Төмөр замд нисгэгчгүй технологийг хөгжүүлэх нь нэлээд эртнээс буюу 1957 онд, зорчигч тээврийн галт тэрэгний анхны туршилтын автомат удирдамжийн системийг бий болгосноор эхэлсэн. Төмөр замын тээврийн автоматжуулалтын түвшний ялгааг ойлгохын тулд IEC-62290-1 стандартад тодорхойлсон зэрэглэлийг нэвтрүүлсэн. Авто замын тээврээс ялгаатай нь төмөр замын тээвэр нь 4 градусын автоматжуулалттай бөгөөд 1-р зурагт үзүүлэв.
Зураг 1. IEC-62290 стандартын дагуу автоматжуулалтын зэрэг
Оросын төмөр замын сүлжээнд ажилладаг бараг бүх галт тэрэгнүүд автоматжуулалтын 1-р түвшний аюулгүй байдлын төхөөрөмжөөр тоноглогдсон байдаг. Автоматжуулалтын 2-р түвшний галт тэрэгнүүд Оросын төмөр замын сүлжээнд 20 гаруй жилийн турш амжилттай ажиллаж, хэдэн мянган зүтгүүрээр тоноглогдсон байдаг. Энэ түвшинг замын хэлхээнээс индуктив сувгаар хүлээн авсан автомат зүтгүүрийн дохиоллын системийн хуваарь, уншилтыг харгалзан өгөгдсөн маршрутын дагуу галт тэрэгний эрчим хүчний оновчтой жолоодлогын зүтгүүрийн хяналт, тоормосны алгоритмаар хэрэгжүүлдэг. 2-р түвшний хэрэглээ нь жолоочийн ядаргааг бууруулж, эрчим хүчний зарцуулалт, хуваарийн гүйцэтгэлийн нарийвчлалд эерэг нөлөө үзүүлдэг.
3-р түвшин нь кабинд жолооч байхгүй байж болзошгүй гэж үздэг бөгөөд энэ нь техникийн харааны системийг хэрэгжүүлэхийг шаарддаг.
4-р түвшин нь онгоцонд жолооч бүрэн байхгүй гэж үздэг бөгөөд энэ нь зүтгүүрийн (цахилгаан галт тэрэг) дизайныг ихээхэн өөрчлөх шаардлагатай болдог. Жишээлбэл, онгоцонд хүн байхгүй бол унасан тохиолдолд дахин тохируулахгүй таслуур байдаг.
Одоогоор Siemens, Alstom, Thales, SNCF, SBB болон бусад зэрэг дэлхийн тэргүүлэгч компаниуд 3, 4-р түвшинд хүрэх төслүүдийг хэрэгжүүлж байна.
Siemens компани жолоочгүй трамвайн чиглэлээр төслөө 2018 оны 3-р сард Innotrans үзэсгэлэнд танилцуулсан. Энэхүү трамвай нь 2018 оноос хойш GoAXNUMX автоматжуулалттай Потсдам хотод ажиллаж байна.
Зураг 2 Siemens трамвай
2019 онд Siemens нисгэгчгүй замын уртыг 2 дахин нэмэгдүүлсэн.
"Оросын төмөр зам" компани нь нисгэгчгүй төмөр замын тээврийн хэрэгслийг хөгжүүлж эхэлсэн дэлхийн анхны хүмүүсийн нэг юм. Ийнхүү 2015 онд Лужская өртөөнд 3 маневрын зүтгүүрийн хөдөлгөөнийг автоматжуулах төслийг эхлүүлсэн бөгөөд NIIAS ХК нь төслийн интегратор, үндсэн технологи хөгжүүлэгчээр ажилласан.
Нисгэгчгүй зүтгүүр бүтээх нь бусад компаниудтай хамтран ажиллахгүйгээр боломжгүй, нарийн төвөгтэй үйл явц юм. Тиймээс Лужская станцад NIIAS ХК-тай хамтран дараахь компаниуд оролцдог.
- "VNIKTI" ХК нь самбар дээрх хяналтын системийг хөгжүүлэх чиглэлээр;
- Siemens - бөмбөрцгийн ажиллагааг автоматжуулах (MSR-32 систем) болон түлхэх машинуудын ажиллагааг автоматжуулах тал дээр;
- Шилжүүлэгч болон гэрлэн дохиог удирддаг микропроцессорын төвлөрсөн системийн хувьд Radioavionics ХК;
- PKB CT - симулятор үүсгэх;
- Төслийн зохицуулагчаар "Оросын төмөр зам" ХК.
Эхний үе шатанд жолооч нь маневрын ажлыг зохион байгуулах хэвийн нөхцөлд зүтгүүрийн удирдлагыг ашигладаггүй тохиолдолд хөдөлгөөний автоматжуулалтын 2-р түвшинд хүрэх даалгавар байв.
Ердийн маневр зүтгүүрийг ажиллуулахдаа хөдөлгөөний удирдлагыг диспетчерээс жолооч руу дуут командыг дамжуулах замаар зохих маршрутыг (хөдөлгөөнтэй унтраалга, гэрлэн дохио асаах) гүйцэтгэдэг.
2-р түвшний автоматжуулалт руу шилжих үед бүх дуут холбоог дижитал аюулгүй радио сувгаар дамжуулсан командын системээр сольсон. Техникийн хувьд Лужская станц дахь маневр зүтгүүрийн хяналтыг дараахь үндсэн дээр барьсан.
- станцын нэгдсэн дижитал загвар;
- маневрийн зүтгүүрийн хөдөлгөөнийг хянах протокол (тушаал илгээх, гүйцэтгэлийг хянах);
- өгөгдсөн маршрут, сум, дохионы байрлалын талаархи мэдээллийг авахын тулд цахилгааны төвлөрсөн системтэй харилцах;
- маневрийн зүтгүүрийн байрлал тогтоох систем;
- найдвартай дижитал радио холбоо.
2017 он гэхэд ТЭМ-3А 7 маневрийн зүтгүүр Лужская өртөөнд цагийн 95%-ийг бүрэн автомат горимд ажиллуулж дараах үйлдлүүдийг гүйцэтгэсэн байна.
- Өгөгдсөн маршрутын дагуу автомат хөдөлгөөн;
- Машинд автоматаар нэвтрэх;
- Вагонтой автомат холболт;
- Машинуудыг бөгс рүү түлхэж байна.
2017 онд маневрын зүтгүүрийн техникийн харааны системийг бий болгох, онцгой байдлын үед алсын удирдлагатай болгох төслийг хэрэгжүүлж эхэлсэн.
2017 оны 3-р сард NIIAS ХК-ийн мэргэжилтнүүд радар, лидар, камеруудаас бүрдсэн маневр зүтгүүрт техникийн харааны системийн анхны загварыг суурилуулсан (Зураг XNUMX).
Зураг 3 Техникийн харааны системийн анхны хувилбарууд
Луга станцад 2017-2018 онд техникийн харааны системийн туршилтын үеэр дараахь дүгнэлтийг гаргасан.
- Төмөр замд сайн тусгалтай олон тооны металл объект байдаг тул саад тотгорыг илрүүлэхэд радар ашиглах нь боломжгүй юм. Хүмүүсийг илрүүлэх хүрээ нь 60-70 метрээс хэтрэхгүй, үүнээс гадна радарууд өнцгийн нарийвчлал хангалтгүй, ойролцоогоор 1 ° байна. Бидний олж мэдсэн зүйл дараа нь SNCF (Францын төмөр замын оператор)-ын хамтран ажиллагсдын туршилтын үр дүнгээр батлагдсан.
- Lidars нь дуу чимээ багатай маш сайн үр дүнг өгдөг. Цас, бороо, манан орсон тохиолдолд объектыг илрүүлэх хүрээ мэдэгдэхүйц буурдаг. Гэсэн хэдий ч 2017 онд лидарууд нэлээд үнэтэй байсан нь төслийн эдийн засгийн гүйцэтгэлд ихээхэн нөлөөлсөн.
- Камерууд нь техникийн харааны системийн чухал элемент бөгөөд илрүүлэх, объектын ангилал, алсын удирдлагатай ажлуудад зайлшгүй шаардлагатай. Шөнийн цагаар болон цаг агаарын хүнд нөхцөлд ажиллахын тулд хэт улаан туяаны камер эсвэл хэт улаан туяаны ойролцоо ажиллах боломжтой урт долгионы хүрээтэй камертай байх шаардлагатай.
Техникийн алсын харааны гол үүрэг бол зам дээрх саад бэрхшээл, бусад объектыг илрүүлэх явдал бөгөөд хөдөлгөөн нь замын дагуу явагддаг тул үүнийг илрүүлэх шаардлагатай байдаг.
Зураг 4. Олон ангиллын сегментчилэл (зам, машин) болон хоёртын маск ашиглан замын тэнхлэгийг тодорхойлох жишээ
4-р зурагт хагархай илрүүлэх жишээг үзүүлэв. Сумны дагуух хөдөлгөөний маршрутыг хоёрдмол утгагүй тодорхойлохын тулд цахилгааны төвлөрсөн системээс дижитал радио сувгаар дамжуулдаг сумны байрлал, гэрлэн дохионы заалтын талаархи априори мэдээллийг ашигладаг. Одоогоор дэлхийн төмөр замд гэрлэн дохионоос татгалзаж, дижитал радио сувгаар удирдлагын системд шилжих хандлага ажиглагдаж байна. Энэ нь ялангуяа өндөр хурдны замын хөдөлгөөний хувьд үнэн юм, учир нь 200 км/ц-ээс дээш хурдтай үед гэрлэн дохиог анзаарах, танихад хэцүү болдог. ОХУ-д гэрлэн дохио ашиглахгүйгээр ажилладаг хоёр хэсэг байдаг - Москвагийн төв тойрог ба Альпика-Сервис - Адлер шугам.
Өвлийн улиралд зам бүхэлдээ цасан бүрхүүлд дарагдаж, 5-р зурагт үзүүлсэн шиг замыг таних нь бараг боломжгүй болох нөхцөл байдал үүсч болно.
Зураг 5 Цасаар хучигдсан замын жишээ
Энэ тохиолдолд илэрсэн объектууд зүтгүүрийн хөдөлгөөнд саад учруулж байгаа эсэх, өөрөөр хэлбэл тэд зам дээр байгаа эсэх нь тодорхойгүй болно. Энэ тохиолдолд Лужская станцад станцын өндөр нарийвчлалтай дижитал загвар, өндөр нарийвчлалтай самбар дээрх навигацийн системийг ашигладаг.
Мөн суурь цэгүүдийн геодезийн хэмжилтийн үндсэн дээр станцын дижитал загварыг бий болгосон. Дараа нь өндөр нарийвчлалтай байрлал тогтоох систем бүхий зүтгүүрийн олон гарцыг боловсруулсны үндсэн дээр бүх замын дагуу газрын зураг хийж дуусгасан.
Зураг 6 Лужской станцын замын хөгжлийн дижитал загвар
Усан онгоцны байрлал тогтоох системийн хамгийн чухал үзүүлэлтүүдийн нэг нь зүтгүүрийн чиглэлийг (азимут) тооцоолоход алдаа гардаг. Зүтгүүрийн чиглэл нь мэдрэгч ба тэдгээрийн илрүүлсэн объектыг зөв чиглүүлэхэд зайлшгүй шаардлагатай. Чиглэлийн өнцгийн алдаа 1 ° бол 100 метрийн зайд замын тэнхлэгтэй харьцуулахад объектын координатын алдаа 1,7 метр болно.
Зураг 7 Хажуугийн координатын алдааны чиг баримжааны алдааны нөлөө
Тиймээс зүтгүүрийн өнцгийн чиглэлийг хэмжихэд зөвшөөрөгдөх хамгийн их алдаа нь 0,1 ° -аас хэтрэхгүй байх ёстой. Онгоцны байрлал тогтоох систем нь өөрөө RTK горим дахь хоёр давтамжийн навигацийн хүлээн авагчаас бүрддэг бөгөөд антеннууд нь зүтгүүрийн бүх уртын дагуу байрладаг бөгөөд урт суурь, оосортой инерцийн навигацийн систем, дугуй мэдрэгчтэй (одометр) холболт үүсгэдэг. Маневрийн зүтгүүрийн координатыг тодорхойлох стандарт хазайлт нь 5 см-ээс ихгүй байна.
Нэмж дурдахад Лужская станцад байршлын нэмэлт мэдээллийг олж авахын тулд SLAM технологийг (лидар ба визуал) ашиглах талаар судалгаа хийсэн.
Үүний үр дүнд Лужская өртөөн дэх маневр зүтгүүрийн төмөр замын замыг тодорхойлохдоо зам таних, байршил тогтооход суурилсан дижитал замын загварын өгөгдлийн үр дүнг нэгтгэх замаар хийгддэг.
Саад тотгорыг илрүүлэх нь дараахь үндсэн дээр хэд хэдэн аргаар явагддаг.
- lidar өгөгдөл;
- стерео харааны өгөгдөл;
- мэдрэлийн сүлжээний үйл ажиллагаа.
Мэдээллийн гол эх сурвалжуудын нэг нь лазер сканнердсан цэгүүдийн үүл үүсгэдэг лидар юм. Ашиглаж буй алгоритмууд нь өгөгдлийн кластерын сонгодог алгоритмуудыг голчлон ашигладаг. Судалгааны ажлын хүрээнд лидар цэгүүдийг кластер болгох, мөн лидар өгөгдөл, видео камерын өгөгдлийг хамтран боловсруулахад мэдрэлийн сүлжээг ашиглах үр нөлөөг туршиж байна. Зураг 8-д Лужская өртөөн дэх тэрэгний дэвсгэр дээр хүний манекен харуулсан лидар мэдээллийн жишээг (өөр өөр рефлекстэй цэгүүдийн үүл) үзүүлэв.
Зураг 8. Лужской станц дахь лидарын өгөгдлийн жишээ
Зураг 9-д хоёр өөр лидарын өгөгдлийг ашиглан нарийн төвөгтэй хэлбэрийн машинаас кластерийг тодорхойлох жишээг үзүүлэв.
Зураг 9. Бункерийн машинаас кластер хэлбэрээр lidar өгөгдлийг тайлбарлах жишээ
Сүүлийн үед лидаруудын үнэ бараг дарааллаар буурч, техникийн шинж чанар нь нэмэгдсэнийг тусад нь тэмдэглэх нь зүйтэй. Энэ хандлага цаашид ч үргэлжилнэ гэдэгт эргэлзэхгүй байна. Лужская станцад ашигладаг лидаруудын объектыг илрүүлэх хүрээ нь 150 метр юм.
Саад тотгорыг илрүүлэхийн тулд өөр физик зарчимтай стерео камер ашигладаг.
Зураг 10. Стерео хос болон илэрсэн кластеруудын ялгааны зураг
Зураг 10-д шон, замын хайрцаг, машиныг илрүүлэх стерео камерын өгөгдлийн жишээг үзүүлэв.
Тоормослоход хангалттай зайд цэгийн үүлний хангалттай нарийвчлалыг олж авахын тулд өндөр нарийвчлалтай камер ашиглах шаардлагатай. Зургийн хэмжээг нэмэгдүүлэх нь зөрүүтэй газрын зургийг олж авах тооцооллын зардлыг нэмэгдүүлдэг. Эзлэгдсэн нөөц, системийн хариу үйлдэл хийхэд шаардлагатай нөхцөл байдлаас шалтгаалан видео камераас хэрэгтэй өгөгдлийг гаргаж авах алгоритм, арга барилыг байнга боловсруулж, турших шаардлагатай байдаг.
Алгоритмуудыг турших, баталгаажуулах ажлын нэг хэсэг нь NIIAS ХК-тай хамтран PKB TsT боловсруулж буй төмөр замын симулятор ашиглан хийгддэг. Жишээлбэл, 11-р зурагт стерео камерын алгоритмын гүйцэтгэлийг шалгахын тулд симулятор ашиглахыг харуулав.
Зураг 11. A, B - симулятораас зүүн ба баруун хүрээ; B - стерео камераас өгөгдлийг сэргээн босгох дээд талын зураг; D - симулятороос стерео камерын дүрсийг сэргээн засварлах.
Мэдрэлийн сүлжээний гол ажил бол хүмүүс, машин, тэдгээрийн ангиллыг илрүүлэх явдал юм.
Цаг агаарын хүнд нөхцөлд ажиллахын тулд NIIAS ХК-ийн мэргэжилтнүүд хэт улаан туяаны камер ашиглан туршилт хийсэн.
Зураг 12. IR камерын өгөгдөл
Бүх мэдрэгчээс авсан өгөгдлийг холболтын алгоритм дээр үндэслэн нэгтгэсэн бөгөөд үүнд саад тотгор (объект) байх магадлалыг үнэлдэг.
Түүгээр ч зогсохгүй зам дээрх бүх объектууд саад тотгор биш, маневр хийх үед зүтгүүр нь машинуудтай автоматаар холбох ёстой.
Зураг 13. Төрөл бүрийн мэдрэгчээр саад тотгорыг илрүүлэх машин руу ойртож буйг дүрсэлсэн жишээ
Нисгэгчгүй маневрын зүтгүүрийг ажиллуулахдаа тоног төхөөрөмжид юу болж байгааг, ямар нөхцөлд байгааг хурдан ойлгох нь маш чухал юм. Нохой гэх мэт амьтан зүтгүүрийн урд гарч ирэх үед нөхцөл байдал бас боломжтой. Онгоцны алгоритмууд нь зүтгүүрийг автоматаар зогсоох болно, гэхдээ нохой замаас гарахгүй бол дараа нь яах вэ?
Онгоц дээрх нөхцөл байдлыг хянах, онцгой байдлын үед шийдвэр гаргах зорилгоор станцын бүх нисгэгчгүй зүтгүүртэй ажиллах зориулалттай суурин алсын удирдлага, хяналтын самбарыг боловсруулсан. Лужская станц дээр EC-ийн шуудан дээр байрладаг.
Зураг 14 Алсын удирдлага ба хяналт
Лужской станцад 14-р зурагт үзүүлсэн удирдлагын самбар нь гурван маневрын зүтгүүрийн ажиллагааг удирддаг. Шаардлагатай бол энэхүү алсын удирдлагаар та холбогдсон зүтгүүрүүдийн аль нэгийг бодит цаг хугацаанд мэдээлэл дамжуулах замаар удирдаж болно (радио сувгаар өгөгдөл дамжуулахыг харгалзан 300 мс-ээс ихгүй саатал).
Функциональ аюулгүй байдлын асуудал
Нисгэгчгүй зүтгүүрийг нэвтрүүлэхэд хамгийн чухал асуудал бол IEC 61508 "Аюулгүй байдалтай холбоотой цахилгаан, электрон, програмчлагдсан электрон системийн үйл ажиллагааны аюулгүй байдал" (EN50126, EN50128, EN50129), ГОСТ 33435-2015 "Төхөөрөмжүүд" IEC XNUMX стандартаар тодорхойлсон үйл ажиллагааны аюулгүй байдлын асуудал юм. төмөр замын хөдлөх бүрэлдэхүүнийг хянах, хянах, аюулгүй байдлыг хангах зорилгоор".
Усан онгоцны аюулгүй байдлын төхөөрөмжүүдэд тавигдах шаардлагын дагуу аюулгүй байдлын 4-р түвшний (SIL4) хүрэх ёстой.
SIL-4-ийн түвшинд нийцүүлэхийн тулд одоо байгаа бүх зүтгүүрийн аюулгүйн төхөөрөмжийг олонхийн логик ашиглан бүтээсэн бөгөөд тооцооллыг хоёр суваг (эсвэл түүнээс дээш) зэрэгцүүлэн хийж, үр дүнг харьцуулж шийдвэр гаргадаг.
Нисгэгчгүй маневрын зүтгүүр дээрх мэдрэгчээс авсан өгөгдлийг боловсруулах тооцоолох төхөөрөмжийг эцсийн үр дүнг харьцуулсан хоёр сувгийн схемийг ашиглан бүтээсэн.
Харааны мэдрэгчийг ашиглах, цаг агаарын янз бүрийн нөхцөл байдал, өөр өөр орчинд ажиллах нь нисгэгчгүй тээврийн хэрэгслийн аюулгүй байдлыг батлах асуудалд шинэ хандлагыг шаарддаг.
2019 онд ISO/PAS 21448 “Замын тээврийн хэрэгсэл. Тодорхойлогдсон функцүүдийн аюулгүй байдал (SOTIF). Энэхүү стандартын үндсэн зарчмуудын нэг нь янз бүрийн нөхцөл байдалд системийн зан төлөвийг судалдаг хувилбарын арга юм. Сценариуудын нийт тоо нь хязгааргүй байдлыг илэрхийлдэг. Загварын гол сорилт нь мэдэгдэж буй аюултай хувилбарууд болон үл мэдэгдэх аюултай хувилбаруудыг илэрхийлдэг 2 ба 3-р бүс нутгийг багасгах явдал юм.
Зураг 15 Хөгжлийн үр дүнд хувилбаруудын өөрчлөлт
Энэхүү хандлагыг хэрэгжүүлэх хүрээнд NIIAS ХК-ийн мэргэжилтнүүд 2017 онд ашиглалтад орсноос хойш үүссэн бүх нөхцөл байдалд (хувилбар) дүн шинжилгээ хийсэн. Бодит үйл ажиллагаанд тулгарахад хэцүү зарим нөхцөл байдлыг PKB CT симулятор ашиглан боловсруулдаг.
Зохицуулалтын асуудлууд
Зүтгүүрийн бүхээгт жолоочгүйгээр бүрэн автомат удирдлагад үнэхээр бүрэн шилжихийн тулд зохицуулалтын асуудлыг шийдвэрлэх шаардлагатай байна.
Одоогийн байдлаар "Оросын төмөр зам" ХК нь төмөр замын хөдлөх бүрэлдэхүүний хяналтын системийг автомат горимд хэрэгжүүлэх арга хэмжээг хэрэгжүүлэхэд зохицуулалтын дэмжлэг үзүүлэх ажлыг хэрэгжүүлэх хуваарийг баталлаа. Төмөр замын тээвэрт үйлдвэрлэлтэй холбоогүй иргэдийн амь нас, эрүүл мэндэд хохирол учруулсан тээврийн ослыг албан ёсоор мөрдөн байцаах, бүртгэх журмыг шинэчлэн батлах нь хамгийн чухал асуудлын нэг юм. Энэхүү төлөвлөгөөний дагуу 2021 онд нисгэгчгүй төмөр замын тээврийн хэрэгслийн ашиглалтыг зохицуулах багц баримт бичгийг боловсруулж, батлах ёстой.
Дараах үгс
Одоогийн байдлаар Лужская станцад ажилладаг нисгэгчгүй маневрын зүтгүүрийн ижил төстэй зүйл дэлхийд байхгүй байна. Франц (SNCF компани), Герман, Голланд (Prorail компани), Бельги (Lineas компани) зэрэг улсын мэргэжилтнүүд 2018-2019 онд боловсруулсан хяналтын системтэй танилцаж, ижил төстэй системийг хэрэгжүүлэх сонирхолтой байна. NIIAS ХК-ийн гол зорилтуудын нэг бол Оросын төмөр зам болон гадаадын компаниудын үйл ажиллагааг өргөжүүлэх, бий болгосон удирдлагын тогтолцоог хуулбарлах явдал юм.
Одоогийн байдлаар "Оросын төмөр зам" ХК нь "Ласточка" нисгэгчгүй цахилгаан галт тэрэг хөгжүүлэх төслийг удирдаж байна. Зураг 16-д 2 оны 2019-р сард ES1520G Lastochka цахилгаан галт тэрэгний автомат удирдлагын системийн загварыг үзүүлэв. Олон улсын төмөр замын салон орон зай XNUMX "PRO//Movement.Expo".
Зураг 16. МСК дээр нисгэгчгүй цахилгаан галт тэрэгний ажиллагааг харуулсан зураг
Нисгэгчгүй цахилгаан галт тэрэг бий болгох нь өндөр хурдтай, их хэмжээний тоормосны зайтай, зогсох цэг дээр зорчигчдыг аюулгүй суулгах/буулгах боломжийг хангадаг тул илүү хэцүү ажил юм. Одоогоор МСК дээр туршилт идэвхтэй явагдаж байна. Энэ төслийн тухай өгүүллийг ойрын хугацаанд нийтлэхээр төлөвлөж байна.
Эх сурвалж: www.habr.com