XII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2020

Поезда без машиниста готовы возникнуть в Российской Федерации уже через несколько лет. Речь не идет о полной автономии состава, в случае появления форс-мажора выделенный машинист вмешивается в ситуацию. Первым масштабным русским планом станет Столичная кольцевая стальная проезжая часть, где машинист станет дистанционно "производить" 10-15 составов.

В скором будущем машинистов на стальной проезжей части поменяет "мудрая" автоматика.

Рис.1 Беспилотный поезд.

В мире более продвинутыми в области беспилотных технологий на железнодорожном транспорте оказались азиатские государства.

К примеру, в Европе, где в метро или между аэропортами курсируют всецело автоматические поезда, люди стали верить составам без машиниста только сквозь некоторое количество лет, когда разработка прижилась и зарекомендовала собственную надежность и защищенность.

Высокоскоростные поезда тайваньских стальных дорог, к примеру, с 2016 года обустроены системами самодействующего отслеживания, позиционирования и технического сервиса. "Они обеспечивают 99-процентную точность прибытия больше чем 500-миллионном каждогоднем пассажиропотоке. Правительство рассматривает экономию в несколько десятков миллионов в год. Японская автоматическая железнодорожная трасса Синкансэн, мощная по скорости перемещения поездов, спасибо системам автоматизации перемещения и умственного геопозиционирования удержала в 2016 году среднюю годичную задержку на уровне 30 секунд!", - рассказывал генеральный директор Cognitive Technologies Андрей Черногоров.

Данные о передвижении и обоюдном месторасположении составов поступают в бортовые компьютеры из диспетчерской системы. В 2017 году районные власти довели численность автономных составов до 50, а еще запустили проверки на наземной инфраструктуре.

Рис.2 Вид внутри беспилотного поезда.

Англия в 2017 году выделила 450 млн. фунтов стерлингов на калибровку системы "мудрых" поездов: на 10 автономных составов нужен один выделенный "машинист". "По подсчетам Network Rail, спонсировавших изучение консорциума Rail Delivery Group, развернутая в государственном масштабе система автоматических поездов станет сберегать бюджету 342 миллиона фунтов в год", - говорит Андрей Черногоров.

По мнению профессионалов, ключевое превосходство беспилотных технологий на железнодорожном транспорте - защищенность. По статистике, середина катастроф случается по причине несчастного людского фактора.

"Сейчас степень становления технологий подошел к тому, что машина считает, задумывается и принимает решения быстрее и эффективнее, чем человек, - беседует генеральный директор Omnicomm Борис Паньков. - Я полагаю, собственно, что в наиближайшие годы нас ожидают части, где поезда станут бродить в беспилотном режиме, возьмем во внимание железнодорожные переезды и многое другое. Но данному предшествует большой вклад предварительной работы и миллиарды рублей вливаний. Кроме отладки системы необходима и сопутствующая инфраструктура - вспомогательные камеры, детекторы. Поезда без машинистов, которые сумеют курсировать между Российскими городами, - отдаленная возможность. До этого надо изменить нормативную базу".

В московском метро появится поезд "Москва-2"

Есть интернациональный стереотип - МЭК 62290, который определяет запросы к разным уровням автоматизации городского железнодорожного транспорта. Как раз в метро осуществление беспилотного пассажирского перемещения менее накладна. Метрополитены - замкнутые системы автотранспорта с однородным подвижным составом, движущимся по заблаговременно конкретным маршрутам и защищенным от наружных воздействий.

"Использование этих заключений, как платформенные двери, разрешает избежать небезопасных обстановок на пассажирских платформах, - беседует начальник отряда "Управление мобильностью" фирмы "Сименс" в России Юрий Смагин. - Их недоступность мешает выходу в свет беспилотных поездов на нормальных стальных дорогах. В обстановках, не учтенных сценариями и методами самодействующих систем, принятие заключения человеком считается более наилучшим вариантом. Автоматика в данной ситуации перейдет в "неопасное состояние", собственно, что станет значить остановку поезда в ожидании последующих управляющих воздействий. На магистральных дорогах воплотить в жизнь это сложно".

С 2018 года "Сименс" и "Нетворк Рэйл" начали реализацию плана "Тэмслинк", который подразумевает вступление беспилотной системы на городских и загородных электричках Лондона. К примеру, закрывать пассажирские двери и отправлять поезд станет машинист нажатием на кнопку, а далее управление поездом перейдет к автоматике.

Как раз в метрополитен осуществление комплекса требований для беспилотного пассажирского перемещения менее накладна.

Беспилотные поезда увлекательны грузоперевозчикам. Неоптимальный режим перемещения для тяжелого грузового состава обходится дорого, затраты на тяговую энергию - это главная заметка затрат грузовых фирм. Защищенность перемещения и тут играет весомую роль, так как раз по стальным дорогам перевозится важная доля небезопасных грузов на огромные расстояния.

"На почтовой стальной проезжей части в Лондоне действовала самодействующая система контроля на расстоянии: все управление выполнялось с диспетчерских пультов, а машинисты в поездах отсутствовали, - ведает генеральный менеджер по железнодорожному транспорту холдинга AsstrA Дмитрий Микелев. - До 1993 года на всякой станции сидел диспетчер, который имел возможность или приостановить поезд, или предоставить ему, проследовать транзитом. Он же управлял скоростью подачи состава на станцию, изменяя усилие на контактном рельсе на маленьком участке перед заездом. В 1993 году управление перемещением поездов было отдано компьютеру, а диспетчеру оставалось лишь только держать под контролем его воздействия. Но в 2002 году инструкция английской почты сказала о закрытии дороги, потому что ее эксплуатация была неоправданной дорогой".

Специалисты считают, что пока же в большинстве случаев экономика на стороне машиниста. И в этом Российская Федерация ничем не отличается от других государств.

В целях повышения производительности труда и сокращения объемов механического низко интеллектуального труда во всех отраслях, в том числе и транспортных, активно внедряются технологии автоматизации и роботизации. При переходе на уровень автоматизации 3 особенно актуальной становится задача разработки системы технического зрения, что позволит отказаться от присутствия машиниста в кабине во время движения поезда. Локомотивное бортовое оборудование должно обнаруживать препятствия на пути следования и в зависимости от ситуации давать предупредительный сигнал или команду на торможение подвижного состава. Оно так же должно обладать серьезными когнитивными способностями и однозначно распознавать что является препятствием, а что нет. В настоящий момент определены следующие типы препятствий, которые бортовой системе требуется обнаруживать и идентифицировать. Требования по дальности обнаружения препятствия зависят от максимальной скорости движения, что определяет соответсвующий набор сенсоров. Требования по дальности обнаружения препятствий рассчитываются исходя из тормозного пути при максимально разрешенной скорости движения железнодорожного транспортного средства на участке обращения. Технически система обнаружения препятствий включает в себя набор датчиков, которые устонавливаються с каждой стороны локомотива.

Алгоритм исключения столкновений с препятствием на основе этапов. На первом этапе необходимо найти путь следования подвижного состава, что возможно выполнить методами: компьютерного зрения или за счет использования высокоточной электронной карты и бортовой системы позиционирования. Второй метод особенно актуален при работе в зиминх условиях, когда обноружение железнодорожной колеи затруднено из-за наличия снега.

Однако наилучший результат дает комбинирование двух этих методов. Найдя железнодорожную колею, система технического зрения будет искать препятствия только в зоне пути следования подвижного состава. Сложности возникают в местах разветвления путей - распознать истинное положение стрелки компьютерными зрением можно только на небольшом расстоянии.

На втором этапе препятствия отслеживаются только в зоне пути за счет комплексирования сигналов от нескольких датчиков. По каждому препятствию определяеться набор признаков, а также вероятность его существования.

Третий этап заключается в принятии решения и его выполнения при обнаружении какого-либо объектах в габаритах пути или в непосредственной близости к пути. Реакцией бортовой системы управления на обнаруженное препятствие может быть подача звукового и светового сигнала, снижение скорости, торможение вплоть до экстренново торможения.

Сегодня создание беспилотного транспорта следует признать свершившимся фактом, интерес к его возможностям все возрастает. Большинство компаний, которые разрабатывают беспилотный транспорт, сейчас занимаются оттачиванием и доработкой уже существующих алгоритмов и систем управления. Инженеры стараются воссоздать как можно больше ситуаций, которые могут произойти в пути следования. Нынешний искусственный интелект, к сожалению, еще далеко не совершенен, и с его обучением возникают серьезные проблемы. Чтобы обучить нейронную сеть распознать объекты ей нужно подать на вход сигналы от сотен тысяч или даже миллионов экземпляров этих объектов. Человеку же достаточно показать два-три автомобиля, и, выйдя в город, он уверенно отличит автомобиль любой марки от пешехода.

Одна из самых сложных проблем на рельсовом транспорте – это система оценки управления подвижным составом , которая должна оценивать скорость принятия решений и правильность обработки алгоритмов действий. Необходимо также иметь данные по скорости принятия решения машинистами, чтобы иметь возможность сравнить искусственный интелект с интелектом человека. При этом стоит отметить, что скорость реакции машиниста не постоянна и зависит от его психоэмоционального и физиологического состояния.

Список литературы:

1 Поезда без машиниста [Электронный ресурс] – Режим доступа: https://www.gudok.ru/infrastructure/?ID=1468053 (дата обращения 03.12.2019год)

2 В московском метро появится поезд "Москва-2" [Электронный ресурс] – Режим доступа: - https://rg.ru/2017/08/31/reg-cfo/v-metro-poiavitsia-poezd-moskva-2.html (дата обращения 03.12.2019год)

3 Беспилотные поезда как пример автономного транспорта [Электронный ресурс] – Режим доступа: - http://rosautonet.ru/news/bespilotnye-poezda-kak-primer-avtonomnogo-transporta (дата обращения 03.12.2019год)