Темир жолдо учкучсуз технологияларды иштеп чыгуу бир топ убакыт мурун, 1957-жылы, шаардык поезддерди башкаруунун биринчи эксперименталдык автоматташтырылган системасы түзүлгөндө башталган. Темир жол транспортун автоматташтыруу деңгээлдеринин ортосундагы айырманы түшүнүү үчүн IEC-62290-1 стандартында аныкталган градация киргизилген. Автомобиль транспортунан айырмаланып, темир жол транспорту автоматташтыруунун 4 даражасына ээ, 1-сүрөттө көрсөтүлгөн.
Сүрөт 1. IEC-62290 боюнча автоматташтыруу даражалары
Россиянын темир жолдорунун тармагында иштеген дээрлик бардык поезддер автоматташтыруунун 1-деңгээлине ылайык келген коопсуздук түзүлүштөрү менен жабдылган. Автоматташтыруу 2-даражадагы поезддер Россиянын темир жол тармагында 20 жылдан ашык убакыттан бери ийгиликтүү иштетилип келет, бир нече миң локомотивдер жабдылган. Бул деңгээл жолдун чынжырларынан индуктивдүү канал аркылуу кабыл алынган локомотив сигнализациясынын автоматтык системаларынын графигин жана көрсөткүчтөрүн эске алуу менен берилген маршрут боюнча поездди энергетикалык-оптималдуу башкаруунун тартылышын башкаруу жана тормоздоо алгоритмдери аркылуу ишке ашырылат. 2-деңгээлди колдонуу айдоочунун чарчоосун азайтат жана энергияны керектөөдө жана графиктин так аткарылышын камсыз кылат.
3-деңгээл кабинада айдоочунун мүмкүн болбогондугун болжолдойт, бул техникалык көрүү системасын ишке ашырууну талап кылат.
4-деңгээл бортто машинисттин толук жоктугун болжолдойт, бул локомотивдин (электр поездинин) конструкциясын олуттуу өзгөртүүнү талап кылат. Мисалы, бортто автоматтык өчүргүчтөр бар, алар бортто адамсыз чалынып калса, кайра күйгүзүлбөйт.
Учурда 3 жана 4-деңгээлдерге жетишүү боюнча долбоорлор дүйнөдөгү Siemens, Alstom, Thales, SNCF, SBB жана башкалар сыяктуу алдыңкы компаниялар тарабынан ишке ашырылууда.
Siemens айдоочусуз трамвай тармагындагы долбоорун 2018-жылдын сентябрь айында Innotrans көргөзмөсүндө көрсөткөн. Бул трамвай 3-жылдан бери GoA2018 автоматташтырылган деңгээли менен Потсдамда иштейт.
2-сүрөт Siemens трамвай
2019-жылы Siemens учкучсуз каттамдын узундугун 2 эседен ашык көбөйттү.
Орус темир жолу компаниясы дүйнөдө биринчилерден болуп пилотсуз темир жол транспортун иштеп чыгууну баштады. Ошентип, «Лужская» станциясында 2015-жылы 3 маневрдик тепловоздун кыймылын автоматташтыруу долбоору ишке кирди, анда «НИИАС» ААК долбоордун интегратору жана негизги технологияларды иштеп чыгуучу катары иштеген.
Пилотсуз тепловозду түзүү башка ишканалар менен кызматташуусуз мүмкүн эмес, татаал, татаал процесс. Демек, Лужская станциясында «НИИАС» АК менен бирдикте төмөнкү компаниялар катышат:
- «ВНИКТИ» АК борттук башкаруу системасын өнүктүрүү жагынан;
- Siemens – өркөч иштерин автоматташтыруу (MSR-32 системасы) жана түртүүчү машиналардын ишин автоматташтыруу жагынан;
- «Радиавионика» ААКсы өчүргүчтөрдү жана светофорлорду башкаруучу микропроцессордук борборлоштуруу системалары жагынан;
- PKB CT – симуляторду түзүү;
- Долбоордун координатору катары «Россия темир жолу» ААКсы.
Биринчи этапта машинист маневрлик иштерди уюштуруунун нормалдуу шарттарында тепловозду башкарууну колдонбогондо, кыймылды автоматташтыруунун 2-децгээлине жетишуу милдети коюлган.
Кадимки маневрдик тепловоздорду эксплуатациялоодо кыймылды башкаруу диспетчерден машинистке тиешелүү маршруттарды коюу менен үн буйруктарын берүү жолу менен ишке ашырылат (кыймылдаткычтар, светофорлорду күйгүзүү).
2-деңгээлдеги автоматташтырууга өтүүдө бардык үн байланышы санарип коопсуз радиоканал аркылуу берилүүчү командалар системасы менен алмаштырылды. Лужская станциясында маневрдук тепловоздорду башкаруу техникалык жактан теменкулердун негизинде курулган.
- станциянын бирдиктүү санариптик модели;
- маневрдик локомотивдердин кыймылын контролдоо протоколу (командаларды жөнөтүү жана аткарылышын көзөмөлдөө үчүн);
- берилген маршруттар, жебелердин жана сигналдардын абалы жөнүндө маалымат алуу үчүн электр борборлоштуруу системасы менен өз ара аракеттенүү;
- маневрдик локомотивдерди жайгаштыруу системалары;
- ишенимдүү санариптик радио байланыш.
2017-жылга карата 3 ТЭМ-7А маневрдик тепловоз Лужская станциясында 95% толук автоматтык режимде иштеп, төмөндөгү операцияларды аткарган:
- Берилген маршрут боюнча автоматтык кыймыл;
- Автоматтык түрдө унааларга кирүү;
- вагондор менен автоматтык туташтыруу;
- Машиналарды дөңгөлөккө түртүп.
2017-жылы маневрдик локомотивдердин техникалык көрүү системасын түзүү жана авариялык кырдаалдарда дистанциялык башкарууну киргизүү боюнча долбоор ишке киргизилген.
2017-жылдын ноябрь айында “НИИАС” ААКнын адистери маневрдик локомотивдерге радарлардан, лидардан жана камералардан турган техникалык көрүү системасынын биринчи прототибин орнотушкан (3-сүрөт).
Сүрөт 3 Техникалык көрүү системаларынын биринчи версиялары
2017-2018-жылдары Луга станциясында техникалык көрүү системасынын сыноолорунун жүрүшүндө төмөнкүдөй жыйынтыктар чыгарылган:
- Тоскоолдуктарды аныктоо үчүн радарларды колдонуу максатка ылайыктуу эмес, анткени темир жолдо жакшы чагылуусу бар көптөгөн металл объектилери бар. Алардын фонунда адамдарды аныктоо диапазону 60-70 метрден ашпайт, мындан тышкары, радарлардын бурчтук резолюциясы жетишсиз жана болжол менен 1°. Биздин тыянактарыбыз кийинчерээк SNCF (Франция темир жол оператору) кесиптештеринин тестинин натыйжалары менен тастыкталды.
- Lidars минималдуу ызы-чуу менен абдан жакшы натыйжаларды берет. Кар жааганда, жаан-чачында, туман жааганда объектилерди аныктоо диапазонунда критикалык эмес төмөндөө байкалат. Бирок, 2017-жылы лидарлар кыйла кымбат болгон, бул долбоордун экономикалык көрсөткүчтөрүнө олуттуу таасирин тийгизген.
- Камералар техникалык көрүү системасынын маанилүү элементи болуп саналат жана аныктоо, объектти классификациялоо жана алыстан башкаруу милдеттери үчүн зарыл. Түнкүсүн жана татаал аба ырайынын шарттарында иштөө үчүн инфракызыл камералар же жакынкы инфракызыл диапазондо иштей ала турган толкун узундуктарынын диапазону бар камералар болушу керек.
Техникалык көрүүнүн негизги милдети жолдогу тоскоолдуктарды жана башка объекттерди аныктоо болуп саналат, ал эми кыймыл трек боюнча ишке ашырылгандыктан, аны аныктоо зарыл.
Сүрөт 4. Көп класстуу сегментациянын мисалы (трек, унаалар) жана экилик масканы колдонуу менен трек огун аныктоо
4-сүрөттө чуңкурду аныктоонун мисалы көрсөтүлгөн. Жебелер боюнча кыймылдын маршрутун так аныктоо үчүн электр борборлоштуруу системасынан санариптик радиоканал аркылуу берилүүчү жебенин абалы жана светофордун көрсөткүчтөрү жөнүндө априордук маалымат колдонулат. Учурда дүйнөлүк темир жолдордо светофордон баш тартып, санариптик радиоканал аркылуу башкаруу системасына өтүү тенденциясы байкалууда. Бул өзгөчө жогорку ылдамдыктагы кыймылга тиешелүү, анткени 200 км/сааттан ашкан ылдамдыкта светофорду байкап, таануу кыйын болуп калат. Россияда светофорсуз иштеген эки участок бар - Москванын борбордук айлампасы жана Альпика-Сервис - Адлер линиясы.
Кышында, 5-сүрөттө көрсөтүлгөндөй, трек толугу менен кар астында калган жана жолду таануу дээрлик мүмкүн болбой калган жагдайлар пайда болушу мүмкүн.
5-сүрөт Кар баскан жолдун мисалы
Бул учурда табылган объектилер локомотивдин кыймылына тоскоол болуп жатабы, башкача айтканда алар жолдо турабы же жокпу, түшүнүксүз болуп калат. Мында «Лужская» станциясында станциянын жогорку тактыктагы цифралык модели жана жогорку тактыктагы борттук навигация системасы колдонулат.
Мындан тышкары, базалык пункттардын геодезиялык өлчөөлөрүнүн негизинде станциянын санариптик модели түзүлгөн. Андан кийин локомотивдердин кеп сандаган өткөөлдөрүн жогорку тактыктагы позициялоо системасы менен иштетүүнүн негизинде бардык жолдордун боюнда карта түзүлдү.
6-сүрөт Лужской станциясынын трассасын өнүктүрүүнүн санариптик модели
Локомотивдин ориентациясын (азимутун) эсептөөдөгү катачылык борттогу позицияны аныктоо системасы үчүн маанилүү параметрлердин бири болуп саналат. Локомотивдин багыты алар тарабынан аныкталган сенсорлордун жана объектилердин туура багыттоосу үчүн зарыл. Багыттоо бурчунун катасы 1° болгондо объекттин координатасында 100 метр аралыктагы жол огуна салыштырмалуу ката 1,7 метрди түзөт.
7-сүрөт Багыттоо катасынын каптал координата катасына тийгизген таасири
Демек, локомотивдин бурчтук багытын ченөөдөгү жол берилген максималдуу ката 0,1° ашпоого тийиш. Борттогу позициялоо системасы өзү RTK режиминдеги эки кош жыштыктагы навигациялык кабыл алгычтан турат, алардын антенналары узун базаны түзүү үчүн локомотивдин бүткүл узундугуна жайгаштырылат, инерциялык навигация системасын жана дөңгөлөктүн сенсорлоруна (одометрлерге) кошулат. Маневрдик локомотивдин координаталарын аныктоодо стандарттык четтөө 5 смден ашпайт.
Кошумчалай кетсек, Лужская станциясында жайгашкан жер боюнча кошумча маалыматтарды алуу үчүн SLAM технологияларын (лидар жана визуалдык) колдонуу боюнча изилдөөлөр жүргүзүлгөн.
Натыйжада, Лужская станциясында маневрдик тепловоздор үчүн темир жолду аныктоо жолду таануунун жана позициялоонун негизинде санариптик жол моделинин маалыматтарынын натыйжаларын бириктирүү жолу менен ишке ашырылат.
Тоскоолдуктарды аныктоо ошондой эле бир нече жол менен ишке ашырылат:
- lidar маалыматтар;
- стерео көрүү маалыматтары;
- нейрондук тармактардын иштеши.
Маалыматтын негизги булактарынын бири лазердик сканерден чекиттүү булутту пайда кылган лидарлар болуп саналат. Колдонулуп жаткан алгоритмдер көбүнчө классикалык маалыматтарды кластерлөө алгоритмдерин колдонушат. Изилдөөнүн алкагында лидар чекиттерин кластерлөө тапшырмасы үчүн, ошондой эле лидар маалыматтарын жана видеокамералардагы маалыматтарды биргелешип иштетүү үчүн нейрондук тармактарды колдонуунун натыйжалуулугу текшерилген. 8-сүрөттө Лужская станциясында вагондун фонунда адамдын манекенин көрсөткөн лидар маалыматтарынын (ар түрдүү рефлексивдүү чекиттердин булутунун) мисалы көрсөтүлгөн.
Сүрөт 8. Лужской станциясындагы лидар маалыматтарынын мисалы
9-сүрөттө эки башка лидардын маалыматтарын колдонуу менен татаал формадагы машинадан кластерди аныктоонун мисалы көрсөтүлгөн.
9-сүрөт. Лидар маалыматтарын бункердик вагондон кластер түрүндөгү интерпретациялоонун мисалы
Өзүнчө белгилей кетүүчү нерсе, акыркы убакта лидарлардын баасы дээрлик бир эсеге төмөндөп, алардын техникалык мүнөздөмөлөрү жогорулаган. Бул тенденция мындан ары да уланаарында шек жок. Лужская станциясында колдонулган лидарлардын объекттерди аныктоо диапазону 150 метрге жакын.
Башка физикалык принципти колдонгон стерео камера да тоскоолдуктарды аныктоо үчүн колдонулат.
10-сүрөт. Стерео жуптан жана аныкталган кластерлерден айырмачылык картасы
10-сүрөттө мамыларды, трек кутуларын жана унааны аныктоо менен стерео камера маалыматтарынын мисалы көрсөтүлгөн.
Тормоздоо үчүн жетиштүү аралыкта чекиттүү булуттун жетишерлик тактыгын алуу үчүн жогорку чечилиштеги камераларды колдонуу зарыл. Сүрөттүн өлчөмүн көбөйтүү диспропорция картасын алуунун эсептөө наркын жогорулатат. Ээленген ресурстар жана системанын жооп берүү убактысы үчүн зарыл шарттардан улам, видеокамералардан пайдалуу маалыматтарды алуу үчүн алгоритмдерди жана ыкмаларды тынымсыз иштеп чыгуу жана сыноо зарыл.
Алгоритмдерди тестирлөөнүн жана текшерүүнүн бир бөлүгү темир жол тренажерунун жардамы менен ишке ашырылат, аны PKB TsT ААК NIIAS менен бирге иштеп жатат. Мисалы, 11-сүрөттө стерео камера алгоритмдеринин иштешин текшерүү үчүн симулятордун колдонулушу көрсөтүлгөн.
11-сүрөт. А, В – симулятордон сол жана оң кадрлар; B – стерео камерадан маалыматтарды реконструкциялоонун үстүнкү көрүнүшү; D - симулятордон стереокамера сүрөттөрүн реконструкциялоо.
Нейрондук тармактардын негизги милдети адамдарды, машиналарды жана алардын классификациясын аныктоо.
Аба ырайынын катаал шарттарында иштөө үчүн NIIAS АКнын адистери инфракызыл камераларды колдонуу менен сыноолорду да өткөрүштү.
Сүрөт 12. IR камерасынан алынган маалыматтар
Бардык сенсорлордон алынган маалыматтар ассоциация алгоритмдеринин негизинде интеграцияланган, мында тоскоолдуктардын (объекттердин) болуу ыктымалдыгы бааланат.
Анын үстүнө трассадагы бардык объектилер тоскоолдук болуп саналбайт, маневрлик иштерди аткарганда локомотив вагондор менен автоматтык түрдө жупташы керек.
13-сүрөт. Ар кандай сенсорлор аркылуу тоскоолдуктарды аныктоо менен унаага жакындашуунун визуализациясынын мисалы
Пилотсуз маневрдик локомотивдерди иштетүүдө жабдуулар менен эмне болуп жатканын жана анын кандай абалда экенин тез түшүнүү өтө маанилүү. Жагдайлар локомотивдин алдынан ит сыяктуу жаныбар пайда болгондо да болушу мүмкүн. Борттогу алгоритмдер локомотивди автоматтык түрдө токтотот, бирок ит жолдон чыгып кетпесе, андан ары эмне кылуу керек?
Борттогу кырдаалга байкоо жүргүзүү жана өзгөчө кырдаалдарда чечимдерди кабыл алуу үчүн станциядагы бардык пилотсуз тепловоздор менен иштөөгө эсептелген стационардык аралыктан башкаруу жана байкоочу пульт иштелип чыккан. Лужская станциясында ЭК постунда жайгашкан.
Сүрөт 14 Алыстан башкаруу жана мониторинг
Лужской станциясында 14-сүрөттө көрсөтүлгөн башкаруу пульту үч маневрдик тепловоздун ишин башкарат. Зарыл болгон учурда бул пульттун жардамы менен сиз реалдуу убакыт режиминде маалыматты берүү жолу менен туташкан локомотивдердин бирин башкара аласыз (радиоканал боюнча маалыматтарды берүүнү эске алуу менен 300 мс ашык эмес кечигүү).
Функционалдык коопсуздук маселелери
Пилотсуз локомотивдерди киргизүүдө эң маанилүү маселе - бул IEC 61508 «Коопсуздукка байланыштуу электрдик, электрондук, программалануучу электрондук системалардын функционалдык коопсуздугу» (EN50126, EN50128, EN50129), ГОСТ 33435-2015 «Түзмөктөр» IEC XNUMX стандарттарында аныкталган функционалдык коопсуздук маселеси. темир жолдун кыймылдуу курамын көзөмөлдөө, мониторинг жүргүзүү жана коопсуздугун камсыз кылуу үчүн».
Борттогу коопсуздук түзүлүштөрүнө коюлган талаптарга ылайык, коопсуздуктун 4-деңгээлине (SIL4) жетишүү керек.
SIL-4 деңгээлине ылайык келүү үчүн бардык учурдагы локомотив коопсуздук приборлору көпчүлүк логиканы колдонуу менен курулат, мында эсептөөлөр параллелдүү эки каналда (же андан көп) жүргүзүлөт жана чечим кабыл алуу үчүн жыйынтыктар салыштырылат.
Пилотсуз маневрдик тепловоздордогу датчиктерден алынган маалыматтарды иштеп чыгуу учун эсептеечу агрегат да акыркы натыйжаны салыштыруу менен эки каналдуу схема боюнча курулган.
Көрүү датчиктерин колдонуу, ар кандай аба ырайынын шарттарында жана ар кандай чөйрөдө иштөө пилотсуз унаалардын коопсуздугун далилдөө маселесине жаңыча мамилени талап кылат.
2019-жылы ISO/PAS 21448 стандарты “Жол унаалары. Белгиленген функциялардын коопсуздугу (SOTIF). Бул стандарттын негизги принциптеринин бири ар кандай жагдайларда системанын жүрүм-турумун изилдеген сценарийдик мамиле болуп саналат. Сценарийлердин жалпы саны чексиздикти билдирет. Дизайндын негизги маселеси белгилүү кооптуу сценарийлерди жана белгисиз кооптуу сценарийлерди билдирген 2 жана 3 аймактарды минималдаштыруу болуп саналат.
15-сүрөт Иштеп чыгуунун натыйжасында сценарийлердин трансформациясы
Бул ыкманы колдонуунун алкагында «НИИАС» ААКнын адистери 2017-жылы иштей баштагандан бери бардык пайда болгон кырдаалдарды (сценарийлерди) талдап чыгышты. Чыныгы иштөөдө кездешүүгө кыйын болгон кээ бир жагдайлар PKB CT симуляторунун жардамы менен иштелип чыккан.
Регулятивдик маселелер
Локомотивдин кабинасында машинист болбостон, толук автоматтык башкарууга чындап толук өтүү үчүн, ошондой эле жөнгө салуу маселелерин чечүү зарыл.
Учурда «Россия темир жолу» ААК темир жол кыймылдуу курамын башкаруу тутумун автоматтык режимде ишке ашыруу боюнча иш-чараларды ишке ашырууну ченемдик-укуктук камсыздоо боюнча иштерди аткаруунун графигин бекитти. Темир жол транспортунда өндүрүш менен байланышпаган жарандардын өмүрүнө же ден соолугуна зыян келтирген транспорттук инциденттерди кызматтык териштирүүнүн жана эсепке алуунун тартиби жөнүндө жобону жаңылоо маанилүү маселелердин бири болуп саналат. Бул планга ылайык, 2021-жылы учкучсуз темир жол транспорт каражаттарын эксплуатациялоону жөнгө салуучу документтердин пакети иштелип чыгып, бекитилиши керек.
аягы
Учурда Лужская станциясында иштетилүүчү пилотсуз маневрдик тепловоздордун дүйнөдө теңдеши жок. Франциядан (SNCF компаниясы), Германиядан, Голландиядан (Prorail компаниясы), Бельгиядан (Lineas компаниясы) адистер 2018-2019-жылдары иштелип чыккан башкаруу системасы менен таанышып, ушул сыяктуу системаларды ишке ашырууга кызыкдар. «НИИАС» ААКтын негизги милдеттеринин бири – россиялык темир жолдордо да, чет өлкөлүк компаниялар үчүн да түзүлгөн башкаруу системасынын функцияларын кеңейтүү жана кайталоо.
Учурда «Россия темир жолу» ААКсы «Ласточка» пилотсуз электр поезддерин өнүктүрүү боюнча долбоорду жетектейт. 16-сүрөттө ES2G Ласточка электропоездинин 2019-жылдын августунда автоматтык башкаруу тутумунун прототиби көрсөтүлөт. Эл аралык темир жол салону мейкиндиги 1520 "PRO//Movement.Expo".
16-сүрөт. МККда пилотсуз электропоезддин иштөөсүн көрсөтүү
Пилотсуз электропоездди түзүү жогорку ылдамдыкка, олуттуу тормоздук аралыктарга жана аялдама пункттарында жүргүнчүлөрдү коопсуз отургузууга/түшүрүүгө байланыштуу бир топ татаал иш. Учурда МККда тестирлөө активдүү жүрүп жатат. Бул долбоор тууралуу сюжет жакын арада жарыяланышы пландалууда.
Source: www.habr.com