Temir yo'lda uchuvchisiz texnologiyalarni ishlab chiqish juda uzoq vaqt oldin, 1957 yilda, shaharlararo poezdlar uchun birinchi eksperimental avtomatlashtirilgan boshqaruv tizimi yaratilgan paytda boshlangan. Temir yo'l transportini avtomatlashtirish darajalari o'rtasidagi farqni tushunish uchun IEC-62290-1 standartida belgilangan gradatsiya joriy etildi. Avtomobil transportidan farqli o'laroq, temir yo'l transporti 4-rasmda ko'rsatilgan avtomatlashtirishning 1 darajasiga ega.
Shakl 1. IEC-62290 bo'yicha avtomatlashtirish darajalari
Rossiya temir yo'llari tarmog'ida ishlaydigan deyarli barcha poezdlar 1-darajali avtomatlashtirishga mos keladigan xavfsizlik moslamasi bilan jihozlangan. Avtomatlashtirish darajasi 2 bo'lgan poezdlar Rossiya temir yo'llari tarmog'ida 20 yildan ortiq muvaffaqiyatli ishlaydi, bir necha ming lokomotivlar jihozlangan. Bu daraja traktsion nazorat va tormozlash algoritmlari orqali poyezdni ma’lum bir marshrut bo‘ylab energetik-optimal haydash uchun yo‘l zanjirlaridan induktiv kanal orqali qabul qilingan avtomatik lokomotiv signalizatsiya tizimlarining jadvali va ko‘rsatkichlarini hisobga olgan holda amalga oshiriladi. 2-darajadan foydalanish haydovchining charchoqlarini kamaytiradi va energiya iste'moli va jadvalning aniq bajarilishida foyda keltiradi.
3-daraja kabinada haydovchining yo'qligini nazarda tutadi, bu texnik ko'rish tizimini joriy qilishni talab qiladi.
4-daraja bortda haydovchining to'liq yo'qligini nazarda tutadi, bu esa lokomotiv (elektr poezd) konstruktsiyasini sezilarli darajada o'zgartirishni talab qiladi. Misol uchun, bortda avtomatik o'chirgichlar mavjud bo'lib, ular bortda odamsiz qoqilib qolsa, ularni qayta tiklash mumkin bo'lmaydi.
Hozirda 3 va 4-darajaga erishish bo'yicha loyihalar Siemens, Alstom, Thales, SNCF, SBB va boshqalar kabi dunyoning yetakchi kompaniyalari tomonidan amalga oshirilmoqda.
Siemens kompaniyasi haydovchisiz tramvaylar sohasidagi loyihasini 2018-yil sentabr oyida Innotrans ko‘rgazmasida taqdim etdi. Ushbu tramvay 3 yildan beri GoA2018 avtomatlashtirilgan darajasi bilan Potsdamda ishlaydi.
2-rasm Siemens tramvayi
2019-yilda Siemens uchuvchisiz yo‘nalish uzunligini 2 barobardan ko‘proqqa oshirdi.
"Rossiya temir yo'llari" kompaniyasi dunyoda birinchilardan bo'lib uchuvchisiz temir yo'l transport vositalarini ishlab chiqishni boshladi. Shunday qilib, 2015 yilda Lujskaya stantsiyasida 3 ta manyovr lokomotivining harakatini avtomatlashtirish loyihasi ishga tushirildi, bu erda NIIAS OAJ loyiha integratori va asosiy texnologiyalarni ishlab chiquvchisi sifatida ishladi.
Uchuvchisiz lokomotivni yaratish murakkab, murakkab jarayon bo'lib, uni boshqa kompaniyalar bilan hamkorlik qilmasdan amalga oshirish mumkin emas. Shuning uchun, Lujskaya stantsiyasida NIIAS OAJ bilan birgalikda quyidagi kompaniyalar ishtirok etadilar:
- "VNIKTI" OAJ bortda boshqaruv tizimini rivojlantirish nuqtai nazaridan;
- Siemens - dumg'aza ishini avtomatlashtirish (MSR-32 tizimi) va avtomashinalar ishini avtomatlashtirish nuqtai nazaridan;
- svetoforlar va kalitlarni boshqaradigan mikroprotsessorlarni markazlashtirish tizimlari nuqtai nazaridan "Radioavionics" OAJ;
- PKB CT – simulyator yaratish;
- "Rossiya temir yo'llari" OAJ loyiha koordinatori sifatida.
Birinchi bosqichda harakatni avtomatlashtirishning 2-darajasiga erishish vazifasi qo'yildi, bunda haydovchi manevr ishlarini tashkil qilish uchun normal sharoitlarda lokomotiv boshqaruvlaridan foydalanmaydi.
An'anaviy manyovr lokomotivlarini ishlatishda harakatni boshqarish dispetcherdan mashinistga tegishli marshrutlarni o'rnatish (harakatlanuvchi kalitlar, svetoforlarni yoqish) bilan ovozli buyruqlarni uzatish orqali amalga oshiriladi.
2-darajali avtomatlashtirishga o'tishda barcha ovozli aloqa raqamli xavfsiz radiokanal orqali uzatiladigan buyruqlar tizimi bilan almashtirildi. Texnik jihatdan, Lujskaya stantsiyasida manyovr lokomotivlarini boshqarish quyidagilar asosida qurilgan:
- stansiyaning yagona raqamli modeli;
- manyovr lokomotivlari harakatini nazorat qilish protokoli (buyruqlarni yuborish va bajarilishini nazorat qilish uchun);
- berilgan marshrutlar, strelkalar va signallarning joylashuvi haqida ma'lumot olish uchun elektr markazlashtirish tizimi bilan o'zaro aloqa;
- manyovr lokomotivlari uchun joylashishni aniqlash tizimlari;
- ishonchli raqamli radio aloqasi.
2017 yilga kelib, 3 ta TEM-7A manyovr lokomotivlari Lujskaya stantsiyasida ish vaqtining 95 foizini to'liq avtomatik rejimda bajarib, quyidagi operatsiyalarni bajardi:
- Belgilangan marshrut bo'ylab avtomatik harakatlanish;
- Avtomobillarga avtomatik kirish;
- Vagonlar bilan avtomatik ulash;
- Mashinalarni tepalikka surish.
2017-yilda manyovr lokomotivlarini texnik ko‘rish tizimini yaratish va favqulodda vaziyatlarda masofadan boshqarishni joriy etish loyihasi ishga tushirildi.
2017 yilning noyabr oyida “NIIAS” AJ mutaxassislari radarlar, lidar va kameralardan tashkil topgan manyovr lokomotivlariga texnik ko‘rish tizimining birinchi prototipini o‘rnatdilar (3-rasm).
3-rasm Texnik ko'rish tizimlarining birinchi versiyalari
2017-2018 yillarda Luga stantsiyasida texnik ko'rish tizimining sinovlari davomida quyidagi xulosalar chiqarildi:
- To'siqlarni aniqlash uchun radarlardan foydalanish amaliy emas, chunki temir yo'lda yaxshi aks ettiruvchi juda ko'p metall buyumlar mavjud. Odamlarni ularning fonida aniqlash diapazoni 60-70 metrdan oshmaydi, bundan tashqari, radarlarning burchak o'lchamlari etarli emas va taxminan 1 ° ni tashkil qiladi. Bizning topilmalarimiz SNCF (Frantsiya temir yo'l operatori) hamkasblarining sinov natijalari bilan tasdiqlandi.
- Lidarlar minimal shovqin bilan juda yaxshi natijalar beradi. Qor, yomg'ir yoki tuman bo'lsa, ob'ektlarni aniqlash oralig'ida kritik bo'lmagan pasayish kuzatiladi. Biroq, 2017 yilda lidarlar ancha qimmatga tushdi, bu esa loyihaning iqtisodiy ko'rsatkichlariga sezilarli ta'sir ko'rsatdi.
- Kameralar texnik ko'rish tizimining muhim elementi bo'lib, ularni aniqlash, ob'ektlarni tasniflash va masofadan boshqarish vazifalari uchun zarurdir. Kechasi va qiyin ob-havo sharoitida ishlash uchun infraqizil kameralar yoki yaqin infraqizil diapazonda ishlay oladigan kengaytirilgan to'lqin uzunligi diapazoni bo'lgan kameralar bo'lishi kerak.
Texnik ko'rishning asosiy vazifasi yo'lda to'siqlarni va boshqa narsalarni aniqlashdir va harakat yo'l bo'ylab amalga oshirilganligi sababli, uni aniqlash kerak.
Shakl 4. Ikkilik niqob yordamida ko'p sinfli segmentatsiya (trek, avtomobillar) va trek o'qini aniqlash misoli
4-rasmda yoriqni aniqlash misoli ko'rsatilgan. Oklar bo'ylab harakatlanish yo'nalishini aniq aniqlash uchun elektr markazlashtirish tizimidan raqamli radiokanal orqali uzatiladigan o'qning holati va svetoforning o'qishlari to'g'risidagi apriori ma'lumotlardan foydalaniladi. Ayni paytda jahon temir yo‘llarida svetoforlardan voz kechib, raqamli radiokanal orqali boshqaruv tizimlariga o‘tish tendensiyasi kuzatilmoqda. Bu, ayniqsa, yuqori tezlikda harakatlanish uchun to'g'ri keladi, chunki 200 km/soatdan yuqori tezlikda svetoforlarni payqash va tanib olish qiyinlashadi. Rossiyada svetoforlardan foydalanmasdan ishlaydigan ikkita uchastka mavjud - Moskva markaziy doirasi va Alpika-Servis - Adler liniyasi.
Qishda, 5-rasmda ko'rsatilganidek, trek to'liq qor qoplami ostida qolganda va trekni tanib olish deyarli imkonsiz bo'lganda paydo bo'lishi mumkin.
5-rasm Qor bilan qoplangan yo'lga misol
Bunday holda, aniqlangan narsalar lokomotivning harakatiga xalaqit beradimi, ya'ni ular yo'lda yoki yo'qligi noaniq bo'lib qoladi. Bunday holda, Lujskaya stantsiyasida stansiyaning yuqori aniqlikdagi raqamli modeli va yuqori aniqlikdagi bort navigatsiya tizimi qo'llaniladi.
Bundan tashqari, tayanch punktlarining geodezik o'lchovlari asosida stansiyaning raqamli modeli yaratilgan. Keyinchalik, yuqori aniqlikdagi joylashishni aniqlash tizimi bilan ko'plab lokomotiv o'tish joylarini qayta ishlash asosida barcha yo'llar bo'ylab xarita to'ldirildi.
Shakl 6 Luzhskoy stantsiyasining yo'l rivojlanishining raqamli modeli
Bortda joylashishni aniqlash tizimining eng muhim parametrlaridan biri lokomotivning yo'nalishini (azimutini) hisoblashda xatolikdir. Lokomotivning yo'nalishi sensorlar va ular tomonidan aniqlangan ob'ektlarning to'g'ri yo'nalishi uchun zarurdir. Orientatsiya burchagi xatosi 1 ° bo'lsa, 100 metr masofadagi yo'l o'qiga nisbatan ob'ekt koordinatalaridagi xato 1,7 metrni tashkil qiladi.
7-rasm Orientatsiya xatosining lateral koordinata xatosiga ta'siri
Shuning uchun lokomotivning burchak yo'nalishini o'lchashda ruxsat etilgan maksimal xatolik 0,1 ° dan oshmasligi kerak. Bortda joylashishni aniqlash tizimining o'zi RTK rejimida ikkita ikki chastotali navigatsiya qabul qilgichdan iborat bo'lib, ularning antennalari lokomotivning butun uzunligi bo'ylab uzoq tayanchni yaratish, inertial navigatsiya tizimini va g'ildirak datchiklariga (odometrlarga) ulanish uchun joylashtirilgan. Manevr lokomotivining koordinatalarini aniqlashda standart og'ish 5 sm dan oshmaydi.
Bundan tashqari, Lujskaya stantsiyasida qo'shimcha joylashuv ma'lumotlarini olish uchun SLAM texnologiyalaridan (lidar va vizual) foydalanish bo'yicha tadqiqotlar olib borildi.
Natijada, Lujskaya stantsiyasida manyovr lokomotivlari uchun temir yo'lni aniqlash yo'lni aniqlash va joylashishni aniqlashga asoslangan raqamli yo'l modeli ma'lumotlarini birlashtirish orqali amalga oshiriladi.
To'siqlarni aniqlash ham bir necha usullar bilan amalga oshiriladi:
- lidar ma'lumotlari;
- stereo ko'rish ma'lumotlari;
- neyron tarmoqlarning ishlashi.
Ma'lumotlarning asosiy manbalaridan biri lazerli skanerlash natijasida nuqtalar bulutini hosil qiluvchi lidarlardir. Amaldagi algoritmlar asosan klassik ma'lumotlarni klasterlash algoritmlaridan foydalanadi. Tadqiqot doirasida lidar nuqtalarini klasterlash, shuningdek, lidar ma'lumotlari va videokameralar ma'lumotlarini birgalikda qayta ishlash uchun neyron tarmoqlardan foydalanish samaradorligi sinovdan o'tkazildi. 8-rasmda Lujskaya stantsiyasida vagon fonida odamning mankenini aks ettiruvchi lidar ma'lumotlari (turli refleksli nuqtalar buluti) misoli ko'rsatilgan.
Shakl 8. Luzhskoy stantsiyasida lidar ma'lumotlariga misol
9-rasmda ikki xil lidardan olingan ma'lumotlardan foydalangan holda murakkab shakldagi avtomobildan klasterni aniqlash misoli ko'rsatilgan.
Shakl 9. Lidar ma'lumotlarini klaster ko'rinishidagi bunkerli avtomashinadan talqin qilish misoli
Alohida ta'kidlash joizki, yaqinda lidarlarning narxi deyarli kattalik darajasiga tushib ketdi va ularning texnik xususiyatlari oshdi. Bu tendentsiya davom etishiga shubha yo'q. Lujskaya stantsiyasida ishlatiladigan lidarlar tomonidan ob'ektlarni aniqlash diapazoni taxminan 150 metrni tashkil qiladi.
To'siqlarni aniqlash uchun boshqa jismoniy printsipdan foydalanadigan stereo kamera ham ishlatiladi.
Shakl 10. Stereo juftlik va aniqlangan klasterlardan nomutanosiblik xaritasi
10-rasmda ustunlar, yo'l qutilari va aravachalar aniqlangan stereo kamera ma'lumotlarining namunasi ko'rsatilgan.
Tormozlash uchun etarli masofada nuqta bulutining etarlicha aniqligini olish uchun yuqori aniqlikdagi kameralardan foydalanish kerak. Tasvir hajmini oshirish nomutanosiblik xaritasini olishning hisoblash xarajatlarini oshiradi. Ishg'ol qilingan resurslar va tizimning javob vaqti uchun zarur shart-sharoitlar tufayli videokameralardan foydali ma'lumotlarni olish uchun algoritmlar va yondashuvlarni doimiy ravishda ishlab chiqish va sinab ko'rish kerak.
Algoritmlarni sinovdan o'tkazish va tekshirishning bir qismi PKB TsT tomonidan NIIAS OAJ bilan birgalikda ishlab chiqilayotgan temir yo'l simulyatori yordamida amalga oshiriladi. Misol uchun, 11-rasmda stereo kamera algoritmlarining ishlashini tekshirish uchun simulyatordan foydalanish ko'rsatilgan.
Shakl 11. A, B - simulyatordan chap va o'ng ramkalar; B - stereo kameradan ma'lumotlarni qayta tiklashning yuqori ko'rinishi; D - simulyatordan stereo kamera tasvirlarini rekonstruksiya qilish.
Neyron tarmoqlarning asosiy vazifasi odamlarni, avtomobillarni va ularning tasnifini aniqlashdir.
Qattiq ob-havo sharoitida ishlash uchun NIIAS OAJ mutaxassislari infraqizil kameralar yordamida sinovlarni ham o'tkazdilar.
12-rasm. IR kamerasidan olingan ma'lumotlar
Barcha sensorlardan olingan ma'lumotlar assotsiatsiya algoritmlari asosida birlashtiriladi, bu erda to'siqlar (ob'ektlar) mavjudligi ehtimoli baholanadi.
Bundan tashqari, yo'ldagi barcha ob'ektlar to'siq emas, manyovr operatsiyalarini bajarishda lokomotiv avtomatik ravishda vagonlar bilan birlashishi kerak.
Shakl 13. Turli sensorlar tomonidan to'siqlarni aniqlash bilan avtomobilga yaqinlashishni vizualizatsiya qilish misoli
Uchuvchisiz manyovr lokomotivlarini ishlatishda asbob-uskunalar bilan nima sodir bo'layotganini va u qanday holatda ekanligini tezda tushunish juda muhimdir. Lokomotiv oldida hayvon, masalan, it paydo bo'lganda ham vaziyatlar mumkin. Bortdagi algoritmlar avtomatik ravishda lokomotivni to'xtatadi, ammo it yo'ldan tashqariga chiqmasa nima qilish kerak?
Bortdagi vaziyatni kuzatish va favqulodda vaziyatlar yuzaga kelganda qaror qabul qilish uchun stansiyadagi barcha uchuvchisiz lokomotivlar bilan ishlashga mo‘ljallangan statsionar masofadan boshqarish va monitoring paneli ishlab chiqilgan. Lujskaya stantsiyasida u EC postida joylashgan.
14-rasm Masofadan boshqarish va monitoring
Lujskoy stantsiyasida 14-rasmda ko'rsatilgan boshqaruv pulti uchta manyovr lokomotivining ishlashini boshqaradi. Agar kerak bo'lsa, ushbu masofadan boshqarish pultidan foydalanib, siz real vaqt rejimida ma'lumot uzatish orqali ulangan lokomotivlardan birini boshqarishingiz mumkin (radio kanal orqali ma'lumotlarni uzatishni hisobga olgan holda 300 ms dan ortiq kechikish).
Funktsional xavfsizlik muammolari
Uchuvchisiz lokomotivlarni joriy qilishda eng muhim masala - bu IEC 61508 "Xavfsizlik bilan bog'liq elektr, elektron, dasturlashtiriladigan elektron tizimlarning funktsional xavfsizligi" (EN50126, EN50128, EN50129), GOST 33435-2015 "Qurilmalar" standartlari bilan belgilangan funktsional xavfsizlik masalasi. temir yo'l harakatlanuvchi tarkibini nazorat qilish, monitoring qilish va xavfsizligi uchun".
Bortdagi xavfsizlik qurilmalariga qo'yiladigan talablarga muvofiq, xavfsizlikning yaxlitligi darajasi 4 (SIL4) ga erishish kerak.
SIL-4 darajasiga mos kelish uchun barcha mavjud lokomotiv xavfsizlik moslamalari ko'pchilik mantig'idan foydalangan holda quriladi, bu erda hisob-kitoblar parallel ravishda ikkita kanalda (yoki undan ko'p) amalga oshiriladi va natijalar qaror qabul qilish uchun taqqoslanadi.
Uchuvchisiz manyovr lokomotivlaridagi sensorlardan ma'lumotlarni qayta ishlash uchun hisoblash bloki ham yakuniy natijani taqqoslash bilan ikki kanalli sxema yordamida qurilgan.
Ko'rish datchiklaridan foydalanish, turli ob-havo sharoitida va turli muhitlarda ishlash uchuvchisiz transport vositalarining xavfsizligini isbotlash masalasiga yangicha yondashuvni talab qiladi.
2019 yilda ISO/PAS 21448 “Yoʻl transporti vositalari. Belgilangan funktsiyalar xavfsizligi (SOTIF). Ushbu standartning asosiy tamoyillaridan biri turli vaziyatlarda tizimning xatti-harakatlarini o'rganadigan stsenariy yondashuvidir. Stsenariylarning umumiy soni cheksizlikni anglatadi. Asosiy dizayn muammosi ma'lum xavfli stsenariylarni va noma'lum xavfli stsenariylarni ifodalovchi 2 va 3 hududlarni minimallashtirishdir.
15-rasm Rivojlanish natijasida stsenariylarning transformatsiyasi
Ushbu yondashuvni qo'llash doirasida NIIAS OAJ mutaxassislari 2017 yilda ish boshlaganidan beri barcha yuzaga kelgan vaziyatlarni (stsenariylarni) tahlil qildilar. Haqiqiy ishda duch kelish qiyin bo'lgan ba'zi vaziyatlar PKB CT simulyatori yordamida ishlab chiqilgan.
Normativ masalalar
Lokomotiv salonida haydovchi bo'lmasdan to'liq avtomatik boshqaruvga to'liq o'tish uchun, shuningdek, tartibga solish masalalarini hal qilish kerak.
Ayni paytda "Rossiya temir yo'llari" OAJ temir yo'l harakatlanuvchi tarkibini avtomatik rejimda boshqarish tizimini joriy etish bo'yicha chora-tadbirlarni amalga oshirishni normativ-huquqiy qo'llab-quvvatlash bo'yicha ishlarni amalga oshirish jadvalini tasdiqladi. Temir yo‘l transportida ishlab chiqarish bilan bog‘liq bo‘lmagan fuqarolarning hayoti yoki sog‘lig‘iga zarar yetkazilishiga olib kelgan transport hodisalarini rasmiy tekshirish va hisobga olish tartibi to‘g‘risidagi nizomni yangilash muhim masalalardan biridir. Mazkur rejaga muvofiq, 2021-yilda uchuvchisiz temir yo‘l transport vositalarining ishlashini tartibga soluvchi hujjatlar to‘plami ishlab chiqilishi va tasdiqlanishi kerak.
So'zdan keyin
Ayni paytda Lujskaya stantsiyasida ishlaydigan uchuvchisiz manyovr lokomotivlarining dunyoda o'xshashi yo'q. Fransiya (SNCF kompaniyasi), Germaniya, Gollandiya (Prorail kompaniyasi), Belgiya (Lineas kompaniyasi) mutaxassislari 2018-2019 yillarda ishlab chiqilgan boshqaruv tizimi bilan tanishdilar va shu kabi tizimlarni joriy etishdan manfaatdor. "NIIAS" OAJning asosiy vazifalaridan biri - funktsional imkoniyatlarni kengaytirish va yaratilgan boshqaruv tizimini Rossiya temir yo'llarida ham, xorijiy kompaniyalar uchun ham takrorlashdir.
Ayni paytda "Rossiya temir yo'llari" OAJ ham "Lastochka" uchuvchisiz elektr poyezdlarini ishlab chiqish loyihasini boshqarmoqda. 16-rasmda ES2G Lastochka elektropoyezdi uchun 2019 yil avgust oyida avtomatik boshqaruv tizimining prototipi ko'rsatilgan. Xalqaro temir yo'l saloni maydoni 1520 "PRO//Movement.Expo".
Shakl 16. MCCda uchuvchisiz elektr poyezdining ishlashini ko'rsatish
Yuqori tezlik, sezilarli tormoz masofasi va to'xtash joylarida yo'lovchilarning xavfsiz o'tirish/tushirishini ta'minlash tufayli uchuvchisiz elektr poyezdini yaratish ancha murakkab vazifadir. Hozirda MCCda test sinovlari faol davom etmoqda. Yaqin kunlarda ushbu loyiha haqida hikoya chop etilishi rejalashtirilgan.
Manba: www.habr.com