Dəmir yolunda pilotsuz texnologiyaların inkişafı kifayət qədər uzun müddət əvvəl, artıq 1957-ci ildə, şəhərətrafı qatarlar üçün ilk eksperimental avtomatlaşdırılmış rəhbərlik sistemi yaradılanda başladı. Dəmir yolu nəqliyyatı üçün avtomatlaşdırma səviyyələri arasındakı fərqi başa düşmək üçün IEC-62290-1 standartında müəyyən edilmiş gradasiya tətbiq edilmişdir. Avtomobil nəqliyyatından fərqli olaraq, dəmir yolu nəqliyyatı Şəkil 4-də göstərilən 1 avtomatlaşdırma dərəcəsinə malikdir.
Şəkil 1. IEC-62290-a uyğun olaraq avtomatlaşdırma dərəcələri
Rusiya Dəmir Yolları şəbəkəsində işləyən demək olar ki, bütün qatarlar 1-ci səviyyəli avtomatlaşdırmaya uyğun təhlükəsizlik cihazı ilə təchiz olunub. 2-ci səviyyəli avtomatlaşdırmaya malik qatarlar 20 ildən artıqdır ki, Rusiya dəmir yolu şəbəkəsində uğurla istismar olunur, bir neçə min lokomotiv təchiz edilib. Bu səviyyə rels dövrələrindən induktiv kanal vasitəsilə qəbul edilən avtomatik lokomotiv siqnalizasiya sistemlərinin qrafiki və oxunuşları nəzərə alınmaqla qatarın müəyyən marşrut üzrə enerji-optimal idarə edilməsi üçün dartma qüvvəsinə nəzarət və əyləc alqoritmləri vasitəsilə həyata keçirilir. 2-ci səviyyənin istifadəsi sürücünün yorğunluğunu azaldır və enerji sərfiyyatında və cədvəlin yerinə yetirilməsinin dəqiqliyində üstünlüklər təmin edir.
3-cü səviyyə kabinədə sürücünün mümkün olmamasını nəzərdə tutur ki, bu da texniki görmə sisteminin həyata keçirilməsini tələb edir.
4-cü səviyyə təyyarədə maşinistin tam olmamasını nəzərdə tutur ki, bu da lokomotivin (elektrik qatarının) konstruksiyasında əhəmiyyətli dəyişiklik tələb edir. Məsələn, göyərtədə bir adam olmadan söndürüldükdə sıfırlanmayacaq elektrik açarları var.
Hazırda Siemens, Alstom, Thales, SNCF, SBB və başqaları kimi dünyanın aparıcı şirkətləri tərəfindən 3 və 4-cü səviyyələrə çatmaq üçün layihələr həyata keçirilir.
Siemens sürücüsüz tramvaylar sahəsində layihəsini 2018-ci ilin sentyabrında Innotrans sərgisində təqdim etdi. Bu tramvay 3-ci ildən GoA2018 avtomatlaşdırma səviyyəsi ilə Potsdamda fəaliyyət göstərir.
Şəkil 2 Siemens tramvayı
2019-cu ildə Siemens pilotsuz marşrutun uzunluğunu 2 dəfədən çox artırıb.
“Rusiya Dəmir Yolları” şirkəti dünyada pilotsuz dəmir yolu nəqliyyat vasitələrinin yaradılmasına başlayan ilk şirkətlərdən biri olub. Belə ki, 2015-ci ildə “Lujskaya” stansiyasında 3 manevr lokomotivinin hərəkətinin avtomatlaşdırılması layihəsinə başlanılıb, burada NİİAS SC layihə inteqratoru və əsas texnologiyaların tərtibatçısı kimi çıxış edib.
Pilotsuz lokomotivin yaradılması mürəkkəb, mürəkkəb prosesdir və digər şirkətlərlə əməkdaşlıq etmədən mümkün deyil. Buna görə də, Lujskaya stansiyasında NIIAS ASC ilə birlikdə aşağıdakı şirkətlər iştirak edir:
- Bortda idarəetmə sisteminin inkişafı baxımından "VNIKTI" ASC;
- Siemens – donqar işinin avtomatlaşdırılması (MSR-32 sistemi) və itələyici avtomobillərin işinin avtomatlaşdırılması baxımından;
- ASC Radioavionics açarları və işıqforları idarə edən mikroprosessor mərkəzləşdirmə sistemləri baxımından;
- PKB CT – simulyatorun yaradılması;
- Layihənin koordinatoru kimi Rusiya Dəmir Yolları ASC.
Birinci mərhələdə tapşırıq, manevr işlərinin təşkili üçün normal şəraitdə maşinist lokomotiv idarəetmə vasitələrindən istifadə etmədikdə, hərəkətin avtomatlaşdırılmasının 2-ci səviyyəsinə nail olmaq idi.
Adi manevr lokomotivləri işləyərkən hərəkətin idarə edilməsi müvafiq marşrutlar təyin edilməklə (açıcıların hərəkəti, svetoforların yandırılması) dispetçerdən maşinistə səsli əmrlər ötürməklə həyata keçirilir.
2-ci səviyyəli avtomatlaşdırmaya keçərkən, bütün səs rabitəsi rəqəmsal təhlükəsiz radio kanalı üzərindən ötürülən əmrlər sistemi ilə əvəz olundu. Texniki cəhətdən, Lujskaya stansiyasında manevr lokomotivlərinə nəzarət aşağıdakılar əsasında qurulmuşdur:
- stansiyanın vahid rəqəmsal modeli;
- manevr lokomotivlərinin hərəkətinə nəzarət protokolu (əmrlərin göndərilməsi və icrasına nəzarət üçün);
- verilmiş marşrutlar, oxların və siqnalların mövqeyi haqqında məlumat əldə etmək üçün elektrik mərkəzləşdirmə sistemi ilə qarşılıqlı əlaqə;
- manevr lokomotivləri üçün yerləşdirmə sistemləri;
- etibarlı rəqəmsal radio rabitəsi.
2017-ci ilə qədər 3 TEM-7A manevr lokomotivi Lujskaya stansiyasında vaxtın 95% -ni tam avtomatik rejimdə işləyərək aşağıdakı əməliyyatları yerinə yetirdi:
- Verilmiş marşrut üzrə avtomatik hərəkət;
- Avtomobillərə avtomatik giriş;
- Vaqonlarla avtomatik birləşmə;
- Maşınları təpəyə itələmək.
2017-ci ildə manevr lokomotivləri üçün texniki baxış sisteminin yaradılması və fövqəladə hallar zamanı məsafədən idarəetmənin tətbiqi layihəsinə başlanılıb.
2017-ci ilin noyabr ayında NIIAS ASC-nin mütəxəssisləri manevr lokomotivlərində radarlar, lidar və kameralardan ibarət texniki görmə sisteminin ilk prototipini quraşdırdılar (Şəkil 3).
Şəkil 3 Texniki görmə sistemlərinin ilk versiyaları
2017 - 2018-ci illərdə texniki görmə sisteminin Luga stansiyasında sınaqlar zamanı aşağıdakı nəticələr əldə edildi:
- Maneələrin aşkar edilməsi üçün radarların istifadəsi qeyri-mümkündür, çünki dəmir yolunda yaxşı əks etdirən çox sayda metal obyekt var. İnsanların fonunda aşkarlanma diapazonu 60-70 metrdən çox deyil, əlavə olaraq, radarlar kifayət qədər açısal ayırdetmə qabiliyyətinə malikdir və təxminən 1 ° -dir. Tapıntılarımız sonradan SNCF-dən (Fransa dəmir yolu operatoru) həmkarlarının test nəticələri ilə təsdiqləndi.
- Lidarlar minimum səs-küylə çox yaxşı nəticələr verir. Qar, yağış və ya duman zamanı obyektlərin aşkarlanma diapazonunda qeyri-kritik azalma müşahidə olunur. Bununla belə, 2017-ci ildə lidarlar kifayət qədər baha idi, bu da layihənin iqtisadi göstəricilərinə əhəmiyyətli dərəcədə təsir etdi.
- Kameralar texniki görmə sisteminin vacib elementidir və aşkarlama, obyektlərin təsnifatı və uzaqdan idarəetmə tapşırıqları üçün zəruridir. Gecə və çətin hava şəraitində işləmək üçün infraqırmızı kameralara və ya yaxın infraqırmızı diapazonda işləyə bilən geniş dalğa diapazonuna malik kameralara sahib olmaq lazımdır.
Texniki görmənin əsas vəzifəsi yol boyu maneələri və digər obyektləri aşkar etməkdir və hərəkət tras boyunca həyata keçirildiyi üçün onu aşkar etmək lazımdır.
Şəkil 4. Çox sinifli seqmentasiya nümunəsi (tras, avtomobillər) və ikili maskadan istifadə edərək yol oxunun təyini
Şəkil 4 rut aşkarlanması nümunəsini göstərir. Oklar boyunca hərəkət marşrutunu birmənalı şəkildə müəyyən etmək üçün elektrik mərkəzləşdirmə sistemindən rəqəmsal radio kanalı vasitəsilə ötürülən oxun mövqeyi və svetofor oxunuşları haqqında apriori məlumat istifadə olunur. Hazırda dünya dəmir yollarında svetofordan imtina edərək rəqəmsal radio kanalı vasitəsilə idarəetmə sistemlərinə keçmək tendensiyası müşahidə olunur. Bu, xüsusilə yüksək sürətli nəqliyyat üçün doğrudur, çünki 200 km/saatdan yuxarı sürətlə svetoforları görmək və tanımaq çətinləşir. Rusiyada svetofordan istifadə etmədən işləyən iki hissə var - Moskva Mərkəzi Dairəsi və Alpika-Servis - Adler xətti.
Qışda trek tamamilə qar örtüyü altında olduqda və Şəkil 5-də göstərildiyi kimi yolun tanınması demək olar ki, qeyri-mümkün olduqda vəziyyətlər yarana bilər.
Şəkil 5 Qarla örtülmüş yolun nümunəsi
Belə olan halda aşkarlanan obyektlərin lokomotivin hərəkətinə mane olub-olmaması, yəni onların trasda olub-olmaması qeyri-müəyyənləşir. Bu halda, Lujskaya stansiyasında stansiyanın yüksək dəqiqlikli rəqəmsal modeli və yüksək dəqiqlikli bort naviqasiya sistemindən istifadə olunur.
Bundan başqa, stansiyanın rəqəmsal modeli baza nöqtələrinin geodeziya ölçmələri əsasında yaradılmışdır. Sonra lokomotivlərin bir çox keçidlərinin yüksək dəqiqlikli yerləşdirmə sistemi ilə işlənməsi əsasında bütün relslər boyu xəritə hazırlanıb.
Şəkil 6 Luzhskoy stansiyasının yolun inkişafının rəqəmsal modeli
Bortda yerləşdirmə sistemi üçün ən vacib parametrlərdən biri lokomotivin oriyentasiyasının (azimutunun) hesablanmasında səhvdir. Lokomotivin istiqaməti sensorların və onların aşkar etdiyi obyektlərin düzgün istiqamətləndirilməsi üçün lazımdır. 1 ° oriyentasiya bucağı xətası ilə, 100 metr məsafədə yol oxuna nisbətən obyekt koordinatlarında xəta 1,7 metr olacaqdır.
Şəkil 7 Orientasiya xətasının yanal koordinat xətasına təsiri
Buna görə də, lokomotivin bucaq istiqamətinin ölçülməsində icazə verilən maksimum xəta 0,1 ° -dən çox olmamalıdır. Bortda yerləşdirmə sisteminin özü RTK rejimində iki cüt tezlikli naviqasiya qəbuledicisindən ibarətdir ki, onların antenaları uzun baza yaratmaq üçün lokomotivin bütün uzunluğu boyunca bir-birindən ayrılır, inertial naviqasiya sistemi və təkər sensorlarına (odometrlərə) qoşulur. Manevr lokomotivinin koordinatlarını təyin edərkən standart sapma 5 sm-dən çox deyil.
Bundan əlavə, Lujskaya stansiyasında əlavə yer məlumatlarının əldə edilməsi üçün SLAM texnologiyalarının (lidar və vizual) istifadəsi üzrə tədqiqatlar aparılmışdır.
Nəticədə, Lujskaya stansiyasında manevr lokomotivləri üçün dəmir yolu xəttinin müəyyən edilməsi yolun tanınması və yerləşdirməyə əsaslanan rəqəmsal yol modeli məlumatlarının nəticələrini birləşdirməklə həyata keçirilir.
Maneə aşkarlanması da bir neçə yolla həyata keçirilir:
- lidar məlumatları;
- stereo görmə məlumatları;
- neyron şəbəkələrinin işləməsi.
Əsas məlumat mənbələrindən biri lazer skanından nöqtələr buludunu yaradan lidarlardır. İstifadə olunan alqoritmlər əsasən klassik məlumat klasterləşdirmə alqoritmlərindən istifadə edir. Tədqiqat çərçivəsində lidar nöqtələrinin klasterləşdirilməsi, həmçinin lidar məlumatlarının və videokameraların məlumatlarının birgə emalı üçün neyron şəbəkələrdən istifadənin effektivliyi yoxlanılır. Şəkil 8-də Lujskaya stansiyasında vaqonun fonunda bir insanın manekenini göstərən lidar məlumatlarının (müxtəlif refleksli nöqtələr buludunun) nümunəsi göstərilir.
Şəkil 8. Luzhskoy stansiyasında lidar məlumatlarının nümunəsi
Şəkil 9-da iki müxtəlif lidardan alınan məlumatlardan istifadə edərək mürəkkəb formalı avtomobildən klasterin müəyyən edilməsi nümunəsi göstərilir.
Şəkil 9. Hopper avtomobilindən klaster şəklində lidar məlumatlarının təfsiri nümunəsi
Ayrı-ayrılıqda qeyd etmək lazımdır ki, son vaxtlar lidarların qiyməti demək olar ki, böyük ölçüdə azalıb və onların texniki xüsusiyyətləri artıb. Bu tendensiyanın davam edəcəyinə şübhə yoxdur. Lujskaya stansiyasında istifadə edilən lidarların obyektləri aşkar etmə diapazonu təxminən 150 metrdir.
Maneələri aşkar etmək üçün fərqli fiziki prinsipdən istifadə edən stereo kamera da istifadə olunur.
Şəkil 10. Stereo cüt və aşkar edilmiş klasterlərdən uyğunsuzluq xəritəsi
Şəkil 10-da dirəklərin, yol qutularının və avtomobilin aşkarlanması ilə stereo kamera məlumatlarının nümunəsi göstərilir.
Əyləc üçün kifayət qədər məsafədə nöqtə buludunun kifayət qədər dəqiqliyini əldə etmək üçün yüksək qətnamə kameralarından istifadə etmək lazımdır. Şəklin ölçüsünü artırmaq uyğunsuzluq xəritəsini əldə etmək üçün hesablama xərclərini artırır. İşğal edilmiş resurslar və sistemin cavab müddəti üçün lazımi şərtlərlə əlaqədar olaraq, video kameralardan faydalı məlumatların çıxarılması üçün alqoritmlər və yanaşmaları daim inkişaf etdirmək və sınaqdan keçirmək lazımdır.
Alqoritmlərin sınaqdan keçirilməsi və yoxlanılmasının bir hissəsi PKB TsT tərəfindən NIIAS ASC ilə birlikdə hazırlanan dəmir yolu simulyatorundan istifadə etməklə həyata keçirilir. Məsələn, Şəkil 11 stereo kamera alqoritmlərinin işini yoxlamaq üçün simulyatordan istifadəni göstərir.
Şəkil 11. A, B - simulyatordan sol və sağ çərçivələr; B – stereo kameradan verilənlərin yenidən qurulmasının yuxarıdan görünüşü; D - simulyatordan stereo kamera görüntülərinin yenidən qurulması.
Neyroşəbəkələrin əsas vəzifəsi insanları, avtomobilləri və onların təsnifatını aşkar etməkdir.
Sərt hava şəraitində işləmək üçün NIIAS ASC-nin mütəxəssisləri infraqırmızı kameralardan istifadə edərək sınaqlar da keçiriblər.
Şəkil 12. IR kamerasından məlumatlar
Bütün sensorlardan alınan məlumatlar assosiasiya alqoritmləri əsasında inteqrasiya olunur, burada maneələrin (obyektlərin) mövcudluğu ehtimalı qiymətləndirilir.
Üstəlik, yolda olan bütün obyektlər maneə deyil, manevr əməliyyatlarını yerinə yetirərkən lokomotiv avtomatik olaraq vaqonlarla birləşməlidir.
Şəkil 13. Müxtəlif sensorlar tərəfindən maneə aşkarlanması ilə avtomobilə yaxınlaşmanın vizuallaşdırılması nümunəsi
Pilotsuz manevr lokomotivləri işləyərkən avadanlıqla nə baş verdiyini və onun hansı vəziyyətdə olduğunu tez başa düşmək son dərəcə vacibdir. Vəziyyətlər lokomotivin qarşısında bir it kimi bir heyvan göründüyü zaman da mümkündür. Bort alqoritmləri avtomatik olaraq lokomotivi dayandıracaq, lakin it yoldan çıxmasa, bundan sonra nə etməli?
Gəmidə vəziyyətə nəzarət etmək və fövqəladə hallar zamanı qərar qəbul etmək üçün stansiyada bütün pilotsuz lokomotivlərlə işləmək üçün nəzərdə tutulmuş stasionar uzaqdan idarəetmə və monitorinq paneli hazırlanmışdır. Luzhskaya stansiyasında AK postunda yerləşir.
Şəkil 14 Uzaqdan idarəetmə və monitorinq
Luzhskoy stansiyasında Şəkil 14-də göstərilən idarəetmə paneli üç manevr lokomotivinin işini idarə edir. Lazım gələrsə, bu pultdan istifadə edərək real vaxt rejimində məlumat ötürməklə (radio kanalı vasitəsilə məlumatların ötürülməsi nəzərə alınmaqla 300 ms-dən çox olmayan gecikmə) qoşulmuş lokomotivlərdən birini idarə edə bilərsiniz.
Funksional təhlükəsizlik problemləri
Pilotsuz lokomotivlərin tətbiqi zamanı ən vacib məsələ IEC 61508 "Təhlükəsizliklə bağlı elektrik, elektron, proqramlaşdırıla bilən elektron sistemlərin funksional təhlükəsizliyi" (EN50126, EN50128, EN50129), GOST 33435-2015 standartları ilə müəyyən edilmiş funksional təhlükəsizlik məsələsidir. dəmir yolu hərəkət heyətinə nəzarət, monitorinq və təhlükəsizlik üçün".
Bortda olan təhlükəsizlik cihazları üçün tələblərə uyğun olaraq, təhlükəsizlik bütövlüyü səviyyəsi 4 (SIL4) əldə edilməlidir.
SIL-4 səviyyəsinə uyğun olmaq üçün bütün mövcud lokomotiv təhlükəsizlik cihazları çoxluq məntiqindən istifadə etməklə qurulur, burada hesablamalar paralel olaraq iki kanalda (və ya daha çox) aparılır və qərar qəbul etmək üçün nəticələr müqayisə edilir.
Pilotsuz manevr lokomotivlərindəki sensorlardan məlumatların emalı üçün hesablama qurğusu da son nəticənin müqayisəsi ilə iki kanallı sxemdən istifadə etməklə qurulub.
Görmə sensorlarının istifadəsi, müxtəlif hava şəraitində və müxtəlif mühitlərdə işləməsi pilotsuz nəqliyyat vasitələrinin təhlükəsizliyinin sübut edilməsi məsələsinə yeni yanaşma tələb edir.
2019-cu ildə ISO/PAS 21448 standartı “Yol nəqliyyat vasitələri. Müəyyən edilmiş funksiyaların təhlükəsizliyi (SOTIF). Bu standartın əsas prinsiplərindən biri müxtəlif şəraitlərdə sistemin davranışını tədqiq edən ssenari yanaşmasıdır. Ssenarilərin ümumi sayı sonsuzluğu təmsil edir. Əsas dizayn problemi məlum təhlükəli ssenariləri və naməlum təhlükəli ssenariləri təmsil edən 2 və 3-cü bölgələri minimuma endirməkdir.
Şəkil 15 İnkişaf nəticəsində ssenarilərin çevrilməsi
Bu yanaşmanın tətbiqi çərçivəsində NIIAS ASC-nin mütəxəssisləri 2017-ci ildə fəaliyyətə başlayandan bəri bütün yaranan situasiyaları (ssenariləri) təhlil ediblər. Real əməliyyatda qarşılaşmaq çətin olan bəzi vəziyyətlər PKB CT simulyatorundan istifadə etməklə işlənir.
Tənzimləmə Məsələləri
Lokomotiv salonunda sürücü olmadan tam avtomatik idarəetməyə həqiqətən tamamilə keçmək üçün tənzimləmə məsələlərini də həll etmək lazımdır.
Hazırda “Rusiya Dəmir Yolları” QSC dəmir yolu vaqonlarının idarəetmə sistemlərinin avtomatik rejimdə tətbiqi tədbirlərinin həyata keçirilməsinə normativ dəstək üzrə işlərin həyata keçirilməsi cədvəlini təsdiqləyib. Dəmir yolu nəqliyyatında istehsalatla əlaqədar olmayan vətəndaşların həyatına və ya sağlamlığına zərər vurulması ilə nəticələnən nəqliyyat hadisələrinin xidməti araşdırması və uçotunun aparılması qaydası haqqında Əsasnamənin yeniləşdirilməsi mühüm məsələlərdəndir. Bu plana uyğun olaraq 2021-ci ildə pilotsuz dəmir yolu nəqliyyat vasitələrinin istismarını tənzimləyən sənədlər paketi hazırlanmalı və təsdiq edilməlidir.
Sözündən sonra
Hazırda Lujskaya stansiyasında idarə olunan pilotsuz manevr lokomotivlərinin dünyada analoqu yoxdur. Fransa (SNCF şirkəti), Almaniya, Hollandiya (Prorail şirkəti), Belçika (Lineas şirkəti) mütəxəssisləri 2018-2019-cu illərdə hazırlanmış idarəetmə sistemi ilə tanış olublar və oxşar sistemlərin tətbiqində maraqlıdırlar. NIIAS ASC-nin əsas vəzifələrindən biri funksionallığı genişləndirmək və yaradılmış idarəetmə sistemini həm Rusiya dəmir yollarında, həm də xarici şirkətlər üçün təkrarlamaqdır.
Hazırda “Rusiya Dəmir Yolları” QSC “Lastochka” pilotsuz elektrik qatarlarının hazırlanması layihəsinə də rəhbərlik edir. Şəkil 16 çərçivəsində 2-cu ilin avqustunda ES2019G Lastochka elektrik qatarı üçün avtomatik idarəetmə sisteminin prototipinin nümayişi göstərilir. Beynəlxalq Dəmiryol Salonu məkanı 1520 "PRO//Movement.Expo".
Şəkil 16. MKM-də pilotsuz elektrik qatarının işinin nümayişi
Pilotsuz elektrik qatarının yaradılması yüksək sürətə, əhəmiyyətli əyləc məsafələrinə və dayanacaq məntəqələrində sərnişinlərin təhlükəsiz minməsi/düşməsinin təmin edilməsinə görə daha çətin işdir. Hazırda MM-də sınaqlar fəal şəkildə aparılır. Bu layihə haqqında hekayənin yaxın vaxtlarda dərc olunması planlaşdırılır.
Mənbə: www.habr.com