Dechreuodd datblygiad technolegau di-griw ar y rheilffordd gryn amser yn ôl, eisoes ym 1957, pan grëwyd y system arweiniad awtomataidd arbrofol gyntaf ar gyfer trenau cymudwyr. Er mwyn deall y gwahaniaeth rhwng lefelau awtomeiddio ar gyfer trafnidiaeth rheilffordd, mae graddiad wedi'i gyflwyno, a ddiffinnir yn safon IEC-62290-1. Yn wahanol i drafnidiaeth ffyrdd, mae gan drafnidiaeth reilffordd 4 gradd o awtomeiddio, a ddangosir yn Ffigur 1.
Ffigur 1. Graddau awtomeiddio yn ôl IEC-62290
Mae bron pob trên sy'n gweithredu ar rwydwaith Rheilffyrdd Rwsia wedi'i gyfarparu â dyfais ddiogelwch sy'n cyfateb i lefel awtomeiddio 1. Mae trenau â lefel awtomeiddio 2 wedi'u gweithredu'n llwyddiannus ar rwydwaith rheilffyrdd Rwsia ers dros 20 mlynedd; mae sawl mil o locomotifau wedi'u cyfarparu. Gweithredir y lefel hon trwy reoli tyniant a algorithmau brecio ar gyfer gyrru'r trên â'r egni gorau posibl ar hyd llwybr penodol, gan ystyried amserlen a darlleniadau systemau signalau locomotif awtomatig a dderbynnir trwy sianel anwythol o gylchedau'r trac. Mae defnyddio lefel 2 yn lleihau blinder gyrwyr ac yn darparu buddion o ran defnydd ynni a chywirdeb gweithredu amserlen.
Mae Lefel 3 yn rhagdybio absenoldeb posibl gyrrwr yn y cab, sy'n gofyn am weithredu system weledigaeth dechnegol.
Mae Lefel 4 yn rhagdybio absenoldeb llwyr gyrrwr ar fwrdd y llong, sy'n gofyn am newid sylweddol yn nyluniad y locomotif (trên trydan). Er enghraifft, mae torwyr cylched ar fwrdd y llong a fydd yn amhosibl eu hailosod os cânt eu baglu heb berson ar fwrdd y llong.
Ar hyn o bryd, mae prosiectau i gyflawni lefelau 3 a 4 yn cael eu gweithredu gan gwmnïau blaenllaw yn y byd, megis Siemens, Alstom, Thales, SNCF, SBB ac eraill.
Cyflwynodd Siemens ei brosiect ym maes tramiau heb yrwyr ym mis Medi 2018 yn arddangosfa Innotrans. Mae'r tram hwn wedi bod ar waith yn Potsdam gyda lefel awtomeiddio GoA3 ers 2018.
Ffigur 2 Tram Siemens
Yn 2019, cynyddodd Siemens hyd y llwybr di-griw fwy na 2 waith.
Cwmni Rheilffyrdd Rwsia oedd un o'r rhai cyntaf yn y byd i ddechrau datblygu cerbydau rheilffordd di-griw. Felly, yng ngorsaf Luzhskaya yn 2015, lansiwyd prosiect i awtomeiddio symudiad 3 locomotif siyntio, lle gweithredodd NIIAS JSC fel integreiddiwr prosiect a datblygwr y technolegau sylfaenol.
Mae creu locomotif di-griw yn broses gymhleth, gymhleth sy'n amhosibl heb gydweithredu â chwmnïau eraill. Felly, yng ngorsaf Luzhskaya, ynghyd â JSC NIIAS, mae'r cwmnïau canlynol yn cymryd rhan:
- JSC "VNIKTI" o ran datblygu system reoli ar y bwrdd;
- Siemens - o ran awtomeiddio gweithrediad y twmpath (system MSR-32) ac awtomeiddio gweithrediad ceir gwthio;
- JSC Radioavionics o ran systemau canoli microbrosesydd sy'n rheoli switshis a goleuadau traffig;
- PKB CT – creu efelychydd;
- JSC Russian Railways fel cydlynydd prosiect.
Ar y cam cyntaf, y dasg oedd cyflawni lefel 2 o awtomeiddio traffig, pan nad yw'r gyrrwr, o dan amodau arferol ar gyfer trefnu gwaith siyntio, yn defnyddio'r rheolyddion locomotif.
Wrth weithredu locomotifau siyntio confensiynol, rheolir traffig trwy drosglwyddo gorchmynion llais o'r anfonwr i'r gyrrwr gan osod y llwybrau priodol (symud switshis, troi goleuadau traffig ymlaen).
Wrth symud i awtomeiddio lefel 2, disodlwyd yr holl gyfathrebu llais gan system o orchmynion a drosglwyddwyd dros sianel radio ddiogel ddigidol. Yn dechnegol, adeiladwyd rheolaeth locomotifau siyntio yng ngorsaf Luzhskaya ar sail:
- model digidol unedig o'r orsaf;
- protocol ar gyfer rheoli symudiad locomotifau siyntio (ar gyfer anfon gorchmynion a monitro gweithrediad);
- rhyngweithio â'r system ganoli drydanol i gael gwybodaeth am lwybrau penodol, lleoliad saethau a signalau;
- systemau lleoli ar gyfer siyntio locomotifau;
- cyfathrebiadau radio digidol dibynadwy.
Erbyn 2017, roedd 3 locomotif siyntio TEM-7A yn gweithio 95% o'r amser yng ngorsaf Luzhskaya mewn modd cwbl awtomatig, gan berfformio'r gweithrediadau canlynol:
- Symudiad awtomatig ar hyd llwybr penodol;
- Mynediad awtomatig i geir;
- Cyplu awtomatig â wagenni;
- Gwthio ceir ar y twmpath.
Yn 2017, lansiwyd prosiect i greu system weledigaeth dechnegol ar gyfer siyntio locomotifau a chyflwyno teclyn rheoli o bell mewn sefyllfaoedd brys.
Ym mis Tachwedd 2017, gosododd arbenigwyr o JSC NIIAS y prototeip cyntaf o system golwg dechnegol ar locomotifau siyntio, yn cynnwys radar, lidar a chamerâu (Ffigur 3).
Ffigur 3 Fersiynau cyntaf systemau gweledigaeth dechnegol
Yn ystod profion yng ngorsaf Luga o'r system gweledigaeth dechnegol yn 2017 - 2018, daethpwyd i'r casgliadau a ganlyn:
- Mae defnyddio radar ar gyfer canfod rhwystrau yn anymarferol, gan fod gan y rheilffordd nifer sylweddol o wrthrychau metel gydag adlewyrchedd da. Nid yw ystod canfod pobl yn erbyn eu cefndir yn fwy na 60-70 metr, yn ogystal, nid oes gan radar ddigon o gydraniad onglog ac mae tua 1 °. Cadarnhawyd ein canfyddiadau wedyn gan ganlyniadau profion gan gydweithwyr o SNCF (gweithredwr rheilffyrdd Ffrainc).
- Mae Lidars yn darparu canlyniadau da iawn heb fawr o sŵn. Mewn achos o eira, glaw neu niwl, gwelir gostyngiad an-hanfodol yn ystod canfod gwrthrychau. Fodd bynnag, yn 2017, roedd lidars yn eithaf drud, a effeithiodd yn sylweddol ar berfformiad economaidd y prosiect.
- Mae camerâu yn elfen hanfodol o system golwg dechnegol ac yn angenrheidiol ar gyfer canfod, dosbarthu gwrthrychau, a thasgau rheoli o bell. I weithio gyda'r nos ac mewn tywydd anodd, mae angen cael camerâu isgoch neu gamerâu gydag ystod tonfedd estynedig a all weithredu yn yr ystod agos-isgoch.
Prif dasg gweledigaeth dechnegol yw canfod rhwystrau a gwrthrychau eraill ar hyd y ffordd, a chan fod y symudiad yn cael ei wneud ar hyd trac, mae angen ei ganfod.
Ffigur 4. Enghraifft o segmentu aml-ddosbarth (trac, ceir) a phennu echelin y trac gan ddefnyddio mwgwd deuaidd
Mae Ffigur 4 yn dangos enghraifft o ganfod rhigolau. Er mwyn pennu'n ddiamwys y llwybr symud ar hyd y saethau, defnyddir gwybodaeth a priori am leoliad y saeth a darlleniadau goleuadau traffig, a drosglwyddir trwy sianel radio ddigidol o'r system ganoli drydanol. Ar hyn o bryd, mae tuedd ar reilffyrdd y byd i gefnu ar oleuadau traffig a newid i systemau rheoli trwy sianel radio digidol. Mae hyn yn arbennig o wir ar gyfer traffig cyflym, oherwydd ar gyflymder dros 200 km/h mae'n dod yn anodd sylwi ac adnabod goleuadau traffig. Yn Rwsia, mae dwy adran yn cael eu gweithredu heb ddefnyddio goleuadau traffig - Cylch Canolog Moscow a llinell Alpika-Service - Adler.
Yn y gaeaf, gall sefyllfaoedd godi pan fydd y trac yn gyfan gwbl dan orchudd eira ac mae adnabod y trac bron yn amhosibl, fel y dangosir yn Ffigur 5.
Ffigur 5 Enghraifft o drac wedi'i orchuddio ag eira
Yn yr achos hwn, mae'n dod yn aneglur a yw'r gwrthrychau a ganfyddir yn ymyrryd â symudiad y locomotif, hynny yw, a ydynt ar y trac ai peidio. Yn yr achos hwn, yng ngorsaf Luzhskaya, defnyddir model digidol manwl iawn o'r orsaf a system llywio manwl uchel ar y bwrdd.
Ar ben hynny, crëwyd model digidol yr orsaf ar sail mesuriadau geodetig o bwyntiau sylfaen. Yna, yn seiliedig ar brosesu llawer o ddarnau o locomotifau gyda system leoli fanwl iawn, cwblhawyd map ar hyd yr holl lwybrau.
Ffigur 6 Model digidol o ddatblygiad trac yng ngorsaf Luzhskoy
Un o'r paramedrau pwysicaf ar gyfer y system lleoli ar y bwrdd yw'r gwall wrth gyfrifo cyfeiriadedd (azimuth) y locomotif. Mae cyfeiriadedd y locomotif yn angenrheidiol ar gyfer cyfeiriadedd cywir y synwyryddion a'r gwrthrychau a ganfyddir ganddynt. Gyda gwall ongl cyfeiriadedd o 1 °, y gwall mewn cyfesurynnau gwrthrych o'i gymharu ag echel y llwybr ar bellter o 100 metr fydd 1,7 metr.
Ffigur 7 Effaith gwall cyfeiriadedd ar wall cyfesurynnau ochrol
Felly, ni ddylai'r gwall mwyaf a ganiateir wrth fesur cyfeiriadedd onglog y locomotif fod yn fwy na 0,1 °. Mae'r system lleoli ar y bwrdd ei hun yn cynnwys dau dderbynnydd llywio amledd deuol yn y modd RTK, y mae eu antenâu wedi'u gosod ar hyd yr holl locomotif i greu sylfaen hir, system llywio anadweithiol strapdown a chysylltiad â synwyryddion olwyn (odomedrau). Nid yw gwyriad safonol pennu cyfesurynnau'r locomotif siyntio yn fwy na 5 cm.
Yn ogystal, yng ngorsaf Luzhskaya, cynhaliwyd ymchwil ar y defnydd o dechnolegau SLAM (lidar a gweledol) i gael data lleoliad ychwanegol.
O ganlyniad, penderfynir ar y trac rheilffordd ar gyfer siyntio locomotifau yng ngorsaf Luzhskaya trwy gyfuno canlyniadau adnabod traciau a data model trac digidol yn seiliedig ar leoliad.
Mae canfod rhwystrau hefyd yn cael ei wneud mewn sawl ffordd yn seiliedig ar:
- data lidar;
- data gweledigaeth stereo;
- gweithredu rhwydweithiau niwral.
Un o'r prif ffynonellau data yw lidars, sy'n cynhyrchu cwmwl pwynt o sganio laser. Mae algorithmau a ddefnyddir yn defnyddio algorithmau clystyru data clasurol yn bennaf. Fel rhan o'r ymchwil, profir effeithiolrwydd defnyddio rhwydweithiau niwral ar gyfer y dasg o glystyru pwyntiau lidar, yn ogystal ag ar gyfer prosesu data lidar a data o gamerâu fideo ar y cyd. Mae Ffigur 8 yn dangos enghraifft o ddata lidar (cwmwl o bwyntiau ag adweithedd gwahanol) yn dangos mannequin person yn erbyn cefndir cerbyd yng ngorsaf Luzhskaya.
Ffigur 8. Enghraifft o ddata lidar yng ngorsaf Luzhskoy
Mae Ffigur 9 yn dangos enghraifft o adnabod clwstwr o gar siâp cymhleth gan ddefnyddio data o ddau lidar gwahanol.
Ffigur 9. Enghraifft o ddehongli data lidar ar ffurf clwstwr o gar hopran
Ar wahân, mae'n werth nodi bod cost lidars yn ddiweddar wedi gostwng bron i drefn maint, ac mae eu nodweddion technegol wedi cynyddu. Nid oes amheuaeth y bydd y duedd hon yn parhau. Mae ystod canfod gwrthrychau gan lidars a ddefnyddir yng ngorsaf Luzhskaya tua 150 metr.
Mae camera stereo sy'n defnyddio egwyddor gorfforol wahanol hefyd yn cael ei ddefnyddio i ganfod rhwystrau.
Ffigur 10. Map gwahaniaeth o bâr stereo a chlystyrau a ganfuwyd
Mae Ffigur 10 yn dangos enghraifft o ddata camera stereo gyda chanfod polion, blychau trac a cherbyd.
Er mwyn cael digon o gywirdeb y cwmwl pwynt ar bellter sy'n ddigonol ar gyfer brecio, mae angen defnyddio camerâu cydraniad uchel. Mae cynyddu maint y ddelwedd yn cynyddu'r gost gyfrifiannol o gael y map gwahaniaeth. Oherwydd yr amodau angenrheidiol ar gyfer yr adnoddau a feddiannir ac amser ymateb y system, mae angen datblygu a phrofi algorithmau a dulliau gweithredu yn gyson ar gyfer tynnu data defnyddiol o gamerâu fideo.
Mae rhan o brofi a gwirio algorithmau yn cael ei wneud gan ddefnyddio efelychydd rheilffordd, sy'n cael ei ddatblygu gan PKB TsT ynghyd â JSC NIIAS. Er enghraifft, mae Ffigur 11 yn dangos y defnydd o efelychydd i brofi perfformiad algorithmau camera stereo.
Ffigur 11. A, B - fframiau chwith a dde o'r efelychydd; B – golygfa uchaf o ail-greu data o gamera stereo; D - ail-greu delweddau camera stereo o'r efelychydd.
Prif dasg rhwydweithiau niwral yw canfod pobl, ceir a'u dosbarthiad.
Er mwyn gweithio mewn tywydd garw, cynhaliodd arbenigwyr o JSC NIIAS brofion gan ddefnyddio camerâu isgoch hefyd.
Ffigur 12. Data o gamera IR
Mae data o'r holl synwyryddion yn cael eu hintegreiddio yn seiliedig ar algorithmau cysylltiad, lle mae'r tebygolrwydd o fodolaeth rhwystrau (gwrthrychau) yn cael ei asesu.
Ar ben hynny, nid yw pob gwrthrych ar y trac yn rhwystrau; wrth gyflawni gweithrediadau siyntio, rhaid i'r locomotif gyplu â'r ceir yn awtomatig.
Ffigur 13. Enghraifft o ddelweddu'r ymagwedd at gar gyda gwahanol synwyryddion yn canfod rhwystrau
Wrth ddefnyddio locomotifau siyntio di-griw, mae'n hynod bwysig deall yn gyflym beth sy'n digwydd gyda'r offer a pha gyflwr y mae ynddo. Mae sefyllfaoedd hefyd yn bosibl pan fydd anifail, fel ci, yn ymddangos o flaen y locomotif. Bydd algorithmau ar fwrdd yn atal y locomotif yn awtomatig, ond beth i'w wneud nesaf os nad yw'r ci yn symud allan o'r ffordd?
Er mwyn monitro'r sefyllfa a gwneud penderfyniadau rhag ofn y bydd argyfwng, mae panel rheoli a monitro o bell llonydd wedi'i ddatblygu, wedi'i gynllunio i weithio gyda'r holl locomotifau di-griw yn yr orsaf. Yng ngorsaf Luzhskaya mae wedi'i leoli wrth bostyn y CE.
Ffigur 14 Rheoli a monitro o bell
Yng ngorsaf Luzhskoy, mae'r panel rheoli a ddangosir yn Ffigur 14 yn rheoli gweithrediad tri locomotif siyntio. Os oes angen, gan ddefnyddio'r teclyn rheoli o bell hwn gallwch reoli un o'r locomotifau cysylltiedig trwy drosglwyddo gwybodaeth mewn amser real (oedi dim mwy na 300 ms, gan ystyried trosglwyddo data trwy sianel radio).
Materion diogelwch swyddogaethol
Y mater pwysicaf wrth gyflwyno locomotifau di-griw yw mater diogelwch swyddogaethol, a ddiffinnir gan safonau IEC 61508 “Diogelwch swyddogaethol systemau electronig trydanol, electronig, rhaglenadwy sy'n ymwneud â diogelwch” (EN50126, EN50128, EN50129), GOST 33435-2015 “Dyfeisiau ar gyfer rheoli, monitro a diogelwch cerbydau rheilffordd".
Yn unol â'r gofynion ar gyfer dyfeisiau diogelwch ar y bwrdd, rhaid cyflawni cywirdeb diogelwch lefel 4 (SIL4).
Er mwyn cydymffurfio â lefel SIL-4, mae'r holl ddyfeisiau diogelwch locomotif presennol yn cael eu hadeiladu gan ddefnyddio rhesymeg mwyafrif, lle mae cyfrifiadau'n cael eu perfformio ochr yn ochr â dwy sianel (neu fwy) a chaiff y canlyniadau eu cymharu i wneud penderfyniad.
Mae'r uned gyfrifiadurol ar gyfer prosesu data o synwyryddion ar locomotifau siyntio di-griw hefyd wedi'i hadeiladu gan ddefnyddio cynllun dwy sianel gyda chymhariaeth o'r canlyniad terfynol.
Mae defnyddio synwyryddion gweledigaeth, gweithredu mewn gwahanol dywydd ac mewn gwahanol amgylcheddau yn gofyn am ddull newydd o brofi diogelwch cerbydau di-griw.
Yn 2019, safon ISO/PAS 21448 “Cerbydau ffordd. Diogelwch Swyddogaethau Diffiniedig (SOTIF). Un o brif egwyddorion y safon hon yw'r dull senario, sy'n archwilio ymddygiad y system mewn amrywiol amgylchiadau. Mae cyfanswm nifer y senarios yn cynrychioli anfeidredd. Y brif her dylunio yw lleihau rhanbarthau 2 a 3, sy'n cynrychioli senarios anniogel hysbys a senarios anniogel anhysbys.
Ffigur 15 Trawsnewid senarios o ganlyniad i ddatblygiad
Fel rhan o gymhwyso'r dull hwn, dadansoddodd arbenigwyr o JSC NIIAS yr holl sefyllfaoedd sy'n dod i'r amlwg (senarios) ers dechrau gweithredu yn 2017. Mae rhai sefyllfaoedd sy'n anodd dod ar eu traws wrth weithredu go iawn yn cael eu datrys gan ddefnyddio'r efelychydd PKB CT.
Materion Rheoleiddiol
Er mwyn newid yn llwyr i reolaeth gwbl awtomatig heb bresenoldeb gyrrwr yn y caban locomotif, mae angen datrys materion rheoleiddio hefyd.
Ar hyn o bryd, mae JSC Russian Railways wedi cymeradwyo amserlen ar gyfer gweithredu gwaith ar gefnogaeth reoleiddiol ar gyfer gweithredu mesurau ar gyfer gweithredu systemau rheoli ar gyfer cerbydau rheilffordd yn y modd awtomatig. Un o'r materion pwysicaf yw diweddaru'r Rheoliadau ar y weithdrefn ar gyfer ymchwiliad swyddogol a chofnodi digwyddiadau trafnidiaeth a arweiniodd at niwed i fywyd neu iechyd dinasyddion nad ydynt yn gysylltiedig â chynhyrchu mewn trafnidiaeth rheilffordd. Yn unol â'r cynllun hwn, yn 2021 dylid datblygu a chymeradwyo pecyn o ddogfennau sy'n rheoleiddio gweithrediad cerbydau rheilffordd di-griw.
Afterword
Ar hyn o bryd, nid oes unrhyw analogau ym myd y locomotifau siyntio di-griw sy'n cael eu gweithredu yng ngorsaf Luzhskaya. Daeth arbenigwyr o Ffrainc (cwmni SNCF), yr Almaen, yr Iseldiroedd (cwmni Prorail), Gwlad Belg (cwmni Lineas) yn gyfarwydd â'r system reoli ddatblygedig yn 2018-2019 ac mae ganddynt ddiddordeb mewn gweithredu systemau tebyg. Un o brif dasgau JSC NIIAS yw ehangu ymarferoldeb ac ailadrodd y system reoli a grëwyd ar reilffyrdd Rwsia ac ar gyfer cwmnïau tramor.
Ar hyn o bryd, mae JSC Russian Railways hefyd yn arwain prosiect i ddatblygu trenau trydan di-griw “Lastochka”. Mae Ffigur 16 yn dangos arddangosiad o'r system rheoli awtomatig prototeip ar gyfer trên trydan ES2G Lastochka ym mis Awst 2019 o fewn y fframwaith. Gofod Salon Rheilffordd Rhyngwladol 1520 "PRO//Movement.Expo".
Ffigur 16. Arddangosiad o weithrediad trên trydan di-griw ar yr MCC
Mae creu trên trydan di-griw yn dasg llawer anoddach oherwydd cyflymderau uchel, pellteroedd brecio sylweddol, a sicrhau bod teithwyr yn mynd ar fwrdd/glanffordd yn ddiogel mewn mannau aros. Ar hyn o bryd, mae profion yn mynd rhagddynt yn yr MCC. Bwriedir cyhoeddi stori am y prosiect hwn yn y dyfodol agos.
Ffynhonnell: hab.com