BRPI0608672A2 - simulador de trem multimìdia - Google Patents

Abstract

SIMULADOR DE TREM MULTIMìDIA. A presente invenção refere-se a um simulador de trem, incluindo um microprocessador, uma tela e um dispositivo de entrada para o microprocessador. Um programa ativa a tela com os dados de trilha durante a simulação,determina se uma exceção ocorreu durante a simulação, e proporciona uma mensagem multimídia se uma exceção ocorreu.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "SIMULADOR DE TREM MULTIMÍDIA".

Referência Cruzada

O presente pedido reivindica o benefício de e incorpora aqui a título de referência o pedido de patente provisório US série NQ 60/668 97, depositado em 7 de abril de 2005.

Antecedentes e Sumário da Invenção

A presente invenção refere-se genericamente a simuladores de locomotivas de trens e estações de reprodução e mais especificamente de aperfeiçoamentos nos mesmos.

Estações e simuladores de reprodução, por exemplo, o Train Dynamics Analyzer (TDA), uma ferramenta antiga para o treinamento de Maquinistas oferecida pela Train Dynamics Service Group da New York Air Brake Corporation, tem sido usados para treinar maquinistas. A funcionalidade do TDA foi otimizada para auxiliar a treinar maquinistas a como melhor manobrar seus trens. Construções de simuladores com modelos matemáticos são ilustradas nas patentes US 4 041 283; 4 827 438 e 4 853 883. Capacidade complementar foi acrescentada para investigar acidentes reproduzindo os dados do gravador do evento através do TDA, monitorando parâmetros físicos críticos. Durante anos, dados foram recolhidos de trens equipados com instrumentos e experimentos de laboratório, permitindo o refinamento dos modelos usados pelo TDA. Coletores de dados a bordo para descarga são ilustrados nas patentes US 4 561 057 e 4 794 548.

À medida que mais maquinistas se familiarizaram com o mostrador TDA através de sessões de treinamento, tornou-se aparente que uma versão em tempo real do TDA na cabine de uma locomotiva ofereceria substanciais vantagens na manipulação de trens aperfeiçoada. Construções precedentes para controladores por computador a bordo são ilustradas na patente US 4 042 810 com uma descrição de modelos matemáticos. Um sistema Locomotive Enginneer Assist Display and Event Recorder (LEADER), como descrito na patente US 6 144 901, em uma versão otimizada em tempo real do Analisador Dinâmico de Trem (TDA).O sistema LEADER tem a faculdade de exibir em tempo real ou representação "ao vivo" de um trem sobre uma via atual, a via permanente à frente, a interação dinâmica dos vagões e locomotivas (extremidade dianteira e traseira), e o estado atual do sistema de freio pneumático. Como uma 5 ferramenta para o maquinista, o sistema LEADER permite o discernimento quanto ao efeito de variações de aceleração e aplicações de freio através da totalidade do trem permitindo realimentação (feedback) e informações ao maquinista não atualmente disponíveis. As informações prestadas pelo sistema LEADER oferecem uma oportunidade tanto para manuseio mais segu-

ro como mais eficaz levando a enormes benefícios econômicos potenciais.

O sistema LEADER tem todas as informações necessárias para predizer o estado futuro do trem dada uma gama de alterações de comando futuras (o que; se cenários). Com esta faculdade, o sistema LEADER pode assistir as ferrovias no identificar e implementar um alvo operacional deseja-

do, minimizar o tempo para destino, maximizar o rendimento de combustível, minimizar as forças no trem(etc) ou uma combinação ponderada das mesmas. LEADER efetuará cálculos baseados sobre o alvo operacional e o estado atual do trem para fazer recomendações para Equipe da Locomotiva sobre que mudanças operacionais melhor atingirão estes alvos.

Telas para simuladores de trens são exemplificados pela figura 5

da patente US n2 6 144 901. Inclui exibição de condições através da totalidade dos trens em representações gráficas, assim como exibição de valores numéricos. Outro tipo de tela conhecida pela designação Strip Chart Display, é exemplificado pela figura 5 da patente US n9 4 236 215. Ambas as formas

prestam diferentes tipos de informações para diferentes finalidades. Ainda que a tela do simulador do sistema LEADER proporcione forças através da totalidade do trem, o Strip Chart presta um registro histórico em uma modalidade reprodução de valores em função do tempo. Também, estes sistemas têm operado quer na modalidade reprodução quer em uma modalidade de

simulação sem qualquer cruzamento.

O Simulador TDS-5000, disponível da New York Air Brake Corporation, proporciona a faculdade de desenvolver um cenário de treinamentobaseado em uma programação de eventos que apresentam várias circunstâncias ou prontidões para o estudante baseado em circuitos de disparo. Os gatilhos podem ser o início de uma sessão, a localização do trem, o valor excedente de um nível definido de um parâmetro, etc, cada um essencial-5 mente criando uma exceção. Como uma exceção é reconhecido, um instrutor é provida uma série de opções que efetivamente representam conseqüências. As conseqüências podem incluir (entre outras) dedução de pontos em um escore, descontinuar a simulação devido a uma "penalidade fatal" i" ou pausar a simulação para permitir a um instrutor intervir e oferecer instru- ção ao estudante.

Um simulador aperfeiçoado da presente invenção detecta uma exceção e foi programado para pausar a seleção e apresentar uma conseqüência multimídia ou mensagem de instrutor para o estudante. Estas podem ser de um ou mais de som, vídeo e texto. A apresentação pode incluir leituras sobre tópicos aplicáveis, texto que reflita regras operacionais, e vídeo clipes para reforçar uma mensagem de instrutor.

A apresentação também pode incluir um texto que requeira que o estudante, atuando através do simulador, demonstre conhecimento ou proficiência. O texto pode assumir a forma de um texto escrito (entrada do tipo de teclado), texto de múltipla escolha, uma operação de anulação de texto, ou uma resposta de áudio. A operação de simulação de texto pode ser pré-selecionada como uma função de exceção. Toda interação com o sistema é gravada com o registro eletrônico criado com a simulação criando um arquivo completo e reproduzível representando a inteira sessão dos estudantes. A resposta de estudante pode ser incorporada em um critério de marcação de pontos ou graduação para a sessão.

O programa descontínua a simulação com a ocorrência da exceção e não é reiniciado até uma conseqüência identificada na mensagem de multimídia ter sido completada. A simulação é reiniciada em um ponto pré-selecionado em uma operação de simulação em função de pelo menos uma da exceção e a resposta do operador à mensagem de multimídia.

Demais objetivos, vantagens e novos aspectos característicosda presente invenção se evidenciarão da descrição detalhada que se segue quando considerada em conjunção com os desenhos apensos. Descrição Sucinta dos Desenhos

A figura 1 é uma vista em perspectiva de um simulador portátil e estação de reprodução.

A figura 2 é um fluxograma do processo de simulação de acordo com a presente invenção.

Descrição Detalhada das Modalidades Preferenciais

Embora o presente sistema seja descrito utilizando um simulador portátil ou um dispositivo de reprodução 10 ilustrado na figura 1, é aplicável a qualquer simulador dotado ou programado para ter apresentações de multimídia. É ilustrado como um computador pessoal (P.C.) portátil. Inclui um microprocessador e uma tela integral 12. Inclui um dispositivo de entrada para o microprocessador. O dispositivo de entrada inclui um teclado 14, um mouse 16 ou a tela de toque da tela 12. O programa para simulação ou playbacké incluído no microprocessador ou pode situar-se em um microprocessador remoto 18. O simulador portátil 10 pode ser conectado com o microprocessador remoto 18 por uma rede 19. A rede pode ser, por exemplo, a Internet.

A tela 12 pode ser uma tela dividida, como ilustrado, com uma

torre de controle virtual 11 e uma representação de uma via a ser percorrida 13. Alternativamente, as telas 11 e 13 podem ser telas de completas com a faculdade para comutar entre elas. Como ocorre com muitos outros sistemas baseados em software, múltiplas telas podem ser exibidas lado a lado, escalonadas ou reduzidas em tela completa e restaurada.

A maioria das indicações e controles representados são aqueles disponíveis sobre uma torre de controle padrão. A posição das indicações para o freio dinâmico manual, freio independente, freio automático e aqueles elementos na unidade remota são controladas por um dispositivo de entrada.

Como previamente exposto, este pode ser um teclado 14, o mouse 16 ou um comando por tela de toque. Um ou mais programas de software podem ser previstos para ativar a tela para exibir os vários elementos da torre de con-trole virtual 11, assim como a alteração dos controles em resposta à entrada de controle do dispositivo de entrada. Outros dispositivos de controle também podem ser implementados com a torre de controle virtual 11. Estes podem incluir acelerador e freio dinâmico combinado e freio dinâmico e outras interfaces de potência distribuídas.

A representação da via 13 pode ser um vídeo do trilho ou CG1, como ilustrado na figura 1, que mostra uma via mais um cruzamento e uma luz de sinalização. Um segundo programa no simulador portátil 10 tem arquivo de dados da via ou linha e o apresenta quando o trem se desloca ao longo da via. Este segundo programa é também responsivo às entradas do primeiro programa ou mesa de controle para progredir apropriadamente ao longo da via baseado sobre as condições armazenadas da via provenientes do arquivo de dados, assim como insumos do acelerador e freios da mesa de controle 11.

A visão da via também pode ser proporcionada no mesmo soft-

ware para, e constituir uma alternativa à mostra de gráfico ou vídeo da figura 1. Se o sistema LEADER é disponível nas locomotivas para aquela ferrovia, a tela LEADER seria preferível para fins de treinamento. Deve também ser observado que uma tela LEADER completo, como mostrado na figura 5 da

patente US 6 144 901, também pode ser provido no simulador portátil 10.

Enquanto a tela de controle de parâmetros operacionais é para o presente parâmetro operacional, a tela na parte de via 13 está correlacionada com a posição da via e representa um histórico das condições operacionais quando a locomotiva dianteira percorre a via. Ambas também podem

' ser exibidas. Se a tela do tipo LEADER padrão é usada, as condições atuais dos parâmetros operacionais são ilustradas como parte da mostra de via 13.

Também, a tela pode incluir uma representação gráfica em tira de parâmetros operacionais. Isto ilustra o histórico do parâmetro correlacionado com a localização da via. Muito embora a representação gráfica em tira

possa mostrar o histórico de uma parte ainda não alcançada pelo trem, em uma modalidade simuladora exibirá somente aquela parte percorrida pelo trem. Na modalidade de reprodução, o arquivo de dados inclui a representa-ção da via e de seus parâmetros operacionais associados. A mostra de parâmetros operacionais também pode ser configurada para exibir valores à frente do trem se assim desejado pelo usuário na modalidade de reprodução. A referência a estas mostras é realizada na figura 3 do pedido de paten- te US publicado — US 2004-0030538AA1 datado de 2 de fevereiro de 2004 depositado em 4 de agosto de 2002.

Deve ser observado que a tela 13 pode ser usado sobre qualquer simulador ou estação de reprodução quer seja portátil quer não. Pode ser usado com ou sem um posto de controle para análise por playback de dados recolhidos de um trem em uma operação específica com os parâmetros operacionais correlacionados com as informações da via.

Os parâmetros operacionais a serem exibidos podem ser selecionados. Estes podem incluir, porém sem estar limitados à esforço de tração, esforço de freio dinâmico, pressão de tubo de freio do término do trem, forças operacionais de entrada/saída (RIO), pressões de sistema de freio, relação de força lateral para vertical (L/V), corrente do motor de tração, tensão do motor de tração, velocidade, limite de velocidade, aceleração, direção, forças de amortecimento/tração, mínima redução de tubo de freio segura, efetiva redução do tubo de freio, combustível consumido, uso de buzina, uso de campainha, ajuste de válvula e aplicação de freio dinâmica. Este sistema também pode automaticamente identificar exceções, tal como excesso de velocidade, e destacar estes eventos na tela.

O inteiro histórico de uma operação pode ser exibido em uma estação de playback e somente aquela que transpirou seria exibida em um simulador. O sistema de playback permitirá ao operador selecionar uma locação ao posicionar a trilha quer em uma representação de diagrama em tiras quer em uma representação do sistema LEADER e ser suscetível de ir e vir entre as duas. Todos os dados apresentados seriam exatos para cada tela com a posição do trem no playback sendo preservada.

O simulador portátil e a estação de playback (reprodução) 10, ou qualquer outro simulador e estação de reprodução, quer portátil quer não.também pode ser munida de um programa para permitir a transição deplayback (reprodução) para simulação como descrito no pedido de patente publicado US série N9 2004-0030538A1, que é aqui incorporado a título de referência.

Deve ser observado que o arquivo de dados com os parâmetros operacionais correlatos pode ser de uma locomotiva efetiva, por exemplo, dados de gravador de eventos, uma operação de simulação anterior ou de outras fontes ou fórum. O arquivo de dados de trilha ou temporalmente codificados podem ser manualmente criados, por exemplo, por inscrição, ou pode ser uma modificação de dados pré-existentes para criar situações às quais o engenheiro deve responder ou suprimir informações ausentes ou suspeitas corrigidas no determinar a causa de um acidente ou de outra pane.

A faculdade de comutar entre reprodução e simulação permite ao operador tentar diferentes cenários ao analisar dados pré-gravados para determinar procedimentos corretivos apropriados, assim como para ajustar as variáveis para determinar causas de condições existentes pré-gravadas.Se tratar-se de uma operação pré-gravada efetiva do maquinista, permitirá ao mesmo tomar diferentes decisões para ver quais são os resultados. Um simulador aperfeiçoado da presente invenção detecta uma

exceção e detém a sessão e apresenta uma conseqüência multimídia ou mensagem do instrutor para o estudante. Estas podem ser uma ou mais de áudio, vídeo, e texto. A apresentação pode incluir preleções sobre tópicos aplicáveis, texto que reflita normas operacionais, e vídeo clipes para reforçar

a mensagem de um instrutor. A simulação é descontinuada com a detecção da exceção e não é reiniciada até conseqüência ter sido efetuada. Esta pode ser conclusão de mensagem de uma entrada requerida proveniente do operador estudante.

Como especificamente mostrado no fluxograma da figura 2, a simulação se inicia em 20. Uma exceção ocorrendo durante a simulação é detectada em 22 e a simulação é descontinuada em 24. Baseado sobre a exceção e opções feitas pela companhia ou pelo instrutor, uma conseqüên-cia e/ou mensagem é determinada em 26 e comunicada pelo simulador ao operador estudante. O simulador determina a resposta do operador em 28 e se a resposta é apropriada, a simulação é reiniciada em 30.

A apresentação da conseqüência e/ou mensagem também pode incluir um teste que requer ao operador estudante, atuando através do simulador, a demonstrar conhecimento ou competência. O teste pode assumir a forma de um texto escrito (entrada tipo via teclado), teste de múltipla escolha, uma operação de simulação de teste, ou uma resposta de áudio. A operação de simulação de teste pode ser a mesma operação na qual a exceção ocorreu ou diferentes operações baseadas sobre a exceção e pré-programação pelo instrutor ou a companhia. Também, quando a simulação reinicia-se, necessita não reiniciar-se no mesmo sítio em que foi descontinu-ada. Pode reiniciar-se em ponto predeterminado na mesma operação ou em uma operação diferente em função da pré-programação baseada sobre a exceção e/ou a resposta do operador à conseqüência e/ou mensagem.

Toda interação com o sistema é gravada com o registro eletrônico criado com a simulação criando um arquivo completo, e reproduzível representando a inteira sessão dos estudantes. A resposta do estudante pode ser incorporada à marcação de pontos ou ao critério de avaliação ou gradação para a sessão.

A determinação de exceção que ativaria uma conseqüência poderia, por exemplo, ser determinada utilizando partes da técnica e análise de manuseio do trem da patente US 6 332 106 e o reporte de exceção variável da patente US 6 748 303.

O conjunto de instrumentos de instrutor fornecido com o simulador confere a faculdade de gerenciar um catálogo de conteúdo de mídia para inclusão através de múltiplos cenários. O instrutor pode então compartilhar e reutilizar as várias mídia para criar cenários de treinamento.

Embora a presente invenção tenha sido descrita e ilustrada em detalhe, deve ser claramente entendido que a mesma é apresentada a título de ilustração e exemplo apenas e não deve ser tomada a título de limitação. O espírito e âmbito da presente invenção devem ser limitados pelos termosdas reivindicações apensas.

Claims (10)

1. Simulador compreendendo: um microprocessador;uma tela;um dispositivo de entrada para fornecer entradas de operador ao microprocessador;um arquivo de dados de uma trilha; um arquivo de dados de mensagens multimídia; e um programa para ativar a tela com os dados de trilha durante a 10 simulação, determinando se uma exceção ocorreu durante a simulação, e proporcionando uma mensagem multimídia se uma exceção ocorreu.

2. Simulador de acordo com a reivindicação 1, em que a mensagem multimídia inclui um ou mais de som, vídeo e texto.

3. Simulador de acordo com a reivindicação 1, em que a mensa-15 gem multimídia inclui uma ou mais leituras sobre tópicos aplicáveis, textoque reflete normas operacionais, e vídeo clipes para reforçar a mensagem de um instrutor.

4. Simulador de acordo com a reivindicação 1, em que a mensagem multimídia inclui um texto que tem de ser proveitosamente passado an- tes da simulação ser reiniciada.

5. Simulador de acordo com a reivindicação 4, em que texto é um de um texto escrito requerendo resposta por entrada do tipo via teclado ou entrada de áudio, e uma operação de simulação de texto.

6. Simulador de acordo com a reivindicação 4, em que o teste é 25 uma operação de simulação de teste pré-selecionada em função da exceção.

7. Simulador de acordo com a reivindicação 1, em que o programa descontínua a simulação com a ocorrência da exceção e não ser reiniciado até uma conseqüência identificada na mensagem de multimídia ter sido completada.

8. Simulador de acordo com a reivindicação 7, em que a simulação é reiniciada em um ponto pré-selecionado em uma operação de simula-ção em função de pelo menos uma da exceção e da resposta do operador à mensagem de multimídia.

9. Simulador de acordo com a reivindicação 1, em que o simulador registra toda interação com o sistema com uma gravação eletrônica criada com a simulação criando um arquivo completo e reproduzível representando a inteira sessão do estudante.

10. Programa para um simulador, em que o simulador compreender um microprocessador, uma tela, um dispositivo de entrada para proporcionar entradas do operador ao microprocessador, e um arquivo de dados de uma trilha, o programa compreendendo:um arquivo de dados de mensagens multimídia; e instruções para ativar a tela com os dados de trilha durante a simulação, determinando se uma exceção ocorreu durante a simulação e proporcionando uma mensagem multimídia se uma exceção ocorreu.