Pangembangan teknologi tanpa awak ing jalur sepur wiwit cukup suwe, wis ing taun 1957, nalika sistem bimbingan otomatis eksperimen pisanan kanggo sepur komuter digawe. Kanggo ngerti bedane antarane tingkat otomatisasi kanggo transportasi sepur, gradasi wis ditetepake, sing ditetepake ing standar IEC-62290-1. Ora kaya transportasi dalan, transportasi sepur duwe otomatisasi 4 derajat, ditampilake ing Gambar 1.
Gambar 1. Derajat otomatisasi miturut IEC-62290
Meh kabeh sepur sing beroperasi ing jaringan Railway Rusia dilengkapi piranti safety sing cocog karo level otomatisasi 1. Sepur kanthi otomatisasi level 2 wis kasil dioperasikake ing jaringan sepur Rusia luwih saka 20 taun, sawetara ewu lokomotif dilengkapi. Tingkat iki dileksanakake liwat kontrol traksi lan kalkulus rem kanggo nyopir energi-optimal sepur ing rute tartamtu, njupuk menyang akun jadwal lan maca sistem sinyal lokomotif otomatis ditampa liwat saluran induktif saka sirkuit trek. Panggunaan level 2 nyuda kekeselen driver lan menehi keuntungan ing konsumsi energi lan akurasi eksekusi jadwal.
Level 3 nganggep ora ana driver ing taksi, sing mbutuhake implementasine sistem visi teknis.
Level 4 nganggep ora ana driver lengkap ing papan, sing mbutuhake owah-owahan signifikan ing desain lokomotif (sepur listrik). Contone, ana pemutus sirkuit ing papan sing ora bisa direset yen tripped tanpa wong ing kapal.
Saiki, proyek kanggo nggayuh level 3 lan 4 lagi ditindakake dening perusahaan terkemuka ing donya, kayata Siemens, Alstom, Thales, SNCF, SBB lan liya-liyane.
Siemens nampilake proyek ing bidang trem tanpa sopir ing September 2018 ing pameran Innotrans. Trem iki wis beroperasi ing Potsdam kanthi tingkat otomatisasi GoA3 wiwit taun 2018.
Gambar 2 Tram Siemens
Ing 2019, Siemens nambah dawa rute tanpa awak luwih saka 2 kali.
Perusahaan Railway Rusia minangka salah sawijining sing pertama ing donya sing miwiti ngembangake kendharaan sepur tanpa awak. Mangkono, ing stasiun Luzhskaya ing 2015, sawijining proyek diluncurake kanggo ngotomatisasi gerakan 3 lokomotif shunting, ing ngendi NIIAS JSC tumindak minangka integrator proyek lan pangembang teknologi dhasar.
Nggawe lokomotif tanpa awak minangka proses rumit lan rumit sing ora mungkin tanpa kerjasama karo perusahaan liyane. Mulane, ing stasiun Luzhskaya, bebarengan karo JSC NIIAS, perusahaan ing ngisor iki melu:
- JSC "VNIKTI" ing babagan pangembangan sistem kontrol on-board;
- Siemens - babagan ngotomatisasi operasi hump (sistem MSR-32) lan ngotomatisasi operasi nyurung mobil;
- JSC Radioavionics babagan sistem sentralisasi mikroprosesor sing ngontrol switch lan lampu lalu lintas;
- PKB CT - nggawe simulator;
- JSC Russian Railways minangka koordinator proyek.
Ing tataran kapisan, tugas kanggo entuk tingkat 2 otomatisasi lalu lintas, nalika sopir, ing kondisi normal kanggo ngatur karya shunting, ora nggunakake kontrol lokomotif.
Nalika ngoperasikake lokomotif shunting konvensional, kontrol lalu lintas ditindakake kanthi ngirim printah swara saka dispatcher menyang sopir kanthi nyetel rute sing cocog (ngalih obah, nguripake lampu lalu lintas).
Nalika pindhah menyang otomatisasi level 2, kabeh komunikasi swara diganti dening sistem printah sing dikirim liwat saluran radio aman digital. Secara teknis, kontrol lokomotif shunting ing stasiun Luzhskaya dibangun kanthi basis:
- model digital unit stasiun;
- protokol kanggo ngontrol gerakan lokomotif shunting (kanggo ngirim printah lan ngawasi eksekusi);
- interaksi karo sistem sentralisasi listrik kanggo entuk informasi babagan rute sing diwenehake, posisi panah lan sinyal;
- sistem posisi kanggo shunting lokomotif;
- komunikasi radio digital sing dipercaya.
Ing 2017, 3 lokomotif shunting TEM-7A makarya 95% wektu ing stasiun Luzhskaya ing mode otomatis, nindakake operasi ing ngisor iki:
- Gerakan otomatis ing rute tartamtu;
- akses otomatis menyang mobil;
- Kopling otomatis karo gerbong;
- Nyurung mobil menyang punuk.
Ing 2017, sawijining proyek diluncurake kanggo nggawe sistem visi teknis kanggo lokomotif shunting lan ngenalake remot kontrol yen ana kahanan darurat.
Ing Nopember 2017, spesialis saka JSC NIIAS nginstal prototipe pisanan sistem visi teknis ing lokomotif shunting, kalebu radar, lidar lan kamera (Gambar 3).
Gambar 3 Versi pisanan saka sistem visi teknis
Sajrone tes ing stasiun Luga sistem visi teknis ing 2017 - 2018, kesimpulan ing ngisor iki digawe:
- Panggunaan radar kanggo ndeteksi alangan ora praktis, amarga sepur kasebut nduweni obyek logam kanthi reflektivitas sing apik. Jarak deteksi wong ing latar mburi ora ngluwihi 60-70 meter, saliyane, radar duwe resolusi sudut sing ora cukup lan kira-kira 1 °. Temuan kita banjur dikonfirmasi dening asil tes saka kolega saka SNCF (operator sepur Prancis).
- Lidars nyedhiyakake asil sing apik banget kanthi gangguan minimal. Yen ana salju, udan, utawa pedhut, penurunan sing ora kritis ing sawetara deteksi obyek diamati. Nanging, ing 2017, lidars cukup larang, sing nyebabake kinerja ekonomi proyek kasebut.
- Kamera minangka unsur penting saka sistem visi teknis lan perlu kanggo deteksi, klasifikasi obyek, lan tugas remot kontrol. Kanggo bisa kerja ing wayah wengi lan ing kahanan cuaca sing angel, sampeyan kudu duwe kamera utawa kamera infra merah kanthi jarak gelombang dawa sing bisa digunakake ing jarak inframerah sing cedhak.
Tugas utama visi teknis yaiku ndeteksi alangan lan obyek liyane ing dalan, lan amarga gerakan kasebut ditindakake ing sadawane trek, perlu kanggo ndeteksi.
Gambar 4. Tuladha segmentasi multi-kelas (track, mobil) lan penentuan sumbu trek nggunakake topeng biner.
Gambar 4 nuduhake conto deteksi rut. Supaya ora ambigu nemtokake rute gerakan ing sadawane panah, informasi priori babagan posisi panah lan maca lampu lalu lintas digunakake, dikirim liwat saluran radio digital saka sistem sentralisasi listrik. Saiki, ana tren ing ril sepur ing donya kanggo ninggalake lampu lalu lintas lan ngalih menyang sistem kontrol liwat saluran radio digital. Iki utamané bener kanggo lalu lintas-kacepetan dhuwur, amarga ing kacepetan liwat 200 km / h dadi angel kanggo sok dong mirsani lan ngenali lampu lalu lintas. Ing Rusia, ana rong bagean sing dioperasikake tanpa nggunakake lampu lalu lintas - Moscow Central Circle lan Alpika-Service - Adler line.
Ing mangsa adhem, bisa uga ana kahanan nalika trek wis rampung ing tutup salju lan pangenalan trek dadi meh ora mungkin, kaya sing ditampilake ing Gambar 5.
Gambar 5 Conto trek sing ditutupi salju
Ing kasus iki, dadi ora jelas apa obyek sing dideteksi ngganggu gerakan lokomotif, yaiku, ana ing trek utawa ora. Ing kasus iki, ing stasiun Luzhskaya nggunakake model digital presisi dhuwur saka stasiun lan sistem navigasi on-board presisi dhuwur.
Kajaba iku, model digital stasiun digawe kanthi basis pangukuran geodetik titik dhasar. Banjur, adhedhasar pangolahan akeh lokomotif kanthi sistem posisi kanthi tliti dhuwur, peta wis rampung ing kabeh trek.
Gambar 6 Model digital pengembangan trek stasiun Luzhskoy
Salah sawijining paramèter sing paling penting kanggo sistem posisi on-board yaiku kesalahan ngitung orientasi (azimuth) lokomotif. Orientasi lokomotif perlu kanggo orientasi sing bener saka sensor lan obyek sing dideteksi. Kanthi kesalahan sudut orientasi 1 °, kesalahan ing koordinat obyek relatif marang sumbu path ing jarak 100 meter bakal dadi 1,7 meter.
Gambar 7 Pengaruh kesalahan orientasi ing kesalahan koordinat lateral
Mulane, kesalahan maksimum sing diidini kanggo ngukur orientasi sudut lokomotif ora kudu ngluwihi 0,1 °. Sistem posisi onboard dhewe kasusun saka rong panrima pandhu arah dual-frekuensi ing mode RTK, antena sing diwenehi jarak ing sadawane kabeh dawa lokomotif kanggo nggawe basa dawa, strapdown sistem navigasi inersia lan sambungan kanggo sensor wheel (odometers). Standar deviasi kanggo nemtokake koordinat lokomotif shunting ora luwih saka 5 cm.
Kajaba iku, ing stasiun Luzhskaya, riset ditindakake babagan panggunaan teknologi SLAM (lidar lan visual) kanggo entuk data lokasi tambahan.
Akibaté, penentuan trek sepur kanggo lokomotif shunting ing stasiun Luzhskaya ditindakake kanthi nggabungake asil pangenalan trek lan data model trek digital adhedhasar posisi.
Deteksi alangan uga ditindakake kanthi sawetara cara adhedhasar:
- data lidar;
- data sesanti stereo;
- operasi jaringan syaraf.
Salah sawijining sumber data utama yaiku lidar, sing ngasilake awan titik saka pemindaian laser. Algoritma sing digunakake utamane nggunakake algoritma clustering data klasik. Minangka bagéan saka riset, efektifitas nggunakake jaringan syaraf kanggo tugas clustering titik lidar, uga kanggo pangolahan gabungan data lidar lan data saka kamera video, dites. Gambar 8 nuduhake conto data lidar (mega titik kanthi refleksivitas sing beda) nampilake manekin wong ing latar mburi kreta ing stasiun Luzhskaya.
Gambar 8. Conto data lidar ing stasiun Luzhskoy
Figure 9 nuduhake conto ngenali klompok saka mobil shaped Komplek nggunakake data saka rong lidars beda.
Gambar 9. Tuladha interpretasi data lidar awujud klaster saking mobil hopper
Kapisah, iku worth kang lagi nyimak sing bubar biaya lidars wis dropped dening meh urutan gedhene, lan ciri technical wis tambah. Ora ana keraguan manawa tren iki bakal terus. Jarak deteksi obyek dening lidar sing digunakake ing stasiun Luzhskaya kira-kira 150 meter.
Kamera stereo nggunakake prinsip fisik sing beda uga digunakake kanggo ndeteksi alangan.
Gambar 10. Peta disparitas saka pasangan stereo lan kluster sing dideteksi
Gambar 10 nuduhake conto data kamera stereo kanthi deteksi kutub, kothak trek lan mobil.
Kanggo entuk akurasi titik awan sing cukup ing jarak sing cukup kanggo ngerem, sampeyan kudu nggunakake kamera kanthi resolusi dhuwur. Nambah ukuran gambar nambah biaya komputasi kanggo entuk peta disparitas. Amarga kahanan sing dibutuhake kanggo sumber daya sing dikuwasani lan wektu nanggepi sistem, perlu terus-terusan ngembangake lan nyoba algoritma lan pendekatan kanggo ngekstrak data sing migunani saka kamera video.
Bagéyan saka tes lan verifikasi algoritma ditindakake kanthi nggunakake simulator sepur, sing dikembangake dening PKB TsT bebarengan karo JSC NIIAS. Contone, Gambar 11 nuduhake panggunaan simulator kanggo nguji kinerja algoritma kamera stereo.
Gambar 11. A, B - pigura kiwa lan tengen saka simulator; B - tampilan ndhuwur rekonstruksi data saka kamera stereo; D - rekonstruksi gambar kamera stereo saka simulator.
Tugas utama jaringan saraf yaiku ndeteksi wong, mobil lan klasifikasi.
Kanggo makarya ing kahanan cuaca sing atos, spesialis saka JSC NIIAS uga nganakake tes nggunakake kamera inframerah.
Gambar 12. Data saka kamera IR
Data saka kabeh sensor digabungake adhedhasar algoritma asosiasi, ing ngendi kemungkinan anané alangan (obyek) ditaksir.
Kajaba iku, ora kabeh obyek ing trek dadi alangan; nalika nindakake operasi shunting, lokomotif kudu kanthi otomatis digandhengake karo mobil.
Gambar 13. Conto visualisasi pendekatan menyang mobil kanthi deteksi alangan dening sensor sing beda
Nalika ngoperasikake lokomotif shunting tanpa awak, penting banget kanggo ngerti kanthi cepet apa sing kedadeyan karo peralatan kasebut lan kahanane. Kahanan uga bisa ditindakake nalika kewan, kayata asu, katon ing ngarep lokomotif. Algoritma onboard bakal kanthi otomatis mungkasi lokomotif, nanging apa sing kudu ditindakake yen asu kasebut ora metu saka dalan?
Kanggo ngawasi kahanan ing papan lan nggawe keputusan yen ana kahanan darurat, remot kontrol lan panel ngawasi stasioner wis dikembangake, dirancang kanggo nggarap kabeh lokomotif tanpa awak ing stasiun kasebut. Ing stasiun Luzhskaya dumunung ing pos EC.
Gambar 14 Remote kontrol lan ngawasi
Ing stasiun Luzhskoy, panel kontrol sing ditampilake ing Figure 14 ngontrol operasi telung lokomotif shunting. Yen perlu, nggunakake remot kontrol iki sampeyan bisa ngontrol salah siji lokomotif disambungake dening ngirim informasi ing wektu nyata (tundha ora luwih saka 300 ms, njupuk menyang akun transmisi data liwat saluran radio).
Masalah keamanan fungsional
Masalah sing paling penting nalika ngenalake lokomotif tanpa awak yaiku masalah safety fungsional, sing ditetepake dening standar IEC 61508 "Keamanan fungsional listrik, elektronik, sistem elektronik sing bisa diprogram sing ana gandhengane karo safety" (EN50126, EN50128, EN50129), GOST 33435-2015 "Piranti" kanggo kontrol, ngawasi lan safety saka rolling stock railway ".
Sesuai karo syarat kanggo piranti safety on-board, integritas safety level 4 (SIL4) kudu digayuh.
Kanggo tundhuk karo level SIL-4, kabeh piranti safety lokomotif sing ana dibangun nggunakake logika mayoritas, ing ngendi petungan ditindakake kanthi podo karo ing rong saluran (utawa luwih) lan asil dibandhingake kanggo nggawe keputusan.
Unit komputasi kanggo ngolah data saka sensor ing lokomotif shunting tanpa awak uga dibangun kanthi nggunakake skema rong saluran kanthi mbandhingake asil pungkasan.
Panggunaan sensor sesanti, operasi ing kahanan cuaca sing beda-beda lan ing lingkungan sing beda-beda mbutuhake pendekatan anyar kanggo masalah mbuktekake keamanan kendaraan tanpa awak.
Ing 2019, standar ISO/PAS 21448 "Kendaraan jalan. Security of Defined Functions (SOTIF). Salah sawijining prinsip utama standar iki yaiku pendekatan skenario, sing mriksa prilaku sistem ing macem-macem kahanan. Jumlah total skenario nggambarake tanpa wates. Tantangan desain utama yaiku nyilikake wilayah 2 lan 3, sing nggambarake skenario sing ora aman lan skenario sing ora dingerteni.
Gambar 15 Transformasi skenario minangka asil pangembangan
Minangka bagean saka aplikasi pendekatan iki, spesialis saka JSC NIIAS nganalisa kabeh kahanan sing muncul (skenario) wiwit wiwitan operasi ing 2017. Sawetara kahanan sing angel ditemoni ing operasi nyata ditindakake kanthi nggunakake simulator PKB CT.
Masalah Regulasi
Supaya bener rampung ngalih menyang kontrol kanthi otomatis tanpa driver ing kabin lokomotif, iku uga perlu kanggo mutusake masalah peraturan.
Ing wayahe, JSC Russian Railways wis nyetujoni jadwal kanggo implementasine karya ing support peraturan kanggo implementasine saka langkah-langkah kanggo implementasine saka sistem kontrol kanggo railway rolling ing mode otomatis. Salah sawijining masalah sing paling penting yaiku nganyari Peraturan babagan prosedur investigasi resmi lan ngrekam insiden transportasi sing nyebabake cilaka kanggo urip utawa kesehatan warga sing ora ana hubungane karo produksi transportasi sepur. Sesuai karo rencana iki, ing 2021 paket dokumen sing ngatur operasi kendharaan sepur tanpa awak kudu dikembangake lan disetujoni.
Afterword
Saiki, ora ana analog ing donya lokomotif shunting tanpa awak sing dioperasikake ing stasiun Luzhskaya. Spesialis saka Prancis (perusahaan SNCF), Jerman, Holland (perusahaan Prorail), Belgia (perusahaan Lineas) dadi akrab karo sistem kontrol sing dikembangake ing 2018-2019 lan kasengsem kanggo ngetrapake sistem sing padha. Salah sawijining tugas utama JSC NIIAS yaiku nggedhekake fungsi lan niru sistem manajemen sing digawe ing rel Rusia lan kanggo perusahaan manca.
Saiki, JSC Russian Railways uga mimpin proyek kanggo ngembangake sepur listrik tanpa awak "Lastochka". Gambar 16 nuduhake demonstrasi sistem kontrol otomatis prototipe kanggo sepur listrik ES2G Lastochka ing wulan Agustus 2019 ing kerangka kasebut. Ruang Salon Railway Internasional 1520 "PRO//Movement.Expo".
Gambar 16. Demonstrasi operasi sepur listrik tanpa awak ing MCC
Nggawe sepur listrik tanpa awak minangka tugas sing luwih angel amarga kecepatan dhuwur, jarak pengereman sing signifikan, lan njamin penumpang pesawat / mudhun kanthi aman ing titik mandheg. Saiki, tes lagi aktif ing MCC. Crita babagan proyek iki direncanakake bakal diterbitake ing mangsa ngarep.
Source: www.habr.com