L-iżvilupp ta 'teknoloġiji bla ekwipaġġ fuq il-ferrovija beda pjuttost żmien twil ilu, diġà fl-1957, meta nħoloq l-ewwel kumpless sperimentali ta' awtopilota għal ferroviji suburbani. Biex tifhem id-differenza bejn il-livelli ta 'awtomazzjoni għat-trasport ferrovjarju, tiġi introdotta gradazzjoni, definita fl-istandard IEC-62290-1. B'differenza mit-trasport bit-triq, it-trasport bil-ferrovija għandu 4 gradi ta 'awtomazzjoni, murija fil-Figura 1.
Figura 1. Gradi ta 'awtomazzjoni skont IEC-62290
Kważi l-ferroviji kollha li joperaw fuq in-netwerk tal-Ferroviji Russi huma mgħammra b'apparat ta 'sikurezza li jikkorrispondi għal-livell ta' awtomazzjoni 1. Ferroviji b'livell ta 'awtomazzjoni 2 ġew operati b'suċċess fuq in-netwerk ferrovjarju Russu għal aktar minn 20 sena, bosta eluf ta' lokomottivi huma mgħammra. Dan il-livell huwa implimentat minn algoritmi tal-kontroll tal-ġbid u tal-ibbrejkjar għall-gwida tal-ferrovija ottimali għall-enerġija tul rotta partikolari, b'kont meħud tal-iskeda u l-indikazzjonijiet tas-sistemi awtomatiċi tas-sinjalar tal-lokomottivi riċevuti permezz ta' kanal induttiv minn ċirkwiti tal-binarji. L-użu tal-livell 2 inaqqas l-għeja tas-sewwieq u jagħti gwadann fil-konsum tal-enerġija u l-eżattezza fl-eżekuzzjoni tal-iskeda tat-traffiku.
Livell 3 jassumi l-assenza possibbli tas-sewwieq fil-kabina, li teħtieġ l-implimentazzjoni ta 'sistema ta' viżjoni.
Livell 4 jimplika l-assenza sħiħa ta 'sewwieq abbord, li teħtieġ bidla sinifikanti fid-disinn tal-lokomotiva (ferrovija elettrika). Pereżempju, swiċċijiet awtomatiċi huma installati abbord, li mhux se jkunu possibbli li jerġgħu jissikkaw jekk jiġu attivati mingħajr il-preżenza ta 'persuna abbord.
Bħalissa, proġetti biex jinkisbu l-livelli 3 u 4 qed jiġu implimentati mill-kumpaniji ewlenin fid-dinja, bħal Siemens, Alstom, Thales, SNCF, SBB u oħrajn.
Siemens ippreżentat il-proġett tagħha fil-qasam tat-tramm bla ekwipaġġ f'Settembru 2018 fil-wirja Innotrans. Dan it-tramm ilu jopera f'Potsdam b'livell ta' awtomazzjoni GoA3 mill-2018.
Figura 2 Tramm Siemens
Fl-2019, Siemens aktar milli rduppjat it-tul tar-rotta bla ekwipaġġ tagħha.
Russian Railways hija waħda mill-ewwel kumpaniji fid-dinja li bdiet tiżviluppa vetturi tal-ferrovija bla ekwipaġġ. Għalhekk, fl-2015, fl-istazzjon Luzhskaya, tnieda proġett biex jiġi awtomatizzat il-moviment ta '3 lokomottivi shunting, fejn NIIAS JSC aġixxa bħala l-integratur tal-proġett u l-iżviluppatur ta' teknoloġiji bażiċi.
Il-ħolqien ta 'lokomottiva bla ekwipaġġ huwa proċess kumpless kumpless li huwa impossibbli mingħajr kooperazzjoni ma' kumpaniji oħra. Għalhekk, fl-istazzjon Luzhskaya, flimkien ma 'JSC NIIAS, kumpaniji bħal dawn jipparteċipaw bħal:
- JSC "VNIKTI" f'termini tal-iżvilupp tas-sistema ta' kontroll abbord;
- Siemens - f'termini ta 'awtomatizzazzjoni tal-operat tat-tarzna tal-marshalling (sistema MSR-32) u awtomatizzazzjoni tal-operazzjoni tal-imbuttar tal-karozzi;
- JSC "Radioavionika" f'termini ta 'sistemi ta' interlocking mikroproċessuri li jikkontrollaw vleġeġ, dwal tat-traffiku;
- PKB TsT - ħolqien ta' simulatur;
- Il-Ferroviji Russi bħala koordinatur tal-proġett.
Fl-ewwel stadju, il-kompitu kien li jinkiseb livell 2 ta 'awtomazzjoni tat-traffiku, meta s-sewwieq, taħt kundizzjonijiet normali għall-organizzazzjoni tax-xogħol ta' shunting, ma jużax il-kontrolli tal-lokomottivi.
Waqt it-tħaddim ta 'lokomotivi ta' shunting konvenzjonali, il-kontroll tat-traffiku jitwettaq billi jittrasmettu kmandi tal-vuċi mid-dispatcher lis-sewwieq bl-issettjar tar-rotot xierqa (dawran tal-vleġeġ, jixgħel id-dwal tat-traffiku).
Meta tgħaddi għal-livell 2 ta 'awtomazzjoni, il-komunikazzjoni bil-vuċi kollha ġiet sostitwita b'sistema ta' kmandi trażmessi fuq kanal tar-radju diġitali sigur. Teknikament, il-ġestjoni tal-lokomotivi shunting fl-istazzjon Luzhskaya inbniet fuq il-bażi ta ':
- mudell ta' stazzjon diġitali unifikat;
- protokoll għall-kontroll tal-moviment ta 'lokomotivi ta' shunting (biex jintbagħtu kmandi u jimmonitorjaw l-eżekuzzjoni tagħhom);
- interazzjoni mas-sistema ta 'interlocking elettrika biex tinkiseb informazzjoni dwar ir-rotot speċifikati, il-pożizzjoni tal-vleġeġ u s-sinjali;
- Sistemi ta' pożizzjonament għal lokomottivi shunting;
- radju diġitali affidabbli.
Sal-2017, 3 lokomottivi shunting TEM-7A ħadmu 95% tal-ħin fl-istazzjon Luzhskaya f'mod kompletament awtomatiku, u wettqu l-operazzjonijiet li ġejjin:
- Moviment awtomatiku tul rotta partikolari;
- Aċċess awtomatiku għall-vaguni;
- Akkoppjar awtomatiku ma' vaguni;
- Imbuttar vaguni fuq marshalling yard.
Fl-2017, tnieda proġett biex tinħoloq sistema ta 'viżjoni għal lokomottivi shunting u jiġi introdott kontroll mill-bogħod f'każ ta' emerġenza.
F'Novembru 2017, l-ispeċjalisti tal-JSC NIIAS installaw l-ewwel prototip ta 'sistema ta' viżjoni għal lokomottivi shunting, li jikkonsisti minn radars, lidar u kameras (Figura 3).
Figura 3 L-ewwel verżjonijiet tas-sistemi tal-viżjoni
Matul it-testijiet fl-istazzjon tas-sistema tal-viżjoni Luga fl-2017-2018, saru l-konklużjonijiet li ġejjin:
- L-użu tar-radars biex jinstabu l-ostakli mhuwiex prattiku, peress li l-ferrovija għandha numru sinifikanti ta 'oġġetti tal-metall b'riflettività tajba. Il-firxa ta 'skoperta ta' nies fl-isfond tagħhom ma taqbiżx 60-70 metru, barra minn hekk, ir-radars għandhom riżoluzzjoni angolari insuffiċjenti u hija ta 'madwar 1 °. Is-sejbiet tagħna kienu sussegwentement ikkonfermati mir-riżultati tat-test tal-kollegi mill-SNCF (operatur ferrovjarju Franċiż).
- Lidars jagħtu riżultati tajbin ħafna b'ħoss minimu. Fil-każ ta 'borra, xita, ċpar, hemm tnaqqis mhux kritiku fil-firxa ta' skoperta ta 'oġġetti. Madankollu, fl-2017, il-lidars kienu pjuttost għoljin, li affettwaw b'mod sinifikanti l-prestazzjoni ekonomika tal-proġett.
- Kameras huma element indispensabbli tas-sistema ta 'viżjoni teknika u huma meħtieġa għall-kompiti ta' skoperta, klassifikazzjoni ta 'oġġetti, u kontroll mill-bogħod. Għal tħaddim bil-lejl u kundizzjonijiet tat-temp diffiċli, huwa meħtieġ li jkun hemm kameras infra-aħmar jew kameras b'medda estiża ta 'wavelength kapaċi li joperaw fil-medda infrared qrib.
Il-kompitu ewlieni tal-viżjoni teknika huwa li tiskopri ostakli u oġġetti oħra fid-direzzjoni tal-vjaġġ, u peress li l-moviment jitwettaq tul il-binarju, huwa meħtieġ li jiġi skopert.
Figura 4. Eżempju ta’ segmentazzjoni multi-klassi (binarji, vaguni) u determinazzjoni tal-assi tal-binarji bl-użu ta’ maskra binarja
Il-Figura 4 turi eżempju ta' skoperta tal-binarji. Sabiex tiġi ddeterminata mingħajr ambigwità r-rotta tal-moviment tul il-vleġeġ, tintuża informazzjoni a priori dwar il-pożizzjoni tal-vleġġa, il-qari tad-dwal tat-traffiku, trażmess permezz ta 'kanal tar-radju diġitali mis-sistema ta' interlocking elettrika. Bħalissa, hemm tendenza fuq il-ferroviji tad-dinja li jabbandunaw id-dwal tat-traffiku u jaqilbu għal sistemi ta 'kontroll permezz ta' kanal tar-radju diġitali. Dan jgħodd speċjalment għat-traffiku ta 'veloċità għolja, peress li f'veloċitajiet ta' aktar minn 200 km / h isir diffiċli li wieħed jinnota u jagħraf l-indikazzjonijiet tad-dwal tat-traffiku. Fir-Russja, hemm żewġ sezzjonijiet operati mingħajr l-użu ta 'dwal tat-traffiku - dan huwa ċ-Ċirku Ċentrali ta' Moska u l-linja Alpika-Service - Adler.
Fix-xitwa, jistgħu jinqalgħu sitwazzjonijiet meta l-korsa tkun kompletament miksija bil-borra u r-rikonoxximent tal-binarju jsir kważi impossibbli, kif muri fil-Figura 5.
Figura 5 Eżempju ta' binarju miksi bil-borra
F'dan il-każ, ma jkunx ċar jekk l-oġġetti misjuba jinterferixxux mal-moviment tal-lokomottiva, jiġifieri, jekk humiex fit-triq jew le. Fl-istazzjon Luzhskaya, f'dan il-każ, jintużaw mudell diġitali ta 'preċiżjoni għolja tal-istazzjon u sistema ta' navigazzjoni abbord ta 'preċiżjoni għolja.
Barra minn hekk, il-mudell diġitali tal-istazzjon inħoloq fuq il-bażi ta 'kejl ġeodetiku tal-punti bażi. Imbagħad, ibbażat fuq l-ipproċessar ta 'ħafna passaġġi ta' lokomotivi b'sistema ta 'pożizzjonament ta' preċiżjoni għolja, tlestiet mappa tul il-binarji kollha.
Figura 6 Mudell diġitali tal-iżvilupp tal-binarji tal-istazzjon Luzhskoy
Wieħed mill-aktar parametri importanti għas-sistema ta 'pożizzjonament abbord huwa l-iżball fil-kalkolu tal-orjentazzjoni (ażimut) tal-lokomotiva. L-orjentazzjoni tal-lokomottiva hija meħtieġa għall-orjentazzjoni korretta tas-sensuri u l-oġġetti misjuba minnhom. Bi żball tal-angolu tal-orjentazzjoni ta '1°, l-iżball tal-koordinati tal-oġġett relattiv għall-assi tal-mogħdija f'distanza ta' 100 metru se jkun ta '1,7 metri.
Figura 7 Influwenza tal-iżball tal-orjentazzjoni fuq l-iżball tal-koordinati trasversali
Għalhekk, l-iżball massimu permissibbli fil-kejl tal-orjentazzjoni tal-lokomotiva f'termini ta 'angolu m'għandux jaqbeż 0,1°. Is-sistema ta 'pożizzjonament abbord nnifisha tikkonsisti f'żewġ riċevituri ta' navigazzjoni bi frekwenza doppja fil-modalità RTK, li l-antenni tagħhom huma spazjati tul it-tul kollu tal-lokomottiva biex joħolqu bażi twila, sistema ta 'navigazzjoni inerzjali strapdown u konnessjoni ma' sensuri tar-roti (odometri). Id-devjazzjoni standard tad-determinazzjoni tal-koordinati tal-lokomottiva shunting mhix aktar minn 5 ċm.
Barra minn hekk, saru studji fl-istazzjon Luzhskaya dwar l-użu ta 'teknoloġiji SLAM (lidar u viżwali) biex tinkiseb data addizzjonali tal-pożizzjoni.
Bħala riżultat, id-determinazzjoni tal-kejl tal-ferrovija għal lokomottivi shunting fl-istazzjon Luzhskaya titwettaq billi tgħaqqad ir-riżultati tar-rikonoxximent tal-kejl u d-dejta tal-mudell tal-binarji diġitali bbażati fuq il-pożizzjonament.
Is-sejbien tal-ostakli jitwettaq ukoll b'diversi modi bbażati fuq:
- data lidar;
- data tal-viżjoni stereo;
- xogħol ta' netwerks newrali.
Wieħed mis-sorsi ewlenin tad-dejta huwa l-lidars, li jipproduċu sħaba ta 'punti mill-iskannjar bil-lejżer. Fl-algoritmi li qed joperaw, l-algoritmi klassiċi ta 'clustering tad-dejta jintużaw prinċipalment. Bħala parti mir-riċerka, l-effettività tal-użu ta 'netwerks newrali għall-kompitu ta' raggruppament ta 'punti lidar, kif ukoll għall-ipproċessar konġunt ta' data lidar u data minn kameras tal-vidjo, hija ċċekkjata. Il-Figura 8 turi eżempju ta 'dejta lidar (sħaba ta' punti b'riflettività differenti) li turi manikin uman fl-isfond ta 'karru fl-istazzjon Luzhskaya.
Figura 8. Eżempju ta 'dejta minn lidar fl-istazzjon Luzhskaya
Il-Figura 9 turi eżempju ta 'estrazzjoni ta' cluster minn karozza b'forma kumplessa skont id-dejta ta 'żewġ lidars differenti.
Figura 9. Eżempju ta 'interpretazzjoni tad-dejta lidar bħala raggruppament minn karozza hopper
Separatament, ta 'min jinnota li reċentement l-ispiża tal-lidars naqset bi kważi ordni ta' kobor, u l-karatteristiċi tekniċi tagħhom kibru. M'hemm l-ebda dubju li din it-tendenza se tkompli. Il-firxa ta 'skoperta ta' oġġetti minn lidars użati fl-istazzjon Luzhskaya hija ta 'madwar 150 metru.
Kamera stereo li tuża prinċipju fiżiku differenti tintuża wkoll biex tiskopri l-ostakli.
Figura 10. Mappa tad-disparità minn stereopar u clusters misjuba
Il-Figura 10 turi eżempju ta 'dejta tal-kamera stereo bl-iskoperta ta' arbli, wayboxes u vagun.
Sabiex tinkiseb preċiżjoni suffiċjenti tas-sħaba tal-punti f'distanza suffiċjenti għall-ibbrejkjar, huwa meħtieġ li jintużaw kameras b'riżoluzzjoni għolja. Iż-żieda fid-daqs tal-immaġini żżid l-ispiża komputazzjonali biex tinkiseb mappa tad-disparità. Minħabba l-kundizzjonijiet meħtieġa għar-riżorsi okkupati u l-ħin tar-rispons tas-sistema, huwa meħtieġ li kontinwament jiġu żviluppati u ttestjati algoritmi u approċċi għall-estrazzjoni ta 'dejta utli minn kameras tal-vidjo.
Parti mill-ittestjar u l-verifika tal-algoritmi titwettaq bl-użu ta 'simulatur tal-ferrovija, li qed jiġi żviluppat minn Design Bureau TsT flimkien ma' JSC NIIAS. Pereżempju, il-Figura 11 turi l-użu ta 'simulatur biex tittestja l-operat tal-algoritmi tal-kamera stereo.
Figura 11. A, B - frejms tax-xellug u tal-lemin mis-simulatur; B – dehra ta' fuq tar-rikostruzzjoni ta' data minn kamera stereo; D - rikostruzzjoni ta 'immaġni tal-kamera stereo mis-simulatur.
Il-kompitu ewlieni tan-netwerks newrali huwa l-iskoperta ta 'nies, vaguni u l-klassifikazzjoni tagħhom.
Biex jaħdmu f'kundizzjonijiet tat-temp ħorox, l-ispeċjalisti tal-JSC NIIAS wettqu wkoll testijiet bl-użu ta 'kameras infrared.
Figura 12. Data mill-kamera IR
Id-dejta mis-sensuri kollha hija integrata abbażi ta 'algoritmi ta' assoċjazzjoni, fejn hija stmata l-probabbiltà tal-eżistenza ta 'ostakli (oġġetti).
Barra minn hekk, mhux l-oġġetti kollha fit-triq huma ostakli; meta twettaq operazzjonijiet ta 'shunting, il-lokomotiva trid awtomatikament tikkoppja mal-karozzi.
Figura 13. Eżempju ta’ viżwalizzazzjoni tad-daħla tal-karozza bl-iskoperta ta’ ostakli minn sensuri differenti
Meta topera lokomottivi shunting bla ekwipaġġ, huwa estremament importanti li tifhem malajr x'qed jiġri mat-tagħmir, f'liema kundizzjoni huwa. Hemm ukoll sitwazzjonijiet meta annimal, bħal kelb, jidher quddiem il-lokomotiva. L-algoritmi abbord awtomatikament iwaqqfu l-lokomottiva, imma x'għandek tagħmel wara jekk il-kelb ma joħroġx mill-mod?
Biex tikkontrolla s-sitwazzjoni abbord u tieħu deċiżjonijiet f'każ ta 'sitwazzjonijiet ta' emerġenza, ġie żviluppat kontroll remot stazzjonarju u pannell tal-kontroll, iddisinjat biex jaħdem mal-lokomotivi kollha bla ekwipaġġ fl-istazzjon. Fl-istazzjon Luzhskaya, jinsab fil-post tal-KE.
Figura 14 Kontroll u ġestjoni mill-bogħod
Fl-istazzjon Luzhskoy, il-pannell tal-kontroll muri fil-Figura 14 jikkontrolla l-operat ta 'tliet lokomottivi shunting. Jekk meħtieġ, billi tuża dan il-kontroll mill-bogħod, tista 'tikkontrolla waħda mil-lokomotivi konnessi billi tittrasmetti informazzjoni f'ħin reali (id-dewmien ma jkunx aktar minn 300 ms, b'kont meħud tat-trasmissjoni tad-dejta fuq il-kanal tar-radju).
Kwistjonijiet tas-sigurtà funzjonali
L-aktar kwistjoni importanti fl-implimentazzjoni ta 'lokomotivi bla ekwipaġġ hija l-kwistjoni tas-sikurezza funzjonali, definita mill-istandards IEC 61508 "Sigurtà funzjonali ta' sistemi elettriċi, elettroniċi, programmabbli elettroniċi relatati mas-sigurtà" (EN50126, EN50128, EN50129), GOST 33435-2015 "Apparat ta' kontroll, monitoraġġ u sikurezza tal-vetturi ferrovjarji".
Il-Livell ta' Integrità tas-Sigurtà 4 (SIL4) huwa meħtieġ biex jikkonforma mar-rekwiżiti għall-apparati tas-sikurezza abbord.
Biex tikkonforma mal-livell SIL-4, l-apparati kollha eżistenti tas-sikurezza tal-lokomottivi huma mibnija skont il-loġika tal-maġġoranza, fejn il-kalkoli jitwettqu b'mod parallel f'żewġ kanali (jew aktar) b'paragun tar-riżultati biex tittieħed deċiżjoni.
L-unità tal-kompjuter għall-ipproċessar tad-dejta minn sensuri fuq lokomottivi shunting bla ekwipaġġ hija mibnija wkoll skont skema ta 'żewġ kanali b'paragun tar-riżultat finali.
L-użu ta 'sensors tal-viżjoni, xogħol taħt kundizzjonijiet tat-temp varji u f'ambjenti differenti jeħtieġ approċċ ġdid għall-kwistjoni tal-prova tas-sikurezza ta' vetturi mingħajr ekwipaġġ.
Fl-2019, l-istandard ISO/PAS 21448 “Vetturi tat-triq. Sigurtà ta' Funzjonijiet Speċifikati (SOTIF). Wieħed mill-prinċipji ewlenin ta 'dan l-istandard huwa l-approċċ tax-xenarju, li jikkunsidra l-imġiba tas-sistema f'ċirkostanzi varji. In-numru totali ta 'xenarji huwa infinit. L-għan primarju tad-disinn huwa li jiġu minimizzati ż-żoni 2 u 3 li jirrappreżentaw xenarji mhux sikuri magħrufa u xenarji mhux sikuri mhux magħrufa.
Figura 15 Trasformazzjoni tal-iskript bħala riżultat tal-iżvilupp
Bħala parti mill-applikazzjoni ta’ dan l-approċċ, l-ispeċjalisti tal-JSC NIIAS analizzaw is-sitwazzjonijiet emerġenti kollha (xenarji) mill-bidu tal-operat fl-2017. Xi wħud mis-sitwazzjonijiet li huma diffiċli biex jintlaħqu f'operazzjoni reali jinħadmu bl-użu tas-simulatur PKB TsT.
Kwistjonijiet Regolatorji
Kwistjonijiet regolatorji jridu jiġu indirizzati wkoll sabiex verament nimxu għal kontroll kompletament awtomatiku mingħajr il-preżenza tas-sewwieq fil-kabina tal-lokomotiva.
Bħalissa, il-Ferroviji Russi approvaw skeda għall-implimentazzjoni ta 'xogħol fuq appoġġ regolatorju għall-implimentazzjoni ta' miżuri biex jiġu introdotti sistemi ta 'kontroll awtomatiku għall-vetturi ferrovjarji. Waħda mill-aktar kwistjonijiet importanti hija l-aġġornament tar-Regolamenti dwar il-proċedura għall-investigazzjoni interna u l-kontabilità tal-inċidenti tat-trasport li kkawżaw ħsara lill-ħajja jew lis-saħħa taċ-ċittadini mhux relatati mal-produzzjoni fit-trasport ferrovjarju. Skont dan il-pjan, fl-2021 għandu jiġi żviluppat u approvat pakkett ta’ dokumenti li jirregolaw l-operat ta’ vetturi ferrovjarji bla ekwipaġġ.
Wara kelma
Bħalissa, m'hemm l-ebda analogi ta 'lokomotivi ta' shunting bla ekwipaġġ fid-dinja, li huma operati fl-istazzjon Luzhskaya. Speċjalisti minn Franza (kumpanija SNCF), Ġermanja, Olanda (kumpanija Prorail), Belġju (kumpanija Lineas) saru familjari mas-sistema ta 'kontroll żviluppata fl-2018-2019 u huma interessati fl-implimentazzjoni ta' sistemi bħal dawn. Wieħed mill-kompiti ewlenin ta 'JSC NIIAS huwa li jespandi l-funzjonalità u jirreplika s-sistema ta' ġestjoni maħluqa kemm fuq il-ferroviji Russi kif ukoll għal kumpaniji barranin.
Fil-mument, il-Ferroviji Russi qed imexxu wkoll proġett biex jiżviluppaw ferroviji elettriċi bla ekwipaġġ ta 'Lastochka. Il-Figura 16 turi dimostrazzjoni ta 'prototip tas-sistema ta' kontroll awtomatiku għall-ferrovija elettrika ES2G Lastochka f'Awwissu 2019 fi ħdan il-qafas. Salon Internazzjonali tal-Ferroviji tal-Ispazju 1520 "PRO//Dvizhenie.Expo".
Figura 16. Dimostrazzjoni tat-tħaddim ta' ferrovija elettrika bla ekwipaġġ fl-MCC
Il-ħolqien ta' ferrovija elettrika mingħajr ekwipaġġ huwa kompitu ħafna aktar diffiċli minħabba veloċitajiet għoljin, distanzi sinifikanti ta 'ibbrejkjar, u li jiġi żgurat it-tlugħ / l-iżbark sikur tal-passiġġieri fil-punti ta' waqfien. Bħalissa, it-testijiet qed isiru b'mod attiv fl-MCC. Storja dwar dan il-proġett hija ppjanata li tiġi ppubblikata fil-futur qarib.
Sors: www.habr.com