Þróun ómannaðrar tækni á járnbrautinni hófst fyrir nokkuð löngu síðan, þegar árið 1957, þegar fyrsta tilrauna sjálfvirka leiðsögukerfið fyrir flutningalest var búið til. Til að skilja muninn á sjálfvirknistigum fyrir járnbrautarflutninga hefur stigbreyting verið kynnt, skilgreind í IEC-62290-1 staðlinum. Ólíkt vegaflutningum hafa járnbrautarflutningar 4 gráður af sjálfvirkni, sýnt á mynd 1.
Mynd 1. Sjálfvirknigráður samkvæmt IEC-62290
Næstum allar lestir sem starfa á rússneska járnbrautarkerfinu eru búnar öryggisbúnaði sem samsvarar sjálfvirknistigi 1. Lestir með sjálfvirknistigi 2 hafa verið reknar með góðum árangri á rússneska járnbrautarkerfinu í meira en 20 ár, nokkur þúsund eimreiðar eru búnar. Þetta stig er útfært með gripstýringu og hemlunarreikniritum fyrir orku-ákjósanlegur akstur lestar á tiltekinni leið, að teknu tilliti til áætlunar og lestra sjálfvirkra eimreiðamerkjakerfa sem berast um inductive rás frá brautarrásunum. Notkun 2. stigs dregur úr þreytu ökumanns og veitir ávinning í orkunotkun og nákvæmni framkvæmd áætlunar.
Stig 3 gerir ráð fyrir hugsanlegri fjarveru ökumanns í stýrishúsinu, sem krefst innleiðingar á tæknilegu sjónkerfi.
Stig 4 gerir ráð fyrir algjörri fjarveru ökumanns um borð, sem krefst verulegrar breytinga á hönnun eimreiðarinnar (raflest). Til dæmis eru aflrofar um borð sem verða ekki endurstilltir ef leyst er út án manns um borð.
Eins og er, eru verkefni til að ná stigum 3 og 4 í framkvæmd af leiðandi fyrirtækjum í heiminum, eins og Siemens, Alstom, Thales, SNCF, SBB og fleiri.
Siemens kynnti verkefni sitt á sviði ökumannslausra sporvagna í september 2018 á Innotrans sýningunni. Þessi sporvagn hefur verið í notkun í Potsdam með GoA3 sjálfvirknistigi síðan 2018.
Mynd 2 Siemens sporvagn
Árið 2019 jók Siemens lengd ómönnuðu leiðarinnar um meira en 2 sinnum.
Rússneska járnbrautafyrirtækið var eitt af þeim fyrstu í heiminum til að hefja þróun ómannaðra járnbrautartækja. Þannig, á Luzhskaya stöðinni árið 2015, var sett af stað verkefni til að gera sjálfvirka hreyfingu 3 shunting locomotives, þar sem NIIAS JSC starfaði sem verkefnasamþættir og þróunaraðili grunntækni.
Að búa til mannlausa eimreið er flókið, flókið ferli sem er ómögulegt án samvinnu við önnur fyrirtæki. Þess vegna, á Luzhskaya stöðinni, ásamt JSC NIIAS, taka eftirfarandi fyrirtæki þátt:
- JSC "VNIKTI" hvað varðar þróun stjórnkerfis um borð;
- Siemens - hvað varðar sjálfvirkan hnúfuaðgerð (MSR-32 kerfi) og sjálfvirkan rekstur ýta bíla;
- JSC Radioavionics hvað varðar miðstýringarkerfi örgjörva sem stjórna rofum og umferðarljósum;
- PKB CT - gerð hermir;
- JSC Russian Railways sem verkefnisstjóri.
Á fyrsta stigi var verkefnið að ná stigi 2 sjálfvirkni í umferð, þegar ökumaður, við eðlilegar aðstæður til að skipuleggja akstursvinnu, notar ekki eimreiðarstýringar.
Þegar hefðbundnar aksturseimar eru notaðar, fer umferðarstjórnun fram með því að senda raddskipanir frá sendanda til ökumanns með því að stilla viðeigandi leiðir (hreyfa rofa, kveikja á umferðarljósum).
Þegar farið var yfir á stig 2 sjálfvirkni var öllum raddsamskiptum skipt út fyrir skipanakerfi sem sent var yfir stafræna örugga útvarpsrás. Tæknilega séð var eftirlit með aksturseimreiðum á Luzhskaya stöðinni byggt á grundvelli:
- sameinað stafrænt líkan af stöðinni;
- siðareglur til að stjórna hreyfingu víkjandi eimreiðanna (til að senda skipanir og fylgjast með framkvæmd);
- samskipti við rafmiðstýringarkerfið til að fá upplýsingar um tilteknar leiðir, staðsetningu örva og merkja;
- staðsetningarkerfi til að víkja eimreiðum;
- áreiðanleg stafræn fjarskipti.
Árið 2017 störfuðu 3 TEM-7A víkjandi eimreiðar 95% af tímanum á Luzhskaya stöðinni í fullsjálfvirkri stillingu og framkvæmdu eftirfarandi aðgerðir:
- Sjálfvirk hreyfing eftir tiltekinni leið;
- Sjálfvirkur aðgangur að bílum;
- Sjálfvirk tenging við vagna;
- Að ýta bílum á hnúkinn.
Árið 2017 var hleypt af stokkunum verkefni til að búa til tæknilegt sjónkerfi fyrir akstur eimreiðanna og innleiða fjarstýringu í neyðartilvikum.
Í nóvember 2017 settu sérfræðingar frá JSC NIIAS upp fyrstu frumgerð tæknilegs sjónkerfis á víkjandi eimreiðum, sem samanstendur af ratsjám, lidar og myndavélum (Mynd 3).
Mynd 3 Fyrstu útgáfur af tæknilegum sjónkerfum
Við prófanir á Luga stöðinni á tæknilegu sjónkerfi 2017 - 2018 voru eftirfarandi ályktanir gerðar:
- Notkun ratsjár til að greina hindranir er óhagkvæm þar sem járnbrautin hefur umtalsverðan fjölda málmhluta með góða endurspeglun. Greiningarsvið fólks gegn bakgrunni þeirra er ekki meira en 60-70 metrar, auk þess hafa ratsjár ófullnægjandi hornupplausn og er um 1°. Niðurstöður okkar voru síðan staðfestar með prófunarniðurstöðum frá samstarfsmönnum frá SNCF (frönsku járnbrautarrekandanum).
- Lidars gefa mjög góðan árangur með lágmarks hávaða. Ef snjókoma, rigning eða þoka kemur fram kemur fram óveruleg minnkun á greiningarsviði hluta. Hins vegar, árið 2017, voru liðar nokkuð dýrir, sem hafði veruleg áhrif á efnahagslega frammistöðu verkefnisins.
- Myndavélar eru nauðsynlegur þáttur í tæknilegu sjónkerfi og eru nauðsynlegar fyrir uppgötvun, flokkun hluta og fjarstýringarverkefni. Til að vinna á nóttunni og við erfið veðurskilyrði er nauðsynlegt að hafa innrauðar myndavélar eða myndavélar með stækkað bylgjulengdarsvið sem geta starfað á nær-innrauðu sviði.
Meginverkefni tæknisjónar er að greina hindranir og aðra hluti á leiðinni og þar sem hreyfingin fer fram eftir braut er nauðsynlegt að greina hana.
Mynd 4. Dæmi um fjölflokka skiptingu (braut, bílar) og ákvörðun á brautarás með því að nota tvöfalda grímu
Mynd 4 sýnir dæmi um hjólfarsgreiningu. Til þess að ákvarða ótvírætt leið hreyfingar meðfram örvunum eru fyrirfram upplýsingar um stöðu öranna og umferðarljósaupplestur notaðar, sendar um stafræna útvarpsrás frá rafmiðstýringarkerfinu. Eins og er er þróun á járnbrautum heimsins að yfirgefa umferðarljós og skipta yfir í stjórnkerfi í gegnum stafræna útvarpsrás. Þetta á sérstaklega við um háhraða umferð þar sem á hraða yfir 200 km/klst verður erfitt að taka eftir og þekkja umferðarljós. Í Rússlandi eru tveir hlutar starfræktir án umferðarljósa - Moscow Central Circle og Alpika-Service - Adler línan.
Á veturna geta komið upp aðstæður þar sem brautin er algjörlega undir snjóþekju og þekking á brautinni verður nánast ómöguleg eins og sýnt er á mynd 5.
Mynd 5 Dæmi um braut þakin snjó
Í þessu tilviki verður óljóst hvort hlutirnir sem fundust trufla hreyfingu eimreiðarinnar, það er að segja að þeir séu á brautinni eða ekki. Í þessu tilviki, á Luzhskaya stöðinni, er notað stafrænt líkan af mikilli nákvæmni af stöðinni og leiðsögukerfi um borð með mikilli nákvæmni.
Ennfremur var stafrænt líkan stöðvarinnar búið til á grundvelli landmælinga á grunnpunktum. Síðan, byggt á vinnslu á mörgum göngum eimreiðanna með mikilli nákvæmni staðsetningarkerfis, var gengið frá korti meðfram öllum brautunum.
Mynd 6 Stafrænt líkan af brautarþróun Luzhskoy stöðvarinnar
Ein mikilvægasta færibreytan fyrir staðsetningarkerfið um borð er villa í útreikningi á stefnu (azimut) eimreiðarinnar. Stefna eimreiðarinnar er nauðsynleg fyrir rétta stefnu skynjara og hluta sem þeir greina. Með stefnuhornsvillu upp á 1° verður skekkjan í hnitum hluta miðað við brautarásinn í 100 metra fjarlægð 1,7 metrar.
Mynd 7 Áhrif stefnuvillu á hliðarhnitaskekkju
Þess vegna ætti hámarks leyfileg skekkja við mælingu á hornstefnu eimreiðarinnar ekki að fara yfir 0,1°. Staðsetningarkerfið sjálft um borð samanstendur af tveimur tvítíðni leiðsöguviðtökum í RTK-stillingu, en loftnet þeirra eru staðsett eftir allri lengd eimreimarinnar til að búa til langan grunn, óbundið tregðuleiðsögukerfi og tengingu við hjólskynjara (kílómetramæla). Staðalfrávik við ákvörðun á hnitum víkjandi eimreiðarinnar er ekki meira en 5 cm.
Að auki, á Luzhskaya stöðinni, voru gerðar rannsóknir á notkun SLAM tækni (lidar og sjón) til að fá frekari staðsetningargögn.
Fyrir vikið er ákvörðun járnbrautarbrautarinnar til að víkja eimreiðum á Luzhskaya stöðinni fram með því að sameina niðurstöður brautarþekkingar og staðsetningartengdra stafrænna brautarlíkanagagna.
Hindrunargreining er einnig framkvæmd á nokkra vegu byggt á:
- lidar gögn;
- hljómtæki sjón gögn;
- rekstur tauganeta.
Ein helsta uppspretta gagna eru lidars, sem framleiða punktaský frá leysiskönnun. Reiknirit sem eru í notkun nota aðallega klassískan gagnaþyrpingarreiknirit. Sem hluti af rannsókninni er virkni þess að nota taugakerfi til þess að flokka liðarpunkta, sem og sameiginlega úrvinnslu lidargagna og gagna úr myndbandsupptökuvélum, prófuð. Mynd 8 sýnir dæmi um lidar gögn (ský af punktum með mismunandi viðbragðsgetu) sem sýnir mannequin manns á bakgrunni vagns á Luzhskaya stöðinni.
Mynd 8. Dæmi um lidar gögn á Luzhskoy stöð
Mynd 9 sýnir dæmi um að bera kennsl á klasa úr flóknum bíl með því að nota gögn frá tveimur mismunandi lidar.
Mynd 9. Dæmi um túlkun á lidar gögnum í formi þyrpingar úr hoppubíl
Sérstaklega er rétt að taka fram að nýlega hefur kostnaður við lidar lækkað um næstum stærðargráðu og tæknilegir eiginleikar þeirra hafa aukist. Það er enginn vafi á því að þessi þróun mun halda áfram. Greiningarsvið hluta með lidar sem notuð eru á Luzhskaya stöðinni er um 150 metrar.
Stíómyndavél sem notar aðra eðlisfræðilega reglu er einnig notuð til að greina hindranir.
Mynd 10. Mismunakort frá steríópari og greindum þyrpingum
Mynd 10 sýnir dæmi um steríómyndavélargögn með greiningu á stöngum, rekjaboxum og vagni.
Til að ná nægilega nákvæmni punktskýsins í fjarlægð sem nægir til hemlunar er nauðsynlegt að nota háupplausnarmyndavélar. Stækkandi myndstærð eykur reiknikostnaðinn við að fá mismunakortið. Vegna nauðsynlegra skilyrða fyrir uppteknum auðlindum og viðbragðstíma kerfisins er nauðsynlegt að þróa og prófa stöðugt reiknirit og aðferðir til að vinna úr gagnlegum gögnum úr myndbandsmyndavélum.
Hluti af prófun og sannprófun á reikniritum fer fram með járnbrautarhermi, sem er þróaður af PKB TsT ásamt JSC NIIAS. Til dæmis sýnir mynd 11 notkun hermir til að prófa frammistöðu hljómtæki myndavélaralgríma.
Mynd 11. A, B - vinstri og hægri rammar úr herminum; B – ofanmynd af endurgerð gagna frá hljómtæki myndavél; D - endurgerð steríómyndavélamynda úr herminum.
Meginverkefni tauganeta er að greina fólk, bíla og flokkun þeirra.
Til að vinna við erfiðar veðurskilyrði gerðu sérfræðingar frá JSC NIIAS einnig prófanir með innrauðum myndavélum.
Mynd 12. Gögn úr IR myndavél
Gögn frá öllum skynjurum eru samþætt út frá tengslalgrímum, þar sem líkurnar á að hindranir (hlutir) séu til staðar eru metnar.
Þar að auki eru ekki allir hlutir á brautinni hindranir; þegar akstursaðgerðir eru framkvæmdar verður eimreiðan sjálfkrafa að tengja við bílana.
Mynd 13. Dæmi um aðkomu að bíl með hindrunarskynjun með mismunandi skynjurum
Þegar verið er að reka mannlausar víkingaeimreiðar er afar mikilvægt að átta sig fljótt á því hvað er að gerast með búnaðinn og í hvaða ástandi hann er. Aðstæður eru einnig mögulegar þegar dýr, eins og hundur, birtist fyrir framan eimreiðina. Reiknirit um borð munu sjálfkrafa stöðva eimreiðina, en hvað á að gera næst ef hundurinn fer ekki úr vegi?
Til að fylgjast með aðstæðum um borð og taka ákvarðanir í neyðartilvikum hefur verið þróað kyrrstæð fjarstýring og eftirlitsborð sem er hannað til að vinna með öllum mannlausum eimreiðum í stöðinni. Á Luzhskaya stöðinni er það staðsett við EB-póstinn.
Mynd 14 Fjarstýring og eftirlit
Á Luzhskoy stöðinni stjórnar stjórnborðið sem sýnt er á mynd 14 virkni þriggja víkjandi eimreiðar. Ef nauðsyn krefur, með því að nota þessa fjarstýringu geturðu stjórnað einni af tengdum eimreiðum með því að senda upplýsingar í rauntíma (töf ekki meira en 300 ms, að teknu tilliti til gagnaflutnings um útvarpsrás).
Hagnýt öryggismál
Mikilvægasta málið þegar verið er að kynna ómannaðar eimreiðar er spurningin um starfrænt öryggi, skilgreint af stöðlunum IEC 61508 „Virknisöryggi rafmagns, rafeinda, forritanlegra rafeindakerfa sem tengjast öryggi“ (EN50126, EN50128, EN50129), GOST 33435-2015 „Tæki“ til eftirlits, eftirlits og öryggis járnbrautavagna.
Í samræmi við kröfur um öryggisbúnað um borð verður að ná öryggisstigi 4 (SIL4).
Til að uppfylla SIL-4 stigið eru öll núverandi öryggisbúnaður eimreiðar byggður með meirihlutarökfræði, þar sem útreikningar eru gerðir samhliða í tveimur rásum (eða fleiri) og niðurstöður bornar saman til að taka ákvörðun.
Tölvunareiningin til að vinna úr gögnum frá skynjurum á ómönnuðum víkingaeimreiðum er einnig byggð með tveggja rása kerfi með samanburði á lokaniðurstöðu.
Notkun sjónskynjara, rekstur við mismunandi veðurskilyrði og í mismunandi umhverfi krefst nýrrar nálgunar í spurningunni um að sanna öryggi mannlausra farartækja.
Árið 2019, ISO/PAS 21448 staðallinn „Vegfarartæki. Öryggi skilgreindra aðgerða (SOTIF). Ein af meginreglum þessa staðals er atburðarásaraðferðin sem skoðar hegðun kerfisins við ýmsar aðstæður. Heildarfjöldi sviðsmynda táknar óendanleika. Helsta hönnunaráskorunin er að lágmarka svæði 2 og 3, sem tákna þekktar óöruggar aðstæður og óþekktar óöruggar aðstæður.
Mynd 15 Umbreyting sviðsmynda vegna þróunar
Sem hluti af beitingu þessarar nálgunar greindu sérfræðingar frá JSC NIIAS allar nýjar aðstæður (sviðsmyndir) frá því að starfsemin hófst árið 2017. Sumar aðstæður sem erfitt er að lenda í í raunverulegri notkun eru unnar með því að nota PKB CT hermir.
Reglugerðarmál
Til þess að skipta algjörlega yfir í sjálfvirka stjórn án viðveru ökumanns í eimreiðarklefanum er einnig nauðsynlegt að leysa reglugerðarvandamál.
Í augnablikinu hefur JSC Russian Railways samþykkt áætlun um framkvæmd vinnu við reglugerðarstuðning við framkvæmd ráðstafana til innleiðingar á eftirlitskerfum fyrir járnbrautarvagna í sjálfvirkum ham. Eitt mikilvægasta atriðið er uppfærsla á reglugerðum um verklag við opinbera rannsókn og skráningu flutningsatvika sem leiddu til skaða á lífi eða heilsu borgara sem ekki tengjast framleiðslu í járnbrautarflutningum. Í samræmi við þessa áætlun ætti árið 2021 að þróa og samþykkja pakka af skjölum sem stjórna rekstri ómannaðra járnbrautartækja.
Eftirsögn
Í augnablikinu eru engar hliðstæður í heimi ómannaðra flutningaeimreiðna sem eru starfræktar á Luzhskaya stöðinni. Sérfræðingar frá Frakklandi (SNCF fyrirtæki), Þýskalandi, Hollandi (Prorail fyrirtæki), Belgíu (Lineas fyrirtæki) kynntust þróaða stjórnkerfinu á árunum 2018-2019 og hafa áhuga á að innleiða svipuð kerfi. Eitt af meginverkefnum JSC NIIAS er að auka virknina og endurtaka búið til stjórnunarkerfi bæði á rússneskum járnbrautum og fyrir erlend fyrirtæki.
Eins og er, er JSC Russian Railways einnig að leiða verkefni til að þróa ómannaðar raflestir „Lastochka“. Mynd 16 sýnir sýnikennslu á frumgerð sjálfstýringarkerfisins fyrir ES2G Lastochka raflestina í ágúst 2019 innan rammans. International Railway Salon space 1520 "PRO//Movement.Expo".
Mynd 16. Sýning á rekstri ómannaðrar raflestar á MCC
Það er mun erfiðara verkefni að búa til mannlausa raflest vegna mikils hraða, umtalsverðrar hemlunarvegalengdar og tryggja örugga upp- og brottför farþega á stöðvunarstöðum. Eins og er eru próf í gangi hjá MCC. Fyrirhugað er að gefa út frétt um þetta verkefni á næstunni.
Heimild: www.habr.com