Ang pag-uswag sa mga unmanned nga teknolohiya sa riles nagsugod sa dugay na nga panahon, na sa 1957, sa diha nga ang una nga eksperimento nga awtomatiko nga sistema sa paggiya alang sa mga commuter nga tren gihimo. Aron masabtan ang kalainan tali sa mga lebel sa automation alang sa transportasyon sa riles, usa ka gradasyon ang gipaila, nga gihubit sa IEC-62290-1 nga sumbanan. Dili sama sa transportasyon sa dalan, ang transportasyon sa riles adunay 4 nga degree sa automation, gipakita sa Figure 1.
Figure 1. Degrees sa automation sumala sa IEC-62290
Hapit tanan nga mga tren nga nag-operate sa network sa Russian Railways adunay kagamitan sa kahilwasan nga katumbas sa lebel sa automation 1. Ang mga tren nga adunay lebel sa automation 2 malampuson nga naoperahan sa network sa riles sa Russia sa sobra sa 20 ka tuig, daghang mga libong mga tren ang nasangkapan. Kini nga lebel gipatuman pinaagi sa pagkontrol sa traksyon ug mga algorithm sa pagpreno alang sa labing maayo nga pagmaneho sa tren sa usa ka gihatag nga ruta, nga gikonsiderar ang iskedyul ug mga pagbasa sa mga awtomatikong sistema sa pagsenyas sa lokomotibo nga nadawat pinaagi sa usa ka inductive channel gikan sa mga track circuit. Ang paggamit sa lebel 2 makapamenos sa kakapoy sa drayber ug naghatag og mga benepisyo sa pagkonsumo sa enerhiya ug katukma sa pagpatuman sa eskedyul.
Ang lebel 3 nag-isip sa posibleng pagkawala sa usa ka drayber sa taksi, nga nagkinahanglan sa pagpatuman sa usa ka teknikal nga sistema sa panglantaw.
Ang lebel 4 nag-isip sa hingpit nga pagkawala sa usa ka drayber nga sakay, nga nanginahanglan usa ka hinungdanon nga pagbag-o sa disenyo sa lokomotibo (electric nga tren). Pananglitan, adunay mga circuit breaker nga sakay nga imposible nga ma-reset kung matapik nga walay tawo nga sakay.
Sa pagkakaron, ang mga proyekto aron makab-ot ang lebel 3 ug 4 gipatuman sa mga nanguna nga kompanya sa kalibutan, sama sa Siemens, Alstom, Thales, SNCF, SBB ug uban pa.
Gipresentar sa Siemens ang proyekto niini sa natad sa mga tram nga walay drayber kaniadtong Setyembre 2018 sa eksibit sa Innotrans. Kini nga tram naglihok sa Potsdam nga adunay lebel sa automation sa GoA3 sukad sa 2018.
Hulagway 2 Siemens tram
Sa 2019, gipadako sa Siemens ang gitas-on sa wala’y tawo nga ruta nga labaw sa 2 ka beses.
Ang kompanya sa Russian Railways mao ang usa sa una sa kalibutan nga nagsugod sa paghimo og mga unmanned railway vehicles. Busa, sa estasyon sa Luzhskaya sa 2015, usa ka proyekto ang gilusad aron ma-automate ang paglihok sa 3 shunting locomotives, diin ang NIIAS JSC naglihok isip project integrator ug developer sa mga batakang teknolohiya.
Ang paghimo og unmanned locomotive usa ka komplikado, komplikado nga proseso nga imposible kung walay kooperasyon sa ubang mga kompanya. Busa, sa estasyon sa Luzhskaya, uban sa JSC NIIAS, ang mosunod nga mga kompanya miapil:
- JSC "VNIKTI" sa mga termino sa pagpalambo sa usa ka on-board control system;
- Siemens - sa mga termino sa pag-automate sa hump operation (MSR-32 system) ug pag-automate sa operasyon sa pagduso sa mga sakyanan;
- JSC Radioavionics sa termino sa microprocessor centralization system nga nagkontrol sa mga switch ug traffic lights;
- PKB CT – paghimo sa usa ka simulator;
- JSC Russian Railways isip project coordinator.
Sa una nga yugto, ang tahas mao ang pagkab-ot sa lebel 2 sa automation sa trapiko, kung ang drayber, sa ilawom sa normal nga kondisyon alang sa pag-organisar sa trabaho sa shunting, wala mogamit sa mga kontrol sa lokomotibo.
Kung nag-operate sa conventional shunting locomotives, ang pagkontrol sa trapiko gihimo pinaagi sa pagpadala sa mga voice command gikan sa dispatcher ngadto sa drayber uban ang pagtakda sa angay nga mga rota (moving switch, pag-on sa traffic lights).
Kung mobalhin sa lebel 2 automation, ang tanan nga komunikasyon sa tingog gipulihan sa usa ka sistema sa mga mando nga gipasa sa usa ka digital nga luwas nga channel sa radyo. Sa teknikal nga paagi, ang pagkontrol sa mga shunting locomotive sa estasyon sa Luzhskaya gitukod base sa:
- hiniusa nga digital nga modelo sa estasyon;
- protocol alang sa pagpugong sa paglihok sa mga shunting locomotives (alang sa pagpadala sa mga sugo ug pagmonitor sa pagpatuman);
- pakig-uban sa electrical sentralisasyon nga sistema sa pagkuha sa impormasyon mahitungod sa gihatag nga mga rota, ang posisyon sa mga udyong ug mga signal;
- mga sistema sa pagpoposisyon alang sa shunting nga mga lokomotibo;
- kasaligan nga digital radio communications.
Sa 2017, ang 3 TEM-7A shunting locomotives nagtrabaho sa 95% sa estasyon sa Luzhskaya sa bug-os nga awtomatikong mode, nga nagpahigayon sa mosunod nga mga operasyon:
- Awtomatikong paglihok subay sa gihatag nga ruta;
- Awtomatikong pag-access sa mga awto;
- Awtomatikong pagdugtong sa mga karwahe;
- Pagduso sa mga sakyanan ngadto sa hump.
Kaniadtong 2017, usa ka proyekto ang gilunsad aron maghimo usa ka teknikal nga sistema sa panan-aw alang sa pag-shunting sa mga lokomotibo ug pagpaila sa hilit nga kontrol kung adunay mga emerhensya nga sitwasyon.
Niadtong Nobyembre 2017, ang mga espesyalista gikan sa JSC NIIAS nag-instalar sa unang prototype sa usa ka teknikal nga sistema sa panan-awon sa shunting nga mga lokomotibo, nga naglangkob sa mga radar, lidar ug mga kamera (Figure 3).
Figure 3 Unang mga bersyon sa teknikal nga mga sistema sa panan-awon
Atol sa mga pagsulay sa istasyon sa Luga sa teknikal nga sistema sa panan-awon sa 2017 - 2018, ang mga mosunud nga konklusyon gihimo:
- Ang paggamit sa mga radar alang sa pag-ila sa mga babag dili praktikal, tungod kay ang riles adunay daghang gidaghanon sa mga butang nga metal nga adunay maayo nga pagpamalandong. Ang detection range sa mga tawo batok sa ilang background dili molapas sa 60-70 metros, dugang pa, ang mga radar adunay dili igo nga angular nga resolusyon ug mga 1 °. Ang among mga nahibal-an pagkahuman gikumpirma sa mga resulta sa pagsulay gikan sa mga kauban gikan sa SNCF (ang French railway operator).
- Ang mga lidar naghatag og maayo kaayo nga mga resulta nga adunay gamay nga kasaba. Sa panghitabo sa snowfall, ulan, o gabon, usa ka dili kritikal nga pagkunhod sa detection range sa mga butang maobserbahan. Bisan pa, sa 2017, ang mga lidar mahal kaayo, nga nakaapekto sa ekonomiya sa proyekto.
- Ang mga kamera usa ka hinungdanon nga elemento sa usa ka teknikal nga sistema sa panan-aw ug gikinahanglan alang sa pag-ila, pagklasipikar sa butang, ug mga buluhaton sa remote control. Aron magtrabaho sa gabii ug sa lisud nga kahimtang sa panahon, kinahanglan nga adunay mga infrared camera o camera nga adunay taas nga wavelength range nga mahimong molihok sa duol nga infrared range.
Ang panguna nga tahas sa teknikal nga panan-awon mao ang pag-ila sa mga babag ug uban pang mga butang sa dalan, ug tungod kay ang paglihok gihimo sa usa ka track, kinahanglan nga mahibal-an kini.
Figure 4. Ehemplo sa multi-class segmentation (track, mga sakyanan) ug determinasyon sa track axis gamit ang binary mask
Gipakita sa Figure 4 ang usa ka pananglitan sa rut detection. Aron dili klaro nga mahibal-an ang ruta sa paglihok subay sa mga udyong, gigamit ang usa ka priori nga kasayuran bahin sa posisyon sa udyong ug mga pagbasa sa suga sa trapiko, nga gipasa pinaagi sa usa ka digital radio channel gikan sa sistema sa sentralisasyon sa kuryente. Sa pagkakaron, adunay uso sa mga riles sa kalibotan nga biyaan ang mga suga sa trapiko ug mobalhin aron makontrol ang mga sistema pinaagi sa digital radio channel. Tinuod kini ilabi na alang sa kusog nga trapiko, tungod kay sa mga gikusgon nga labaw sa 200 km / h mahimong lisud nga makamatikod ug makaila sa mga suga sa trapiko. Sa Russia, adunay duha ka mga seksyon nga gipadagan nga wala gigamit ang mga suga sa trapiko - ang Moscow Central Circle ug ang Alpika-Service - Adler nga linya.
Sa tingtugnaw, ang mga sitwasyon mahimong motumaw kung ang track hingpit nga ilawom sa snow ug ang pag-ila sa track mahimong hapit imposible, ingon sa gipakita sa Figure 5.
Figure 5 Pananglitan sa usa ka track nga natabunan sa snow
Sa kini nga kaso, mahimong dili klaro kung ang mga nakit-an nga mga butang makabalda sa paglihok sa lokomotibo, nga mao, naa sila sa track o wala. Sa kini nga kaso, sa estasyon sa Luzhskaya, usa ka high-precision digital nga modelo sa istasyon ug usa ka high-precision on-board navigation system ang gigamit.
Dugang pa, ang digital nga modelo sa estasyon gihimo base sa geodetic nga pagsukod sa mga base point. Pagkahuman, pinasukad sa pagproseso sa daghang mga agianan sa mga lokomotibo nga adunay taas nga katukma nga sistema sa pagpoposisyon, usa ka mapa ang nahuman sa tanan nga mga agianan.
Figure 6 Digital nga modelo sa track development sa Luzhskoy station
Usa sa labing importante nga mga parameter alang sa on-board positioning system mao ang sayop sa pagkalkulo sa orientation (azimuth) sa lokomotibo. Ang orientasyon sa lokomotibo gikinahanglan alang sa husto nga orientasyon sa mga sensor ug mga butang nga nakit-an nila. Uban sa usa ka orientation angle error sa 1 °, ang sayop sa object coordinates kalabot sa dalan axis sa gilay-on nga 100 metros mahimong 1,7 metros.
Figure 7 Epekto sa orientation error sa lateral coordinate error
Busa, ang maximum permissible error sa pagsukod sa angular orientation sa lokomotibo kinahanglan dili molapas sa 0,1°. Ang onboard positioning system mismo naglangkob sa duha ka dual-frequency navigation receiver sa RTK mode, ang mga antenna nga gilay-on sa tibuok gitas-on sa lokomotibo aron makamugna og taas nga base, strapdown inertial navigation system ug koneksyon sa wheel sensors (odometers). Ang standard deviation sa pagtino sa mga coordinate sa shunting locomotive dili molapas sa 5 cm.
Dugang pa, sa istasyon sa Luzhskaya, gihimo ang panukiduki bahin sa paggamit sa mga teknolohiya sa SLAM (lidar ug biswal) aron makakuha dugang nga datos sa lokasyon.
Ingon usa ka sangputanan, ang determinasyon sa riles sa riles alang sa shunting nga mga lokomotibo sa estasyon sa Luzhskaya gihimo pinaagi sa paghiusa sa mga resulta sa pag-ila sa track ug data sa modelo sa digital track nga nakabase sa posisyon.
Ang pagtuki sa babag gihimo usab sa daghang mga paagi base sa:
- datos sa lidar;
- stereo panan-awon data;
- operasyon sa mga neural network.
Usa sa mga nag-unang tinubdan sa datos mao ang mga lidar, nga nagpatunghag usa ka panganod sa mga punto gikan sa pag-scan sa laser. Ang mga algorithm nga gigamit kasagaran naggamit sa klasikal nga data clustering algorithms. Isip bahin sa panukiduki, ang pagka-epektibo sa paggamit sa mga neural network alang sa tahas sa pag-cluster sa mga punto sa lidar, ingon man alang sa hiniusang pagproseso sa datos sa lidar ug data gikan sa mga video camera, gisulayan. Gipakita sa Figure 8 ang usa ka pananglitan sa datos sa lidar (usa ka panganod sa mga punto nga adunay lainlaing reflexivity) nga nagpakita sa usa ka mannequin sa usa ka tawo batok sa background sa usa ka karwahe sa istasyon sa Luzhskaya.
Figure 8. Pananglitan sa lidar data sa Luzhskoy station
Gipakita sa Figure 9 ang usa ka pananglitan sa pag-ila sa usa ka cluster gikan sa usa ka komplikado nga porma nga awto gamit ang datos gikan sa duha ka lainlaing lidar.
Figure 9. Pananglitan sa paghubad sa datos sa lidar sa porma sa usa ka cluster gikan sa usa ka hopper nga sakyanan
Sa tagsa-tagsa, angay nga matikdan nga bag-o lang ang gasto sa mga lidar mikunhod sa halos usa ka han-ay sa magnitude, ug ang ilang teknikal nga mga kinaiya misaka. Walay duhaduha nga kini nga uso magpadayon. Ang detection range sa mga butang pinaagi sa mga lidar nga gigamit sa Luzhskaya station mga 150 metros.
Ang stereo camera nga naggamit ug lahi nga pisikal nga prinsipyo gigamit usab sa pag-ila sa mga babag.
Figure 10. Disparity map gikan sa stereo pair ug nakita nga mga cluster
Ang Figure 10 nagpakita sa usa ka pananglitan sa stereo camera data nga adunay detection sa mga poste, track box ug usa ka karwahe.
Aron makakuha og igo nga katukma sa point cloud sa layo nga igo alang sa braking, gikinahanglan ang paggamit sa mga high-resolution nga kamera. Ang pagdugang sa gidak-on sa imahe nagdugang sa gasto sa pagkalkula sa pagkuha sa disparity map. Tungod sa gikinahanglan nga mga kondisyon alang sa gi-okupar nga mga kapanguhaan ug oras sa pagtubag sa sistema, kinahanglan nga kanunay nga mag-develop ug magsulay sa mga algorithm ug mga pamaagi alang sa pagkuha sa mapuslanon nga datos gikan sa mga video camera.
Ang bahin sa pagsulay ug pag-verify sa mga algorithm gihimo gamit ang usa ka simulator sa tren, nga gipalambo sa PKB TsT kauban ang JSC NIIAS. Pananglitan, ang Figure 11 nagpakita sa paggamit sa usa ka simulator aron sa pagsulay sa performance sa stereo camera algorithms.
Figure 11. A, B - wala ug tuo nga mga frame gikan sa simulator; B - top view sa pagtukod pag-usab sa data gikan sa stereo camera; D - pagtukod pag-usab sa mga imahe sa stereo camera gikan sa simulator.
Ang panguna nga tahas sa mga neural network mao ang pag-ila sa mga tawo, mga awto ug ang ilang klasipikasyon.
Aron magtrabaho sa grabe nga kahimtang sa panahon, ang mga espesyalista gikan sa JSC NIIAS nagpahigayon usab mga pagsulay gamit ang mga infrared camera.
Figure 12. Data gikan sa IR camera
Ang mga datos gikan sa tanan nga mga sensor gihiusa base sa mga algorithm sa asosasyon, diin ang posibilidad sa paglungtad sa mga babag (mga butang) gisusi.
Dugang pa, dili tanan nga mga butang sa track mga babag; kung maghimo mga operasyon sa shunting, ang lokomotibo kinahanglan awtomatiko nga mag-uban sa mga awto.
Figure 13. Usa ka pananglitan sa pagtan-aw sa pagduol sa usa ka awto nga adunay pag-ila sa babag sa lainlaing mga sensor
Kung nag-operate sa unmanned shunting locomotives, hinungdanon kaayo nga masabtan dayon kung unsa ang nahitabo sa kagamitan ug kung unsa ang kahimtang niini. Posible usab ang mga sitwasyon kung ang usa ka hayop, sama sa usa ka iro, makita sa atubangan sa makina. Ang mga algorithm sa onboard awtomatik nga mohunong sa lokomotibo, apan unsa ang sunod nga buhaton kung ang iro dili molihok?
Aron ma-monitor ang sitwasyon sakay ug maghimog mga desisyon sa kaso sa mga emerhensya nga sitwasyon, usa ka stationary remote control ug monitoring panel ang naugmad, nga gidesinyo sa pagtrabaho sa tanang unmanned locomotives sa estasyon. Sa estasyon sa Luzhskaya kini nahimutang sa EC post.
Figure 14 Remote control ug monitoring
Sa estasyon sa Luzhskoy, ang control panel nga gipakita sa Figure 14 nagkontrol sa operasyon sa tulo ka shunting locomotives. Kung gikinahanglan, gamit kini nga hilit nga kontrol mahimo nimong makontrol ang usa sa konektado nga mga lokomotibo pinaagi sa pagpadala sa kasayuran sa tinuud nga oras (paglangan nga dili molapas sa 300 ms, nga gikonsiderar ang pagpadala sa data pinaagi sa channel sa radyo).
Functional nga mga isyu sa kaluwasan
Ang labing hinungdanon nga isyu sa pagpaila sa mga unmanned locomotives mao ang isyu sa functional safety, nga gihubit sa IEC 61508 "Functional nga kaluwasan sa mga electrical, electronic, programmable electronic system nga may kalabutan sa kaluwasan" (EN50126, EN50128, EN50129), GOST 33435-2015 "Devices alang sa pagkontrol, pagmonitor ug kaluwasan sa railway rolling stock".
Pinauyon sa mga kinahanglanon alang sa mga aparato sa kaluwasan sa on-board, ang lebel sa integridad sa kaluwasan 4 (SIL4) kinahanglan nga makab-ot.
Aron masunod ang lebel sa SIL-4, ang tanan nga naglungtad nga mga aparato sa kaluwasan sa lokomotibo gitukod gamit ang kadaghanan nga lohika, diin ang mga kalkulasyon gihimo nga managsama sa duha ka mga kanal (o daghan pa) ug ang mga resulta gitandi aron makahimo usa ka desisyon.
Ang computing unit alang sa pagproseso sa datos gikan sa mga sensor sa unmanned shunting locomotives gitukod usab gamit ang two-channel scheme nga adunay pagtandi sa kataposang resulta.
Ang paggamit sa mga sensor sa panan-aw, operasyon sa lain-laing mga kahimtang sa panahon ug sa lain-laing mga palibot nagkinahanglan sa usa ka bag-o nga pamaagi sa isyu sa pagpamatuod sa kaluwasan sa unmanned mga sakyanan.
Sa 2019, ang sumbanan nga ISO / PAS 21448 nga "Mga salakyanan sa kalsada. Seguridad sa Defined Functions (SOTIF). Usa sa mga nag-unang prinsipyo sa kini nga sumbanan mao ang pamaagi sa senaryo, nga nagsusi sa pamatasan sa sistema sa lainlaing mga kahimtang. Ang kinatibuk-ang gidaghanon sa mga senaryo nagrepresentar sa walay katapusan. Ang nag-unang hagit sa disenyo mao ang pagminus sa mga rehiyon 2 ug 3, nga nagrepresentar sa nahibal-an nga dili luwas nga mga senaryo ug wala mailhi nga dili luwas nga mga senaryo.
Figure 15 Pagbag-o sa mga senaryo isip resulta sa kalamboan
Isip kabahin sa paggamit niini nga pamaagi, ang mga espesyalista gikan sa JSC NIIAS nag-analisar sa tanan nga mitumaw nga mga sitwasyon (mga senaryo) sukad sa pagsugod sa operasyon sa 2017. Ang pipila ka mga sitwasyon nga lisud masugatan sa tinuod nga operasyon gihimo gamit ang PKB CT simulator.
Mga Isyu sa Regulasyon
Aron sa tinuud nga hingpit nga pagbalhin sa hingpit nga awtomatik nga pagkontrol nga wala’y presensya sa usa ka drayber sa kabin sa lokomotibo, kinahanglan usab nga masulbad ang mga isyu sa regulasyon.
Sa pagkakaron, ang JSC Russian Railways nag-aprobar sa usa ka iskedyul alang sa pagpatuman sa trabaho sa suporta sa regulasyon alang sa pagpatuman sa mga lakang alang sa pagpatuman sa mga sistema sa pagkontrol alang sa railway rolling stock sa automatic mode. Usa sa labing hinungdanon nga mga isyu mao ang pag-update sa mga Regulasyon sa pamaagi alang sa opisyal nga imbestigasyon ug pagrekord sa mga insidente sa transportasyon nga miresulta sa kadaot sa kinabuhi o kahimsog sa mga lungsuranon nga wala’y kalabotan sa produksiyon sa transportasyon sa riles. Nahiuyon sa kini nga plano, sa 2021 usa ka pakete sa mga dokumento nga nag-regulate sa operasyon sa mga unmanned nga mga salakyanan sa tren kinahanglan nga pauswagon ug aprobahan.
Pagkahuman
Sa pagkakaron, walay mga analogue sa kalibutan sa unmanned shunting locomotives nga gipadagan sa estasyon sa Luzhskaya. Ang mga espesyalista gikan sa France (SNCF company), Germany, Holland (Prorail company), Belgium (Lineas company) nahimong pamilyar sa naugmad nga sistema sa pagkontrol sa 2018-2019 ug interesado sa pagpatuman sa susamang mga sistema. Usa sa mga nag-unang tahas sa JSC NIIAS mao ang pagpalapad sa pagpaandar ug pagkopya sa gibuhat nga sistema sa pagdumala sa mga riles sa Russia ug alang sa mga langyaw nga kompanya.
Sa pagkakaron, ang JSC Russian Railways usab nanguna sa usa ka proyekto sa pagpalambo sa unmanned electric nga mga tren nga "Lastochka". Ang Figure 16 nagpakita sa usa ka demonstrasyon sa prototype nga automatic control system alang sa ES2G Lastochka electric train sa Agosto 2019 sulod sa framework. International Railway Salon nga wanang 1520 "PRO//Movement.Expo".
Figure 16. Demonstrasyon sa operasyon sa usa ka unmanned electric train sa MCC
Ang paghimo og unmanned electric train kay mas lisud nga buluhaton tungod sa taas nga tulin, mahinungdanong gilay-on sa braking, ug pagsiguro sa luwas nga pagsakay/pagpanaog sa mga pasahero sa mga hunonganan. Sa pagkakaron, ang pagsulay aktibo nga gihimo sa MCC. Usa ka istorya bahin sa kini nga proyekto giplano nga imantala sa umaabot nga umaabot.
Source: www.habr.com