Trenbidean tripulaziorik gabeko teknologien garapena duela dezente hasi zen, jada 1957an, aldiriko trenetarako lehen gida-sistema automatizatu esperimentala sortu zenean. Tren-garraiorako automatizazio-mailen arteko aldea ulertzeko, mailaketa bat sartu da, IEC-62290-1 arauan zehaztua. Errepideko garraioak ez bezala, trenbideko garraioak 4 automatizazio gradu ditu, 1. irudian ageri dena.
1. irudia. Automatizazio-mailak IEC-62290 arabera
Errusiako Trenbideen sarean funtzionatzen duten ia tren guztiek 1. automatizazio-mailari dagokion segurtasun-gailu batekin hornituta daude. 2. automatizazio-maila duten trenak 20 urte baino gehiago daramatzate Errusiako trenbide sarean arrakastaz ustiatu eta hainbat mila lokomotora hornituta daude. Maila hori trakzio-kontrolaren eta balazta-algoritmoen bidez gauzatzen da, trena ibilbide jakin batean energetikoki modu egokian gidatzeko, trenbide-zirkuituetatik kanal induktibo baten bidez jasotako trenbide-zirkuituetatik trenbide automatikoko seinaleztapen-sistemen ordutegia eta irakurketak kontuan hartuta. 2. maila erabiltzeak gidariaren nekea murrizten du eta onurak ematen ditu energia-kontsumoan eta ordutegiaren exekuzioaren zehaztasunean.
3. mailak kabinan gidaririk ez egotea suposatzen du, eta horrek ikusmen-sistema tekniko bat ezartzea eskatzen du.
4. mailak ontzian gidaririk ez dagoela suposatzen du, eta horrek lokomotoraren (tren elektrikoa) diseinuan aldaketa nabarmena eskatzen du. Esaterako, ontzian etengailuak daude, berrezarri ez direnak ontzian pertsonarik gabe piztuz gero.
Gaur egun, 3. eta 4. mailak lortzeko proiektuak gauzatzen ari dira munduko enpresa garrantzitsuenak, hala nola Siemens, Alstom, Thales, SNCF, SBB eta beste.
Siemens-ek gidaririk gabeko tranbien alorrean bere proiektua aurkeztu zuen 2018ko irailean Innotrans erakusketan. Tranbia hau Potsdam-en dago martxan GoA3 automatizazio mailarekin 2018az geroztik.
2. irudia Siemens tranbia
2019an, Siemensek bi aldiz baino gehiago handitu zuen tripulaziorik gabeko ibilbidearen luzera.
Russian Railways konpainia munduko trenbiderik gabeko ibilgailuak garatzen hasi zen lehenetakoa izan zen. Horrela, Luzhskaya geltokian 2015ean, 3 shunting lokomotoren mugimendua automatizatzeko proiektu bat abiarazi zen, non NIIAS JSC proiektuaren integratzaile eta oinarrizko teknologien garatzaile gisa jardun zuen.
Tripulaziorik gabeko lokomotora bat sortzea prozesu konplexu eta konplexua da, ezinezkoa dena beste konpainiekin lankidetzarik gabe. Hori dela eta, Luzhskaya geltokian, JSC NIIASekin batera, honako enpresek parte hartzen dute:
- "VNIKTI" JSC ontziko kontrol sistema baten garapenari dagokionez;
- Siemens - hump eragiketa automatizatzeari dagokionez (MSR-32 sistema) eta autoak bultzatzeko eragiketa automatizatzeari dagokionez;
- JSC Radioavionics etengailuak eta semaforoak kontrolatzen dituzten mikroprozesadoreen zentralizazio sistemei dagokienez;
- PKB CT β simulagailu bat sortzea;
- JSC Russian Railways proiektuaren koordinatzaile gisa.
Lehenengo etapan, zeregina trafikoaren automatizazioaren 2. maila lortzea zen, gidariak, maniobra-lanak antolatzeko baldintza normaletan, tren-makinen kontrolak erabiltzen ez dituenean.
Ohiko tren-makinak ustiatzen direnean, trafikoaren kontrola egiten da bidaltzailearengandik gidariari ahots-aginduak transmitituz, bide egokiak ezarriz (etengailuak mugitu, semaforoak piztuz).
2. mailako automatizaziora pasatzean, ahots-komunikazio guztiak irrati-kanal seguru digital baten bidez transmititutako komando sistema batek ordezkatu zituen. Teknikoki, Luzhskaya geltokian tren-makina trenbideen kontrola honako hauen arabera eraiki zen:
- geltokiaren eredu digital bateratua;
- Maniobra-makinen mugimendua kontrolatzeko protokoloa (aginduak bidaltzeko eta exekuzioa kontrolatzeko);
- zentralizazio sistema elektrikoarekin elkarreragina, emandako ibilbideei, gezien posizioari eta seinaleei buruzko informazioa lortzeko;
- lokomotorak maniobratzeko kokapen-sistemak;
- irrati-komunikazio digital fidagarriak.
2017rako, 3 TEM-7A tren-makinek denboraren % 95ean lan egin zuten Luzhskaya geltokian modu guztiz automatikoan, eta eragiketa hauek egin zituzten:
- Ibilbide jakin batean mugimendu automatikoa;
- Autoetarako sarbide automatikoa;
- Akoplamendu automatikoa bagoiekin;
- Autoak konkorra bultzatzea.
2017an, lokomotorak maniobratzeko ikusmen-sistema tekniko bat sortzeko eta larrialdi-egoeretan urrutiko agintea ezartzeko proiektua jarri zen abian.
2017ko azaroan, JSC NIIAS-ko espezialistek ikusmen-sistema tekniko baten lehen prototipoa instalatu zuten tren-makinetan, radar, lidar eta kameraz osatua (3. irudia).
3. Irudia Ikusmen-sistema teknikoen lehen bertsioak
2017 - 2018 urteetan ikusmen-sistema teknikoaren Luga geltokian egindako probetan, ondorio hauek atera ziren:
- Oztopoak detektatzeko radarrak erabiltzea ez da praktikoa, trenbideak isladagarritasun ona duten metalezko objektu kopuru esanguratsua baitu. Pertsonen detektatzeko tartea ez da 60-70 metrotik gorakoa, gainera, radarrek ez dute nahikoa bereizmen angeluarra eta 1Β° ingurukoa da. Gure aurkikuntzak SNCFko (Frantziako tren-operadoreak) lankideen proben emaitzek baieztatu zituzten.
- Lidarrek oso emaitza onak ematen dituzte zarata minimoarekin. Elurra, euria edo lainoa bada, objektuen detekzio-eremuaren murrizketa ez-kritikoa ikusten da. Hala ere, 2017an, lidarrak nahiko garestiak ziren, eta horrek nabarmen eragin zuen proiektuaren errendimendu ekonomikoan.
- Kamerak ikusmen-sistema tekniko baten funtsezko elementua dira eta beharrezkoak dira detektatzeko, objektuak sailkatzeko eta urrutiko kontrola egiteko zereginetarako. Gauez eta eguraldi-baldintza zailetan lan egiteko, beharrezkoa da infragorri-kamera edo uhin-luzera zabaleko kamerak izatea, infragorri hurbilean funtziona dezaketen kamerak.
Ikusmen teknikoaren zeregin nagusia bidean dauden oztopoak eta bestelako objektuak detektatzea da, eta mugimendua pista batean zehar egiten denez, detektatu beharra dago.
4. Irudia. Klase anitzeko segmentazioa (pista, autoak) eta pistaren ardatzaren determinazioa maskara bitar baten bidez
4. irudiak gurdiak hautemateko adibide bat erakusten du. Gezietan zehar mugitzeko ibilbidea modu anbiguorik gabe zehazteko, geziaren posizioari eta semaforoen irakurketei buruzko a priori informazioa erabiltzen da, zentralizazio elektrikoko sistematik irrati-kanal digital baten bidez transmititua. Gaur egun, munduko trenbideetan semaforoak alde batera utzi eta irrati kanal digital baten bidez kontrol-sistemetara aldatzeko joera dago. Hau da, batez ere, abiadura handiko trafikoan, 200 km/h-tik gorako abiaduran zaila baita semaforoak hautematea eta antzematea. Errusian, semafororik erabili gabe funtzionatzen duten bi atal daude: Moskuko Central Circle eta Alpika-Service - Adler linea.
Neguan, pista guztiz elurpean dagoenean eta ibilbidearen ezagutza ia ezinezkoa bihurtzen denean, 5. irudian ikusten den moduan, egoerak sor daitezke.
5. Irudia Elurrez estalitako pista baten adibidea
Kasu honetan, ez dago argi antzemandako objektuek lokomotoraren mugimendua oztopatzen duten, hau da, pistan dauden edo ez. Kasu honetan, Luzhskaya geltokian, geltokiaren zehaztasun handiko eredu digitala eta doitasun handiko nabigazio sistema bat erabiltzen dira.
Gainera, estazioaren eredu digitala oinarrizko puntuen neurketa geodesikoetan oinarrituta sortu zen. Ondoren, doitasun handiko kokapen-sistema duten lokomotoren pasabide askoren prozesamenduan oinarrituta, mapa bat osatu zen bide guztietan.
6. irudia Luzhskoy geltokiaren bide-garapenaren eredu digitala
Ontzian kokatutako sistemaren parametro garrantzitsuenetako bat lokomotoraren orientazioa (azimutua) kalkulatzeko errorea da. Lokomotoraren orientazioa beharrezkoa da haiek detektatzen dituzten sentsoreen eta objektuen orientazio zuzena izateko. 1Β°-ko orientazio-angeluaren errorearekin, 100 metroko distantziara bide-ardatzarekiko objektu-koordenatuetan errorea 1,7 metrokoa izango da.
7. Irudia Orientazio-errorearen eragina alboko koordenatuen errorean
Beraz, lokomotoraren orientazio angeluarra neurtzeko onar daitekeen gehienezko erroreak ez du 0,1Β°-tik gorakoa izan behar. Ontzian kokatzea sistema bera RTK moduan maiztasun bikoitzeko nabigazio-hargailuz osatuta dago, eta horien antenak lokomotoraren luzera osoan zehar banatuta daude, oinarri luzea, strapdown inertzial nabigazio sistema eta gurpil-sentsoreekin (odometroak) konektatzeko. Maniobra-makinaren koordenatuak zehazteko desbideratze estandarra ez da 5 cm baino gehiagokoa.
Gainera, Luzhskaya geltokian, SLAM teknologien erabilerari buruzko ikerketa egin zen (lidar eta bisuala) kokapen-datu osagarriak lortzeko.
Ondorioz, Luzhskaya geltokian trenbide-makinak egiteko trenbidearen zehaztapena egiten da, bidearen ezagutzaren emaitzak eta kokapenean oinarritutako bide-eredu digitalaren datuak konbinatuz.
Era berean, oztopoak detektatzeko hainbat modutan oinarritzen da:
- lidar datuak;
- estereoikusmenaren datuak;
- neurona-sareen funtzionamendua.
Datu-iturri nagusietako bat lidarrak dira, laser eskaneatzetik puntu hodei bat sortzen dutenak. Erabiltzen ari diren algoritmoek datuen multzokatze-algoritmo klasikoak erabiltzen dituzte nagusiki. Ikerketaren baitan, neurona-sareak lidar puntuak multzokatzeko zereginetarako erabiltzearen eraginkortasuna probatzen da, baita lidar datuen eta bideo-kameretako datuen baterako prozesamendurako ere. 8. irudian, Luzhskaya geltokian bagoi baten atzealdean pertsona baten maniki bat erakusten duten lidar datuen (erreflexibitate ezberdineko puntu hodei bat) adibide bat erakusten da.
8. Irudia. Luzhskoy geltokian lidar datuen adibidea
9. irudian kluster bat itxura konplexuko auto batetik identifikatzeko adibide bat erakusten da bi lidar ezberdinetako datuak erabiliz.
9. Irudia. Lidar datuen interpretazioaren adibidea, hopper-kotxe batetik kluster moduan
Bereiz, nabarmentzekoa da azkenaldian lidarren kostua ia ordena bat jaitsi dela, eta haien ezaugarri teknikoak handitu direla. Joera horrek jarraituko duela dudarik ez dago. Luzhskaya geltokian erabiltzen diren lidarrek objektuen detekzio-eremua 150 metro ingurukoa da.
Beste printzipio fisiko bat erabiltzen duen kamera estereo bat ere erabiltzen da oztopoak detektatzeko.
10. Irudia. Desberdintasun-mapa pare estereotik eta detektaturiko klusterrak
10. irudiak kamera estereoaren datuen adibide bat erakusten du, zutoinak, pista-kutxak eta bagoi bat detektatuta.
Balaztatzeko nahikoa distantzian puntu-hodeiaren zehaztasun nahikoa lortzeko, beharrezkoa da bereizmen handiko kamerak erabiltzea. Irudiaren tamaina handitzeak desberdintasun-mapa lortzeko kostu konputazionala handitzen du. Okupatutako baliabideetarako eta sistemaren erantzun denborarako beharrezko baldintzak direla eta, bideo-kameretatik datu erabilgarriak ateratzeko algoritmoak eta planteamenduak etengabe garatu eta probatu behar dira.
Algoritmoen proba eta egiaztapenaren zati bat trenbide-simulagailu baten bidez egiten da, eta PKB TsT-k JSC NIIAS-ekin batera garatzen ari da. Esaterako, 11. irudiak kamera estereoaren algoritmoen errendimendua probatzeko simulagailu baten erabilera erakusten du.
11. Irudia A, B - simulagailuko ezkerreko eta eskuineko fotogramak; B - kamera estereo baten datuen berreraikuntzaren goiko ikuspegia; D - Kameraren irudi estereoen berreraikuntza simulagailutik.
Sare neuronalen zeregin nagusia pertsonak, autoak eta haien sailkapena detektatzea da.
Eguraldi baldintza gogorretan lan egiteko, JSC NIIASko espezialistek ere probak egin zituzten infragorri kamerak erabiliz.
12. Irudia IR kameraren datuak
Sentsore guztietako datuak asoziazio algoritmoetan oinarrituta integratzen dira, non oztopoen (objektuak) izateko probabilitatea ebaluatzen den.
Gainera, bideko objektu guztiak ez dira oztopo; maniobra-eragiketak egiterakoan, lokomotora automatikoki akoplatu behar da bagoiekin.
13. Irudia. Sentsore ezberdinen bidez oztopoak hautematen dituen auto baten hurbilketa bistaratzeko adibide bat
Tripulaziorik gabeko tren-makinak ustiatzean, oso garrantzitsua da ekipoarekin zer gertatzen den eta zein egoeratan dagoen azkar ulertzea. Lokomotoraren aurrean animalia bat, txakur bat adibidez, agertzen denean ere gerta daitezke egoerak. Ontziko algoritmoek automatikoki geldituko dute lokomotora, baina zer egin txakurra bidetik aldentzen ez bada?
Ontziko egoera kontrolatzeko eta larrialdi-egoeretan erabakiak hartzeko, urrutiko aginte eta monitorizazio panel geldikor bat garatu da, geltokiko tripulaziorik gabeko lokomotora guztiekin lan egiteko diseinatua. Luzhskaya geltokian EC postuan dago.
14. irudia Urruneko kontrola eta monitorizazioa
Luzhskoy geltokian, 14. irudian ageri den kontrol-panelak hiru tren-makina trenbideren funtzionamendua kontrolatzen du. Beharrezkoa izanez gero, urrutiko aginte hau erabiliz, konektatutako lokomotora bat kontrolatu dezakezu informazioa denbora errealean transmitituz (atzerapena 300 ms-tik gorakoa, irrati-kanalaren bidezko datuen transmisioa kontuan hartuta).
Segurtasun funtzionalaren arazoak
Tripulaziorik gabeko lokomotorak sartzerakoan arazo garrantzitsuena segurtasun funtzionalaren gaia da, IEC 61508 "Segurtasunarekin lotutako sistema elektriko, elektroniko eta elektroniko programagarrien segurtasun funtzionala" (EN50126, EN50128, EN50129), GOST 33435-2015 "Gailuak" arauek definitutakoa. trenbide-material mugikorra kontrolatzeko, kontrolatzeko eta segurtasunerakoβ.
Ontziko segurtasun-gailuen eskakizunen arabera, segurtasun-osotasun-maila 4 (SIL4) lortu behar da.
SIL-4 maila betetzeko, lehendik dauden lokomotoren segurtasun-gailu guztiak gehiengo logika erabiliz eraikitzen dira, non kalkuluak paraleloan egiten diren bi kanaletan (edo gehiagotan) eta emaitzak alderatzen diren erabaki bat hartzeko.
Tripulaziorik gabeko tren-makinetako sentsoreen datuak prozesatzeko konputazio-unitatea ere bi kanaleko eskema erabiliz eraiki da, azken emaitzaren konparaketarekin.
Ikusmen-sentsoreak erabiltzeak, eguraldi-baldintza ezberdinetan eta ingurune ezberdinetan funtzionatzeak, tripulaziorik gabeko ibilgailuen segurtasuna frogatzeko ikuspegi berri bat eskatzen du.
2019an, ISO/PAS 21448 araua "Errepideko ibilgailuak. Definitutako Funtzioen Segurtasuna (SOTIF). Estandar honen printzipio nagusietako bat eszenatokiaren ikuspegia da, sistemaren portaera hainbat egoeratan aztertzen duena. Eszenatoki kopuru osoa infinitua adierazten du. Diseinuko erronka nagusia 2. eta 3. eskualdeak minimizatzea da, egoera ez-seguru ezagunak eta agertoki ez-seguru ezezagunak adierazten dituztenak.
15. irudia Eszenatokien eraldaketa garapenaren ondorioz
Ikuspegi honen aplikazioaren baitan, JSC NIIASko espezialistek 2017an martxan jarri zenetik sortzen ari diren egoera guztiak (eszenatokiak) aztertu zituzten. Funtzionamendu errealean aurkitzen zailak diren zenbait egoera PKB CT simulagailua erabiliz lantzen dira.
Arau-arazoak
Lokomotoraren kabinan gidaririk egon gabe kontrol guztiz automatikora erabat aldatzeko, beharrezkoa da arauzko arazoak konpontzea ere.
Momentuz, JSC Russian Railways-ek arauzko euskarriari buruzko lana ezartzeko egutegia onartu du trenbide-material mugikorraren kontrol-sistemak modu automatikoan ezartzeko neurriak ezartzeko. Gai garrantzitsuenetako bat trenbide-garraioko ekoizpenarekin zerikusirik ez duten herritarren bizitza edo osasunean kalteak eragin dituzten garraio-intzidentzia ofizialen ikerketa eta erregistro-prozedurari buruzko Araudia eguneratzea da. Plan horren arabera, 2021ean trenbiderik gabeko ibilgailuen funtzionamendua arautzen duen dokumentu sorta garatu eta onartu beharko litzateke.
afterword
Momentuz, Luzhskaya geltokian funtzionatzen duten tripulaziorik gabeko tren-makinen munduan ez dago analogorik. Frantziako (SNCF enpresa), Alemaniako, Holandako (Prorail enpresa), Belgikako (Lineas enpresa) espezialistak 2018-2019an garatu zuten kontrol sistema ezagutu zuten eta antzeko sistemak ezartzeko interesa dute. JSC NIIAS-en zeregin nagusietako bat funtzionaltasuna zabaltzea eta sortutako kudeaketa sistema errepikatzea da, bai Errusiako trenbideetan, bai atzerriko enpresentzat.
Gaur egun, JSC Russian Railways "Lastochka" tripulatu gabeko tren elektrikoak garatzeko proiektu bat ere zuzentzen ari da. 16. irudiak ES2G Lastochka tren elektrikorako kontrol automatikoaren sistema prototipoaren erakustaldia erakusten du 2019ko abuztuan esparruan. 1520ko Nazioarteko Burdinbideen Salon espazioa "PRO//Movement.Expo".
16. Irudia MCCn tripulatu gabeko tren elektriko baten funtzionamenduaren erakustaldia
Tripulaziorik gabeko tren elektriko bat sortzea askoz lan zailagoa da, abiadura handiak, balazta distantzia handiak direlako eta geldialdi-puntuetan bidaiarien igoera/lehorreratzea segurua dela eta. Gaur egun, probak aktiboki egiten ari dira MCCn. Proiektu honi buruzko istorio bat etorkizun hurbilean argitaratzea aurreikusi da.
Iturria: www.habr.com