Siguranța în transportul public este una dintre cele mai mari provocări pentru traficul urban dens din marile orașe. Un sistem dezvoltat de inginerii Bosch, prin care tramvaiele au fost dotate cu cameră și radar, avertizează vatmanii de tramvai despre potențialele pericole de pe șine. Într-o analiză din Haga (Olanda), rata coliziunilor frontale raportată la incidentele documentate a scăzut la jumătate pentru tramvaiele echipate cu Tram Forward Collision Warning (TFWC).
Sistemul actual, folosit în zeci de orașe din lumea întreagă, a fost creat acum un deceniu în Germania, iar inginerii români se ocupă azi de integrarea și mentenanța lui pentru clienți. În România, TFWC este instalat pe aproximativ 150 de tramvaie la Iași, Oradea, Brăila și Arad.
Însă o echipă de ingineri de la Centrul de Inginerie Bosch din Cluj are o contribuție esențială în dezvoltarea generației următoare a acestui sistem: Bosch Tram Assist Suite. TFCW este sistemul actual de avertizare la coliziune frontală. Tram Forward Assist este evoluția acestuia în noua generație Bosch Tram Assist Suite.
Inginerii români au primit responsabilitatea principală de a conduce activitatea de cercetare și dezvoltare (R&D) pentru „ochii” noului sistem – camera și inteligența artificială care recunosc șinele, bifurcațiile, mașinile, pietonii, platformele aglomerate, plus senzorii ultrasonici. Acestea sunt componente care fac parte dintr-un ansamblu mult mai avansat, care adaugă radar, LiDAR și geolocalizare.
L-am intervievat pe Ionuț Breabăn, coordonatorul echipei de inginerie Non-Automotive de la Centrul de Inginerie Bosch din Cluj pentru a înțelege mai bine ce înseamnă acest sistem și care este contribuția echipei din România.
Abonează-te la newsletterul PozitiVești
Să înțelegem mai întâi ce face sistemul care dă „ochi și creier” pentru 150 de tramvaie din România
Un vatman de tramvai face, zi de zi, același traseu, în același oraș, cu aceleași opriri. E o muncă în care rutina se poate instala foarte ușor. Iar acea rutină poate fi periculoasă, pentru că contribuie la scăderea atenției.
Imaginează-ți că ești într-un tramvai din Iași sau Oradea, în drum spre muncă, la ora 8:30 dimineața. Orașul e blocat și plouă torențial. Brusc, un pieton grăbit taie calea tramvaiului. Vatmanul, poate obosit sau distras după ore de condus, n-ar fi apucat să vadă la timp pietonul dacă un semnal nu l-ar fi atenționat. „Ochii” tramvaiului au identificat un potențial risc de coliziune și l-au avertizat pe vatman, care a apucat să frâneze din timp. Tramvaiul încetinește, pietonul trece, iar tu, călătorul din tramvai poate că nici n-ai sesizat că un potențial accident a fost evitat datorită tehnologiei.
În acest exemplu ipotetic, a intervenit sistemul Tram Forward Collision Warning (TFCW), adică Sistemul de avertizare în caz de coliziune frontală pentru tramvaie dezvoltat de Bosch Engineering. Acesta funcționează după o logică simplă, aceeași care stă la baza sistemelor din mașini: tramvaiul a fost dotat cu „ochi” care să perceapă lumea, cu un „creier” care să interpreteze ce vede, și cu „mușchi” care să acționeze. La TFCW, ochii sunt senzorii care percep mediul, creierul e unitatea de calcul care analizează informațille în timp real, iar mușchii sunt avertizarea trimisă vatmanului, vizuală și auditivă și, dacă este integrat astfel, declanșarea unei intervenții controlate.
„Este un sistem de asistență care sprijină vatmanul prin monitorizarea continuă a mediului de trafic și furnizarea de avertizări în situații potențial periculoase, dar nu înlocuiește atenția și responsabilitatea acestuia.
Toți conducem, toți suntem șoferi, dar mai puțini dintre noi înțelegem ce înseamnă să ai responsabilitatea de a conduce, zi de zi, un tramvai plin cu oameni, într-un mediu urban.„, explică Ionuț Breabăn.
Când detectează un obstacol, sistemul avertizează vatmanul, iar la cererea operatorului poate activa și o frânare controlată, pentru că într-un tramvai plin, inclusiv cu pasageri în picioare, o frânare bruscă poate face mai mult rău decât o coliziune ușoară.
Sistemul Bosch de primă generație (TFCW), dezvoltat acum un deceniu în Germania, este deja instalat pe peste 3.500 de tramvaie în mai mult de 50 de orașe și rețele de transport din SUA, Australia și multe țări europene. Inclusiv pe 150 de tramvaie din Iași, Oradea, Brăila și Arad. Din această vară Municipiul Iași a devenit primul oraș din România cu o flotă de tramvaie echipată integral cu această tehnologie de siguranță.
Inginerii din România se ocupă azi de integrarea și mentenanța acestui sistem, însă munca cea mai importantă a echipei din Cluj se întâmplă acum altundeva, la generația care urmează să ajungă pe șine.
Cum înveți un computer să recunoască șine de tramvai
Generația nouă a sistemului este mult mai complexă decât cea actuală. Pe lângă camera și radarul de bază, adaugă senzori LiDAR (o tehnologie de scanare care folosește laserul pentru a măsura distanțe, pentru precizie geometrică și detectarea „spațiului liber” din fața tramvaiului), senzori ultrasonici (pentru zona imediat apropiată, la viteză redusă) și geolocalizare.
Din tot acest ansamblu, inginerii români de la Centrul de Inginerie Bosch din Cluj sunt responsabili de dezvoltarea modulului de Percepție Video și a celui de Senzori Ultrasonici pentru noua generație de tramvaie inteligente. Partea care ține de radar, LiDAR și localizare, este dezvoltată în mare parte de colegii lor din Germania.
Munca inginerilor români folosește inteligența artificială și algoritmi de tip deep learning (rețele neuronale convolutive) pentru a învăța camerele video să interpreteze lumea din jur. Camera trebuie să recunoască ce anume contează pe o cale de rulare de tramvai, iar asta e foarte diferit de o mașină.
„Tramvaiele sunt mai înalte și atunci trebuie să adaptezi sistemul pentru a detecta obiectele dintr-o perspectivă diferită. În loc de marcaje rutiere, sistemul trebuie să identifice șine. Un alt element specific sunt platformele de îmbarcare, unde pasagerii așteaptă tramvaiul. Spre deosebire de mașini, sistemul trebuie să monitorizeze constant aceste zone, deoarece ele necesită o atenție deosebită din perspectiva siguranței.”, explică Ionuț.
Tot echipa din Cluj dezvoltă și modulul Focus Assist. Sistemul folosește o cameră orientată spre interiorul cabinei, similară tehnologiilor de monitorizare a șoferului din mașini, capabilă să sesizeze semne de oboseală, de distragere sau poziționare neobișnuită a vatmanului. Toată procesarea informațiilor se face în unitatea centrală de procesare, instalată în tramvai.
Cine sunt inginerii români din spatele noului sistem – Bosch Tram Assist Suite
Ionuț Breabăn a lucrat aproape toată cariera lui în industria auto. Acum patru ani a ales să treacă la Centrul de Inginerie Bosch din Cluj, atras de două lucruri: șansa de a lucra pe transport public, cu impact la nivelul unei comunități întregi, nu doar al fiecărui șofer în parte, și faptul că Centrul de Inginerie din Cluj era, la vremea aceea, una dintre puținele locații cu o echipă dedicată de computer vision aplicat pe mobilitate.
Astăzi, din poziția de Group Leader în cadrul diviziei Non-Automotive a Centrului de Inginerie, el coordonează o echipă dedicată de ingineri români. O parte din această echipă a primit pe mână responsabilitatea principală de a conduce activitatea de cercetare și dezvoltare (R&D) pentru modulele centrale ale noului sistem. Munca lor se concentrează pe o provocare uriașă: în timp ce în industria auto clienții (marii producători) știu exact ce specificații vor de la o tehnologie, în lumea transportului public lucrurile sunt mult mai complicate.
„În automotive, vorbim despre standarde foarte clare. Producătorii auto știu exact ce își doresc. Provocarea este, în principal, să adaptezi tehnologia la cerințele lor. Dar când vine vorba despre transportul public, lucrurile stau diferit. Atunci când discuți cu un operator sau cu un vatman cel mai des vei auzi: «Mi-aş dori un sistem care să contribuie la reducerea numărului de accidente.». Provocarea este mai mare pentru că trebuie să găsești o soluție care să fie acceptată și de către vatman și operator, dar să fie și viabilă din punct de vedere financiar și tehnic”, spune Ionuț Breabăn.
Ce fel de inginer caută Bosch pentru un asemenea proiect? Nu neapărat un specialist restrâns pe o singură tehnologie, ci unul flexibil, dispus să lucreze cu senzori și sisteme destul de diferite.
„Avem nevoie de ingineri flexibili și dispuși să lucreze cu tehnologii din foarte multe arii diferite: video, ultrasonic, radar, LiDAR, geolocalizare, plus o platformă centrală complexă care rulează Linux. Chiar dacă folosim tehnologii cunoscute în industrie, provocarea este să le adaptăm unui domeniu cu cerințe foarte specifice. Nu este o situație în care preiei o soluție existentă și o reproduci. În zona tramvaielor trebuie să înțelegi nevoia operatorului și să dezvolți soluții potrivite pentru acel context. Este nevoie de creativitate pentru a găsi tehnologii care oferă atât performanță ridicată, cât și viabilitate din punct de vedere economic.”, completează Ionuț.
Un tramvai de test pe străzile Clujului
Pentru a dezvolta acest sistem, inginerii români au avut nevoie de un laborator. Și pentru că nu poți cumpăra un tramvai pe care să-l rulezi pe o pistă privată, Centrul de Inginerie Bosch a încheiat un parteneriat cu Compania de Transport Public (CTP) din Cluj-Napoca, Universitatea Tehnică din Cluj-Napoca și Primăria Cluj-Napoca.
Astfel, pe șinele din oraș circulă un tramvai-laborator unicat, plin de stickere Bosch și echipat cu senzori, de unde echipa lui Ionuț colectează zilnic date din traficul real.
„Avem o colaborare foarte bună cu operatorul din Cluj și beneficiem de acces la depou și la un tramvai real pentru activitățile de testare. Pentru noi, ca echipă de dezvoltare, acest lucru este esențial. Chiar dacă am instala echipamentele pe un alt vehicul, nu am putea reproduce aceleași condiții și caracteristici de exploatare. Accesul oferit de CTP Cluj ne permite să obținem feedback direct din trafic și să testăm inclusiv situațiile rare, dar critice, care pot apărea în intersecții.”, descrie Ionuț colaborarea cu operatorul de transport din Cluj.
Motivul de mândrie al inginerilor români
Deși încă în fază de testare, industrializare și pregătire pentru implementări viitoare, varianta actualizată a noului sistem, la care lucrează inginerii Centrului de Inginerie Bosch din Cluj, a demonstrat îmbunătățiri ale performanței pentru anumiți parametri evaluați în cadrul testelor interne, comparativ cu sistemul aflat acum în producție.
Pentru echipă, asta a fost o surpriză plăcută:
„Datorită algoritmilor dezvoltați de echipă și utilizării unor generații noi de senzori, rezultatele obținute până acum în cadrul testelor interne sunt foarte promițătoare. În anumite scenarii, noua generație a sistemului a demonstrat performanțe îmbunătățite comparativ cu soluția actuală. Nu ne așteptam să ajungem atât de repede la acest nivel de maturitate, iar acest progres se datorează expertizei și implicării echipei de ingineri.”, completează Ionuț Breabăn.
Sistemul nou este deja disponibil comercial pentru operatori din toată lumea ca o alternativă la sistemul actual, folosit deja cu succes.
Pentru inginerii Centrului de Inginerie Bosch din Cluj, e un moment de tranziție clară: de la a menține o tehnologie creată de alții, la a decide, efectiv, ce vede și cum reacționează tramvaiul viitorului, cu un rol tot mai mare într-un domeniu în care fiecare secundă de avertizare în plus poate face diferența.
Un produs de o asemenea complexitate demonstrează că România nu mai este de mult doar o destinație de outsourcing în IT, ci un hub major de cercetare și inovare.
***
Articol realizat cu sprijinul Centrului de Inginerie Bosch din Cluj-Napoca.
