Na czym polega nagrodzony przez UTK projekt systemu wspomagania maszynisty?

Pomysł i pierwsze doświadczenia

Jak wyjaśnia, zdarzenia, do jakich dochodziło przy prowadzeniu pojazdów, polegające na przejechaniu poza sygnał zabraniający jazdy, były motywacją do podjęcia próby zbudowania systemu, który ostrzegłby maszynistę, że zbliża się do sygnału „Stój”, szczególnie wtedy, gdy jego uwagę odwróciła jakaś inna informacja. Po pierwszych próbach PKP Energetyka zdecydowała się powierzyć prowadzenie projektu Zbigniewowi Szafrańskiemu – ekspertowi z zakresu infrastruktury kolejowej, w przeszłości m.in. prezesowi PKP Polskie Linie Kolejowe. Przeprowadził on przede wszystkim testy technologii analizy obrazu video, które potwierdziły skuteczność detekcji sygnałów na tyle wysoką, że można było podjąć próbę zbudowania urządzenia AOM. – Po dokonaniu rozpoznania rynku zaproponowano nam udział w projekcie. Propozycję uznaliśmy za bardzo interesującą i chętnie przyjęliśmy – opowiada Pecho.

Po pierwsze, jakość nagrań

Kwestią kluczową dla skutecznej detekcji sygnału okazała się jakość obrazu video generowanego przez kamerę na pojeździe trakcyjnym. – U części przewoźników kolejowych pokutowało przeświadczenie, że nie warto montować kamer, dopóki nie będą wymagane. A jak już będą – by zrobić to jak najtaniej. Tymczasem okazało się, że z takiego oszczędzania jest więcej problemów niż korzyści – opowiada. Poznańska firma na samym początku rozpoznała problem niskiej jakości nagrań z kabiny maszynisty. Teoretycznie rejestrowany film, w przypadku zdarzenia okazywał się nie do odcyfrowania, a to ze względu na zmieniające się warunki pogodowe, a to przy jeździe nocnej, a to przy ogromnych kontrastach przy wjeździe do tunelu. Zdarzało się zresztą, że filmu… nie było w ogóle, bo urządzenie nie działało np. od pół roku. Tylko nikt o tym nie wiedział.

Jak tłumaczy Pecho, nagrania z monitoringu wysokiej jakości są kluczowe, bo pozwalają poprawiać procesy odpowiadające za bezpieczeństwo. Po wypadku kolejowym możemy dowiedzieć się, który element procesu należy poprawić – a nie uda się to bez odpowiedniego zapisu. – Opracowaliśmy autorskie rozwiązania rozwiązujące problem jakości nagrań i dziś jesteśmy liderem w tym zakresie. Wdrożyliśmy monitoring na pięciuset pojazdach – mówi prezes SSK. – To jednak nam nie wystarczało – zadaliśmy sobie pytanie, jak jeszcze możemy pomóc? Z rozmów z klientami wynikało, że problemem w wykorzystywaniu nagrań jest konieczność odstawienia lokomotywy w celu zgrania materiału. Dlatego opracowaliśmy system, który robi to zdalnie. A żeby zapobiec brakowi nagrań, co 15 minut każdy element systemu jest monitorowany, a kamera przesyła do naszej bazy fragment filmu, w celu oceny spełniania parametrów. Jesteśmy nawet w stanie zdalnie sprawdzić i powiedzieć przewoźnikowi, że… jego kamera jest przybrudzona! – uśmiecha się Pecho. System został nazwany VoD Rail (od Video on Demand – usługi internetowego przesyłania filmów na życzenie – przyp. JM.).

Bezcenne dane

To jednak nie wszystko. W SSK Rail zwrócono uwagę, że kamera wysokiej jakości rejestruje na bieżąco obraz całych linii kolejowych. – To kopalnia bezcennych informacji. Postanowiliśmy je wykorzystać – mówi prezes firmy. System AOM jest pierwszą aplikacją, której działanie będzie opierać się na danych przesyłanych przez kamerę. – Aby jednak rejestratory AOM, zainstalowane na pojazdach, były w stanie rozpoznać sygnalizatory i wybrane sygnały – mówi prezes Pecho – muszą najpierw otrzymać dane wzorcowe, które następnie będą wyszukiwać w obrazach przesyłanych przez kamerę. SSK Rail opracowała oparty o sieci neuronowe algorytm sztucznej inteligencji, który właśnie „uczony jest” wyglądu sygnalizatorów.

Czy to proste? Nie tak, jak się to wydaje. Aby rozwiązanie było przydatne, niezbędne jest pozyskanie wysokiej jakości obrazów obiektów, które sieć neuronowa musi się „nauczyć” rozpoznawać. A do tego potrzebna była paszportyzacja sygnalizatorów. Przygotowano w tym celu – oczywiście – specjalną aplikację „Oznacz semafor”, która pozwala podczas przejazdu oznaczyć odpowiednie miejsca. Do tej pory zarejestrowano ponad półtora tysiąca sygnalizatorów na wybranych trasach – wraz z ich wyglądem i miejscem na mapie z dokładnością do jednego metra. A kadry z kamery pozwalają algorytmom „uczyć się” sygnałów kolejowych, przy współpracy specjalistów. SSK Rail podkreśla, jak dużą pomoc na tym etapie uzyskuje od współpracujących w projekcie przewoźników kolejowych: ŁKA, KD, KW, LHS oraz PNiUIK.

„Kabinówka” i nie tylko

Dzięki temu powstaje system, który przede wszystkim ostrzeże maszynistę o zbliżaniu się do sygnału zabraniającego dalszej jazdy. A jeśli już czoło pociągu minie sygnał „Stój”, system to zauważy i poinformuje o tym centralną aplikację klienta, dając mu możliwość podjęcia działań prewencyjnych. Logicznym kolejnym krokiem będzie rozszerzenie go o informację dla maszynisty o zbliżającym się świetle czerwonym poprzez detekcję sygnału pomarańczowego na uprzedzającym sygnalizatorze. Tak właśnie powstaje System Automatycznego Ostrzegania Maszynisty. Można go uznać za rodzaj uproszczonej sygnalizacji kabinowej, połączonej ze zdalnym raportowaniem zdarzenia i automatyczną archiwizacją nagrania z danej sytuacji, ale za to niewymagającej żadnej inwestycji w infrastrukturę torową.

Co ciekawe, żeby analiza danych była możliwa w tempie wymaganym do tego, by wspomóc maszynistę w czasie rzeczywistym, musi zostać zaspokojone zapotrzebowanie na moc obliczeniową. Stosowane powszechnie przetwarzanie obrazu przez samą kamerę nie wchodzi w grę, dlatego SSK Rail wprowadził światłowodowe połączenie pomiędzy rejestratorem a kamerą. I to w rejestratorze, specjalnie rozbudowanym na potrzeby systemu AOM, dokonywane są niezbędne obliczenia. Co dalej? System w zakresie rozpoznawania sygnałów w trybie jazdy manewrowej powinien być gotów w marcu przyszłego roku. Na początku używać go będzie dziesięć pociągów sieciowych PKP Energetyki, a jeśli założenia się spełnią – zostanie zainstalowany we wszystkich jednostkach tej spółki. Kontynuowane będą prace nad detekcją sygnału pomarańczowego, w trybie jazdy pociągowej. Oczywiście inni przewoźnicy również będą zachęcani do zakupu licencji na oprogramowanie AOM. A SSK Rail, bazując na opracowanym rejestratorze, przygotowuje już kolejne innowacje.