تاریخچه
برخلاف تصوری که واقعیت مجازی پدیده امروزی است، باید گفت این فناوری بر پایه واقعیت مجازی یا VR از نخستین فعالیتها در عرصه تصویر و هنرهای تجسمی بوده است. با هم مروری بر تاریخچه واقعیت مجازی داشته باشیم.
در قرن هجدهم نقاشیهای پانوراما یا ۳۶۰ درجه، از اولین فعالیتها برای تحقق رویای واقعیت مجازی بود؛ نقاشیهایی دایرهایشکل که بیننده را در میان رویدادها و مکان نقاشی شده قرار میدهد برای مثال نقاشیهایی که مثلاً نبردهای مشهور را به شکل یک طرح ۳۶۰ درجه ترسیم نمودهاند.
در سال ۱۸۳۳ چارلز ویت استون به این نتیجه رسید که دو عکس تخت و دوبعدی در برابر دیدگان انسان باعث تصور یک شکل سهبعدی در مغز و درک عمیق آن خواهد شد. در این راستا دستگاهی به نام Stereoscope اختراع گردید که ساختار این دستگاه امروزه در دستگاههای VR ارزان قیمتی که در برخی گوشیهای هوشمند مورداستفاده هستند، به کار گرفته شده است.
واقعیت افزوده یکی از زیباییهای تکنولوژی است. شاید این واژه را در کنار عینکهای AR داخل پارکها شنیده باشید و گمان کنید یک فناوری نوظهور است؛ ولی مشخصاً AR از اواسط دهه ۶۰ میلادی با توسعه اولین نمایشگرهای نصب شده روی عینکها هوشمند توسط ایوان ساترلند اختراع شد؛ ولی نام (Augmented Reality) یا واقعیت افزوده تا سال ۱۹۹۹ وجود نداشت. در این سال محقق Boeing، تیم کادل این نام را روی این فناوری گذاشت.
در سال ۱۹۶۸ استاد دانشگاه هاروارد و از دانشمندان بزرگ علوم رایانه، ایوان ساترلند، اولین عینک مجهز به نمایشگر را اختراع کرد و نام آن را شمشیر داموکلس (The Sword of Damocles) گذاشت. کاربر این مانیتور هوشمند، فضای گرافیکی را تجربه کرد که درک آن را از جهان اطرافش تقویت میکرد. این مانیتور چشمی، نمونه اولیه عینکهای AR بود.
در سال ۱۹۷۴، میرون کروگر یک محقق حوزه کامپیوتر و هنرمند، یک لابراتوار واقعیت مصنوعی را در دانشگاه کانکتیکات تأسیس کرد. در اصل این لابراتوار بهگونهای طراحی و ساخته شده بود که کاربران خود را محاصره میکرد و به اعمال و حرکات آنها پاسخ میداد.
این سیستم به پرسنل نظامی اجازه میداد تا ماشینهای مجازی را کنترل و راهنمایی کنند و وظایفی مانند آموزش خلبانان نیروی هوایی ایالات متحده را در زمینه پروازهای ایمنتر انجام دهند. این اولین باری بود که اشیای فیزیکی و اشیای دیجیتالی با یکدیگر در تعامل بودند، امروزه در اصطلاح به آنها واقعیت ترکیبی میگویند. فناوریهای واقعیت افزوده و واقعیت مجازی پتانسیل چشمگیر خود را در صنعت ریلی ثابت میکنند و اهرمی استراتژیک برای تحول دیجیتالی این حوزه فراهم میکنند. در واقع AR و VR که در کنار یکدیگر واقعیت ترکیبی (Mixed Reality) را تشکیل میدهند، میتوانند طیف وسیعی از فعالیتها و فرایندهای صنعتی را پشتیبانی کنند.
واقعیت مجازی، طبق تعریف خود، واقعیت در فضای مجازی را شبیهسازی میکند. پیشرفت فناوری اطلاعات اجازه میدهد تا در زمان واقعی حرکت کنید و با اشیای موجود در آنها تعامل کنید. واقعیت مجازی فراگیر (محیطی که در اطراف کاربر ساخته شده است) با توجه به سطح فناوری فعلی و با توجه به پیشبینیهای ممکن برای آینده نزدیک، به لطف برخی از دستگاهها مانند: بیننده، گوشی، دستکش، میتواند به شکل انبوه استفاده شود و یا لباس بیننده میتواند از یک کلاه ایمنی یا عینک ساده تشکیل شده باشد که در آن صفحههای نزدیک به چشم، دنیای واقعی را از دید کاربر شبیهسازی میکند و در نتیجه احساس دیدی غوطهور را به کاربر القا میکند. بیننده همچنین میتواند شامل سیستمهایی برای تشخیص حرکات (شتابسنج، ژیروسکوپ و مغناطیسسنج) باشد، بهطوریکه با حرکتدادن سر در محیط مجازی، عمل مشابهی انجام میشود. دستکشها جایگزین ماوس، کیبورد، جوی استیک، ترک بال و سایر سیستمهای ورودی دستی میشوند. از آنها میتوان برای حرکات، دستوردادن، تایپکردن روی صفحهکلید مجازی و غیره استفاده کرد.
اصطلاح واقعیت افزوده به معنای همپوشانی عناصر مجازی تولید شده توسط کامپیوتر با درک دنیای واقعی است که از طریق دوربین یا عینک مخصوص مشاهده میشود. بهطورکلی، واقعیت افزوده نمایش یک واقعیت تغییریافته است که در آن اطلاعات مصنوعی و مجازی بر روی واقعیت عادی درک شده از طریق حواس همپوشانی دارند.
این فناوری به عنوان یکی از محبوبترین فناوریهای اخیر، در چند سال گذشته، در بخشهای مختلفی به کار گرفته شده است مثل واقعیت افزوده که اکنون در حوزه سرگرمی (هم در بازیهای ویدئویی و هنرهای تجسمی) و هم در حوزه مراقبتهای بهداشتی و ارتش در دسترس است.
با استفاده از آخرین نسل از سیستمهای Motion Capture، میتوان با واقعیت مجازی تعامل کرد و نهتنها از آن لذت برد. به طور خاص، دستگاههایی وجود دارند که با استفاده از دوربینهای RGB و یا مادونقرمز، حرکت بخشی از بدن (مثلاً دستها) یا کل بدن کاربر را ضبط کرده و سپس این حرکت را دوباره پردازش میکنند.
این فناوری اساساً میتواند دو هدف داشته باشد:
- برای صدور دستورات به سیستم نرمافزار با استفاده از الگوریتمهای تشخیص حرکت
- حرکت یک آدمک دیجیتالی در دنیای مجازی از طریق حرکات بدن
دو حوزه کاربردی اصلی برای واقعیت افزوده و واقعیت مجازی در صنعت ریلی شناسایی وجود دارد:
- استفاده از واقعیت افزوده برای اپراتورها
- استفاده از واقعیت افزوده برای مسافران
بازار واقعیت افزوده (AR) در چند سال گذشته بهطور تصاعدی رشد کرده است، مطالعهای اخیراً توسط شرکت تحقیقات بازار MarketsandMarkets منتشر شده است که تخمین میزند که میتواند از ۱۰.۷ میلیارد دلار در سال ۲۰۱۹ به ۷۲.۷ میلیارد دلار تا سال ۲۰۲۴ افزایش یابد.
این فناوری همچنین پتانسیل قابلتوجهی را برای کاربردهای ریلی نشان میدهد و یک رویکرد سهبعدی به شدت موردنیاز را برای بخشهایی از صنعت که مدتها محدود بوده است، مانند تعمیر و نگهداری و آموزش ارائه میکند. مزایای اصلی استفاده از واقعیت مجازی کاهش زمان آموزش و ارزیابی، کاهش ساعات کاری، کاهش نیاز به تجهیزات واقعی و بهینهسازی آموزش انطباق است. بیشتر برنامهها بهجای پشتیبانی و ارزیابی مهارتهای تعمیر و نگهداری واگن باربری بر اساس اسناد نظارتی در یک فرایند تولید واقعی، بر آموزش متمرکز هستند.
آموزش کارکنان
در بخش راهآهن، درست مانند بسیاری از بخشهای دیگر، AR و VR آموزش کارکنان را پویاتر، جذابتر و کارآمدتر میکنند. استفاده از این فناوری برای اهداف آموزشی در سالهای اخیر افزایشیافته است؛ زیرا به سادهسازی و سرعتبخشیدن به فرایند یادگیری کمک میکند.
در بریتانیا، HS2، خط ریلی پرسرعت جدید در حال ساخت، از واقعیت افزوده برای فرایندهای آموزش کارکنان استفاده میکند. در تابستان ۲۰۱۹، این شرکت فناوری AR همهجانبهای را به کار برد که یک کپی از مرکز جدید لندن، ایستگاه Old Oak Common ایجاد کرد. قبل از افتتاح، کارکنان از این راهحل برای آموزش تجربه مشتری، ایمنی و نگهداری ایستگاه استفاده میکنند که قرار است روزانه ۲۷۵،۰۰۰ مسافر را اداره کند.
در اسپانیا، ADIF، شرکت دولتی که زیرساختهای راهآهن را مدیریت میکند، یک مرکز آموزشی مدرن در والنسیا مجهز به یک اتاق غوطهور ایجاد کرده است که در آن از استفاده از واقعیت افزوده و مجازی در کنار تکنیکهای آموزشی سنتی استفاده میشود.
در بخشی که طبق تعریف کارکنان از نظر جغرافیایی پراکنده هستند و بهصورت شیفتی کار میکنند، ایده جلسات آموزشی حضوری ازنقطهنظر سازمانی چالشبرانگیز است. با درنظرگرفتن این موضوع، واقعیت افزوده راهحل ایدهآل را ارائه میدهد و امکان یک راهنمای تصویری گامبهگام و همچنین پشتیبانی از یک متخصص متصل از راه دور را ارائه میدهد که کاربر روی چه چیزی کار میکند و میتواند او را هدایت کند.
مدیریت و نگهداری ایستگاهها و زیرساختهای راهآهن
AR به شما امکان میدهد مسیرها را از راه دور بررسی کنید و اگر با فناوریهایی مانند پیشبینی آبوهوای پیشرفته و هوش مصنوعی ترکیب شود، میتواند به تعمیر و نگهداری پیشبینی کمک کند. برای مثال، در سال ۲۰۱۶، کارمندانی که در سیستم راهآهن رفتوآمد بوستون کار میکردند از عینکهای هوشمند مجهز به فناوری AR استفاده میکردند که بهصورت بصری آنها را به کارکنان خارج از محل متصل میکرد. این امکان برقراری ارتباط مستمر و دید در زمان واقعی از کارها بین دو مکان را فراهم میکند که در نتیجه باعث صرفهجویی در هزینه و بهبود تعمیر و نگهداری میشود.
هواپیماهای بدون سرنشین یا سایر وسایل نقلیه ریلی میتوانند یک تقسیمبندی معنایی خطوط، پوشش گیاهی و هر مانع دیگری را که میتواند عامل خطر برای عملیات باشد، انجام دهد. در همین حال، در بریتانیا، استارتآپ مهندسی Enable My Team در حال آمادهسازی برای راهاندازی فناوری طراحی شده برای پیشبینی خرابیهای خط قطار و سیگنالدهی تجهیزات است. این دستگاه که در سال ۲۰۲۰ راهاندازی شد، با استفاده از AR از طریق تلفن هوشمند یا یک نمایشگر روی سر برای ردیابی خطاها در زمان واقعی استفاده میکند و به مهندسان هشدار میدهد که اقدام لازم است.
از طریق گسترش مناسب یک پلتفرم مدیریت تسهیلات، امکان واردکردن زیرساختها و داراییهای شرکت در رجیستری بهمنظور مدیریت کارآمد و سریع فعالیتهای تعمیر و نگهداری با کمک ویژگیهای واقعیت افزوده وجود دارد.
تعمیر و نگهداری ریل اغلب یک کار ناایمن، خطرناک و محدود است، زیرا به عواملی مانند شرایط آبوهوایی و وضعیت زیرساخت بستگی دارد. علاوه بر این، صنعت مدتهاست که به دنبال راههایی برای پیشبینی بهتر مشکلات قبل از وقوع، صرفهجویی در زمان و هزینهها و همچنین افزایش رضایت مسافران بوده است.
مدیریت ایمنی زیرساختهای راهآهن
مدیریت ایمنی زیرساختها با شیوع کووید-۱۹، بهویژه در مراکز ارتباطی بزرگ، مانند فرودگاهها و ایستگاههای راهآهن، بسیار مرتبط است. فرودگاه «لئوناردو داوینچی» رم در چارچوب طرحی برای مبارزه با همهگیری، اولین فرودگاهی در اروپا بود که خود را به سیستمی مبتنی بر کلاه ایمنی هوشمند برای تشخیص لحظهای دمای مسافران مجهز کرد.
همهگیری COVID-19 باعث ایجاد یک سری از پیچیدگیها در مدیریت امنیت زیرساختها شده است که فناوریهای واقعیت افزوده، در ترکیب نزدیک با یادگیری ماشینی، امکان مدیریت بهینه را فراهم میکنند. مثلاً:
- کنترل دما: به لطف دوربینهای حرارتی یا دوربینهای نصب شده روی کلاه ایمنی هوشمند، همراه با تکنیکهای بینایی کامپیوتری، امکان تشخیص دمای مسافران، شناسایی و نگهداری آنها برای بررسیهای بیشتر وجود دارد.
- فاصلهگذاری اجتماعی: از فناوریهای یکسانی میتوان برای تشخیص فاصله بین افراد در یک فضای معین و محاسبه «شاخصهای ایمنی» مناسب استفاده کرد.
ایمنی پیشگیرانه
جنبه اصلی و نوآورانه شبیهسازی مجازی استفاده از تکنیکها و روشهای طراحی به کمک رایانه و نمونهسازی مجازی برای بهبود ویژگیهای “ایمنی پیشگیرانه” یک وسیله نقلیه است. هدف ایمنی پیشگیرانه، اجتناب از موقعیتهای خطرناک است، برخلاف اهداف شناخته شده ایمنی غیرفعال، باهدف بهحداقلرساندن عواقب تصادف بر افراد درگیر، ایمنی فعال، هدف آن اجتناب از تصادف در موقعیتهای خطرناک است. به طور خاص، لازم است تفاوت بین مفاهیم ایمنی فعال، ایمنی غیرفعال و ایمنی پیشگیرانه با اشاره به حوزه حملونقل برجسته شود. در حالت اول، هدف نهایی طراحی، شناسایی سیستمها و دستگاههایی است که بهمنظور جلوگیری از یک رویداد نامطلوب مداخله میکنند، در عوض، ایمنی غیرفعال برای اتخاذ دستگاههایی فراهم میکند که آسیبهای ناشی از آن را کاهش میدهند؛ همانند تعامل خودرو با محیط و رفتار آن در هنگام برخورد. از سوی دیگر، ایمنی پیشگیرانه با ارائه سیستمهایی بهوسیله نقلیه اجرا میشود که از وقوع شرایط خطری که میتواند منجربه تصادف احتمالی شود، جلوگیری میکند. در بخش راهآهن، دستیابی به سرعتهای بالا و پیامدهای ناگوار ناشی از تصادفات، پیچیدگیهای بیشتری را در مداخله دستگاههای ایمنی فعال و غیرفعال به همراه دارد، بنابراین آشکار است که توجه به توسعه و بهبود سیستمهای ایمنی پیشگیرانه چقدر اهمیت دارد.
مقابله با ازدحام بیش از حد
نرخ مسافر ریلی در سراسر جهان در حال افزایش است و ترافیک در نزدیکی شهرهای بزرگ به اوج خود میرسد. این یک دردسر واقعی برای اپراتورها ایجاد میکند، زیرا ابتکاراتی مانند معرفی قطارهای بیشتر و گسترش شبکهها زمان و هزینه میطلبد، بنابراین فقط میتواند در درازمدت با ازدحام بیش از حد مقابله کند. از سوی دیگر، فناوری میتواند تأثیرات سریعی را در این زمینه ایجاد کند.
به جز تأثیر همهگیری کرونا، تعداد مسافران ریلی در سراسر جهان در حال افزایش بوده است و ترافیک در نزدیکی شهرهای بزرگ به اوج خود رسیده است. به لطف فناوریهای جدید Computer Vision، امکان نظارت بر جریان مسافران وجود دارد. در واقع تشخیص و نقشهبرداری جریان مسافران به لطف انواع تکنیکهای بینایی مصنوعی امکانپذیر است، که در ترکیب با رابطهای واقعیت افزوده پیشرفته، امکان مدیریت بهینه جریان مسافران در ایستگاههای راهآهن را فراهم میکند.
در ماه اکتبر، شهر شانگهای چین، که تحتتأثیر اثرات بحرانی ازدحام قرار گرفته بود، عینکهای هوشمند AR را برای تسهیل گردش مسافران قبل از نمایشگاه بینالمللی واردات چین آزمایش کرد. مجهز به دوربینهایی که ترافیک مسافران را مستقیماً به اتاق کنترل ایستگاه هدایت میکنند، میتوانند به مأموران کمک کنند تا بهسرعت گلوگاهها را شناسایی کنند. این محصول همچنین به بررسیهای امنیتی کمک میکند، زیرا عینکها تشخیص چهره را ارائه میدهند و دارای سیستمهای تشخیص گفتار داخلی هستند. پس از یک برنامه موفقیتآمیز در یک رویداد، این عینک اکنون در سیستمهای مختلف مترو از شانگهای تا لوئویانگ و گانسو به کار گرفته شده است.
فناوریهای واقعیت افزوده، در ترکیب نزدیک با فناوریهای یادگیری ماشین، بهینهسازی جریان مسافران و مطالعه الگوهای حرکت مسافران در فضاهای ایستگاه را ممکن میسازد.
تعامل با مشتری
اطلاعات مربوط به یک مسافر بسیار متنوع است و مربوط به آن است که قبل از سفر، در مرحله برنامهریزی، در طول سفر، زمانی که مشتری به خدمات سرگرمی، خرید و اطلاعات مربوط به سفر علاقهمند است (مثلاً تأخیر)، به دست آید. همچنین یک مرحله میانی وجود دارد، زمانی که مسافر در ایستگاه است و باید محل چمدان خود را پیدا کند، اما همچنین در زمان انتظار از خدمات داخل ایستگاه مانند خدمات سالن و رستوران استفاده کند.
در سال ۲۰۱۹، پلتفرم ریلی دیجیتال بریتانیا Trainline از AR برای ترویج حملونقل قطار در برابر سایر جایگزینهای آلایندهتر استفاده کرد. با این روحیه، این شرکت مجموعهای از پوسترها را در نزدیکی واترلو لندن منتشر کرد که وقتی از طریق یک QR کد اسکن میشد، زمانهای قطار شخصیسازی شده را نشان میداد.
در سال ۲۰۱۹، ایستگاه قطار «Zurich Hauptbahnhof» در زوریخ، اپلیکیشنی را راهاندازی کرد که برای مسافران باهدف ارائه اطلاعات در مورد جدول زمانی و مقصد از خود ایستگاه. شروع میشود. برنامه “SBB AR” به شما امکان میدهد محتوای دیجیتال را در فضا با استفاده از نقشهبرداری محیطی (با استفاده از Google ARCore) در داخل و GPS در خارج از ساختار مشاهده کنید. تنها در دستگاههای اندرویدی، بیش از ۱۰۰۰۰ مسافر از این برنامه استفاده کردهاند.
در تمام این موارد، فناوریهای همهجانبه به افراد کمک میکنند تا اطلاعات مربوطه را به شیوهای جذابتر و در برخی موارد مفیدتر بازیابی کنند، برنامههای کاربردی راهیابی را ببینید که در فضاهای پیچیده، مانند ایستگاههای بسیار بزرگ یا فرودگاهها، میتوانند ارزش زیادی به آن اضافه کنند. برای کاربر با پایگاه کاربری که به طور فزایندهای از ابزارهای دیجیتال برای جستجوی سرگرمی و اطلاعات استفاده میکند، بخش راهآهن امروز این فرصت را دارد که از فناوریهای فراگیر برای برقراری ارتباطات مدرنتر و جذابتر استفاده کند. این میتواند به معنای جان تازهای به کانالهایی باشد که قبلاً آزمایش شدهاند، مانند بروشورها یا مجلات داخلی باشند.
در سالهای اخیر، راهحلهای واقعیت ترکیبی توسط بازیگران مختلف باهدف مستقیم کاربران خدمات راهآهن در پشتیبانی از یک سری موارد استفاده، ارائه شده است. تقریباً همه شرکتهایی که خدمات حملونقل ارائه میکنند مجلاتی را به مشتریان خود ارائه میدهند تا در داخل وسایل نقلیه با اطلاعات روزنامهنگاری و تبلیغاتی مشورت کنند. محتویات این مجلات را میتوان با اطلاعات دیجیتالی غنی کرد که میتوانید از دستگاه تلفن همراه خود استفاده کنید. Trenitalia مدتی پیش چنین راهحلی را اجرا کرد.
HyperLoop با پنجرههای لمسی همهجانبهای که به سرگرمی مسافران اختصاصدادهشده است، آزمایش کرده است که به آنها امکان میدهد یک پانورامای خارجی را شبیهسازی کنند، اما همچنان از خدمات سرگرمی و خرید استفاده کنند.
ازآنجاییکه تعداد فزایندهای از مسافران میگویند که خود سفر را به مقصد نهایی ترجیح میدهند، همانطور که در نظرسنجی انجام شده توسط Booking.com در سال ۲۰۱۸ این مورد را تایید مینماید، و ازآنجاییکه معمولاً این خطوط با موضوعی با علاقه تاریخی، جغرافیایی یا هنری مشخص میشوند، تجهیز مسافران با نمایشگر واقعیت مجازی که از طریق آن میتوانند خود را در برخی از جهانهای مرتبط با سفری که انجام میدهند غوطهور کنند (با توجه به زمان طولانی در دسترس آنها در طول سفر) میتوانند ارزشافزوده قابلتوجهی را با امکانات جالب کسب درآمد ایجاد کنند.
از نظر مشتریان، AR فقط در مورد ارائه سرگرمی و اطلاعات در مورد یک سرویس یا ایستگاه خاص است. طی چند سال گذشته، این صنعت خلاقیت و نوآوری شگفتانگیزی را در این زمینه از خود نشان داده است. یکی دیگر از ابتکارات خلاقانه، اپلیکیشن Living History در کانزاسسیتی اتحادیه است که در سال ۲۰۱۴ برای جشن صدمین سالگرد ایستگاه راهاندازی شد. این اپلیکیشن یک نمایشگاه دیجیتالی از نمادینترین لحظات ایستگاه است که مسافران را به یک تور تاریخی مجازی از ساختمان میبرد.
پیشنمایش طرحها و اعتبارسنجی پروژههای زیرساختی
یکی از جالبترین کاربردهای واقعیت افزوده و مجازی در حوزه ریلی، به طراحی و نمونهسازی مجازی داراییهای زیرساختی، مانند نوسازی یا ساخت جدید ایستگاههای قطار و خطوط راهآهن، مرتبط است.
در اکتبر ۲۰۱۹، اپراتور زیرساخت بریتانیا Network Rail پروژهای از این نوع را انجام داد، زمانی که برنامهای را ایجاد کرد که به ذینفعان پروژه اجازه میدهد پیشنمایش جایگزینی مسیرهای پیادهروی در ایستگاهها را مشاهده کنند. این اپلیکیشن که ARki نام دارد، بهگونهای طراحی شده است که به جوامع محلی اجازه میدهد تا پیشنمایش زیرساختهای آینده را قبل از راهاندازی نسل جدیدی از راهآهنها توسط Network Rail مشاهده کنند.
بهطورکلی، استفاده از فناوریهای واقعیت افزوده و واقعیت مجازی در صنعت حملونقل ریلی میتواند باعث بهبود تجربه مسافران، بهبود ایمنی و افزایش بهرهوری شود. این فناوریها میتوانند بهصورت جایگزینی یا تکمیلی بر روی روشهای سنتی موجود در صنعت حملونقل ریلی اجرا شوند و نتایج قابلملاحظهای را در بهبود عملکرد و تجربه کاربران به ارمغان بیاورند. برنامههای واقعیت ترکیبی در صنعت ریلی میتوانند از ساخت و نوسازی زیرساختها با ارائه کمک برای فرایندهایی مانند طراحی، ساخت، ارزیابی اثرات زیستمحیطی و تعمیر و نگهداری پشتیبانی کنند.