse a, polilíneas, curvas, clotoides, splines, etc. Debido al hecho de que la ubicación de la vía necesita una mayor precisión geométrica, las propiedades pueden incluir en la realización preferida, por ejemplo, ID de punto, ID de segmento asociado, ID de línea, encabezado de punto, pendiente de punto, peralte de puntos. Dependiendo de la representación de tipo de geometría elegida, las propiedades pueden incluir punto central y radio, o punto final de punto de inicio, etc. La topología de la vía está representada por aristas y conexiones de aristas que representan elementos de la vía como conmutadores, búferes o uniones. Additionally, databases store track geometry as a series of points, or higher geometric abstractions such as, but not limited to, polylines, curves, clothoids, splines, etc. Due to the fact that track location needs higher geometric precision, properties may include in the preferred embodiment, for example, point ID, associated segment ID, line ID, point heading, point grade, point superelevation. Depending on the chosen geometry type representation, properties may include center point and radius, or start point end point, etc. Track topology is represented by edges and edge connections that represent track elements such as switches, buffers, or junctions.
La segunda parte de la base de datos de mapas contiene iconos de símbolos de referencia con doble capa, una capa como capa vectorial y una capa como capa de píxeles, ambas representando el mismo objeto. Esos iconos de símbolos pueden almacenarse específicamente para el país, la región o el viaje. Además, la base de datos contiene otra información de configuración tal como, pero sin limitarse a, brazos de palanca, propiedades del sistema, direcciones IP, etc. The second part of the map database contains dual-layered landmark icons: one as a vector layer and one as a pixel layer, both representing the same object. These landmark icons can be stored specifically for a country, region, or trip. The database also contains other configuration information such as, but not limited to, lever arms, system properties, IP addresses, and so on.
Las comprobaciones de plausibilidad son parte de las comprobaciones, incluso si el tipo y la ubicación del objeto de la base de datos del mapa coinciden con la ubicación y el tipo identificado del objeto grabado de la imagen de video. Además, la correlación de la imagen de referencia del objeto y la imagen de píxeles de baja resolución son un medio para verificar si la identificación del objeto fue correcta. La integridad se logra calculando la correlación entre la imagen de píxeles del icono y la imagen de vídeo de baja resolución en el lado remoto, en todo el ancho y la altura de los píxeles. Dado que el pico de correlación está dentro del fotograma delimitador del objeto, el proceso coincidía, de lo contrario se da una alerta. Plausibility checks are part of the verification process, including whether the object type and location in the map database match the identified object type and location recorded in the video image. Furthermore, the correlation of the object's reference image and the low-resolution pixel image is a means of verifying whether the object identification was correct. Completeness is achieved by calculating the correlation between the icon's pixel image and the low-resolution video image on the remote side, across the entire pixel width and height. Since the correlation peak is within the object's bounding frame, the process was a match; otherwise, an alert is issued.
Además, la imagen de referencia puede reducirse a la forma del objeto mediante técnicas de procesamiento de imágenes (por ejemplo, operador Sobel) y adaptarse a la forma vectorial del objeto. Todas esas comprobaciones tienen como objetivo detectar fallos. Dada la coincidencia de los tres conjuntos de datos (baja resolución, imagen de referencia de la base de datos e imagen vectorial) o al menos dos de cada tres coincidencias, se valida el contenido de la transmisión. Furthermore, the reference image can be reduced to the object's shape using image processing techniques (e.g., the Sobel operator) and adapted to the object's vector shape. All of these checks are intended to detect errors. Given that all three data sets (low-resolution, database reference image, and vector image) match, or at least two out of three match, the transmission content is validated.
Identificación remota del estado de posicionamiento del tren Remote identification of train positioning status
En caso de que se utilice la función de control remoto del tren, el operador debe saber dónde se encuentra realmente el tren en la red de vías, así como dónde identificó el tren su posición. En caso de una falla del sistema, esas dos posiciones no siempre coinciden. Las funciones de control remoto proporcionan una indicación visual de la vista frontal del tren, así como una vista de mapa en movimiento. El operador remoto puede identificar, si aparecen discrepancias para puntos de referencia significativos. La posición del tren se representa gráficamente en el mapa en movimiento como un símbolo. Más adelante en el mapa en movimiento se incluyen objetos relevantes con etiquetas asociadas, como balizas, bordes de segmentos de vía, señales, letreros y puntos de referencia. Además, el ID de segmento y la distancia recorrida desde el ID de segmento desde la posición del tren calculada también se muestran para permitir una verificación cruzada para el operador remoto si este es el lugar donde se espera que esté el tren según el perfil de viaje. When using the remote train control function, the operator must know where the train is actually located on the track network, as well as where the train identified its position. In the event of a system failure, these two positions do not always coincide. The remote control functions provide a visual indication of the front view of the train, as well as a moving map view. The remote operator can identify if discrepancies appear for significant landmarks. The train's position is graphically represented on the moving map as a symbol. Further along the moving map are relevant objects with associated labels, such as markers, track segment edges, signals, signs, and landmarks. In addition, the segment ID and the distance traveled from the segment ID to the calculated train position are also displayed to allow the remote operator to cross-check whether this is the location where the train is expected to be based on the travel profile.
El posicionamiento del tren ATO en general se hace referencia a los orígenes de los segmentos de seguimiento en lugar del grupo de balizas según ETCS. Por lo tanto, la distancia recorrida por el tren se proporciona con respecto al identificador del perfil del segmento, la versión del perfil del segmento y la dirección de desplazamiento del perfil del segmento. En una realización, cada identidad de segmento de vía se define por la Identidad del país o región del SP (NID_C (k)), así como la Identidad del Perfil de Segmento solicitado (NID_SP (k)) junto con un estado ("Válido": SP solicitado "No válido": SP no encontrado en la base de datos ATO-En Tierra) y número de versión. Cada segmento se caracteriza por una Longitud del segmento de ferrocarril cubierto por el perfil de segmento L_SP (k), así como la altitud como referencia al comienzo del SP y un gradiente G_New_Gradient (k), definido como el valor del nuevo gradiente al comienzo del Perfil de Segmento. Otras realizaciones pueden usar solo un subconjunto de las propiedades o propiedades adicionales. Con el fin de verificar esta información para lograr un cierto nivel de seguridad, la ubicación del perfil del segmento también debe definirse por una posición geográfica, por ejemplo, en latitud, longitud y altitud. ATO train positioning is generally referenced to the origins of the tracking segments instead of the beacon group according to ETCS. Therefore, the distance traveled by the train is provided with respect to the segment profile identifier, the segment profile version, and the segment profile travel direction. In one embodiment, each track segment identity is defined by the SP Country or Region Identity (NID_C(k)), as well as the Requested Segment Profile Identity (NID_SP(k)), together with a status ("Valid": Requested SP, "Invalid": SP not found in the ATO-Ground database) and version number. Each segment is characterized by a Length of the rail segment covered by the segment profile L_SP(k), as well as the altitude as reference to the start of the SP, and a gradient G_New_Gradient(k), defined as the value of the new gradient at the start of the Segment Profile. Other embodiments may use only a subset of the properties or additional properties. In order to verify this information to achieve a certain level of security, the location of the segment profile must also be defined by a geographical position, for example, in latitude, longitude, and altitude.
Posiciones dentro de la ATO-A Bordo se definen típicamente en relación con el inicio de los Perfiles de Segmento. El perfil de viaje enumera la secuencia de segmentos de vía que se supone que debe viajar el tren para una ruta dada. Al usar ETCS, la posición del tren se refiere a los grupos de balizas y la distancia recorrida. Por lo tanto, para convertir la posición del tren de la referencia del grupo de balizas a la referencia del segmento de vía, el perfil del segmento debe incorporar información de balizas que incluye, entre otros, el identificador de BG NID_BG; posición de la baliza en el grupo de balizas; ubicación de la baliza como longitud de arco desde el inicio del segmento. Para verificar esta información, la ubicación de la baliza debe definirse por una posición geográfica, por ejemplo, en latitud, longitud y altitud, además de la referencia al inicio del segmento de vía. El problema es que el perfil del segmento en general no alcanza el nivel de seguridad necesario para la operación requerida, excepto que se invierte un esfuerzo extremo en el proceso de generación de mapas. Para facilitar esta restricción, la comprobación de la distancia de ubicación de la baliza en relación con el origen del segmento de la vía contra la diferencia de coordenadas geodésicas del origen de la vía y la ubicación de la baliza permite detectar fallas e inconsistencias en el mapa. Si, por ejemplo, la posición de la baliza en la vía no coincide dentro de un cierto umbral de error con su posición geodésica. Debido al hecho de que hay pequeños errores entre la longitud del segmento o los radios de la curva, estos errores pueden acumularse y estas propagaciones de errores son difíciles de detectar, cuando están por debajo de un cierto nivel. Positions within the ATO-On-Board are typically defined relative to the start of the Segment Profiles. The journey profile lists the sequence of track segments the train is supposed to travel for a given route. When using ETCS, the train position refers to the signal groups and the distance traveled. Therefore, to convert the train position from the signal group reference to the track segment reference, the segment profile must incorporate signal information, including, but not limited to, the BG identifier NID_BG; the signal position within the signal group; and the signal location as an arc length from the start of the segment. To verify this information, the signal location must be defined by a geographic position, e.g., latitude, longitude, and altitude, in addition to the reference to the start of the track segment. The problem is that the segment profile generally does not achieve the level of safety necessary for the required operation, unless extreme effort is invested in the map generation process. To facilitate this restriction, comparing the distance of the marker location relative to the track segment origin against the difference in geodetic coordinates between the track origin and the marker location allows for the detection of errors and inconsistencies in the map. For example, if the marker position on the track does not match its geodetic position within a certain error threshold, these errors can accumulate, and error propagation is difficult to detect when it falls below a certain threshold.
La posición de la baliza almacenada se puede contrastar con la posición de la baliza medida. The stored beacon position can be compared with the measured beacon position.
Dado que el segmento ya está presente en la base de datos de mapas ATO-A Bordo con la versión correcta, la información se tomará de este mapa de a bordo. De lo contrario, el segmento de vía es solicitado por el paquete de solicitud de perfil de segmento. La comprobación para detectar errores de consistencia de los perfiles de segmento y viaje incluye comprobaciones de consistencia como el punto de paso frente al perfil de viaje/segmento, el orden ascendente de los puntos de paso, la consecutividad y la integridad de los perfiles de segmento. Since the segment is already present in the ATO-On-Board map database with the correct version, the information will be taken from this on-board map. Otherwise, the track segment is requested using the segment profile request packet. The consistency check for segment and trip profiles includes consistency checks such as waypoint versus trip/segment profile, ascending order of waypoints, consecutiveness, and completeness of segment profiles.
Identificación remota del estado de control y gestión del tren Remote identification of train control and management status
Los resultados de estado y salida del controlador de conducción automática estarán disponibles en pantalla en una interfaz de usuario humano con los datos de salida, así como las indicaciones de error. La consola de control remoto emite una solicitud de autodiagnóstico y el componente integrado informará con un resultado de autodiagnóstico. La lista de salida de identificación y control de aplicabilidad de reglas para los diversos subsistemas, que incluye, entre otros, la asignación de tareas y la gestión de viajes y horarios y la supervisión de la ejecución de la asignación, se mostrará en la función de autodiagnóstico. Además, la capacidad de diagnóstico del tren permite mostrar la configuración a bordo del tren. Se puede verificar la versión y el estado de los componentes clave y los elementos de configuración de la base de datos. The status and output results of the automated driving controller will be available on-screen in a human user interface, along with output data and error indications. The remote control console issues a self-diagnosis request, and the integrated component will report a self-diagnosis result. The output list for identifying and controlling the applicability of rules for the various subsystems, including, but not limited to, task assignment, trip and schedule management, and assignment execution monitoring, will be displayed in the self-diagnosis function. In addition, the train diagnostic capability allows the on-board configuration to be displayed. The version and status of key components and database configuration items can be verified.
El estado de autodiagnóstico y los resultados de salida del sistema de conducción automática a bordo, recopilados por el controlador de mantenimiento del tren, estarán disponibles en pantalla en una interfaz de usuario humano con los datos de salida, así como las indicaciones de error. La supervisión de la ejecución de la asignación de recorrido informará una previsión de asignación al programador de asignación de consola remota. Un informe de listado del Punto de Paso/Punto de Tiempo ejecutado estará disponible para diagnóstico. En particular, los datos relevantes, como el perfil de viaje que indica el estado del protocolo, con errores de paquetes ATO, marcas de tiempo y datos de encabezado, así como el viaje asignado con puntos de tiempo pasados y próximos (hora de llegada, hora de salida, tiempo de permanencia, estación, lado abierto de puerta), restricciones temporales (restricciones de velocidad, baja adhesión). En el modo de acceso de lectura, la consola remota del tren puede verificar los parámetros actuales y el historial de las entradas funcionales, como The self-diagnostic status and output results of the onboard automated driving system, collected by the train maintenance controller, will be available on-screen in a human user interface with output data as well as error indications. Monitoring of the journey assignment execution will report an assignment forecast to the remote console assignment scheduler. A listing report of the executed Waypoint/Timepoint will be available for diagnostics. In particular, relevant data such as the journey profile indicating the protocol status, with ATO packet errors, timestamps and header data, as well as the assigned journey with past and upcoming time points (arrival time, departure time, dwell time, station, door open side), and temporal restrictions (speed restrictions, low adhesion) will be available. In read access mode, the remote train console can check the current parameters and history of functional inputs, such as
- Telegramas ATO-TMS que incluyen horario, datos de perfil de viaje, autorización de salida; - ATO-TMS telegrams including time, travel profile data, exit authorization;
- Telegramas ETCS, incluidas las autoridades de movimiento ejecutadas y autorizadas, perfiles de velocidad, informes de posición, etc.; - ETCS telegrams, including executed and authorized movement authorities, speed profiles, position reports, etc.;
- Salidas de movimiento y posición del tren, incluido el perfil de velocidad del horario, el perfil de envolvente de velocidad supervisada y el perfil de parada automática del tren. - Train movement and position outputs, including the timetable speed profile, the monitored speed envelope profile, and the automatic train stop profile.
Además, el conductor remoto tendrá el control para anular los datos de la misión, por ejemplo, con la reprogramación o el cambio de ruta del tren. La actualización de la tarea de asignación y el pronóstico de ejecución de la asignación formarán parte de la función del gestor de la misión remota. In addition, the remote driver will have control over mission data, for example, by rescheduling or rerouting the train. Updating the assignment task and forecasting the assignment execution will be part of the remote mission manager's role.
El estado de autodiagnóstico y los resultados de salida del controlador de maniobra estarán disponibles en pantalla en una interfaz de usuario humano con los datos de salida, así como las indicaciones de error. La lista del resumen de maniobra, así como la lista de salida de resumen de los comandos TCMS, estarán disponibles para su visualización. The self-diagnostic status and output results of the maneuver controller will be available on-screen in a human user interface, along with output data and error indications. The maneuver summary list, as well as the summary output list of TCMS commands, will be available for viewing.
El estado de autodiagnóstico y los resultados de salida del controlador de protección de movimiento, que valida los datos de la infraestructura del tren entrante antes de proporcionarlos al optimizador de perfil de velocidad, estarán disponibles para su visualización en una interfaz de usuario humano con los datos de salida, así como las indicaciones de error. Se proporciona un resumen de los datos de la vía, incluidos los perfiles de los segmentos de vía reales y siguientes, así como los datos relevantes de la infraestructura ferroviaria, que incluyen, entre otros, gradientes, curvas, secciones sin energía, restricciones de velocidad estáticas e identificaciones de balizas. La opción de visualización permite navegar por el perfil del recorrido, incluidas las propiedades de los objetos. Además, también es capaz de informar las propiedades de los objetos del mapa; por ejemplo, las propiedades de las balizas, compuestas por la identidad de las balizas, la ubicación, el número de balizas en grupo, etc. La información específica relevante se encuentra en los elementos de datos de los detalles del perfil del segmento, como plataformas, túneles, pasos a nivel y balizas. Por lo tanto, el conductor remoto puede identificar problemas relacionados con los datos de entrada de la vía, donde el sistema puede estar en una condición de falla y el conductor remoto necesita resolverlo, antes de volver al modo automático. El conductor remoto deberá tener un medio para borrar errores o alertas, así como para anular manualmente los datos de salida del controlador de protección de movimiento. The self-diagnostic status and output results of the Motion Protection Controller, which validates incoming train infrastructure data before providing it to the Speed Profile Optimizer, will be available for display in a human user interface with output data and error indications. A summary of track data is provided, including profiles of actual and upcoming track segments, as well as relevant rail infrastructure data, including gradients, curves, de-energized sections, static speed restrictions, and marker IDs. The display option allows navigation through the track profile, including object properties. Furthermore, it is also capable of reporting map object properties; for example, marker properties, consisting of marker ID, location, number of markers in a group, and so on. Relevant specific information is found in data elements for segment profile details, such as platforms, tunnels, level crossings, and markers. Thus, the remote driver can identify issues related to the track input data, where the system may be in a fault condition and the remote driver needs to resolve it, before returning to automatic mode. The remote driver must have a means to clear errors or alerts, as well as to manually override the output data from the motion protection controller.
El estado de autodiagnóstico y los resultados de salida del controlador de percepción estarán disponibles en pantalla en una interfaz de usuario humano con los datos de salida, así como las indicaciones de error. En particular, los resultados de los objetos identificados de la infraestructura ferroviaria, tales como, pero sin limitarse a, interruptores, estaciones, túneles, puentes, pilones de catenaria, señales y signos. Los resultados de este controlador de percepción, según la detección y clasificación de obstáculos, el monitoreo ambiental y la detección de señales laterales se incluirán en el autodiagnóstico. La probabilidad de detecciones, así como los atributos de clasificación, estarán disponibles en los menús de modo que el conductor remoto pueda identificar clasificaciones erróneas o fallas. En el modo de acceso de lectura, la consola remota del tren puede verificar los parámetros actuales y el historial de todas las entradas funcionales y salidas de acción de la funcionalidad de conducción automática, como The self-diagnostic status and output results of the perception controller will be available on-screen in a human user interface with output data as well as error indications. In particular, the results of identified railway infrastructure objects, such as, but not limited to, switches, stations, tunnels, bridges, catenary pylons, signals, and signs. The results of this perception controller, based on obstacle detection and classification, environmental monitoring, and side signal detection, will be included in the self-diagnostics. The probability of detections, as well as classification attributes, will be available in menus so that the remote driver can identify misclassifications or failures. In read access mode, the train's remote console can check the current parameters and history of all functional inputs and action outputs of the automated driving functionality, such as
- Salidas de reconocimiento de patrones que incluyen señal, signo, detección de obstáculos, plataforma y entorno; - Pattern recognition outputs including signal, sign, obstacle detection, platform and environment;
- Salidas de reconocimiento de situación a bordo. - On-board situational awareness sorties.
Además, el espacio libre del medidor de carga ferroviaria y cualquier violación de objetos desconocidos en esta área estarán disponibles en la pantalla remota de la GUI por identificación, posición y atributos. Además, el conductor remoto tendrá control para anular los resultados o borrar errores o alertas. Additionally, the rail load meter clearance and any violations of unknown objects in this area will be available on the remote GUI screen by ID, position, and attributes. The remote driver will also have the ability to override the results or clear errors or alerts.
Capacidad de interacción de diagnóstico de tren Train diagnostic interaction capability
La consola remota del tren permite el diagnóstico del tren, que proporciona los estados relevantes de los componentes del tren. Además, permite el acceso al estado del tren y a la base de datos de diagnóstico que cubre las fallas de los componentes del tren (por ejemplo, la unidad de tracción, las puertas y el sistema de frenos); la consola remota accederá a una función de diagnóstico que detecta las fallas asociadas a la función de conducción automática. El mensaje de visualización del diagnóstico incluirá al menos la siguiente información: The train's remote console enables train diagnostics, providing the relevant status of train components. It also provides access to the train status and diagnostic database covering train component faults (e.g., the traction unit, doors, and brake system); the remote console will access a diagnostic function that detects faults associated with the automatic driving function. The diagnostic display message will include at least the following information:
- ID: ID de diagnóstico, que es único dentro de un intervalo de mantenimiento; - ID: Diagnostic ID, which is unique within a maintenance interval;
- Marca de tiempo de ocurrencia; - Timestamp of occurrence;
- Clasificación de tipo: Información, Advertencia y Falla; - Type classification: Information, Warning and Fault;
- LRU: Componente/función a la que se asocia el diagnóstico; - LRU: Component/function to which the diagnosis is associated;
- Contenido de diagnóstico, que puede incluir una descripción de la falla o una cadena de errores. - Diagnostic content, which may include a description of the fault or an error string.
Aunque la base de datos de estado y diagnóstico del tren depende del fabricante, típicamente contiene elementos tales como, pero sin limitarse a, datos de estado de: Although the train status and diagnostic database is manufacturer dependent, it typically contains items such as, but not limited to, status data for:
- Estado de catenaria; - Catenary status;
- Voltaje de catenaria; - Catenary voltage;
- Energía a bordo; - On-board power;
- Energía y estado de tracción; - Energy and traction status;
- Presión de frenos; - Brake pressure;
- Presión del depósito de frenos; - Brake reservoir pressure;
- Estado de frenos de varios sistemas de frenos; - Brake status of various brake systems;
- Presión de aceite; - Oil pressure;
- Motor RPM; - Engine RPM;
- Velocidad de las ruedas; - Wheel speed;
- Temperatura del motor, caja de engranajes, sistema de enfriamiento; - Engine temperature, gearbox, cooling system;
- Estado de las puertas; - Condition of the doors;
- Comodidad climática; - Climate comfort;
- Estado de acoplamiento; - Coupling state;
- Estado del material rodante. - Condition of the rolling stock.
Capacidad de conducción remota del tren Remote train driving capability
El aparato de conducción remota de trenes incluye en el centro de operación y gestión de tráfico ferroviario de la ATO una interfaz gráfica de usuario informática, que es capaz de mostrar información, así como de recibir acciones de entrada humana a través de, por ejemplo, un dispositivo señalador, un teclado o un dispositivo de pantalla táctil. Además, los dispositivos de control críticos están equipados por separado, como, pero sin limitarse a, la palanca de tracción/frenos, el botón de alerta o el botón de vigilancia del operador. El aparato de conducción remota también está equipado con dispositivos audibles, por ejemplo, auriculares y micrófono, para permitir la comunicación con el tren o con los pasajeros. The remote train control device includes a computer graphical user interface (GUI) within the ATO's rail traffic operation and management center, capable of displaying information and receiving human input through, for example, a pointing device, a keyboard, or a touchscreen device. In addition, critical control devices are separately equipped, such as, but not limited to, the traction/brake lever, the alert button, or the operator monitoring button. The remote train control device is also equipped with audible devices, for example, a headset and microphone, to enable communication with the train or passengers.
La seguridad se logra proporcionando en línea y en tiempo real todos los estados del tren, incluidos los estados del DMI del conductor estándar, los estados adicionales que un conductor debe recopilar mediante la investigación de mantenimiento, así como la información relacionada con la vía. La información operativa completa, adecuada a la información que un conductor está experimentando en la cabina del conductor de la locomotora, es una parte vital para las operaciones seguras. La apariencia del lugar de trabajo del tren remoto, similar a la cabina del conductor, permite un flujo de trabajo fluido e intuitivo. Safety is achieved by providing all train statuses online and in real time, including standard driver DMI statuses, additional statuses a driver must collect through maintenance investigation, and track-related information. Comprehensive operational information, tailored to the information a driver experiences in the locomotive cab, is vital to safe operations. The remote train's cab-like appearance enables a smooth and intuitive workflow.
La interfaz gráfica de usuario presenta toda la información necesaria al conductor del tren remoto. Una realización preferida de la funcionalidad de la interfaz hombre-máquina puede incluir menús o elementos/modos de visualización como se enumera: The graphical user interface presents all necessary information to the remote train driver. A preferred embodiment of the human-machine interface functionality may include menus or display elements/modes as follows:
a) Elementos de diálogo para la autenticación del usuario y el inicio o salida de sesión; a) Dialog elements for user authentication and login/logout;
b) Elementos de diálogo para iniciar/detener un viaje en tren o ejecutar tramos de un viaje en tren; b) Dialog elements to start/stop a train journey or execute sections of a train journey;
c) Mostrar elementos para la supervisión del estado del tren con advertencia de estado en caso de situación crítica; c) Display elements for monitoring the status of the train with status warning in case of a critical situation;
d) Mostrar elementos de los estados del subsistema del tren, tales como, pero sin limitarse a, la velocidad del tren, la presión de frenos, el voltaje de catenaria, el estado de control de movimiento, etc.; d) Display elements of the train subsystem states, such as, but not limited to, train speed, brake pressure, catenary voltage, motion control status, etc.;
e) Elemento de visualización para las propiedades de conexión remota inalámbrica; e) Display element for wireless remote connection properties;
f) Elementos de visualización para el modo tren y ATP (por ejemplo, supervisión completa de ETCS o PZB); g) Elementos de visualización configurables para fines específicos dependiendo del modelo de tren; f) Display elements for train and ATP mode (e.g., full ETCS or PZB monitoring); g) Configurable display elements for specific purposes depending on the train model;
h) Elementos de control para el control del tren, tales como, pero sin limitarse a, el encendido/apagado del tren, la palanca de aceleración/conducción del tren, la palanca de frenado, el control de la catenaria, el interruptor de la luz delantera/final, el interruptor de la puerta, etc.; h) Control elements for train control, such as, but not limited to, train on/off, train acceleration/driving lever, braking lever, catenary control, front/rear light switch, door switch, etc.;
i) Elemento de control para parada de emergencia y para bocina; i) Control element for emergency stop and horn;
j) Elementos de control configurables que están representados por un dispositivo específico (botón, palanca, interruptor); j) Configurable control elements that are represented by a specific device (button, lever, switch);
k) Elementos de control configurables que forman parte de una interfaz gráfica de usuario, como la pantalla táctil; k) Configurable control elements that are part of a graphical user interface, such as a touch screen;
l) Elementos de control para fines específicos de ETCS o STM; l) Control elements for specific purposes of ETCS or STM;
m) Elementos para la comprobación de protección del tren o para el sistema de señalización de la cabina (inductivo o basado en radio); m) Elements for checking train protection or for the cabin signalling system (inductive or radio-based);
n) Pantalla de vídeo de la vista de la cabina del conductor (opcional en la selección); n) Video display of the driver's cabin view (optional in the selection);
o) Mapa de vías con la posición del tren y los datos de posición; o) Track map with train position and position data;
p) Pantalla de vídeo con vista del instrumento de la cabina del conductor del tren; p) Video screen with view of the train driver's cabin instrument;
q) Menús de otras fuentes como subsistemas de detección de obstáculos, reconocimiento de señales laterales, subsistemas de información de pasajeros; q) Menus from other sources such as obstacle detection subsystems, side sign recognition, passenger information subsystems;
r) Elemento de control para la vigilancia o el estado de alerta de los operadores. r) Control element for the surveillance or alertness of operators.
Un ejemplo de realización de la pantalla remota del conductor que se muestra en la Fig. 6 incluye la apariencia de una pantalla ETCS extendida con los grupos de primer nivel: elementos de control, elementos de pantalla ETCS, elementos de estado del tren, pantalla de mapa móvil, pantalla de cámara frontal y vista de la cabina del conductor. Otros elementos de visualización de la lista anterior (de la a a la r) se pueden organizar en un segundo nivel de diálogo o mostrar al seleccionar el menú. Para los elementos críticos se proporciona una redundancia óptica y audible, cuando la información necesita la acción del operador o no está actualizada. Por ejemplo, se usa un sonido de alerta o un icono de espera/inactividad con un menú gris si la información se congela o se vuelve obsoleta. An exemplary embodiment of the remote driver display shown in Fig. 6 includes the appearance of an extended ETCS display with the first-level groups: control elements, ETCS display elements, train status elements, moving map display, front camera display, and driver cab view. Other display elements from the above list (a to r) can be organized in a second dialog level or displayed upon menu selection. Optical and audible redundancy is provided for critical elements when information requires operator action or is outdated. For example, an alert sound or a standby/idle icon with a grayed-out menu is used if the information freezes or becomes outdated.
Dado que la información no está actualizada por exceso de un umbral de tiempo, se muestra un patrón de espera para advertir al operador. Una realización preferida del icono o patrón de espera puede ser, por ejemplo, como barra de progreso/carga o como una imagen en gris para mostrar intuitivamente información obsoleta. Este patrón de espera se utiliza además de la marca de tiempo en las pantallas. Durante la inicialización, los elementos de visualización se ejecutan a través de una comprobación visual, donde todos los estados se muestran en secuencia o se coloca un patrón de comprobación en las pantallas. La consola de control remoto del tren proporciona una funcionalidad para ejecutar o gestionar acciones como la parada de emergencia, el corte de energía, la llamada de pasajeros o el manejo de incidentes en vivo. Since the information is not up-to-date due to exceeding a time threshold, a waiting pattern is displayed to warn the operator. A preferred embodiment of the icon or waiting pattern can be, for example, a progress/loading bar or a grayed-out image to intuitively display outdated information. This waiting pattern is used in addition to the timestamp on the displays. During initialization, the display elements are run through a visual check, where all states are shown in sequence, or a check pattern is placed on the displays. The train's remote control console provides functionality to execute or manage actions such as emergency stop, power cut, passenger recall, or live incident handling.
Discusión de las variantes preferidas Discussion of preferred variants
La Fig. 7 ilustra una variante preferida del procedimiento inventivo para el control remoto seguro del tren, con respecto a la parte que tiene lugar en un tren automático ATR. Fig. 7 illustrates a preferred variant of the inventive method for safe remote control of the train, with respect to the part that takes place in an ATR automatic train.
Un sistema de cámaras CAM instaladas en la parte delantera del tren automático ATR monitorea continuamente la sección de la vía por delante del tren (o su locomotora/vagón delantero) y genera los fotogramas de imagen correspondientes HRI. Estos fotogramas de imagen HRI tienen una alta resolución para resolver todos los detalles necesarios para un control remoto seguro del tren. Los fotogramas de imagen de alta resolución HRI se procesan a continuación en tres líneas de procesamiento PL2, PL2 y PL3 aquí. A CAM camera system installed at the front of the ATR automated train continuously monitors the section of track ahead of the train (or its leading locomotive/car) and generates the corresponding HRI image frames. These HRI image frames have a high resolution to resolve all the details necessary for safe remote control of the train. The high-resolution HRI image frames are then processed in three processing lines: PL2, PL2, and PL3.
En la primera línea de procesamiento PL1, los fotogramas de imagen de alta resolución HRI se convierten en fotogramas de imagen baja LRI. Típicamente, la cantidad de píxeles se reduce en un factor de 4 o más en cada dirección de la imagen, reduciendo así el número de píxeles en un factor de 16 o más. Se aplican técnicas adicionales de compresión y codificación. Los fotogramas de imagen de baja resolución LRI se transmiten a través de una red de comunicaciones móviles basada en paquetes MCN a través de un primer canal de datos CH1 a un centro de operación y gestión de tráfico ferroviario en tierra de operación automática de trenes (Automatic Train Operation, ATO), también llamado simplemente centro de control (véase la Fig. 8). Debido a la baja resolución, solo se requiere un pequeño ancho de banda para la transmisión de imágenes en la red de comunicación móvil MCN. In the first processing line PL1, the high-resolution HRI image frames are converted into low-resolution LRI image frames. Typically, the number of pixels is reduced by a factor of 4 or more in each image direction, thus reducing the number of pixels by a factor of 16 or more. Additional compression and coding techniques are applied. The low-resolution LRI image frames are transmitted via a packet-based mobile communications network (MCN) via a first data channel CH1 to a ground-based rail traffic management and operation center for Automatic Train Operation (ATO), also simply called a control center (see Fig. 8). Due to the low resolution, only a small bandwidth is required for image transmission in the mobile communications network (MCN).
En la segunda línea de procesamiento PL2, los fotogramas de imagen de alta resolución HRI se someten a un reconocimiento de patrones. Si los patrones/estructuras reconocidos en un fotograma de imagen de alta resolución HRI coinciden suficientemente con los objetos de referencia almacenados en una base de datos de mapas MDB del tren automático ATR, se identifican los objetos. Para cada objeto identificado, se determina la ID de objeto del objeto de referencia correspondiente en la base de datos del mapa, así como las propiedades relativas de inserción de objetos. En el ejemplo mostrado, se han identificado como objetos una señal ferroviaria, un control de tren intermitente y una sección de vía. Téngase en cuenta que los objetos de referencia representan objetos típicos en tierra, que se pueden encontrar en grandes cantidades a lo largo de las vías. Para cada objeto de referencia, se almacena una información de apariencia (de alta resolución), para permitir una comparación con las estructuras encontradas en los fotogramas de imagen de alta resolución. Esta información de apariencia es típicamente una información vectorizada en 3D. Las propiedades relativas de inserción de objetos indican la posición del objeto identificado en el fotograma de imagen de alta resolución HRI, así como su tamaño y rotación. In the second PL2 processing line, the high-resolution HRI image frames undergo pattern recognition. If the patterns/structures recognized in a high-resolution HRI image frame sufficiently match the reference objects stored in an ATR automatic train's MDB map database, the objects are identified. For each identified object, the object ID of the corresponding reference object in the map database is determined, as well as the relative object insertion properties. In the example shown, a railway signal, a flashing train control, and a section of track have been identified as objects. Note that the reference objects represent typical ground-based objects, which can be found in large numbers along tracks. For each reference object, (high-resolution) appearance information is stored to enable comparison with the structures found in the high-resolution image frames. This appearance information is typically 3D vector information. The relative object insertion properties indicate the position of the identified object in the HRI high-resolution image frame, as well as its size and rotation.
En la variante que se muestra aquí, la base de datos de mapas MDB también contiene un registro de objetos conocidos, en donde cada objeto conocido está definido por una ID de objeto de un objeto de referencia correspondiente (que indica el tipo de objeto conocido) y una georreferencia donde se puede encontrar el objeto conocido (es decir, que indica la ubicación geográfica del objeto conocido), y aquí también un nombre único para el objeto conocido. En el ejemplo, la señal ferroviaria identificada como objeto también coincide con un objeto conocido del registro con el nombre único "Señal 0158", y el control intermitente del tren identificado como objeto también coincide con un objeto conocido del registro con el nombre único "PZB 0739". Téngase en cuenta que la vía identificada como objeto no coincide con un objeto conocido aquí. In the variant shown here, the MDB map database also contains a register of known objects, where each known object is defined by an object ID of a corresponding reference object (indicating the type of known object) and a georeference where the known object can be found (i.e., indicating the geographic location of the known object), as well as a unique name for the known object. In the example, the railway signal identified as an object also matches a known object from the register with the unique name "Signal 0158," and the train flashing control identified as an object also matches a known object from the register with the unique name "PZB 0739." Note that the track identified as an object does not match a known object here.
Todos los objetos identificados se colocan en una lista LIO, que contiene las ID de objeto y las propiedades relativas de inserción de objetos y el número de fotograma del fotograma de imagen (de alta resolución) en donde se encontraron los objetos. En el ejemplo mostrado, la lista LIO también contiene la información sobre la asignación a objetos conocidos cuando corresponda. La lista LIO se envía a través de la red de comunicación móvil MCN a través de un segundo canal de datos CH2 al centro de control (véase la Fig. 8). Esto requiere solo un poco de ancho de banda en comparación con la transmisión de fotogramas de imagen. All identified objects are placed in an LIO list, which contains the object IDs and relative object insertion properties, as well as the frame number of the (high-resolution) image frame where the objects were found. In the example shown, the LIO list also contains information about assignment to known objects, where applicable. The LIO list is sent via the mobile communication network (MCN) through a second data channel (CH2) to the control center (see Fig. 8). This requires only a small amount of bandwidth compared to transmitting image frames.
En la tercera línea de procesamiento PL3, los fotogramas de imagen de alta resolución HRI se someten a un algoritmo de vectorización. Las estructuras llamativas en los fotogramas de imagen de alta resolución se traducen en elementos vectoriales como polilíneas y polígonos, y se determinan sus propiedades de elemento vectorial, también llamadas simplemente propiedades vectoriales. Por medio de las propiedades del vector, se define la apariencia y la posición de los elementos vectoriales asignados. In the third PL3 processing line, the high-resolution HRI image frames are subjected to a vectorization algorithm. The striking structures in the high-resolution image frames are translated into vector elements such as polylines and polygons, and their vector element properties, also simply called vector properties, are determined. The appearance and position of the assigned vector elements are defined by means of the vector properties.
Todos los elementos vectoriales asignados de se colocan en una lista LAV, que contiene las propiedades vectoriales de los elementos vectoriales asignados y el número de fotograma del fotograma de imagen (de alta resolución) en donde se encontró el elemento vectorial. La lista LAV se envía a través de la red de comunicación móvil MCN a través de un tercer canal de datos CH3 al centro de control (véase la Fig. 8). Esto requiere solo un poco de ancho de banda en comparación con la transmisión de fotogramas de imagen. All assigned vector elements are placed in a LAV list, which contains the vector properties of the assigned vector elements and the frame number of the (high-resolution) image frame where the vector element was found. The LAV list is sent via the mobile communication network (MCN) through a third data channel (CH3) to the control center (see Fig. 8). This requires only a small amount of bandwidth compared to transmitting image frames.
La Fig. 8 ilustra además la variante del procedimiento inventivo para el control remoto seguro del tren de la Fig. 7, con respecto a la parte que tiene lugar en el centro de control COC. Fig. 8 further illustrates the variant of the inventive method for the safe remote control of the train of Fig. 7, with respect to the part that takes place in the control center COC.
A través del primer canal de datos CH1, los fotogramas de imagen de baja resolución LRI se reciben en el centro de operación y gestión de tráfico ferroviario de ATO COC, también llamado simplemente centro de control COC aquí. El centro de control COC es estacionario, por ejemplo, integrado en un edificio enclavado, y comprende una consola de control remoto del tren (no se muestra aquí) en la que un conductor remoto puede controlar el tren automático. Via the first data channel, CH1, the low-resolution LRI image frames are received by the ATO rail traffic management and operation center (COC), also referred to simply as the COC control center. The COC control center is stationary, e.g., integrated into a building, and comprises a remote train control console (not shown here) from which a remote driver can control the automated train.
A través del segundo canal de datos CH2, se recibe la lista de objetos identificados LIO. Con base en una base de datos de mapas MDB del centro de control COC, en particular, la información de apariencia del objeto de referencia contenida en el mismo para cada objeto de referencia identificado por su ID de objeto, la información de la lista LIO se utiliza para reconstruir las apariencias de objetos (de alta resolución) HROA de los objetos identificados. Para este propósito, para cada objeto identificado enumerado, su ID de objeto se utiliza para leer la información de apariencia del objeto de referencia correspondiente, y las propiedades de inserción de imagen de objeto relativo se aplican para escalar, rotar y colocar el objeto correctamente. The list of identified objects (LIO) is received via the second data channel (CH2). Based on a map database (MDB) from the control center (COC), in particular the reference object appearance information contained therein for each reference object identified by its object ID, the information in the LIO list is used to reconstruct the (high-resolution) HROA object appearances of the identified objects. For this purpose, for each identified object listed, its object ID is used to read the corresponding reference object appearance information, and relative object image embedding properties are applied to properly scale, rotate, and position the object.
A través del tercer canal de datos CH3, se recibe la lista de elementos vectoriales asignados LAV. La información de la lista LAV se utiliza para reconstruir las apariencias de los elementos vectoriales (de alta resolución) de los elementos vectoriales asignados. The list of assigned vector elements (LAV) is received via the third data channel, CH3. The information in the LAV list is used to reconstruct the (high-resolution) vector element appearances of the assigned vector elements.
A continuación, las apariencias de objetos de alta resolución HROA (High Resolution Object Appearances) que se originan en el segundo canal de datos CH2 se superponen a los fotogramas de imagen de baja resolución LRI, lo que resulta en fotogramas de imagen superpuestos OLI. Los fotogramas de imagen superpuestos OLI se muestran en una pantalla de la consola de control remoto del tren del centro de control COC al conductor remoto. Las apariencias de objetos de alta resolución HROA insertadas en los fotogramas de imagen superpuestos OLI tienen suficiente resolución para que el conductor remoto pueda reconocer toda la información relevante para el control seguro del tren, como el estado de conmutación de la señal ferroviaria "Señal 0158" aquí. Además, el conductor del tren remoto puede obtener una impresión general del paisaje por delante del tren por medio de los fotogramas de imagen de baja resolución subyacentes LRI de los fotogramas de imagen superpuestos OLI. The high-resolution object appearances (HROAs) originating from the second data channel CH2 are then superimposed on the low-resolution LRI image frames, resulting in OLI overlay image frames. The OLI overlay image frames are then displayed on a display in the remote train control console of the control center (COC) to the remote driver. The high-resolution object appearances HROA inserted into the OLI overlay image frames have sufficient resolution to enable the remote driver to recognize all information relevant to safe train control, such as the switching status of the railway signal "Signal 0158" here. In addition, the remote train driver can obtain an overall impression of the landscape in front of the train by means of the underlying low-resolution LRI image frames of the OLI overlay image frames.
Además, las apariencias de elementos vectoriales VEA(Vector Element Appearances)también se pueden superponer en los fotogramas de imagen superpuestos OLI, con el fin de mejorar el detalle de los fotogramas de imagen superpuestos OLI (no mostrados aquí). Alternativamente, y en el ejemplo que se muestra, las apariencias de elementos vectoriales VEA se utilizan para verificar la plausibilidad de las apariencias de objetos de alta resolución HROA antes de que se realice la superposición con los fotogramas de imágenes bajas LRI. En el ejemplo, todos los objetos identificados del canal de datos CH2 coinciden con elementos vectoriales del canal de datos CH3. Por lo tanto, el fotograma de imagen superpuesto OIF se muestra normalmente. Si no se encuentran suficientes coincidencias, se mostrará un mensaje de advertencia de que los fotogramas de la imagen superpuesta pueden estar dañados. Additionally, VEA (Vector Element Appearances) can also be overlaid on the OLI overlay image frames to enhance the detail of the OLI overlay image frames (not shown here). Alternatively, and in the example shown, VEA (Vector Element Appearances) are used to check the plausibility of HROA high-resolution object appearances before overlaying with the low LRI image frames. In the example, all identified objects from data channel CH2 are matched to vector elements from data channel CH3. Therefore, the OIF overlay image frame is displayed normally. If not enough matches are found, a warning message is displayed indicating that the overlay image frames may be corrupted.
Téngase en cuenta que en otra variante, ambas listas LIO y LAV pueden transmitirse a través de la red de comunicación móvil MCN a través de un canal de datos común (es decir, el segundo canal CH2, por lo que el tercer canal de datos CH3 se realiza sin continuación), si se desea (no mostrado con más detalle). Note that in another variant, both LIO and LAV lists can be transmitted via the mobile communication network MCN via a common data channel (i.e. the second channel CH2, whereby the third data channel CH3 is carried out without continuation), if desired (not shown in more detail).
Las Figs. 9 y 10 ilustran procedimientos que se pueden aplicar para verificar una provisión oportuna de datos de imagen en el curso de la presente invención. En particular, el procedimiento puede aplicarse para transmitir paquetes de datos que pertenecen a datos de imagen a través de los canales CH1, CH2 y/o CH3 en las Figs. Figs. 9 and 10 illustrate methods that may be applied to verify timely provision of image data in the course of the present invention. In particular, the method may be applied to transmit data packets pertaining to image data via channels CH1, CH2 and/or CH3 in Figs.
7 y 8. 7 and 8.
La Fig. 9 ilustra la transmisión de datos de paquetes o un flujo de protocolo correspondiente para la presente invención. Fig. 9 illustrates packet data transmission or a corresponding protocol flow for the present invention.
El tren automático ATR quiere enviar un paquete de datos DP al centro de control. Para este propósito, un enrutador de comunicaciones móviles ATR-MCR del tren automático ATR envía el paquete de datos DP a la red de comunicación móvil MCN. Cuando se envía el paquete de datos DP, el tiempo T<1>S se lee en un UTCC de reloj UTC del tren automático ATR y se anota; el tiempo T<1>S se incluye en particular en un encabezado del paquete de datos DP (primera/imagen superior). The ATR train wants to send a DP data packet to the control center. For this purpose, an ATR-MCR mobile communications router of the ATR train sends the DP data packet to the mobile communications network (MCN). When the DP data packet is sent, the time T<1>S is read from a UTCC of the ATR train's UTC clock and noted; the T<1>S is included in a header of the DP data packet (first/top image).
El centro de control COC recibe el paquete de datos DP por su enrutador móvil COC-MCR. En esta ocasión, se lee y anota el tiempo T<1C>del UTCC del reloj UTC del centro de control COC (segunda imagen). The COC control center receives the DP data packet via its mobile router COC-MCR. At this point, the UTCC time T<1C> is read and recorded from the COC control center's UTC clock (second image).
A continuación, el enrutador móvil COC-MCR del centro de control COC envía un reconocimiento ACK, para el cual se lee el tiempo de envío T<2S>en el UTCC del reloj UTC del centro de control COC y se anota. El tiempo T<2S>se incluye en particular en un encabezado del ACK de reconocimiento (tercera imagen). The COC-MCR mobile router of the COC control center then sends an acknowledgment ACK, for which the sending time T<2S> is read from the UTCC of the COC control center's UTC clock and noted. The time T<2S> is included in a header of the acknowledgment ACK (third image).
Finalmente, el reconocimiento ACK se recibe en el enrutador de comunicaciones móviles ATR-MCR del tren automático ATR. La hora T<2C>se lee en esta ocasión en el UTCC del reloj UTC del tren automático y se anota (cuarta imagen/imagen inferior). Finally, the ACK acknowledgement is received by the ATR-MCR mobile communications router of the ATR train. The time T<2C> is then read from the UTCC of the ATR clock and recorded (fourth image/bottom image).
Conociendo T<1 S>, T<1 C>, T<2S>y T<2 C>, se puede calcular un retraso de ida y vuelta AT<IdayVuelta>=T<1C>-T<1S>+T<2C>-T<2 S>. A partir de otros/antiguos eventos de envío de paquetes de datos, también se ha determinado un retraso promedio de ida y vuelta AT<IdayVuelta_PROM>. Además, se puede calcular una diferencia de reloj AT<relojsinc>=0,5*(T1<c>-T1<s>+T2<s>-T2<c>). A partir de otros/antiguos eventos de envío de paquetes de datos, también se ha determinado una diferencia de reloj promedio AT<relojsinc_PROM>. Knowing T<1 S>, T<1 C>, T<2 S> and T<2 C>, a round trip delay AT<IdayBack>=T<1 C>-T<1 S>+T<2 C>-T<2 S> can be calculated. From other/past data packet sending events, an average round trip delay AT<IdayBack_AVG> has also been determined. Furthermore, a clock offset AT<clocksync>=0.5*(T1<c>-T1<s>+T2<s>-T2<c>) can be calculated. From other/past data packet sending events, an average clock offset AT<clocksync_AVG> has also been determined.
Como se ilustra en la Fig. 10, para un fragmento particular de datos de imagen enviados o recibidos, compare el paquete de datos DP de la Fig. 9 anterior, el retraso de ida y vuelta AT<IdayVuelta>menos el retraso promedio de ida y vuelta AT<IdayVuelta_PROM>se compara con un valor umbral T<UmbralRT>para el retraso de ida y vuelta. Preferiblemente, el valor umbral T<UmbralRT>para el retraso de ida y vuelta se elige dependiendo de una desviación estándar de los retrasos de ida y vuelta del pasado, típicamente aplicando un factor de seguridad (también llamado valor de establecimiento de confianza). As illustrated in Fig. 10, for a particular piece of image data sent or received, compare the data packet DP of Fig. 9 above, the round trip delay AT<RoundTripDelay> minus the average round trip delay AT<RoundTripDelay_AVG> is compared to a threshold value T<RTThreshold> for the round trip delay. Preferably, the threshold value T<RTThreshold> for the round trip delay is chosen based on a standard deviation of past round trip delays, typically by applying a safety factor (also called a confidence establishment value).
Si AT<IdayVuelta>-AT<IdayVuelta_PROM.>>T<UmbralRT>, a continuación se muestra un mensaje de advertencia al conductor remoto, indicando que el fotograma de imagen mostrado basado (al menos parcialmente) en la pieza respectiva de datos de imagen no está (o al menos puede estar) actualizado. If AT<IdayVuelta>-AT<IdayVuelta_AVG.>>T<UmbralRT>, then a warning message is displayed to the remote driver, indicating that the displayed image frame based (at least partially) on the respective piece of image data is not (or at least may be) up to date.
Además, en el ejemplo ilustrado, la diferencia de reloj AT<relojsinc>menos la diferencia de reloj promedio AT<relojsinc>_<PROM.>se compara con un valor umbral T<UmbralCD>para la diferencia de reloj. Furthermore, in the illustrated example, the clock difference AT<clocksync>minus the average clock difference AT<clocksync>_<AVG>is compared to a threshold value T<CDThreshold>for the clock difference.
Si AT<relojsinc>- AT<relojsinc_PROM.>>T<UmbralCD>, a continuación los relojes UTC del tren automático y el centro de control no están sincronizados correctamente, lo que puede desdibujar los verdaderos retrasos de ida y vuelta. En consecuencia, no se puede garantizar que los datos de imagen respectivos estén actualizados, y se muestra un mensaje de advertencia correspondiente al conductor remoto. If AT<syncclock> - AT<AVG_syncclock> T<CDThreshold>, then the UTC clocks of the automatic train and the control center are not correctly synchronized, which may distort the true round-trip delays. Consequently, the respective image data cannot be guaranteed to be up-to-date, and a corresponding warning message is displayed to the remote driver.
Si las comprobaciones no revelan un riesgo de retraso en la entrega de los datos de la imagen, el fotograma de la imagen basado (al menos parcialmente) en la pieza respectiva de los datos de la imagen se muestra regularmente al conductor remoto, sin un mensaje de advertencia. If the checks do not reveal a risk of delay in the delivery of the image data, the image frame based (at least partially) on the respective piece of image data is regularly displayed to the remote driver, without a warning message.
En resumen, la presente invención propone un control remoto de tren seguro de un tren automatizado, en donde la sección de vía delante del tren automatizado se observa con un sistema de cámara de vídeo que produce fotogramas de imagen de alta resolución. Fotogramas de imagen de alta resolución se convierten en fotogramas de imagen de baja resolución y se transmiten a través de una red de comunicación móvil a una consola de control remoto del tren en un centro de control en tierra a través de un primer canal de datos. Además, los fotogramas de imagen de alta resolución se someten a un reconocimiento de patrones, y para los objetos identificados correspondientes a objetos de referencia en una base de datos de mapas, se transmite una información de reconstrucción a través de la red de comunicación móvil a la consola de control remoto del tren a través de un segundo canal de datos. En la consola de control remoto del tren, las apariencias de objetos de alta resolución para los objetos identificados se reconstruyen utilizando la información de reconstrucción y una base de datos de mapas correspondiente. Los aspectos de los objetos de alta resolución se superponen en los fotogramas de imagen de baja resolución recibidos a través del primer canal de datos y se muestran en la consola de control remoto del tren. Por lo tanto, tanto los detalles relevantes para la seguridad como una impresión general de la sección de la vía se ponen a disposición de un conductor de tren remoto con un bajo consumo de ancho de banda de la red de comunicación móvil. In summary, the present invention proposes a safe remote train control of an automated train, wherein the track section in front of the automated train is observed with a video camera system that produces high-resolution image frames. High-resolution image frames are converted into low-resolution image frames and transmitted via a mobile communication network to a remote train control console at a ground control center via a first data channel. Furthermore, the high-resolution image frames are subjected to pattern recognition, and for identified objects corresponding to reference objects in a map database, reconstruction information is transmitted via the mobile communication network to the remote train control console via a second data channel. At the remote train control console, the high-resolution object appearances for the identified objects are reconstructed using the reconstruction information and a corresponding map database. High-resolution object aspects are superimposed on low-resolution image frames received via the first data channel and displayed on the train's remote control console. Thus, both safety-relevant details and an overall impression of the track section are made available to a remote train driver with low bandwidth consumption of the mobile communications network.
Listado de signos de referencia List of reference signs
ACK reconocimiento ACK acknowledgment
ATR tren automático ATR automatic train
ATR-MCR enrutador de comunicaciones móviles (en tren automático) ATR-MCR mobile communications router (on automatic train)
CAM sistema de cámara CAM camera system
CH1 primer canal de datos CH1 first data channel
CH2 segundo canal de datos CH2 second data channel
CH3 tercer canal de datos CH3 third data channel
COC operación automática de tren operación de tráfico ferroviario en tierra y centro de gestión/centro de control COC automatic train operation ground rail traffic operation and management center/control center
COC-MCR enrutador de comunicaciones móviles (en centro de control) COC-MCR mobile communications router (in control center)
DP paquete de datos DP data packet
HRI fotograma de imagen de alta resolución HRI high resolution image frame
HROA apariencia de objeto de alta resolución HROA high resolution object appearance
LIO lista de objetos identificados LIO list of identified objects
LAV lista de elementos vectoriales asignados LAV list of assigned vector elements
MCN red de comunicación móvil MCN mobile communication network
MDB base de datos de mapas MDB map database
LRI fotograma de imagen de baja resolución LRI low resolution image frame
OLI fotograma de imagen de superposición OLI overlay image frame
PL1 primera línea de procesamiento PL1 first processing line
PL2 segunda línea de procesamiento PL2 second processing line
PL3 tercera línea de procesamiento PL3 third processing line
UTCC reloj UTC UTCC UTC clock
VEA apariencia de elemento vectorial SEE appearance of vector element
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