La disvolviĝo de senhomaj teknologioj sur la fervojo komenciĝis antaŭ sufiĉe longa tempo, jam en 1957, kiam la unua eksperimenta aŭtomatigita gvidsistemo por navedotrajnoj estis kreita. Por kompreni la diferencon inter aŭtomatigaj niveloj por fervoja transporto, gradado estis enkondukita, difinita en la normo IEC-62290-1. Male al voja transporto, fervoja transporto havas 4 gradojn de aŭtomatigo, montrita en Figuro 1.
Figuro 1. Gradoj de aŭtomatigo laŭ IEC-62290
Preskaŭ ĉiuj trajnoj funkciantaj en la reto de rusaj fervojoj estas ekipitaj per sekureca aparato responda al aŭtomatiga nivelo 1. Trajnoj kun aŭtomatiga nivelo 2 estas sukcese funkciigataj en la rusa fervojreto dum pli ol 20 jaroj, plurmil lokomotivoj estas ekipitaj. Tiu nivelo estas efektivigita per tiradkontrolo kaj bremsaj algoritmoj por energioptimuma veturado de la trajno laŭ antaŭfiksita itinero, konsiderante la horaron kaj valorojn de aŭtomataj lokomotivaj signalsistemoj ricevitaj per indukta kanalo de la trakcirkvitoj. La uzo de nivelo 2 reduktas la lacecon de ŝoforo kaj disponigas avantaĝojn en energikonsumo kaj precizecon de horaro ekzekuto.
Nivelo 3 supozas la eblan foreston de ŝoforo en la taksio, kiu postulas la efektivigon de teknika viziosistemo.
Nivelo 4 supozas la kompletan foreston de ŝoforo surŝipe, kio postulas gravan ŝanĝon en la dezajno de la lokomotivo (elektra trajno). Ekzemple, estas ŝaltiloj surŝipe, kiuj estos neeble rekomenceblaj se stumblitaj sen persono surŝipe.
Nuntempe, projektoj por atingi nivelojn 3 kaj 4 estas efektivigitaj de ĉefaj kompanioj en la mondo, kiel Siemens, Alstom, Thales, SNCF, SBB kaj aliaj.
Siemens prezentis sian projekton en la kampo de senŝoforaj tramoj en septembro 2018 ĉe la ekspozicio Innotrans. Ĉi tiu tramo funkcias en Potsdamo kun aŭtomatignivelo GoA3 ekde 2018.
Figuro 2 Siemens-tramo
En 2019, Siemens pliigis la longon de la senpilota itinero je pli ol 2 fojojn.
La kompanio de rusaj fervojoj estis unu el la unuaj en la mondo se temas pri komenci evoluigi senpilotajn fervojajn veturilojn. Tiel, ĉe la stacio Luzhskaya en 2015, projekto estis lanĉita por aŭtomatigi la movadon de 3 manovraj lokomotivoj, kie NIIAS JSC funkciis kiel la projektintegranto kaj ellaboranto de la bazaj teknologioj.
Krei senpilotan lokomotivon estas kompleksa, kompleksa procezo, kiu estas neebla sen kunlaboro kun aliaj kompanioj. Tial ĉe la stacio Luzhskaya, kune kun JSC NIIAS, partoprenas la sekvaj kompanioj:
- JSC "VNIKTI" koncerne la evoluon de surŝipa kontrolsistemo;
- Siemens - laŭ aŭtomatigado de la ĝiba operacio (MSR-32-sistemo) kaj aŭtomatigo de la operacio de puŝado de aŭtoj;
- JSC Radioavionics laŭ mikroprocesoraj centralizsistemoj kiuj kontrolas ŝaltilojn kaj trafiklumojn;
- PKB CT - kreado de simulilo;
- JSC Rusaj Fervojoj kiel projektkunordiganto.
En la unua etapo, la tasko estis atingi nivelon 2 de trafika aŭtomatigo, kiam la ŝoforo, en normalaj kondiĉoj por organizado de manovraj laboroj, ne uzas la lokomotivajn kontrolojn.
Dum funkciado de konvenciaj manovraj lokomotivoj, trafikkontrolo estas farita per elsendado de voĉkomandoj de la sendanto al la ŝoforo kun agordo de la taŭgaj itineroj (movado de ŝaltiloj, ŝaltado de trafiklumoj).
Dum moviĝado al nivelo 2 aŭtomatigo, ĉiu voĉkomunikado estis anstataŭigita per sistemo de komandoj elsenditaj tra cifereca sekura radiokanalo. Teknike, la kontrolo de manovraj lokomotivoj ĉe la Luzhskaya stacio estis konstruita surbaze de:
- unuigita cifereca modelo de la stacio;
- protokolo por kontroli la movadon de manovraj lokomotivoj (por sendado de komandoj kaj monitorado de ekzekuto);
- interago kun la elektra centralizsistemo por akiri informojn pri donitaj itineroj, la pozicio de sagoj kaj signaloj;
- poziciiga sistemoj por manovraj lokomotivoj;
- fidindaj ciferecaj radiokomunikadoj.
Antaŭ 2017, 3 TEM-7A manovraj lokomotivoj funkciis 95% de la tempo ĉe la Luzhskaya stacio en plene aŭtomata reĝimo, elfarante la sekvajn operaciojn:
- Aŭtomata movado laŭ difinita itinero;
- Aŭtomata aliro al aŭtoj;
- Aŭtomata kunigo kun vagonoj;
- Puŝante aŭtojn sur la ĝibon.
En 2017, projekto estis lanĉita por krei teknikan vidsistemon por manovra lokomotivoj kaj enkonduki teleregilon en kazo de kriz-situacioj.
En novembro 2017, specialistoj de JSC NIIAS instalis la unuan prototipon de teknika vidsistemo sur manovraj lokomotivoj, konsistante el radaroj, lidaro kaj fotiloj (Figuro 3).
Figuro 3 Unuaj versioj de teknikaj vidsistemoj
Dum provoj ĉe la Luga-stacio de la teknika vidsistemo en 2017 - 2018, la sekvaj konkludoj estis faritaj:
- La uzo de radaroj por detektado de malhelpoj estas nepraktika, ĉar la fervojo havas signifan nombron da metalobjektoj kun bona reflektiveco. La detekta gamo de homoj kontraŭ ilia fono ne superas 60-70 metrojn, krome, radaroj havas nesufiĉan angulan rezolucion kaj estas ĉirkaŭ 1°. Niaj trovoj estis poste konfirmitaj per testrezultoj de kolegoj de SNCF (la franca fervojisto).
- Lidaroj provizas tre bonajn rezultojn kun minimuma bruo. Okaze de neĝado, pluvo aŭ nebulo, ne-kritika malkresko en la detekta gamo de objektoj estas observita. Tamen, en 2017, lidaroj estis sufiĉe multekostaj, kio grave influis la ekonomian agadon de la projekto.
- Fotiloj estas esenca elemento de teknika viziosistemo kaj estas necesaj por detekto, objektoklasifiko kaj teleregilaj taskoj. Por labori nokte kaj en malfacilaj vetercirkonstancoj, necesas havi infraruĝajn fotilojn aŭ fotilojn kun etendita ondolonga gamo, kiuj povas funkcii en la proksima infraruĝa gamo.
La ĉefa tasko de teknika vizio estas detekti obstaklojn kaj aliajn objektojn survoje, kaj ĉar la movado efektiviĝas laŭ trako, necesas detekti ĝin.
Figuro 4. Ekzemplo de multklasa segmentado (trako, aŭtoj) kaj determino de la trakakso uzante binaran maskon
Figuro 4 montras ekzemplon de rutdetekto. Por senambigue determini la vojon de moviĝo laŭ la sagoj, aprioraj informoj pri la pozicio de la sago kaj trafiklumaj valoroj estas uzataj, transdonitaj per cifereca radiokanalo de la elektra centraligsistemo. Nuntempe, estas tendenco ĉe la mondaj fervojoj forlasi trafiklumojn kaj ŝanĝi al kontrolsistemoj per cifereca radiokanalo. Ĉi tio validas precipe por altrapida trafiko, ĉar ĉe rapidoj pli ol 200 km/h iĝas malfacile rimarki kaj rekoni trafiklumojn. En Rusio, ekzistas du sekcioj funkciigitaj sen uzo de trafiklumoj - la Moskva Centra Rondo kaj la Alpika-Servo - Adler linio.
Vintre, situacioj povas ekesti kiam la trako estas tute sub neĝkovraĵo kaj rekono de la trako iĝas preskaŭ malebla, kiel montrite en Figuro 5.
Figuro 5 Ekzemplo de trako kovrita per neĝo
En ĉi tiu kazo, fariĝas neklara ĉu la detektitaj objektoj malhelpas la movadon de la lokomotivo, tio estas, ili estas sur la trako aŭ ne. Ĉi-kaze ĉe la stacio Luzhskaja estas uzataj altprecizeca cifereca modelo de la stacio kaj altpreciza surŝipa navigacia sistemo.
Krome, la cifereca modelo de la stacio estis kreita surbaze de geodeziaj mezuradoj de bazpunktoj. Tiam, surbaze de la prilaborado de multaj trairejoj de lokomotivoj kun altpreciza poziciiga sistemo, mapo estis kompletigita laŭ ĉiuj trakoj.
Figuro 6 Cifereca modelo de traka evoluo de Luzhskoy-stacio
Unu el la plej gravaj parametroj por la surŝipa poziciiga sistemo estas la eraro en kalkulado de la orientiĝo (azimuto) de la lokomotivo. La orientiĝo de la lokomotivo estas necesa por la ĝusta orientiĝo de la sensiloj kaj objektoj detektitaj de ili. Kun orientiĝa angula eraro de 1°, la eraro en objektokoordinatoj rilate al la vojakso je distanco de 100 metroj estos 1,7 metroj.
Figuro 7 Efiko de orientiĝa eraro sur flanka koordinateraro
Tial, la maksimuma alleblas eraro en mezurado de la angula orientiĝo de la lokomotivo ne devus superi 0,1°. La surŝipa poziciiga sistemo mem konsistas el du dufrekvencaj navigaciaj riceviloj en RTK-reĝimo, kies antenoj estas interspacigitaj laŭ la tuta longo de la lokomotivo por krei longan bazon, strapdown inercian navigaciosistemon kaj ligon al radsensiloj (kilometroloj). La norma devio por determini la koordinatojn de la manovra lokomotivo ne estas pli ol 5 cm.
Aldone, ĉe Luzhskaya-stacio, esplorado estis farita pri la uzo de SLAM-teknologioj (lidar kaj vida) por akiri pliajn lokdatenojn.
Kiel rezulto, la determino de la fervoja trako por manovrado de lokomotivoj ĉe la Luzhskaya-stacio estas efektivigita kombinante la rezultojn de trakorekono kaj poziciig-bazitaj ciferecaj trakaj modeldatenoj.
Obstaklodetekto ankaŭ estas farita laŭ pluraj manieroj surbaze de:
- lidar datumoj;
- stereovidaj datumoj;
- funkciado de neŭralaj retoj.
Unu el la ĉefaj fontoj de datumoj estas lidaroj, kiuj produktas punktonubon el lasera skanado. Algoritmoj en uzo ĉefe uzas klasikajn datumajn clustering-algoritmojn. Kiel parto de la esplorado, la efikeco de uzado de neŭralaj retoj por la tasko de amasigado de lidar-punktoj, same kiel por komuna prilaborado de lidar-datenoj kaj datumoj de vidbendaj kameraoj, estas provita. Figuro 8 montras ekzemplon de lidar-datenoj (nubo de punktoj kun malsama refleksiveco) montrante manekenon de persono kontraŭ la fono de kaleŝo ĉe la Luzhskaya stacio.
Figuro 8. Ekzemplo de lidar-datenoj ĉe Luzhskoy-stacio
Figuro 9 montras ekzemplon de identigado de areto de komplek-forma aŭto uzante datenojn de du malsamaj lidaroj.
Figuro 9. Ekzemplo de interpreto de lidar-datenoj en la formo de areto de salta aŭto
Aparte, indas noti, ke lastatempe la kosto de lidaroj malpliiĝis je preskaŭ ordo de grandeco, kaj iliaj teknikaj karakterizaĵoj pliiĝis. Ne estas dubo, ke ĉi tiu tendenco daŭros. La detekta gamo de objektoj de lidaroj uzataj ĉe la Luzhskaya stacio estas proksimume 150 metroj.
Stereofotilo uzanta malsaman fizikan principon ankaŭ estas uzita por detekti malhelpojn.
Figuro 10. Malsaĝemapo de stereoparo kaj detektitaj aretoj
Figuro 10 montras ekzemplon de stereofotilaj datumoj kun detekto de poloj, trakskatoloj kaj aŭtomobilo.
Por akiri sufiĉan precizecon de la punktonubo je distanco sufiĉa por bremsado, necesas uzi alt-rezoluciajn fotilojn. Pliigi la bildgrandecon pliigas la komputilan koston de akirado de la malegaleco. Pro la necesaj kondiĉoj por la okupataj rimedoj kaj sistema responda tempo, necesas konstante disvolvi kaj testi algoritmojn kaj alirojn por ĉerpi utilajn datumojn de vidbendaj kameraoj.
Parto de la testado kaj konfirmo de algoritmoj estas efektivigita per fervoja simulilo, kiu estas disvolvita de PKB TsT kune kun JSC NIIAS. Ekzemple, Figuro 11 montras la uzon de simulilo por testi la agadon de stereofotilalgoritmoj.
Figuro 11. A, B - maldekstraj kaj dekstraj kadroj de la simulilo; B - supra vido de la rekonstruo de datumoj de stereofotilo; D - rekonstruo de stereofotilaj bildoj de la simulilo.
La ĉefa tasko de neŭralaj retoj estas detekti homojn, aŭtojn kaj ilian klasifikon.
Por labori en severaj vetercirkonstancoj, specialistoj de JSC NIIAS ankaŭ faris testojn per infraruĝaj fotiloj.
Figuro 12. Datumoj de IR-fotilo
Datenoj de ĉiuj sensiloj estas integritaj surbaze de asociaj algoritmoj, kie la probablo de ekzisto de obstakloj (objektoj) estas taksita.
Krome, ne ĉiuj objektoj sur la trako estas malhelpoj; dum elfarado de manovraj operacioj, la lokomotivo devas aŭtomate kunliĝi kun la aŭtoj.
Figuro 13. Ekzemplo de bildigo de la alproksimiĝo al aŭto kun malhelpo detekto de malsamaj sensiloj
Kiam oni funkciigas senpilotajn manorajn lokomotivojn, estas ege grave rapide kompreni, kio okazas kun la ekipaĵo kaj en kia kondiĉo ĝi estas. Situacioj ankaŭ eblas kiam besto, kiel hundo, aperas antaŭ la lokomotivo. Surŝipaj algoritmoj aŭtomate haltigos la lokomotivon, sed kion fari poste se la hundo ne moviĝas de la vojo?
Por monitori la situacion surŝipe kaj fari decidojn en kazo de krizaj situacioj, senmova teleregilo kaj monitora panelo estis evoluigita, dizajnita por labori kun ĉiuj senpilotaj lokomotivoj ĉe la stacio. Ĉe Luzhskaja-stacio ĝi situas ĉe la EC-poŝto.
Figuro 14 Teleregado kaj monitorado
Ĉe la Luzhskoy-stacio, la kontrolpanelo montrita en Figuro 14 kontrolas la funkciadon de tri manovraj lokomotivoj. Se necese, uzante ĉi tiun teleregilon, vi povas kontroli unu el la konektitaj lokomotivoj transdonante informojn en reala tempo (prokrasto ne pli ol 300 ms, konsiderante transdono de datumoj per radiokanalo).
Problemoj pri funkcia sekureco
La plej grava afero dum enkonduko de senpilotaj lokomotivoj estas la temo de funkcia sekureco, difinita de la normoj IEC 61508 "Funkcia sekureco de elektraj, elektronikaj, programeblaj elektronikaj sistemoj rilataj al sekureco" (EN50126, EN50128, EN50129), GOST 33435-2015 "Aparatoj". por kontrolo, monitorado kaj sekureco de fervoja rulvaro".
Konforme al la postuloj por surŝipaj sekurecaj aparatoj, sekureca integrecnivelo 4 (SIL4) devas esti atingita.
Por observi la SIL-4-nivelon, ĉiuj ekzistantaj lokomotivaj sekurecaj aparatoj estas konstruitaj uzante plimultan logikon, kie kalkuloj estas faritaj paralele en du kanaloj (aŭ pli) kaj la rezultoj estas komparitaj por fari decidon.
La komputika unuo por prilaborado de datumoj de sensiloj sur senpilotaj manovraj lokomotivoj ankaŭ estas konstruita uzante dukanalan skemon kun komparo de la fina rezulto.
La uzo de vidsensiloj, funkciado en malsamaj vetercirkonstancoj kaj en malsamaj medioj postulas novan aliron al la temo pruvi la sekurecon de senpilotaj veturiloj.
En 2019, la normo ISO/PAS 21448 "Vojaj veturiloj. Sekureco de Definitaj Funkcioj (SOTIF). Unu el la ĉefaj principoj de ĉi tiu normo estas la scenara aliro, kiu ekzamenas la konduton de la sistemo en diversaj cirkonstancoj. La tutsumo de scenaroj reprezentas senfinecon. La ĉefa dezajnodefio estas minimumigi regionojn 2 kaj 3, kiuj reprezentas konatajn nesekurajn scenarojn kaj nekonatajn nesekurajn scenarojn.
Figuro 15 Transformo de scenaroj kiel rezulto de evoluo
Kadre de la aplikado de ĉi tiu aliro, specialistoj de JSC NIIAS analizis ĉiujn emerĝantajn situaciojn (scenaroj) ekde la komenco de operacio en 2017. Iuj situacioj, kiujn malfacilas renkonti en reala operacio, estas ellaboritaj per la PKB CT-simulilo.
Reguligaj Aferoj
Por vere tute ŝanĝi al plene aŭtomata kontrolo sen ĉeesto de ŝoforo en la lokomotivkabano, ankaŭ necesas solvi reguligajn problemojn.
Nuntempe, JSC Rusaj Fervojoj aprobis horaron por la efektivigo de laboro pri reguliga subteno por la efektivigo de mezuroj por la efektivigo de kontrolsistemoj por fervoja rulvaro en aŭtomata reĝimo. Unu el la plej gravaj aferoj estas la ĝisdatigo de la Regularo pri la proceduro por oficiala esploro kaj registrado de transportaj okazaĵoj, kiuj rezultigis damaĝon al la vivo aŭ sano de civitanoj ne rilataj al produktado en fervoja transporto. Konforme al ĉi tiu plano, en 2021 pako da dokumentoj reguligantaj la funkciadon de senpilotaj fervojaj veturiloj devus esti ellaborita kaj aprobita.
Antaŭparolo
Nuntempe ne ekzistas analogoj en la mondo de senpilotaj manokomotivoj, kiuj funkcias ĉe la stacio Luzhskaya. Specialistoj el Francio (kompanio SNCF), Germanio, Nederlando (kompanio Prorail), Belgio (kompanio Lineas) konatiĝis kun la evoluinta kontrolsistemo en 2018-2019 kaj interesiĝas pri efektivigo de similaj sistemoj. Unu el la ĉefaj taskoj de JSC NIIAS estas vastigi la funkciecon kaj reprodukti la kreitan administran sistemon kaj sur rusaj fervojoj kaj por eksterlandaj kompanioj.
Nuntempe, JSC Rusaj Fervojoj ankaŭ gvidas projekton por disvolvi senpilotajn elektrajn trajnojn "Lastochka". Figuro 16 montras pruvon de la prototipa aŭtomata kontrolsistemo por la elektra trajno ES2G Lastochka en aŭgusto 2019 en la kadro. Internacia Fervoja Salono-spaco 1520 "PRO//Movado.Ekspozicio".
Figuro 16. Pruvo de la funkciado de senpilota elektra trajno sur la MCC
Krei senpilotan elektran trajnon estas multe pli malfacila tasko pro altaj rapidecoj, signifaj bremsaj distancoj, kaj certigi sekuran eniron/elŝipiĝon de pasaĝeroj ĉe haltejoj. Nuntempe, testado estas aktive survoje ĉe la MCC. Rakonto pri ĉi tiu projekto estas planita esti publikigita en proksima estonteco.
fonto: www.habr.com