Ngembangkeun téknologi unmanned dina kareta api dimimitian rada lila, geus di 1957, nalika munggaran eksperimen sistem hidayah otomatis pikeun karéta komuter dijieun. Pikeun ngartos bédana antara tingkat otomatisasi pikeun angkutan karéta api, gradasi parantos diwanohkeun, didefinisikeun dina standar IEC-62290-1. Beda sareng angkutan jalan, angkutan karéta api ngagaduhan 4 derajat otomatisasi, anu dipidangkeun dina Gambar 1.
Angka 1. Derajat automation nurutkeun IEC-62290
Ampir sadaya karéta anu beroperasi dina jaringan Kareta api Rusia dilengkepan alat kaamanan anu cocog sareng tingkat otomatisasi 1. Karéta kalayan tingkat otomatisasi 2 parantos suksés dioperasikeun dina jaringan karéta Rusia langkung ti 20 taun, sababaraha rébu lokomotif dilengkepan. Tingkat ieu dilaksanakeun ngaliwatan kontrol traksi sareng algoritma ngerem pikeun nyetir karéta anu optimal énergi sapanjang jalur anu dipasihkeun, kalayan ngitung jadwal sareng bacaan sistem sinyal lokomotif otomatis anu ditampi ku saluran induktif tina sirkuit lagu. Pamakéan tingkat 2 ngurangan kacapean supir jeung nyadiakeun mangpaat dina konsumsi énergi jeung akurasi palaksanaan jadwal.
Tingkat 3 nganggap kamungkinan henteuna supir dina taksi, anu merlukeun palaksanaan sistem visi teknis.
Tingkat 4 nganggap henteuna lengkep supir dina dewan, anu merlukeun parobahan signifikan dina desain lokomotif (karéta listrik). Contona, aya circuit breakers on dewan nu moal reset lamun tripped tanpa jalma dina dewan.
Ayeuna, proyék pikeun ngahontal tingkat 3 sareng 4 dilaksanakeun ku perusahaan-perusahaan terkemuka di dunya, sapertos Siemens, Alstom, Thales, SNCF, SBB sareng anu sanésna.
Siemens nampilkeun proyék na dina widang trem tanpa supir dina Séptémber 2018 di paméran Innotrans. Tram ieu parantos beroperasi di Potsdam kalayan tingkat otomatisasi GoA3 ti saprak 2018.
angka 2 Siemens tram
Dina taun 2019, Siemens ningkatkeun panjang jalur anu teu aya awakna langkung ti 2 kali.
Pausahaan Kareta api Rusia mangrupikeun salah sahiji anu munggaran di dunya anu mimiti ngembangkeun kendaraan karéta api tanpa awak. Ku kituna, di stasiun Luzhskaya di 2015, hiji proyék diluncurkeun pikeun ngajadikeun otomatis gerakan 3 lokomotif shunting, dimana NIIAS JSC acted salaku integrator proyék sarta pamekar téknologi dasar.
Nyiptakeun lokomotif tanpa awak mangrupikeun prosés anu rumit sareng kompleks anu mustahil tanpa gawé bareng sareng perusahaan sanés. Ku alatan éta, di stasiun Luzhskaya, babarengan jeung JSC NIIAS, pausahaan handap ilubiung:
- JSC "VNIKTI" dina hal ngembangkeun sistem kontrol on-board;
- Siemens - dina hal ngajadikeun otomatis operasi punuk (sistem MSR-32) sareng ngajadikeun otomatis operasi ngadorong mobil;
- JSC Radioavionics dina hal sistem sentralisasi mikroprosesor anu ngatur saklar sareng lampu lalu lintas;
- PKB CT - nyiptakeun simulator;
- JSC Russian Railways salaku koordinator proyék.
Dina tahap kahiji, tugas éta pikeun ngahontal tingkat 2 tina automation lalulintas, nalika supir, dina kaayaan normal pikeun ngatur karya shunting, teu make kadali lokomotif.
Nalika ngajalankeun lokomotif shunting konvensional, kontrol lalu lintas dilaksanakeun ku ngirimkeun paréntah sora ti dispatcher ka supir kalayan netepkeun rute anu pas (pindah saklar, hurungkeun lampu lalu lintas).
Nalika pindah ka tingkat otomatis 2, sadaya komunikasi sora diganti ku sistem paréntah anu dikirimkeun ngaliwatan saluran radio aman digital. Téhnisna, kontrol lokomotif shunting di stasiun Luzhskaya diwangun dina dasar:
- model digital hasil ngahijikeun Tatar;
- protokol pikeun ngadalikeun gerakan lokomotif shunting (pikeun ngirim paréntah jeung ngawaskeun palaksanaan);
- interaksi jeung sistem sentralisasi éléktrik pikeun ménta inpo ngeunaan jalur dibikeun, posisi panah jeung sinyal;
- sistem positioning pikeun shunting lokomotif;
- komunikasi radio digital dipercaya.
Taun 2017, 3 lokomotif shunting TEM-7A damel 95% waktos di stasiun Luzhskaya dina modeu otomatis pinuh, ngalaksanakeun operasi ieu:
- Gerakan otomatis sapanjang jalur anu dipasihkeun;
- aksés otomatis kana mobil;
- gandeng otomatis kalawan gerbong;
- Ngadorong mobil kana bongkok.
Dina 2017, proyék diluncurkeun pikeun nyiptakeun sistem visi téknis pikeun lokomotif shunting sareng ngenalkeun kadali jauh upami aya kaayaan darurat.
Dina Nopémber 2017, spesialis ti JSC NIIAS dipasang prototipe mimiti sistem visi teknis dina lokomotif shunting, diwangun ku radar, lidar jeung kaméra (Gambar 3).
Gambar 3 Vérsi munggaran sistem visi teknis
Salila tés di stasiun Luga tina sistem visi téknis di 2017 - 2018, kacindekan ieu dilakukeun:
- Pamakéan radar pikeun ngadeteksi halangan henteu praktis, sabab karéta api ngagaduhan sajumlah objék logam anu réfléktif anu saé. Kisaran deteksi jalma ngalawan latar tukangna henteu langkung ti 60-70 méter, sajaba, radar gaduh résolusi sudut anu henteu cekap sareng sakitar 1 °. Papanggihan kami salajengna dikonfirmasi ku hasil tés ti kolega ti SNCF (operator karéta api Perancis).
- Lidars nyadiakeun hasil pohara alus kalawan noise minimal. Dina acara turun salju, hujan, atawa kabut, panurunan non-kritis dina rentang deteksi objék dititénan. Nanging, dina taun 2017, lidar lumayan mahal, anu sacara signifikan mangaruhan kinerja ékonomi proyék éta.
- Kaméra mangrupikeun unsur penting tina sistem visi téknis sareng dipikabutuh pikeun deteksi, klasifikasi objék, sareng tugas kadali jauh. Pikeun damel di wengi sareng dina kaayaan cuaca anu hese, peryogi gaduh kaméra infra red atanapi kaméra kalayan rentang panjang gelombang anu tiasa dianggo dina jarak infra red deukeut.
Tugas utama visi téknis nyaéta pikeun ngadeteksi halangan sareng obyék sanés sapanjang jalan, sareng saprak gerakan dilaksanakeun sapanjang jalur, perlu pikeun ngadeteksi éta.
Gambar 4. Conto segmentasi multi-kelas (lagu, mobil) jeung nangtukeun sumbu lagu maké topéng binér.
angka 4 nembongkeun conto deteksi rut. Pikeun sacara jelas nangtukeun jalur gerakan sapanjang panah, inpormasi apriori ngeunaan posisi panah sareng bacaan lampu lalu lintas dianggo, dikirimkeun ku saluran radio digital tina sistem sentralisasi listrik. Ayeuna, aya tren dina karéta api di dunya pikeun ngantunkeun lampu lalu lintas sareng ngalih ka sistem kontrol ngalangkungan saluran radio digital. Ieu hususna leres pikeun lalulintas-speed tinggi, saprak di speeds leuwih 200 km / h janten hésé perhatikeun jeung ngakuan lampu lalulintas. Di Rusia, aya dua bagian dioperasikeun tanpa pamakéan lampu lalulintas - Moscow Central Circle jeung Alpika-Service - Adler garis.
Dina usum tiis, kaayaan bisa timbul nalika lagu sagemblengna dina panutup salju jeung pangakuan lagu janten ampir teu mungkin, sakumaha ditémbongkeun dina Gambar 5.
Gambar 5 Conto lagu katutupan ku salju
Dina hal ieu, janten can écés naha objék nu dideteksi ngaganggu gerakan lokomotif nu, nyaeta, aranjeunna dina jalur atawa henteu. Dina hal ieu, di stasiun Luzhskaya dipaké modél digital precision tinggi tina stasiun jeung sistem navigasi on-board precision tinggi.
Leuwih ti éta, modél digital stasiun dijieun dina dasar ukuran geodetic titik dasar. Lajeng, dumasar kana ngolah loba passages of lokomotif kalawan sistem positioning precision tinggi, peta ieu réngsé sapanjang sakabéh lagu.
angka 6 Modél digital tina ngembangkeun lagu stasiun Luzhskoy
Salah sahiji parameter anu paling penting pikeun sistem posisi on-board nyaéta kasalahan dina ngitung orientasi (azimuth) lokomotif. Orientasi lokomotif dipikabutuh pikeun orientasi anu leres tina sensor sareng objék anu dideteksi ku aranjeunna. Kalayan kasalahan sudut orientasi 1 °, kasalahan dina koordinat obyék relatif ka sumbu jalur dina jarak 100 méter bakal 1,7 méter.
Gambar 7 Pangaruh kasalahan orientasi dina kasalahan koordinat gurat
Ku alatan éta, kasalahan maksimum diidinan dina ngukur orientasi sudut lokomotif urang teu kudu ngaleuwihan 0,1 °. Sistem positioning onboard sorangan diwangun ku dua panarima navigasi dual-frékuénsi dina modeu RTK, anteneu anu dipisah sapanjang sakabéh panjang lokomotif pikeun nyieun basa panjang, strapdown sistem navigasi inersia sarta sambungan kana sensor kabayang (odometers). Simpangan baku dina nangtukeun koordinat lokomotif shunting henteu leuwih ti 5 cm.
Salaku tambahan, di stasion Luzhskaya, panalungtikan dilaksanakeun dina ngagunakeun téknologi SLAM (lidar sareng visual) pikeun kéngingkeun data lokasi tambahan.
Hasilna, penentuan jalur karéta api pikeun lokomotif shunting di stasiun Luzhskaya dilaksanakeun ku ngagabungkeun hasil pangakuan lagu sareng data modél lagu digital dumasar kana posisi.
Deteksi halangan ogé dilaksanakeun ku sababaraha cara dumasar kana:
- data lidar;
- data visi stereo;
- operasi jaringan saraf.
Salah sahiji sumber utama data nyaéta lidars, anu ngahasilkeun awan titik tina scanning laser. Algoritma nu dipaké utamana ngagunakeun algoritma clustering data klasik. Salaku bagian tina panilitian, éféktivitas ngagunakeun jaringan saraf pikeun tugas clustering titik lidar, kitu ogé pikeun ngolah gabungan data lidar sareng data tina kaméra pidéo, diuji. angka 8 nembongkeun conto data lidar (awan titik kalawan reflexivity béda) mintonkeun mannequin hiji jalma ngalawan latar tukang gerbong di stasiun Luzhskaya.
Gambar 8. Conto data lidar di stasiun Luzhskoy
angka 9 nembongkeun conto ngaidentipikasi klaster tina mobil ngawangun kompléks ngagunakeun data ti dua lidars béda.
Gambar 9. Conto interprétasi data lidar dina wangun gugusan tina mobil hopper
Kapisah, eta sia noting yén ayeuna biaya lidars geus turun ku ampir urutan gedena, sarta ciri teknis maranéhna geus ngaronjat. Teu aya ragu yén trend ieu bakal neruskeun. Kisaran deteksi objék ku lidars dipaké di stasiun Luzhskaya nyaeta ngeunaan 150 méter.
Kaméra stereo nganggo prinsip fisik anu béda ogé dianggo pikeun ngadeteksi halangan.
Gambar 10. Peta disparity tina pasangan stereo jeung klaster kauninga
angka 10 nembongkeun conto data kaméra stereo jeung deteksi kutub, kotak lagu jeung gerbong a.
Pikeun kéngingkeun akurasi titik awan anu cukup dina jarak anu cekap pikeun ngerem, anjeun kedah nganggo kaméra resolusi luhur. Ngaronjatkeun ukuran gambar ngaronjatkeun biaya komputasi pikeun meunangkeun peta disparity. Kusabab kaayaan anu dipikabutuh pikeun sumber daya anu dijajah sareng waktos réspon sistem, perlu terus-terusan ngamekarkeun sareng nguji algoritma sareng pendekatan pikeun ngémutan data anu mangpaat tina kaméra pidéo.
Bagian tina tés sareng verifikasi algoritma dilaksanakeun nganggo simulator karéta api, anu dikembangkeun ku PKB TsT sareng JSC NIIAS. Contona, Gambar 11 nembongkeun pamakéan simulator pikeun nguji kinerja algoritma kaméra stereo.
Gambar 11. A, B - pigura kénca jeung katuhu tina simulator nu; B - view luhureun rekonstruksi data tina kaméra stereo; D - rekonstruksi gambar kaméra stereo ti simulator nu.
Tugas utama jaringan saraf nyaéta pikeun ngadeteksi jalma, mobil sareng klasifikasina.
Pikeun damel dina kaayaan cuaca anu parah, spesialis JSC NIIAS ogé ngalaksanakeun tés nganggo kaméra infra red.
Gambar 12. Data tina kaméra IR
Data tina sadaya sensor diintegrasikeun dumasar kana algoritma asosiasi, dimana kamungkinan ayana halangan (objék) ditaksir.
Sumawona, henteu sadayana obyék dina jalur mangrupikeun halangan; nalika ngalaksanakeun operasi shunting, lokomotif kedah otomatis dipasangkeun sareng mobil.
Gambar 13. Conto visualisasi pendekatan kana mobil kalayan deteksi halangan ku sensor anu béda
Nalika ngoperasikeun lokomotif shunting tanpa awak, penting pisan pikeun gancang ngartos naon anu kajantenan sareng alat sareng kaayaan naon éta. Situasi ogé mungkin nalika sato, sapertos anjing, muncul di payuneun lokomotif. Algoritma onboard otomatis bakal ngeureunkeun lokomotif, tapi naon anu kudu dipigawé salajengna lamun anjing teu pindah kaluar jalan?
Pikeun ngawas kaayaan dina kapal sareng nyandak kaputusan upami aya kaayaan darurat, parantos dikembangkeun kadali jauh stasioner sareng panel ngawaskeun, dirancang pikeun damel sareng sadaya lokomotif tanpa awak di stasion. Di stasiun Luzhskaya lokasina di pos EC.
angka 14 kadali jauh jeung ngawaskeun
Di stasiun Luzhskoy, panel kontrol ditémbongkeun dina Gambar 14 ngadalikeun operasi tilu lokomotif shunting. Upami diperyogikeun, nganggo kadali jauh ieu anjeun tiasa ngontrol salah sahiji lokomotif anu nyambung ku cara ngirimkeun inpormasi sacara real waktos (nunda henteu langkung ti 300 mdet, nyandak pangiriman data akun liwat saluran radio).
Masalah kaamanan fungsional
Masalah anu paling penting nalika ngenalkeun lokomotif tanpa awak nyaéta masalah kasalametan fungsional, anu ditetepkeun ku standar IEC 61508 "Kasalametan fungsional listrik, éléktronik, sistem éléktronik anu tiasa diprogram anu aya hubunganana sareng kaamanan" (EN50126, EN50128, EN50129), GOST 33435-2015 "Alat". pikeun kontrol, ngawaskeun sareng kasalametan rel karéta api ".
Luyu sareng sarat pikeun alat kaamanan on-board, integritas kaamanan tingkat 4 (SIL4) kedah dihontal.
Pikeun matuh tingkat SIL-4, sadaya alat kaamanan lokomotif anu aya diwangun nganggo logika mayoritas, dimana itungan dilakukeun paralel dina dua saluran (atanapi langkung) sareng hasilna dibandingkeun pikeun nyandak kaputusan.
Unit komputasi pikeun ngolah data tina sensor dina lokomotif shunting unmanned ogé diwangun ngagunakeun skéma dua-kanal kalawan ngabandingkeun tina hasil ahir.
Pamakéan sensor visi, operasi dina kondisi cuaca béda jeung di lingkungan béda merlukeun pendekatan anyar pikeun masalah ngabuktikeun kasalametan kandaraan unmanned.
Dina 2019, standar ISO/PAS 21448 "Kandaraan Jalan. Kaamanan Fungsi Ditetepkeun (SOTIF). Salah sahiji prinsip utama standar ieu nyaéta pendekatan skenario, anu nguji paripolah sistem dina sababaraha kaayaan. Jumlah total skenario ngagambarkeun takterhingga. Tantangan desain utama nyaéta ngaminimalkeun wilayah 2 sareng 3, anu ngagambarkeun skenario anu teu aman sareng skenario anu teu aman anu teu dipikanyaho.
Gambar 15 Transformasi skenario salaku hasil tina pangwangunan
Salaku bagian tina aplikasi pendekatan ieu, spesialis ti JSC NIIAS nganalisa sadaya kaayaan munculna (skenario) ti mimiti operasi di 2017. Sababaraha kaayaan anu hese ditepikeun dina operasi nyata digarap nganggo simulator PKB CT.
Isu Regulasi
Dina raraga sabenerna sagemblengna pindah ka kontrol pinuh otomatis tanpa ayana supir di kabin lokomotif, éta ogé diperlukeun pikeun ngabéréskeun masalah pangaturan.
Di momen, JSC Kareta api Rusia geus disatujuan jadwal pikeun palaksanaan gawé dina rojongan pangaturan pikeun palaksanaan ukuran pikeun palaksanaan sistem kontrol pikeun rolling stock karéta dina modeu otomatis. Salah sahiji masalah anu paling penting nyaéta ngamutahirkeun Peraturan ngeunaan prosedur pikeun panalungtikan resmi sareng ngarékam insiden angkutan anu nyababkeun cilaka pikeun kahirupan atanapi kaséhatan warga anu henteu aya hubunganana sareng produksi dina angkutan karéta api. Luyu sareng rencana ieu, dina taun 2021 paket dokumén anu ngatur operasi kendaraan karéta api anu teu aya awak kedah dikembangkeun sareng disatujuan.
afterword
Di momen, teu aya analogs di dunya lokomotif shunting unmanned nu dioperasikeun di stasiun Luzhskaya. Spesialis ti Perancis (perusahaan SNCF), Jérman, Holland (perusahaan Prorail), Bélgia (perusahaan Lineas) janten akrab sareng sistem kontrol anu dikembangkeun dina 2018-2019 sareng kabetot pikeun nerapkeun sistem anu sami. Salah sahiji tugas utama JSC NIIAS nyaéta pikeun ngalegaan fungsionalitas sareng ngayakeun réplikasi sistem manajemén anu diciptakeun boh dina karéta api Rusia sareng perusahaan asing.
Ayeuna, JSC Kareta api Rusia ogé mingpin proyék pikeun ngembangkeun karéta listrik anu henteu nganggo "Lastochka". Gambar 16 nunjukkeun demonstrasi sistem kontrol otomatis prototipe pikeun karéta listrik ES2G Lastochka dina bulan Agustus 2019 dina kerangka. International Railway Salon spasi 1520 "PRO // Movement.Expo".
Gambar 16. Demonstrasi operasi hiji karéta listrik unmanned on PKS
Nyiptakeun karéta listrik tanpa awak mangrupikeun tugas anu langkung hese kusabab kecepatan anu luhur, jarak ngerem anu penting, sareng mastikeun naek / turun panumpang anu aman di titik lirén. Ayeuna, uji coba nuju aktip di PKS. Hiji carita ngeunaan proyék ieu rencanana bakal diterbitkeun dina mangsa nu bakal datang.
sumber: www.habr.com