Zhvillimi i teknologjive pa pilot në hekurudhë filloi shumë kohë më parë, tashmë në 1957, kur u krijua kompleksi i parë autopilot eksperimental për trenat periferikë. Për të kuptuar ndryshimin midis niveleve të automatizimit për transportin hekurudhor, është paraqitur një gradim, i përcaktuar në standardin IEC-62290-1. Ndryshe nga transporti rrugor, transporti hekurudhor ka 4 shkallë automatizimi, të paraqitura në Figurën 1.
Figura 1. Shkallët e automatizimit sipas IEC-62290
Pothuajse të gjithë trenat që operojnë në rrjetin e Hekurudhave Ruse janë të pajisur me një pajisje sigurie që korrespondon me nivelin e automatizimit 1. Trenat me nivelin e automatizimit 2 janë operuar me sukses në rrjetin hekurudhor rus për më shumë se 20 vjet, janë pajisur disa mijëra lokomotiva. Ky nivel zbatohet nga algoritmet e kontrollit të tërheqjes dhe frenimit për drejtimin optimal të energjisë së trenit përgjatë një rruge të caktuar, duke marrë parasysh orarin dhe treguesit e sistemeve automatike të sinjalizimit të lokomotivave të marra nëpërmjet një kanali induktiv nga qarqet e pistave. Përdorimi i nivelit 2 redukton lodhjen e shoferit dhe jep një fitim në konsumin e energjisë dhe saktësi në ekzekutimin e orarit të trafikut.
Niveli 3 supozon mungesën e mundshme të shoferit në kabinë, gjë që kërkon zbatimin e një sistemi vizioni.
Niveli 4 nënkupton mungesën e plotë të një shoferi në bord, gjë që kërkon një ndryshim të rëndësishëm në dizajnin e lokomotivës (treni elektrik). Për shembull, në bord janë instaluar çelsat automatikë, të cilët nuk do të jenë të mundur të fiksohen përsëri nëse aktivizohen pa praninë e një personi në bord.
Aktualisht, projektet për arritjen e niveleve 3 dhe 4 janë duke u zbatuar nga kompanitë lider në botë, si Siemens, Alstom, Thales, SNCF, SBB e të tjera.
Siemens prezantoi projektin e saj në fushën e tramvajeve pa pilot në shtator 2018 në ekspozitën Innotrans. Ky tramvaj ka funksionuar në Potsdam me nivel automatizimi GoA3 që nga viti 2018.
Figura 2 Tramvaji Siemens
Në vitin 2019, Siemens më shumë se dyfishoi gjatësinë e rrugës së saj pa pilot.
Hekurudhat Ruse janë një nga kompanitë e para në botë që filloi zhvillimin e automjeteve hekurudhore pa pilot. Kështu, në vitin 2015, në stacionin Luzhskaya, filloi një projekt për automatizimin e lëvizjes së 3 lokomotivave manovruese, ku NIIAS SHA veproi si integrues i projektit dhe zhvillues i teknologjive bazë.
Krijimi i një lokomotivë pa pilot është një proces kompleks kompleks që është i pamundur pa bashkëpunim me kompani të tjera. Prandaj, në stacionin Luzhskaya, së bashku me SHA NIIAS, marrin pjesë kompani të tilla si:
- SHA "VNIKTI" në drejtim të zhvillimit të sistemit të kontrollit në bord;
- Siemens - për sa i përket automatizimit të funksionimit të oborrit të marshallimit (sistemi MSR-32) dhe automatizimit të funksionimit të makinave shtytëse;
- SHA "Radioavionika" përsa i përket sistemeve të ndërlidhjes së mikroprocesorëve që kontrollojnë shigjetat, semaforët;
- PKB TsT - krijimi i një simulatori;
- Hekurudhat Ruse si koordinator i projektit.
Në fazën e parë, detyra ishte arritja e nivelit 2 të automatizimit të trafikut, kur shoferi, në kushte normale për organizimin e punës së manovrimit, nuk përdor kontrollet e lokomotivës.
Gjatë funksionimit të lokomotivave konvencionale të manovrimit, kontrolli i trafikut kryhet duke transmetuar komanda zanore nga dispeçeri te shoferi me vendosjen e rrugëve të duhura (kthimi i shigjetave, ndezja e semaforëve).
Kur kaloni në nivelin 2 të automatizimit, i gjithë komunikimi zanor u zëvendësua nga një sistem komandash të transmetuara përmes një kanali radio dixhital të sigurt. Teknikisht, menaxhimi i lokomotivave shunting në stacionin Luzhskaya u ndërtua në bazë të:
- modeli i unifikuar i stacionit dixhital;
- protokoll për kontrollin e lëvizjes së lokomotivave manovruese (për dërgimin e komandave dhe monitorimin e ekzekutimit të tyre);
- ndërveprimi me sistemin e ndërthurjes elektrike për të marrë informacion në lidhje me rrugët e specifikuara, pozicionin e shigjetave dhe sinjaleve;
- sisteme pozicionimi për lokomotiva manovruese;
- radio dixhitale e besueshme.
Deri në vitin 2017, 3 lokomotiva manovruese TEM-7A operuan 95% të kohës në stacionin Luzhskaya në një mënyrë plotësisht automatike, duke kryer operacionet e mëposhtme:
- Lëvizja automatike përgjatë një rruge të caktuar;
- Qasje automatike në vagona;
- Lidhje automatike me vagona;
- Shtyrja e vagonëve në një oborr marshalling.
Në vitin 2017, u lançua një projekt për krijimin e një sistemi vizioni për lokomotivat e lëvizjes dhe futjen e telekomandimit në rast emergjence.
Në Nëntor 2017, specialistët e SHA NIIAS instaluan prototipin e parë të një sistemi vizioni për lokomotivat manovruese, të përbërë nga radarë, lidar dhe kamera (Figura 3).
Figura 3 Versionet e para të sistemeve të vizionit
Gjatë testeve në stacionin e sistemit të vizionit Luga në 2017-2018, u bënë përfundimet e mëposhtme:
- Përdorimi i radarëve për zbulimin e pengesave është jopraktik, pasi hekurudha ka një numër të konsiderueshëm objektesh metalike me reflektim të mirë. Gama e zbulimit të njerëzve në sfondin e tyre nuk kalon 60-70 metra, përveç kësaj, radarët kanë rezolucion të pamjaftueshëm këndor dhe është rreth 1 °. Gjetjet tona u konfirmuan më pas nga rezultatet e testimit të kolegëve nga SNCF (operatori hekurudhor francez).
- Lidarët japin rezultate shumë të mira me zhurmë minimale. Në rastin e reshjeve të borës, shiut, mjegullës, vërehet një ulje jo kritike e diapazonit të zbulimit të objekteve. Megjithatë, në vitin 2017, lidarët ishin mjaft të shtrenjtë, gjë që ndikoi ndjeshëm në ecurinë ekonomike të projektit.
- Kamerat janë një element i domosdoshëm i sistemit teknik të vizionit dhe janë të nevojshme për detyrat e zbulimit, klasifikimit të objekteve dhe kontrollit në distancë. Për funksionimin gjatë natës dhe kushteve të vështira të motit, është e nevojshme të keni kamera infra të kuqe ose kamera me një gamë të zgjatur të gjatësisë së valës, të afta të funksionojnë në rrezen e afërt infra të kuqe.
Detyra kryesore e vizionit teknik është zbulimi i pengesave dhe objekteve të tjera në drejtim të udhëtimit, dhe meqenëse lëvizja kryhet përgjatë trasesë, është e nevojshme ta zbuloni atë.
Figura 4. Një shembull i segmentimit me shumë klasa (binar, vagonët) dhe përcaktimi i boshtit të gjurmës duke përdorur një maskë binare
Figura 4 tregon një shembull të zbulimit të gjurmës. Për të përcaktuar në mënyrë të paqartë rrugën e lëvizjes përgjatë shigjetave, përdoret informacioni apriori për pozicionin e shigjetës, leximet e semaforëve, të transmetuara përmes një kanali radio dixhital nga sistemi i ndërthurjes elektrike. Për momentin, ka një tendencë në hekurudhat e botës për të braktisur semaforët dhe për të kaluar në sistemet e kontrollit nëpërmjet një kanali radio dixhital. Kjo është veçanërisht e vërtetë për trafikun me shpejtësi të lartë, pasi me shpejtësi më shumë se 200 km / orë bëhet e vështirë të vërehen dhe të njihen treguesit e semaforëve. Në Rusi, ekzistojnë dy seksione që funksionojnë pa përdorimin e semaforëve - kjo është Unaza Qendrore e Moskës dhe linja Alpika-Service - Adler.
Në dimër, mund të krijohen situata kur pista është plotësisht e mbuluar me borë dhe njohja e pistës bëhet pothuajse e pamundur, siç tregohet në figurën 5.
Figura 5 Shembull i një piste të mbuluar me borë
Në këtë rast, bëhet e paqartë nëse objektet e zbuluara ndërhyjnë në lëvizjen e lokomotivës, domethënë nëse janë në rrugë apo jo. Në stacionin Luzhskaya, në këtë rast, përdoret një model dixhital me precizion të lartë të stacionit dhe një sistem navigimi në bord me saktësi të lartë.
Për më tepër, modeli dixhital i stacionit u krijua në bazë të matjeve gjeodezike të pikave bazë. Më pas, bazuar në përpunimin e shumë kalimeve të lokomotivave me një sistem pozicionimi me precizion të lartë, u përfundua një hartë përgjatë të gjitha binarëve.
Figura 6 Modeli dixhital i zhvillimit të pistës së stacionit Luzhskoy
Një nga parametrat më të rëndësishëm për sistemin e pozicionimit në bord është gabimi në llogaritjen e orientimit (azimutit) të lokomotivës. Orientimi i lokomotivës është i nevojshëm për orientimin e saktë të sensorëve dhe objekteve të zbuluara prej tyre. Me një gabim të këndit të orientimit prej 1°, gabimi i koordinatave të objektit në lidhje me boshtin e rrugës në një distancë prej 100 metrash do të jetë 1,7 metra.
Figura 7 Ndikimi i gabimit të orientimit në gabimin e koordinatave tërthore
Prandaj, gabimi maksimal i lejuar në matjen e orientimit të lokomotivës në kënd, nuk duhet të kalojë 0,1°. Vetë sistemi i pozicionimit në bord përbëhet nga dy marrës lundrimi me frekuencë të dyfishtë në modalitetin RTK, antenat e të cilëve janë të vendosura në të gjithë gjatësinë e lokomotivës për të krijuar një bazë të gjatë, një sistem navigimi inercial me ulje dhe lidhje me sensorët e rrotave (odometrit). Devijimi standard i përcaktimit të koordinatave të lokomotivës së lëvizjes nuk është më shumë se 5 cm.
Për më tepër, në stacionin Luzhskaya u kryen studime mbi përdorimin e teknologjive SLAM (lidar dhe vizuale) për të marrë të dhëna shtesë të pozicionit.
Si rezultat, përcaktimi i matësit hekurudhor për lokomotivat manovruese në stacionin Luzhskaya kryhet duke kombinuar rezultatet e njohjes së matësit dhe të dhënat e modelit dixhital të gjurmës bazuar në pozicionimin.
Zbulimi i pengesave kryhet gjithashtu në disa mënyra bazuar në:
- të dhëna lidar;
- të dhënat e vizionit stereo;
- puna e rrjeteve nervore.
Një nga burimet kryesore të të dhënave janë lidarët, të cilët prodhojnë një re pikash nga skanimi me lazer. Në algoritmet që janë në funksion përdoren kryesisht algoritmet klasike të grupimit të të dhënave. Si pjesë e hulumtimit, kontrollohet efektiviteti i përdorimit të rrjeteve nervore për detyrën e grumbullimit të pikave lidar, si dhe për përpunimin e përbashkët të të dhënave lidar dhe të dhënave nga videokamerat. Figura 8 tregon një shembull të të dhënave lidar (një re pikash me reflektim të ndryshëm) që tregon një bedel njeriu në sfondin e një karroce në stacionin Luzhskaya.
Figura 8. Shembull i të dhënave nga lidar në stacionin Luzhskaya
Figura 9 tregon një shembull të nxjerrjes së një grupi nga një makinë me një formë komplekse sipas të dhënave të dy lidarëve të ndryshëm.
Figura 9. Një shembull i interpretimit të të dhënave lidar si një grup nga një makinë pleshti
Më vete, vlen të përmendet se kohët e fundit kostoja e lidarëve ka rënë me pothuajse një renditje të madhësisë, dhe karakteristikat e tyre teknike janë rritur. Nuk ka dyshim se ky trend do të vazhdojë. Gama e zbulimit të objekteve nga lidarët e përdorur në stacionin Luzhskaya është rreth 150 metra.
Një aparat stereo që përdor një parim të ndryshëm fizik përdoret gjithashtu për të zbuluar pengesat.
Figura 10. Harta e pabarazisë nga një stereopair dhe grupime të zbuluara
Figura 10 tregon një shembull të të dhënave të kamerës stereo me zbulimin e shtyllave, kutive të rrugës dhe një vagoni.
Për të marrë saktësi të mjaftueshme të resë së pikës në një distancë të mjaftueshme për frenim, është e nevojshme të përdoren kamera me rezolucion të lartë. Rritja e madhësisë së imazhit rrit koston llogaritëse për marrjen e një harte pabarazie. Për shkak të kushteve të nevojshme për burimet e zëna dhe kohën e përgjigjes së sistemit, është e nevojshme që vazhdimisht të zhvillohen dhe testohen algoritme dhe qasje për nxjerrjen e të dhënave të dobishme nga kamerat video.
Një pjesë e testimit dhe verifikimit të algoritmeve kryhet duke përdorur një simulator hekurudhor, i cili po zhvillohet nga Design Bureau TsT së bashku me SHA NIIAS. Për shembull, Figura 11 tregon përdorimin e një simulatori për të testuar funksionimin e algoritmeve të kamerës stereo.
Figura 11. A, B - korniza majtas dhe djathtas nga simulatori; B – pamje e sipërme e rindërtimit të të dhënave nga një kamerë stereo; D - rindërtimi i imazheve të kamerës stereo nga simulatori.
Detyra kryesore e rrjeteve nervore është zbulimi i njerëzve, vagonëve dhe klasifikimi i tyre.
Për të punuar në kushte të vështira të motit, specialistët e NIIAS SHA kryen gjithashtu teste duke përdorur kamera infra të kuqe.
Figura 12. Të dhënat nga kamera IR
Të dhënat nga të gjithë sensorët integrohen në bazë të algoritmeve të asociimit, ku vlerësohet probabiliteti i ekzistencës së pengesave (objekteve).
Për më tepër, jo të gjitha objektet në rrugë janë pengesë; gjatë kryerjes së operacioneve të manovrimit, lokomotiva duhet të bashkohet automatikisht me makinat.
Figura 13. Një shembull i vizualizimit të hyrjes në makinë me zbulimin e pengesave nga sensorë të ndryshëm
Kur përdorni lokomotiva pa pilot, është jashtëzakonisht e rëndësishme të kuptoni shpejt se çfarë po ndodh me pajisjet, në çfarë gjendje është. Ka edhe situata kur një kafshë, si një qen, shfaqet para lokomotivës. Algoritmet në bord do të ndalojnë automatikisht lokomotivën, por çfarë të bëni më pas nëse qeni nuk ikën nga rruga?
Për të kontrolluar situatën në bord dhe për të marrë vendime në rast situatash emergjente, është zhvilluar një telekomandë dhe panel kontrolli i palëvizshëm, i krijuar për të punuar me të gjitha lokomotivat pa pilot në stacion. Në stacionin Luzhskaya, ndodhet në postën e KE.
Figura 14 Kontrolli dhe menaxhimi në distancë
Në stacionin Luzhskoy, paneli i kontrollit i paraqitur në Figurën 14 kontrollon funksionimin e tre lokomotivave shunting. Nëse është e nevojshme, duke përdorur këtë telekomandë, mund të kontrolloni një nga lokomotivat e lidhura duke transmetuar informacion në kohë reale (vonesa nuk është më shumë se 300 ms, duke marrë parasysh transmetimin e të dhënave përmes kanalit të radios).
Çështjet e sigurisë funksionale
Çështja më e rëndësishme në zbatimin e lokomotivave pa pilot është çështja e sigurisë funksionale, e përcaktuar nga standardet IEC 61508 "Siguria funksionale e sistemeve elektronike elektrike, elektronike, të programueshme lidhur me sigurinë" (EN50126, EN50128, EN50129), GOST 33435-2015 "Aparatet për kontrollin, monitorimin dhe sigurinë e mjeteve hekurudhore".
Niveli 4 i Integritetit të Sigurisë (SIL4) kërkohet për të përmbushur kërkesat për pajisjet e sigurisë në bord.
Për të përmbushur nivelin SIL-4, të gjitha pajisjet ekzistuese të sigurisë së lokomotivave janë ndërtuar sipas logjikës së shumicës, ku llogaritjet kryhen paralelisht në dy kanale (ose më shumë) me një krahasim të rezultateve për të marrë një vendim.
Njësia llogaritëse për përpunimin e të dhënave nga sensorët në lokomotivat e lëvizjes pa pilot është ndërtuar gjithashtu sipas një skeme me dy kanale me një krahasim të rezultatit përfundimtar.
Përdorimi i sensorëve të shikimit, puna në kushte të ndryshme moti dhe në mjedise të ndryshme kërkon një qasje të re për çështjen e vërtetimit të sigurisë së automjeteve pa pilot.
Në vitin 2019, standardi ISO/PAS 21448 “Mjetet rrugore. Siguria e funksioneve të specifikuara (SOTIF). Një nga parimet kryesore të këtij standardi është qasja e skenarit, e cila merr në konsideratë sjelljen e sistemit në rrethana të ndryshme. Numri i përgjithshëm i skenarëve është pafundësi. Qëllimi kryesor i projektimit është të minimizojë zonat 2 dhe 3 që përfaqësojnë skenarë të njohur të pasigurt dhe skenarë të panjohur të pasigurt.
Figura 15 Transformimi i skriptit si rezultat i zhvillimit
Si pjesë e aplikimit të kësaj qasjeje, specialistët e SHA NIIAS analizuan të gjitha situatat (skenarët) në zhvillim që nga fillimi i funksionimit në 2017. Disa nga situatat që janë të vështira për t'u përmbushur në funksionimin real janë përpunuar duke përdorur simulatorin PKB TsT.
Çështjet Rregullative
Çështjet rregullatore duhet gjithashtu të adresohen në mënyrë që të kalohet vërtet në kontrollin plotësisht automatik pa praninë e shoferit në kabinën e lokomotivës.
Për momentin, Hekurudhat Ruse kanë miratuar një orar për zbatimin e punës për mbështetjen rregullatore për zbatimin e masave për futjen e sistemeve të kontrollit automatik për mjetet lëvizëse hekurudhore. Një nga çështjet më të rëndësishme është përditësimi i Rregullores për procedurën e hetimit të brendshëm dhe kontabilitetit të aksidenteve të transportit që kanë shkaktuar dëme në jetën ose shëndetin e qytetarëve që nuk kanë të bëjnë me prodhimin në transportin hekurudhor. Në përputhje me këtë plan, në vitin 2021 duhet të hartohet dhe miratohet një paketë dokumentesh që rregullojnë funksionimin e mjeteve hekurudhore pa pilot.
pasthënje
Për momentin, nuk ka analoge të lokomotivave pa pilot në botë, të cilat operohen në stacionin Luzhskaya. Specialistët nga Franca (kompania SNCF), Gjermania, Holanda (kompania Prorail), Belgjika (kompania Lineas) janë njohur me sistemin e zhvilluar të kontrollit në 2018-2019 dhe janë të interesuar për zbatimin e sistemeve të tilla. Një nga detyrat kryesore të SHA NIIAS është të zgjerojë funksionalitetin dhe të përsërisë sistemin e krijuar të menaxhimit si në hekurudhat ruse ashtu edhe për kompanitë e huaja.
Për momentin, Hekurudhat Ruse po udhëheqin gjithashtu një projekt për zhvillimin e trenave elektrikë pa pilot Lastochka. Figura 16 tregon një demonstrim të një prototipi të sistemit të kontrollit automatik për trenin elektrik ES2G Lastochka në gusht 2019 brenda kornizës. International Railway Salon of Space 1520 "PRO//Dvizhenie.Expo".
Figura 16. Demonstrimi i funksionimit të një treni elektrik pa pilot në MCC
Krijimi i një treni elektrik pa pilot është një detyrë shumë më e vështirë për shkak të shpejtësive të larta, distancave të konsiderueshme të frenimit dhe sigurimit të imbarkimit/zbarkimit të sigurt të pasagjerëve në pikat e ndalimit. Për momentin, testet janë duke u zhvilluar në mënyrë aktive në QKM. Në të ardhmen e afërt është planifikuar të publikohet një storie për këtë projekt.
Burimi: www.habr.com