Projekt simulátoru pro detekci překážek na železnici

Za tímto účelem bude použita soustava HW čidel, sofistikovaná architektura zpracování dat a nástroje umělé inteligence pro finální identifikaci překážek a jejich interpretaci. Jako důležitá podpora pro vývoj detekčního systému překážek je součástí projektu vytvoření softwarového simulátoru pro virtualizaci traťových podmínek a realizaci testovacích jízd v laboratorním prostředí.

V takto vytvořeném prostředí bude možné vytvářet krizové situace, které analogicky mohou vznikat i na reálné trati. Také bude možné simulovat různé stavy počasí např. déšť, sníh, mlhu a ovlivnit tak generovaná výstupní data. V rámci řešení simulátoru budou specifikovány konkrétní důležité scénáře, jež mohou nastat a budou vybrány důležité parametry virtuálního prostředí, které bude možné ovlivnit, a to zejména za účelem vymezení komplexnosti simulátoru a současně zajištění požadované variability a věrohodnosti dat nezbytných pro trénování detekčního algoritmu.

Projekt, ve kterém je úkolem IT4Innovations vytvoření 3D virtuálního prostředí simulátoru a generování dostatečného množství kvalitních dat pro trénování detekčního algoritmu, má v současné době za sebou první fázi. Společnost IXPERTA navrhla konstrukci pro senzory, osadila testovací soupravu těmito senzory a zahájila sběr dat. Jako senzory, jež mají na trati ideálně umožnit detekci předmětů za všech okolností, byly použity vizuální kamera, termální kamera, laserové čidlo a senzor pro určení polohy vlaku. Analogie těchto senzorů budou použity také při vytváření softwarového simulátoru v IT4Innovations.

V současné době, na rozdíl od automobilové dopravy, na trhu neexistuje dostupný, obecně použitelný software, který by dokázal virtuálně napodobit vstupy pro učící se detekční systém na reálné železniční trati včetně klimatických a jiných omezujících podmínek. „Pro tvorbu věrohodného virtuálního prostředí z oblasti železniční dopravy bylo nezbytné brát v úvahu velké množství dat jako je výškopis terénu, rastry vegetace, reálné profily rychlosti vlaku a různé typy statických či dynamických objektů. Vzhledem k výpočetní náročnosti generovaných dat je v rámci projektu využívána infrastruktura IT4Innovations,“ uvádí Petr Strakoš, hlavní řešitel projektu v IT4Innovations.

V první etapě projektu byl modelován úsek trati mezi stanicemi Třebenice město – Dlažkovice. Došlo k vytvoření 3D scény, která obsahuje základní terén, objekty vegetace a křivku trati, jež slouží k modelování kolejí (objekty náspu, kolejí a pražců). Dle zadaného data a času byla vypočtena konkrétní fáze dne a nastavena pozice slunce a vzhled oblohy. Pro trať byly vytvořeny statické a dynamické objekty, které jsou následně umístěny do scény. Do takto vytvořeného prostředí byl dosazen objekt prototypu vlaku s kamerou a dalšími prvky nutnými pro simulaci čidel. Podle zadaných událostí byl spočítán pohyb/animace vlaku a dalších dynamických objektů. Ve vygenerovaném prostředí lze simulovat různé klimatické stavy a efekty počasí. Efekty jako mraky a sníh byly v první etapě projektu ve fázi experimentů.

Aktuální výstupy, které je schopen simulátor generovat, jsou obraz z RGB kamery, hloubková mapa, LIDAR a segmentační mapa s rozdělením objektů podle jejich typu (ground truth). Hloubková mapa je získávána automaticky při použití metody sledování paprsku a lze ji v budoucnu použít jako zdroj pro výpočet LIDAR dat, které jsou aktuálně získávány jiným způsobem. Ground truth záznam představuje důležitý výstup nezbytný pro trénování algoritmu detekce překážek, k čemuž dojde v další etapě projektu. Současně s těmito výstupy je v textové podobě generována také informace o poloze vlaku v GPS souřadnicích a informace o orientaci vlaku (azimut, elevace).

Ve druhé etapě projektu bude pokračovat implementace simulátoru. Důraz bude kladen na dosažení vyšší míry realističnosti syntetických dat pomocí modifikace augmentačními filtry na principu neuronových sítí. Bude také modelována trať mezi stanicemi Žďár nad Sázavou – Nedvědice s cílem dosažení maximální shody mezi modelem a reálným úsekem trati. Důležitou roli v této etapě projektu bude hrát také ověřování zvolených konceptů použitých v simulátoru s reálným chováním. Může se jednat například o věrnost pohybu virtuálního vlaku a porovnání podobnosti vybraných úseků simulované tratě s reálnými úseky tratě atd.

Projekt Výzkum a vývoj funkčního vzorku železničního vozidla se schopností sběru dat a softwaru – simulátoru se schopností generování dat pro trénování detekce překážek v simulovaných podmínkách, číslo FW01010274, je spolufinancován se státní podporou Technologické agentury ČR v rámci Programu TREND.