Maendeleo ya teknolojia zisizo na rubani katika usafiri wa reli

Ukuzaji wa teknolojia zisizo na rubani kwenye reli zilianza muda mrefu uliopita, tayari mnamo 1957, wakati tata ya majaribio ya majaribio ya treni za mijini iliundwa. Ili kuelewa tofauti kati ya viwango vya otomatiki kwa usafiri wa reli, gradation huletwa, iliyofafanuliwa katika kiwango cha IEC-62290-1. Tofauti na usafiri wa barabarani, usafiri wa reli una digrii 4 za otomatiki, iliyoonyeshwa kwenye Mchoro 1.

Kielelezo 1. Digrii za automatisering kulingana na IEC-62290

Karibu treni zote zinazofanya kazi kwenye mtandao wa Reli za Kirusi zina vifaa vya usalama vinavyoendana na kiwango cha otomatiki 1. Treni zilizo na kiwango cha otomatiki 2 zimefanyika kwa ufanisi kwenye mtandao wa reli ya Urusi kwa zaidi ya miaka 20, injini elfu kadhaa zina vifaa. Kiwango hiki kinatekelezwa na udhibiti wa uvutano na kanuni za breki kwa uelekezi wa nishati bora zaidi wa treni kwenye njia fulani, kwa kuzingatia ratiba na dalili za mifumo ya kuashiria kiotomatiki ya treni inayopokelewa kupitia chaneli ya kufata neno kutoka kwa saketi za wimbo. Matumizi ya kiwango cha 2 hupunguza uchovu wa dereva na inatoa faida katika matumizi ya nishati na usahihi katika utekelezaji wa ratiba ya trafiki.

Kiwango cha 3 kinafikiri kutokuwepo kwa uwezekano wa dereva katika cab, ambayo inahitaji utekelezaji wa mfumo wa maono.

Kiwango cha 4 kinamaanisha kutokuwepo kabisa kwa dereva kwenye bodi, ambayo inahitaji mabadiliko makubwa katika muundo wa locomotive (treni ya umeme). Kwa mfano, swichi za moja kwa moja zimewekwa kwenye ubao, ambayo haitawezekana kuota tena ikiwa husababishwa bila kuwepo kwa mtu kwenye bodi.

Hivi sasa, miradi ya kufikia viwango vya 3 na 4 inatekelezwa na kampuni zinazoongoza ulimwenguni, kama vile Siemens, Alstom, Thales, SNCF, SBB na zingine.

Siemens iliwasilisha mradi wake katika uwanja wa tramu zisizo na rubani mnamo Septemba 2018 kwenye maonyesho ya Innotrans. Tramu hii imekuwa ikifanya kazi huko Potsdam na kiwango cha otomatiki cha GoA3 tangu 2018.

Kielelezo 2 Siemens tramu
Mnamo 2019, Siemens iliongeza zaidi ya mara mbili urefu wa njia yake isiyo na rubani.
Shirika la Reli la Urusi ni mojawapo ya makampuni ya kwanza duniani kuanza kutengeneza magari ya reli yasiyo na rubani. Kwa hivyo, mnamo 2015, katika kituo cha Luzhskaya, mradi ulizinduliwa wa kuelekeza harakati za treni 3 za kuruka, ambapo NIIAS JSC ilifanya kama kiunganishi cha mradi na msanidi wa teknolojia za kimsingi.

Uundaji wa locomotive isiyo na mtu ni mchakato mgumu ambao hauwezekani bila ushirikiano na kampuni zingine. Kwa hivyo, katika kituo cha Luzhskaya, pamoja na JSC NIIAS, kampuni kama hizo hushiriki kama:

• JSC "VNIKTI" katika suala la maendeleo ya mfumo wa udhibiti wa bodi;
• Siemens - katika suala la automatisering ya uendeshaji wa yadi ya marshalling (mfumo wa MSR-32) na automatiska uendeshaji wa kusukuma magari;
• JSC "Radioavionika" kwa suala la mifumo ya kuingiliana kwa microprocessor inayodhibiti mishale, taa za trafiki;
• PKB TsT - kuundwa kwa simulator;
• Shirika la Reli la Urusi kama mratibu wa mradi.

Katika hatua ya kwanza, kazi ilikuwa kufikia kiwango cha 2 cha automatisering ya trafiki, wakati dereva, chini ya hali ya kawaida ya kuandaa kazi ya shunting, haitumii udhibiti wa locomotive.

Wakati wa uendeshaji wa injini za kawaida za shunting, udhibiti wa trafiki unafanywa kwa kupeleka amri za sauti kutoka kwa dispatcher hadi kwa dereva kwa kuweka njia zinazofaa (kugeuza mishale, kuwasha taa za trafiki).

Wakati wa kuhamia kwa kiwango cha 2 cha automatisering, mawasiliano yote ya sauti yalibadilishwa na mfumo wa amri zinazopitishwa kwenye kituo cha redio salama cha dijiti. Kitaalam, usimamizi wa injini za shunting katika kituo cha Luzhskaya ulijengwa kwa msingi wa:

• mfano wa kituo cha dijiti cha umoja;
• itifaki ya kudhibiti harakati za shunting locomotives (kwa kutuma amri na ufuatiliaji wa utekelezaji wao);
• mwingiliano na mfumo wa kuingiliana kwa umeme ili kupata taarifa kuhusu njia maalum, nafasi ya mishale na ishara;
• mifumo ya kuweka nafasi kwa injini za shunting;
• redio ya dijiti inayotegemewa.

Kufikia 2017, injini 3 za kuzima za TEM-7A zilifanya kazi kwa 95% ya wakati huo kwenye kituo cha Luzhskaya kwa hali ya kiotomatiki, ikifanya shughuli zifuatazo:

• Harakati otomatiki kando ya njia fulani;
• Ufikiaji wa moja kwa moja kwa mabehewa;
• Kuunganisha kiotomatiki na mabehewa;
• Kusukuma mabehewa kwenye yadi ya kupanga.

Mnamo mwaka wa 2017, mradi ulizinduliwa wa kuunda mfumo wa maono wa kuzima injini za treni na kuanzisha udhibiti wa mbali katika kesi ya dharura.

Mnamo Novemba 2017, wataalam wa JSC NIIAS waliweka mfano wa kwanza wa mfumo wa maono wa kuzima injini za treni, zinazojumuisha rada, lidar na kamera (Mchoro 3).

Mchoro 3 Matoleo ya kwanza ya mifumo ya maono

Wakati wa majaribio katika kituo cha mfumo wa maono wa Luga mnamo 2017-2018, hitimisho zifuatazo zilifanywa:

• Matumizi ya rada kwa ajili ya kuchunguza vikwazo haiwezekani, kwa kuwa reli ina idadi kubwa ya vitu vya chuma na kutafakari vizuri. Upeo wa kugundua watu dhidi ya asili yao hauzidi mita 60-70, kwa kuongeza, rada hazina azimio la kutosha la angular na ni karibu 1 °. Matokeo yetu yalithibitishwa baadaye na matokeo ya majaribio ya wenzetu kutoka SNCF (opereta wa reli ya Ufaransa).
• Lidars hutoa matokeo mazuri sana na kelele ndogo. Katika kesi ya maporomoko ya theluji, mvua, ukungu, kuna upungufu usio muhimu katika anuwai ya kugundua vitu. Walakini, mnamo 2017, vifuniko vilikuwa ghali sana, ambavyo viliathiri sana utendaji wa kiuchumi wa mradi huo.
• Kamera ni kipengele cha lazima cha mfumo wa maono ya kiufundi na ni muhimu kwa kazi za kutambua, uainishaji wa kitu, na udhibiti wa kijijini. Ili kufanya kazi usiku na hali ngumu ya hali ya hewa, ni muhimu kuwa na kamera za infrared au kamera zilizo na safu ya mawimbi iliyopanuliwa inayoweza kufanya kazi katika safu ya karibu ya infrared.

Kazi kuu ya maono ya kiufundi ni kuchunguza vikwazo na vitu vingine katika mwelekeo wa kusafiri, na kwa kuwa harakati hufanyika kando ya wimbo, ni muhimu kuigundua.

Mchoro 4. Mfano wa mgawanyiko wa tabaka nyingi (wimbo, mabehewa) na uamuzi wa mhimili wa wimbo kwa kutumia kinyago cha binary.

Mchoro wa 4 unaonyesha mfano wa utambuzi wa wimbo. Ili kuamua kwa usahihi njia ya harakati kando ya mishale, taarifa ya priori hutumiwa kuhusu nafasi ya mshale, usomaji wa taa za trafiki, zinazopitishwa kupitia njia ya redio ya digital kutoka kwa mfumo wa kuingiliana kwa umeme. Kwa sasa, kuna mwelekeo kwenye reli za dunia kuacha taa za trafiki na kubadili mifumo ya udhibiti kupitia chaneli ya redio ya dijiti. Hii ni kweli hasa kwa trafiki ya kasi, kwa kuwa kwa kasi ya zaidi ya kilomita 200 / h inakuwa vigumu kutambua na kutambua dalili za taa za trafiki. Katika Urusi, kuna sehemu mbili zinazoendeshwa bila matumizi ya taa za trafiki - hii ni Gonga la Kati la Moscow na mstari wa Alpika-Service - Adler.

Wakati wa msimu wa baridi, hali zinaweza kutokea wakati wimbo umefunikwa kabisa na theluji na utambuzi wa wimbo unakuwa karibu kutowezekana, kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 5.

Kielelezo 5 Mfano wa wimbo uliofunikwa na theluji

Katika kesi hii, inakuwa wazi ikiwa vitu vilivyogunduliwa vinaingiliana na harakati ya locomotive, ambayo ni, ikiwa iko njiani au la. Katika kituo cha Luzhskaya, katika kesi hii, mfano wa digital wa usahihi wa kituo na mfumo wa urambazaji wa juu wa ubao hutumiwa.

Aidha, mtindo wa digital wa kituo uliundwa kwa misingi ya vipimo vya geodetic vya pointi za msingi. Kisha, kwa kuzingatia usindikaji wa vifungu vingi vya injini na mfumo wa uwekaji wa usahihi wa juu, ramani ilikamilishwa pamoja na nyimbo zote.

Kielelezo 6 Mfano wa Digital wa maendeleo ya wimbo wa kituo cha Luzhskoy

Moja ya vigezo muhimu zaidi vya mfumo wa uwekaji wa ubao ni hitilafu katika kuhesabu mwelekeo (azimuth) ya locomotive. Mwelekeo wa locomotive ni muhimu kwa mwelekeo sahihi wa sensorer na vitu vinavyogunduliwa nao. Kwa kosa la angle ya mwelekeo wa 1 °, hitilafu ya kuratibu za kitu kuhusiana na mhimili wa njia katika umbali wa mita 100 itakuwa mita 1,7.

Mchoro wa 7 Ushawishi wa hitilafu ya mwelekeo kwenye hitilafu ya kuratibu mkato

Kwa hiyo, kosa la juu la kuruhusiwa katika kupima mwelekeo wa locomotive kwa suala la angle haipaswi kuzidi 0,1 °. Mfumo wa uwekaji kwenye ubao wenyewe una vipokezi viwili vya urambazaji vya masafa mawili katika hali ya RTK, antena zake ambazo zimepangwa kwa urefu mzima wa locomotive ili kuunda msingi mrefu, mfumo wa urambazaji wa inertial na unganisho kwa vihisi vya gurudumu (odomita). Kupotoka kwa kiwango cha kuamua kuratibu za locomotive ya shunting sio zaidi ya 5 cm.

Zaidi ya hayo, tafiti zilifanyika katika kituo cha Luzhskaya juu ya matumizi ya teknolojia za SLAM (lidar na kuona) ili kupata data ya ziada ya nafasi.
Matokeo yake, uamuzi wa kupima reli kwa shunting locomotives katika kituo cha Luzhskaya unafanywa kwa kuchanganya matokeo ya utambuzi wa kupima na data ya mfano wa wimbo wa digital kulingana na nafasi.

Utambuzi wa vizuizi pia hufanywa kwa njia kadhaa kulingana na:

• data ya lidar;
• data ya maono ya stereo;
• kazi ya mitandao ya neva.

Moja ya vyanzo kuu vya data ni mifuniko, ambayo hutoa wingu la pointi kutoka kwa skanning ya laser. Katika algorithms ambayo inafanya kazi, algorithms ya nguzo ya data ya kawaida hutumiwa hasa. Kama sehemu ya utafiti, ufanisi wa kutumia mitandao ya neural kwa kazi ya kuunganisha pointi za lidar, pamoja na usindikaji wa pamoja wa data ya lidar na data kutoka kwa kamera za video, huangaliwa. Mchoro wa 8 unaonyesha mfano wa data ya lidar (wingu la pointi na kutafakari tofauti) inayoonyesha dummy ya kibinadamu dhidi ya historia ya gari kwenye kituo cha Luzhskaya.

Kielelezo 8. Mfano wa data kutoka kwa lidar kwenye kituo cha Luzhskaya

Mchoro wa 9 unaonyesha mfano wa kutoa nguzo kutoka kwa gari yenye umbo changamano kulingana na data ya vifuniko viwili tofauti.

Mchoro 9. Mfano wa tafsiri ya data ya lidar kama nguzo kutoka kwa gari la hopa

Tofauti, ni muhimu kuzingatia kwamba hivi karibuni gharama ya lidars imeshuka kwa karibu amri ya ukubwa, na sifa zao za kiufundi zimeongezeka. Hakuna shaka kwamba hali hii itaendelea. Safu ya kugundua vitu na vifuniko vinavyotumiwa kwenye kituo cha Luzhskaya ni kama mita 150.

Kamera ya stereo inayotumia kanuni tofauti ya kimwili pia hutumiwa kutambua vikwazo.

Mchoro 10. Ramani ya tofauti kutoka kwa stereopair na nguzo zilizogunduliwa

Kielelezo cha 10 kinaonyesha mfano wa data ya kamera ya stereo na ugunduzi wa nguzo, visanduku vya njia na gari.

Ili kupata usahihi wa kutosha wa wingu la uhakika kwa umbali wa kutosha kwa kuvunja, ni muhimu kutumia kamera za azimio la juu. Kuongeza saizi ya picha huongeza gharama ya hesabu ya kupata ramani ya tofauti. Kwa sababu ya hali muhimu ya rasilimali zinazochukuliwa na wakati wa majibu ya mfumo, inahitajika kukuza na kujaribu algorithms na njia za kupata data muhimu kutoka kwa kamera za video kila wakati.

Sehemu ya majaribio na uthibitishaji wa kanuni hizo hufanywa kwa kutumia kiigaji cha reli, ambacho kinatengenezwa na Ofisi ya Usanifu TsT pamoja na JSC NIIAS. Kwa mfano, Kielelezo 11 kinaonyesha matumizi ya kiigaji kupima utendakazi wa algoriti za kamera ya stereo.

Kielelezo 11. A, B - muafaka wa kushoto na wa kulia kutoka kwa simulator; B - mtazamo wa juu wa upyaji wa data kutoka kwa kamera ya stereo; D - uundaji upya wa picha za kamera ya stereo kutoka kwa kiigaji.

Kazi kuu ya mitandao ya neural ni kugundua watu, gari na uainishaji wao.
Ili kufanya kazi katika hali mbaya ya hali ya hewa, wataalamu wa JSC NIIAS pia walifanya majaribio kwa kutumia kamera za infrared.

Kielelezo 12. Data kutoka kwa kamera ya IR

Data kutoka kwa sensorer zote zimeunganishwa kulingana na algorithms ya ushirika, ambapo uwezekano wa kuwepo kwa vikwazo (vitu) inakadiriwa.

Kwa kuongezea, sio vitu vyote vilivyo njiani ni vizuizi; wakati wa kufanya shughuli za kuruka, injini ya gari lazima iendane moja kwa moja na magari.

Kielelezo 13. Mfano wa taswira ya mlango wa gari na kugundua vikwazo na sensorer tofauti.

Wakati wa kuendesha injini za shunting zisizo na mtu, ni muhimu sana kuelewa haraka kile kinachotokea na vifaa, katika hali gani. Pia kuna hali wakati mnyama, kama mbwa, anaonekana mbele ya locomotive. Algorithms kwenye ubao itasimamisha locomotive kiotomatiki, lakini nini cha kufanya ikiwa mbwa haondoki njiani?

Ili kudhibiti hali kwenye bodi na kufanya maamuzi katika hali ya dharura, jopo la udhibiti wa kijijini na udhibiti wa stationary umetengenezwa, iliyoundwa kufanya kazi na locomotives zote zisizo na rubani kwenye kituo. Katika kituo cha Luzhskaya, iko kwenye chapisho la EC.

Mchoro 14 Udhibiti na usimamizi wa kijijini

Katika kituo cha Luzhskoy, jopo la kudhibiti lililoonyeshwa kwenye Mchoro 14 linadhibiti uendeshaji wa injini tatu za shunting. Ikiwa ni lazima, kwa kutumia udhibiti huu wa kijijini, unaweza kudhibiti mojawapo ya injini zilizounganishwa kwa kusambaza habari kwa wakati halisi (kuchelewa sio zaidi ya 300 ms, kwa kuzingatia maambukizi ya data kwenye kituo cha redio).

Masuala ya usalama ya kiutendaji

Suala muhimu zaidi katika utekelezaji wa injini zisizo na rubani ni suala la usalama wa kazi, unaofafanuliwa na viwango vya IEC 61508 "Usalama wa kazi wa mifumo ya umeme, ya elektroniki, inayoweza kupangwa inayohusiana na usalama" (EN50126, EN50128, EN50129), GOST 33435-2015 "Vifaa vya kudhibiti, ufuatiliaji na usalama wa hisa za reli".

Kiwango cha 4 cha Uadilifu wa Usalama (SIL4) kinahitajika ili kutii mahitaji ya vifaa vya usalama vilivyo kwenye ubao.

Ili kuzingatia kiwango cha SIL-4, vifaa vyote vya usalama vya treni vilivyopo hujengwa kulingana na mantiki ya wengi, ambapo hesabu hufanywa kwa usawa katika njia mbili (au zaidi) kwa kulinganisha matokeo ili kufanya uamuzi.

Kitengo cha kompyuta cha usindikaji wa data kutoka kwa sensorer kwenye injini za shunting zisizo na rubani pia hujengwa kulingana na mpango wa njia mbili na kulinganisha matokeo ya mwisho.

Matumizi ya sensorer maono, kazi chini ya hali mbalimbali za hali ya hewa na katika mazingira tofauti inahitaji mbinu mpya ya suala la kuthibitisha usalama wa magari unmanned.

Mnamo 2019, kiwango cha ISO/PAS 21448 "Magari ya barabarani. Usalama wa Kazi Zilizoainishwa (SOTIF). Moja ya kanuni kuu za kiwango hiki ni mbinu ya hali, ambayo inazingatia tabia ya mfumo katika hali mbalimbali. Jumla ya idadi ya matukio ni infinity. Lengo kuu la usanifu ni kupunguza maeneo ya 2 na 3 yanayowakilisha hali zisizo salama zinazojulikana na hali zisizo salama zisizojulikana.

Mchoro 15 Mabadiliko ya Hati kama matokeo ya maendeleo

Kama sehemu ya utumiaji wa mbinu hii, wataalam wa JSC NIIAS walichanganua hali zote zinazoibuka (mazingira) tangu kuanza kwa operesheni mnamo 2017. Baadhi ya hali ambazo ni ngumu kufikia katika operesheni halisi zinafanyiwa kazi kwa kutumia simulator ya PKB TsT.

Masuala ya Udhibiti

Masuala ya udhibiti lazima pia kushughulikiwa ili kweli hoja ya kudhibiti kikamilifu moja kwa moja bila kuwepo kwa dereva katika cab ya locomotive.

Kwa sasa, Shirika la Reli la Urusi limeidhinisha ratiba ya utekelezaji wa kazi juu ya usaidizi wa udhibiti kwa utekelezaji wa hatua za kuanzisha mifumo ya udhibiti wa moja kwa moja ya hisa za reli. Moja ya masuala muhimu ni uppdatering wa Kanuni za utaratibu wa uchunguzi wa ndani na uhasibu wa ajali za usafiri zilizosababisha madhara kwa maisha au afya za wananchi zisizohusiana na uzalishaji katika usafiri wa reli. Kwa mujibu wa mpango huu, mwaka wa 2021 mfuko wa nyaraka zinazosimamia uendeshaji wa magari ya reli zisizo na rubani zinapaswa kuendelezwa na kupitishwa.

Baada ya

Kwa sasa, hakuna analogues za locomotives zisizo na rubani za shunting ulimwenguni, ambazo zinaendeshwa kwenye kituo cha Luzhskaya. Wataalamu kutoka Ufaransa (kampuni ya SNCF), Ujerumani, Uholanzi (kampuni ya Prorail), Ubelgiji (kampuni ya Lineas) walifahamiana na mfumo wa udhibiti uliotengenezwa mnamo 2018-2019 na wana nia ya kutekeleza mifumo kama hiyo. Moja ya kazi kuu za JSC NIIAS ni kupanua utendaji na kuiga mfumo wa usimamizi ulioundwa kwenye reli za Urusi na kwa kampuni za kigeni.

Kwa sasa, Shirika la Reli la Urusi pia linaongoza mradi wa kuendeleza treni za umeme zisizo na rubani za Lastochka. Mchoro wa 16 unaonyesha onyesho la mfano wa mfumo wa kudhibiti kiotomatiki wa treni ya umeme ya ES2G Lastochka mnamo Agosti 2019 ndani ya mfumo. Saluni ya Kimataifa ya Reli ya Nafasi 1520 "PRO//Dvizhenie.Expo".

Kielelezo 16. Maonyesho ya uendeshaji wa treni ya umeme isiyo na rubani kwenye MCC

Kuunda treni ya umeme isiyo na mtu ni kazi ngumu zaidi kwa sababu ya mwendo wa kasi, umbali mkubwa wa kusimama, na kuhakikisha usalama wa kupanda/kushuka kwa abiria kwenye vituo vya kusimama. Kwa sasa, majaribio yanafanywa kikamilifu katika MCC. Hadithi kuhusu mradi huu imepangwa kuchapishwa katika siku za usoni.

Chanzo: mapenzi.com