Проект модернизации системы контроля бодрствования машиниста

1.

ПРОЕКТ МОДЕРНИЗАЦИИ
СИСТЕМЫ КОНТРОЛЯ
БОДРСТВОВАНИЯ МАШИНИСТА
Студент группы СЗИ66ЭТЖ
Руководитель
(доцент)
Н.А. Батраков
В.В. Трофимович

2.

2 Конструкция систем контроля бодрствования
машиниста
Структурная схема ТСКБМ
Конструкционные блоки ТСКБМ
Антенна
Входные электроды
Сопротивле
ние кожи
Логарифмический
преобразователь
Передатчик
радиоканала
Дельта АЦП
Формирователь
кодовых посылок
1 канал УВЧ
Детектор
Коррелятор
Обработка
2 канал УВЧ
Детектор
Коррелятор
Выбор
максимума
К блоку
ТСКБМ-К
Интерфейс
ИРПС
ТСКБМ, исполнение для работы с системой БЛОК
Индикатор
Расположение блоков ТСКБМ на локомотиве

3.

3
Основные технические требования к ТСКБМ
СИСТЕМА ТСКБМ ПРЕДНАЗНАЧЕНА ДЛЯ
КОНТРОЛЯ БОДРСТВОВАНИЯ
МАШИНИСТА, УСТАНАВЛИВАЕМОГО
ПУТЕМ НЕПРЕРЫВНОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ
ИЗМЕНЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО
СОПРОТИВЛЕНИЯ КОЖНОГО ПОКРОВА
РУКИ МАШИНИСТА
В случае определения ТСКБМ того, что
временные интервалы между импульсами
кожно-гальванической реакции (КГР)
превышают установленную величину,
ТСКБМ вырабатывает сигнал с требованием
нажатия рукоятки бдительности (РБ) для
контроля работоспособности машиниста
СИСТЕМА ТСКБМ ПРЕДСТАВЛЯЕТ СОБОЙ
ИЗМЕРИТЕЛЬНУЮ СИСТЕМУ В КОТОРОЙ
СОВЕРШАЮТСЯ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ
ПРЕОБРАЗОВАНИЯ И ПРОВОДИТСЯ
МАШИННАЯ ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ
Входной поток данных содержащий
информацию об изменениях электрического
сопротивления во времени обрабатывается и
на выходе генерируется код, используемый
для запроса на подтверждение
работоспособности
РАБОТОСПОСОБНОСТЬ МАШИНИСТА
ХАРАКТЕРИЗУЕТСЯ ТОЛЬКО
ИНТЕРВАЛОМ МЕЖДУ ДВУМЯ
ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫМИ ИМПУЛЬСАМИ
КГР 10 ~ 65 СЕКУНД.
ПАРАМЕТРЫ ИМПУЛЬСА КРГ ДОЛЖНЫ
ЛЕЖАТЬ В ПРЕДЕЛАХ ОТ 5 ДО 12500 Ом
Запрос на подтверждение работоспособности
осуществляется при превышении
критического значения 60сек.
(применяется метод обработки одного
аналогового сигнала)

4.

4 Эксплуатация ТСКБМ с отсутствием
проверок
Фрагмент файла поездки перед столкновением с отсутствием
запроса от ТСКБМ на подтверждение бдительности
Линия регистрирующая
проверки бдительности
ТСКБМ
включен
ТСКБМ
включен
Фрагмент файла поездки перед проездом
запрещающего сигнала светофора
Запрос работоспособности
после проезда светофора
Запрос работоспособности
ввиду кратковременной
потери связи радиоканала

5.

5 Эксплуатация ТСКБМ с множественными
проверками
Фрагмент файла поездки с большим числом запросов от
ТСКБМ на проверку бдительности
Нажатие РБС
Фрагмент файла поездки с возможной причиной
частого запроса бдительности: низкий заряд элемента
питания носимой части
Нажатие РБС на
подтверждение
бдительности
Запрос ТСКБМ на
подтверждение
работоспособного
состояния
Запросы ТСКБМ на
подтверждение
работоспособного
состояния
Фрагмент поездки с запросом ТСКБМ на подтверждение
бдительности, когда машинист готовится выполнить
торможение перед запрещающим показанием светофора
Файлы поездки одного машиниста на разных
локомотивах с одной носимой частью
Нажатие РБС
Поездка локомотив 3ЭС5К№907 запрос на
подтверждение работоспособности 45 раз в
течение 6 часов поездки
Запрос ТСКБМ на
подтверждение
работоспособного
состояния
подтверждение работоспособного
состояния по предварительной
световой сигнализации от ТСКБМ
Поездка локомотив 3ЭС5К№1067 запрос на
подтверждение работоспособности 13 раз в
течение 7 часов поездки

6.

6
Возможности обхода системы ТСКБМ

7.

7
Выводы по эффективности системы ТСКБМ
и её недостатки
СИСТЕМА ТСКБМ НЕ ВЫПОЛНЯЕТ СВОЕЙ
ЗАЯВЛЕННОЙ ФУНКЦИИ – НЕПРЕРЫВНОЕ
ОБЕСПЕЧЕНИЕ КОНТРОЛЯ СОСТОЯНИЯ
БОДРСТВОВАНИЯ
СИСТЕМА ТСКБМ НЕ ОБЕСПЕЧИВАЕТ
УСТОЙЧИВУЮ РАБОТУ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ
РЕЖИМАХ ЭКСПЛУАТАЦИИ
СИСТЕМА ТСКБМ ИМЕЕТ НИЗКУЮ
НАДЕЖНОСТЬ
СИСТЕМА ТСКБМ НЕ КОНТРОЛИРУЕТ
ДЕЙСТВИЯ МАШИНИСТА
ЗАВЫШЕННАЯ СТОИМОСТЬ НОСИМОЙ
ЧАСТИ ТСКБМ-Н ПРИ МАЛОМ СРОКЕ
СЛУЖБЫ
Допускаются нарушения безопасности движения
связанные с потерей бдительности машиниста и
отсутствием запроса на работоспособность. В
течение практически 30 лет эксплуатации
ТСКБМ не совершенствовалась
Массовые случаи запроса работоспособности
машиниста при нахождении в фактически
бодром состоянии, что в конечном итоге
отвлекает машиниста в осуществлении функций
управления локомотивом
Неисправности носимой части ТСКБМ-Н в
период гарантийного срока (1год), а также в
период заявленного срока службы 5лет
Заложена функция обработки только одного
аналого-цифрового сигнала (КГР). Не разработан
алгоритм контроля постороннего вмешательства.
Отсутствие достаточного количества носимых
частей в ТЧЭ. Вследствие чего допускается
эксплуатация локомотивов оборудованных
ТСКБМ без ее использования

8. Варианты замены системы контроля бодрствования

8
Варианты замены системы контроля
бодрствования
Автоматизированная система онлайн-мониторинга
функционального состояния и помощи машинисту
Штурман определяет засыпание за 2-3 минуты до того, как
оно наступает.
Штурман определяет потерю внимания от усталости,
монотонии или стресса.
Штурман определяет потерю внимания и ухудшение
самочувствия от заболеваний широкого спектра, в том числе
сердечно сосудистых.
Система контроля машиниста на основе машинного
зрения представляет собой решение, основанное на
использовании комплекса моделей машинного
обучения для анализа видеопотока с камеры,
установленной в кабине локомотива. Эта система
разработана с целью непрерывного мониторинга
состояния машиниста и предотвращения возможных
рисков, связанных с его работоспособностью и
вниманием во время управления поездом

9. Алгоритм работы системы видеофиксации с искусственным интеллектом

9
Алгоритм работы системы видеофиксации
с искусственным интеллектом
Система использует алгоритмы, которые
ищут характерные признаки лица (глаза,
нос, рот) на изображении, чтобы
определить наличие лица.
Алгоритм "вырезает" и
"выравнивает" лицо на
изображении, чтобы учесть
различные позы и освещение.
Обнаружение лица
Захват изображения
Анализ лица преобразуется в
цифровой код (вектор) – уникальный
идентификатор, подобный отпечатку
пальца.
Трансформация
изображения в данные
да
Идентификация: есть
ли отклонения от
нормы?
Под отклонением понимается: снижение
работоспособности, отвлечение от
нет управления локомотивом, сон, разговор по
телефону и другие ситуации, которые могут
привести к нарушению безопасности
движения
Подача сигнала на
подтверждение
бдительности
да
Есть реакция?
Основные компоненты системы включают:
– камеру для фиксации лица машиниста и датчики
состояния транспортного средства;
– блок обработки данных, содержащий нейросеть;
– систему оповещения, которая предупреждает
машиниста в случае выявления признаков
усталости.
Например, свисток ЭПК
нет
Структурная схема предлагаемой системы
контроля бодрствования и действий машиниста
Датчики состояния
транспортного
средства
Камера для фиксации
лица машиниста
Остановка
Сбор первичных признаков
Блок обработки
данных
Специализированный
API
Воздействие на
тормоза поезда
Передача
информации в блок
обработки данных
Включение ЭПК или системы САУТ
Формирование запросов для
блока обработки данных
Формирование итоговой выборки
Агрегированный набор
моделей машинного
обучения
Итоговый
классификатор
Система
оповещения

10. Структурная схема включения AI в цепи КЛУБ-У

10 Структурная схема включения AI в цепи
КЛУБ-У

11. Выводы:

11
Выводы:
1) проведенный анализ показал, что существующая
система контроля бодрствования выполняет свои
функции со значительными отклонениями;
2) внедрение системы на основе ИИ позволит
объективно оценивать работоспособность
машиниста и самостоятельно принимать решения о
включении режима проверки и запроса
работоспособности машиниста;
3) экономический эффект от предотвращения
незапланированных остановок поездов составит
36 370 руб.