XVIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2026

В начале 2019 года Австралийская горнодобывающая компания Rio Tinto (Австралия) завершила реализацию проекта AutoHaul и перевела 90% тяжеловесных поездов, выполняющих перевозку железной руды на автоматический режим. Остальные 10% поездов эксплуатируются на достаточно коротком участке пути, для которого беспилотный режим экономически не оправдан. Rio Tinto Group – это третья по величине в мире транснациональная горно-металлургическая компания, которая состоит из двух операционных компаний – Rio Tinto Limited и Rio Tinto plc. Целью данного проекта сроком в 10 лет было внедрения режима полной автоматизации на тяжеловесные поезда массой 34 тыс. т., обращающимися на сети протяженностью 1700км. Сеть соединяет портовые терминалы с 16-тью рудниками в регионе Пилбара (штат Западной Австралии). Каждый из поездов преодолевает расстояние в среднем 800 км примерно за 40 часов (с учетом погрузки и выгрузки).

Осенью 2017 года была совершена первая опытная поездка беспилотного поезда. И уже в июле 2018 года началась коммерческая эксплуатация тяжеловесных беспилотных поездов. Стоимость проекта составила 940 млн. долл. США. Одним из основных партнеров данного проекта была компания Ansaldo STS, входящая в итальянскую транспортную компанию Hitachi Rail STS. Ansaldo STS спроектировала и изготовила систему автоведения поезда с уровнем автоматизации GoA4. Мировой лидер в области встраиваемых компьютерных технологий немецкая компания Kontron поставила бортовые компьютеры.

Диспетчерский центр, из которого осуществляется управление движением поездов находится в Перте, отдаленный на 1500км от Пилбара. Диспетчеры получают необходимую информацию для контроля движением поездов с видеокамер, расположенных вдоль железнодорожных линий, также дополнительно оборудованы переезды средствами для определения посторонних объектов. Благодаря бортовому компьютеру поезд способен управляться независимо от диспетчера. Компьютер получает картинку 3D-карты в режиме реального времени, которая получается благодаря бортовым камерам и датчикам, распределенным вдоль состава. Внедрение системы автоведения поезда позволило решить проблему частых остановок тяжеловесных поездов для смены локомотивных бригад (до 3 раз за сутки), а также увеличить эффективность использования энергии на тягу поездов и повысить безопасность.

Немецкий концерн «Моторный вагон CargoMover от Siemens TS» разработал моторный вагон CargoMover, который предназначен для перевозки грузов на короткие расстояния в полностью автоматическом режиме. Система мониторинга путей позволяет в режиме реального времени безошибочно определять наличие на пути человека или препятствия и при любой погоде обеспечивает необходимую безопасность. Инновационный проект железнодорожного транспорта позволяет комбинировать в себе преимущества грузового автомобиля и грузового поезда. Каждое транспортное средство имеет полезный груз до 60 тонн, но использует энергии меньше, чем два грузовых автомобиля. Этот вагон очень выгоден для использования его в железнодорожных грузовых перевозках на расстоянии до 150 км, что экономически непривлекательно для перевозок на обычном грузовом поезде. Коммерческая привлекательность такого вагона состоит в том, что доставка груза может быть заказана индивидуально клиентом. Как только заказ будет введён в компьютер управляющей системы CargoMover, система автоведения автоматически определяет свой маршрут движения, согласовываясь с маршрутным расписанием движения поездов. Передвижение вагона CargoMover не блокирует движение других поездов, и работает без ограничения по времени на железнодорожное передвижение ночью.

Для обнаружения препятствий на пути следования вагон CargoMover использует систему автоматического мониторинга путей, оснащённую лазерными, радарными и видео датчиками. Установленные на вагоне лазерные сканеры и радиолокационный радар позволяет в режиме реального времени вести мониторинг пути следования вагона CargoMover, а система видеонаблюдения даёт возможность уточнять цифровую модель пути следования вагона, пространство которой̆ отображено в виде кристаллической решётки, сформированной̆ лазерным сканером и радаром. Распознавание препятствий осуществляется путём сопровождения фрагментов изображения в определённых ячейках решётки. Этот способ распознавания позволяет во время движения поезда вести простое согласование цифровой модели следования вагона с цифровой картой пути, такой тип корреляционного анализа значительно ускоряет обработку результатов для принятия решения системой автоведения. Использование видовой информации от видеокамер позволяет получать дополнительные признаки препятствий перед вагоном на расстоянии до 50 метров, местоположение стрелочных переводов, а также проводить обнаружение объектов на пути и в междупутьях. Для получения качественного детектирования движущихся объектов, используя информацию от видеокамер, необходимо иметь достаточную освещённость. Из-за этого информация от видеокамер на данный момент используется только в дневное время, но есть возможность усовершенствования системы путём оснащения её мощными инфракрасными прожекторами для работы в тёмное время суток. Параллельно с процессом анализа видовой информации система мониторинга путей вагона CargoMover ведёт передачу видеоинформации в ситуационный центр, где контролируется движение вагон. Использование вагона CargoMover позволяет провозить грузы в автоматическом режиме по обычным железнодорожным сетям, на которых определяются «временные окна» в движении графиков поездов. Таким образом, CargoMover стал универсальным железнодорожным транспортным средством, для перевоза переработанных грузов на малые расстояния и является серьёзным конкурентом грузовым автомобильным транспортным средствам.

Проекты Alstom в Нидерландах и Германии. В конце 2018 года компания Alstom протестировала функции автоведения на грузовой линии Betuwe, которая проходит от порта Роттердама к границе с Германией. При этом использовался тепловоз серии 203 грузового оператора Rotterdam Rail Feeding.

В ходе испытаний были протестированы возможности системы АТО и изучены её возможности при грузовом движении. Основное внимание было сосредоточено на совместимости системы АТО с уровнем автоматизации GoA2 и европейской системы управления движением поездов ETCS. В данном случае система берет на себя часть функций машиниста, который при этом находится в кабине для того, чтобы вмешаться при необходимости в процесс управления. За период тестирования тепловоз, оборудованный системами ETCS и АТО прошёл расстояние 2000км.

Бортовое оборудование АТО представляет собой систему, состоящую из:

1. бортового устройства;

2. коммуникационного шлюза;

3. и релейного интерфейса.

Релейный шлейф установлен в пульт машиниста, а коммуникационный шлюз и бортовое устройство смонтированы в машинном отделении.

Бортовое устройство АТО обрабатывает данные о состоянии маршрута и режиме движения, получаемые от стационарного сервера системы автоведения. Эти данные включают в себя сведения о расстояниях, скоростях, уклонах и графике движения, требуемые для управления поездом в автоматическом режиме. На их основе бортовое устройство АТО рассчитывает оптимальный режим управления поездом. Функции коммуникационного шлюза реализованы в компьютере бортового устройства АТО. С их помощью осуществляется взаимодействие с бортовым устройством ETCS, от которого поступает, в частности, информация о кривой разрешенной скорости при торможении. Соответственно, бортовое устройство АТО управляет движением поезда таким образом, чтобы не допустить превышения этих значений кривых. Через релейный интерфейс система автоведения управляет локомотивными устройствами тяги и торможения, кроме того, с его помощью машинист может выполнять переключение с режима автоведения на ручное управление. Дополнительно на локомотиве установлены различные камеры для получения изображений, по которым осуществляется распознавание препятствий и показания светофоров. Тот факт, что испытательные поездки не прерывали нормального режима эксплуатации линии Betuwe упростил получение необходимой документации для тестирования системы. Для проведения испытаний потребовался временный допуск системы автоведения к эксплуатации с целью ее тестирования. Соответствующая документация была направлена в нидерландское ведомство по безопасности на транспорте Inspectie Leefomgeving en Transport. Она включала в себя основную информацию о проектировании и разработке оборудования АТО, его монтаже и вводе в эксплуатацию, испытаниях и мерах по минимизации рисков, направленных на обеспечение безопасного движения поездов с автоведением.

При испытательных поездках, проводимых в декабре 2018 года локомотив развивал максимальную конструктивную скорость в 100 км/ч и отрабатывал следующие сценарии тестирования:

1. движение поезда с использованием заложенного в график резерва времени (для оптимизации расхода энергии на тягу);

2. движение поезда без использования такого резерва с максимальной графиковой скоростью для точного соблюдения графика;

3. движение вслед за опаздывающим поездом;

4. следование поезда с одной линии на другую.

Данный набор сценариев выполнялся циклически для сравнения друг с другом результатов тестирования. Целью применения системы АТО было достижение стабильного перевозочного процесса. На основе результатов испытаний функции АТО оптимизировались, тестировались на стенде, а затем снова проверялись в цикле опытных поездок.

При дальнейшем развитии системы автоведения необходимо учитывать интересы грузовых операторов и соответствующим образом конфигурировать алгоритмы АТО. В грузовых перевозках необходимо определять оптимальные режимы вождения в зависимости от условий эксплуатации. Например, на специализированной грузовой магистрали, какой является линия Betuwe, могут применяться энергоэффективные режимы движения, поскольку обращающиеся на ней поезда имеют схожие параметры. На сетях со смешанным движением система АТО может быть сконфигурирована таким образом, чтобы поезда следовали точно по графику с минимальным риском возникновения конфликтов, особенно на интенсивно используемых участках, примыкающих к транспортным узлам.

После успешного завершения испытаний Alstom считает подтвержденной пригодность разработанной системы автоведения с уровнем автоматизации GoA2 для работы поверх ETCS на магистральных железных дорогах. При этом операторы перевозок и инфраструктуры должны определиться с целями и приоритетами автоведения.

Автоведение с уровнями автоматизации GoA4 и GoA3 в грузовых перевозках.

Маневровые передвижения являются ещё одной сферой с высоким потенциалом для повышения уровня автоматизации. Возможности экономии здесь особенно значительны, поскольку машинист линь небольшое время в течение смены непосредственно управляет локомотивом, и европейские железнодорожные операторы сталкиваются с большими трудностями при подборе кадров для этой работы.

У Alstom появилась возможность протестировать средства автоматизации маневровых передвижений после того, как компания выиграла соответствующий тендер, организованный ProRail и крупнейшим в Европе частным грузовым оператором Lineas. При этом цель ProRail состояла в изучении возможностей автоматического управления маневровыми локомотивами перед началом широкого развертывания цифровых решений в грузовых перевозках. Для Lineas рост уровня автоматизации означает усиление конкурентных позиций и привлечение на железную дорогу грузов, перевозимых в настоящее время автомобильным транспортом.

ProRail и Lineas намерены в ходе испытаний получить детальную информацию и накопить опыт применения технологий автоведения с высоким уровнем автоматизации – вплоть до беспилотного управления локомотивом. С результатами испытаний будут ознакомлены другие европейские операторы железнодорожной инфраструктуры.

Компании Alstom предстоит оснастить средствами автоматизации маневровой работы и подготовить к испытаниям один из представленных оператором Lineas тепловозов с гидравлической передачей (серии HLD77 или HLR82), а также предоставить группы испытателей для опытных поездок, которые будут проводить на грузовой станции Остерхаут на юге Нидерландов. Предусмотрена реализация смешанных режимов беспилотного управления с уровнями автоматизации GoA3 и GoA4.

Автоведение с уровнями автоматизации GoA3 и GoA4 в пассажирских перевозках.

Еще один исследовательский проект с участием компании Alstom планируется к реализации в Германии в 2021 г., также нём будет участвовать Транспортная администрация региона Брауншвейт, Германский центр авиации и космонавтики (DLR) и Технический университет Берлина. Проект посвящен автоведению региональных поездов с уровнем автоматизации GoA3 (при выполнении перевозок пассажиров) и GoA4 (при маневровых передвижениях). После подготовки опытных участков, боротового оборудования автоведения и других средств автоматизации предусмотрены испытания с участием двух региональных поездов Coradia Continental постройки Alstom, которые использует пассажирский оператор Metronom Цель проекта состоит в оптимизации перевозочного процесса на региональных линиях, снижении расхода энергии и повышении уровня комфорта для пассажиров. В рамках проекта оба поезда оснастят аппаратурой ETCS и средствами АТО.

Alstom утверждает, что является первой в мире компаний, полностью сертифицированной по новейшим бортовым и путевым стандартам ETCS. Сертификаты были выданы Belgorall, независимой организацией по сертификации и тестированию. Новейшая разработка программного обеспечения обеспечивает совместимость с Baseline 3 Maintenance Realease 2 для всей железнодорожной системы. Этот стандарт будет использоваться компанией Alstom в Италии на новой линии Монца – Кьяссо (открытие летом 2021 года) и во Франции между Парижем и Лином с 2024 года.

Помимо компании Alstom в проектах автоведения поездов с различными степенями автоматизации в Нидерландах участвуют и другие компании изготовители. Например, в 2019 году пассажирским оператором Arriva и швейцарской компанией Stadler совместно с ProRail были проведены испытания системы автоведения с уровнем автоматизации GoA2. В декабре того же года в Нидерландах проходили испытания системы автоведения, изготовленной испанской компанией CAF, установленной на поезд Sprinter NG. Используемая в данном проекте система АТО работала поверх ETCS 2 уровня.

Siemens – беспилотный трамвай. 4 сентября 2018 года Siemens совместно с ViP Verkehrsbetrieb Potsdam представили, как утверждают компании, первый в мире беспилотный трамвай. Его испытания происходили в условиях реального дорожного в движения на участке длиной 6 км в Постдаме в рамках Innotrans 2018.

В бортовой компьютер трамвая Siemens Combino было загружено подробное описание маршрута следования с указанием остановок, особенностей пути, участками с скоростными ограничениями. Несколько камер, лидарные и радиолокационные датчики позволяют трамваю ориентироваться в окружающей среде. На основе данных, полученных с датчиков и информации, которая в него загружена, он формирует полную картинку (рис. 1), далее алгоритмы оценивают данные с сенсоров и посылают команды управления, регулируя тягу и торможение.

Рисунок 1 - Фотография изображения, сформированного бортовым компьютером

Трамвай Combino способен ориентироваться в дорожных знаках, останалвиваться в определенных маршрутом местах, а также своевременно реагировать на движение других транспортных средств и пешеходов.

В заключение следует отметить, что зарубежный опыт однозначно свидетельствует о переходе железнодорожного транспорта на новый технологический уклад, характеризующийся массовой автоматизацией управления подвижным составом. Беспилотные системы ведения поездов доказали свою эффективность в достижении максимальной пунктуальности, безопасности и рентабельности перевозок, прежде всего, в метрополитенах мегаполисов. Успех их внедрения напрямую зависит от комплексного подхода, включающего модернизацию инфраструктуры, адаптацию законодательства и подготовку кадров.

Список литературы и источников:

1. Анализ зарубежного опыта повышения экологичности транспортного обслуживания / Галкин В.А., Кузина Е.Л., Василенко М.А., Василенко Е.А., Лиманчук Л.Н. // Компетентность. – 2023. - №1. – С. 20-27.

2. Influence of innovate elements of railway infrastructure complex on the technology of the transport process / Vakulenko S.P., Kurenkov P.V., Kuzina E.L., Astafiev A.V., Nadolinsky P.V., Chebotareva E.A., Solop I.A., Vasilenko M.A., Barashyan V.Y., Gašparík J. // В сборнике: Transportation Research Procedia. 14th. Сер. "14th International Scientific Conference on Sustainable, Modern and Safe Transport, TRANSCOM 2021". - 2021. - С. 342-347.

3. The algorithm of organizational and technical environmental decisions development in transport organizations / Drozdov N., Kuzina E., Vasilenko M., Tagiltseva Ju., Parkhomenko R., Mushegyan A., Galkin V., Barashyan V. // В сборнике: X International Scientific Siberian Transport Forum - TransSiberia 2022. Сер. "Transportation Research Procedi". - 2022. -С. 2719-2726.

4. Siemens Mobility presents world's first autonomous tram. — Текст: электронный // Siemens: [сайт]. — URL: Siemens Mobility presents world's first autonomous tram. — Текст: электронный // Siemens: [сайт]. — URL: (датаобращения: 30.11.2021).

5. Автоведение и технологии беспилотного управления локомотивами: проекты Alstom в Нидерландах и Германии / — Текст: непосредственный // Железные дороги мира. — 2020. — № 9. — С. 65-69. (дата обращения: 17.04.2021)

6. Rio Tinto: переход к беспилотным тяжеловесным поездам успешно завершен / — Текст: непосредственный // Железные дороги мира. — 2019. — № 2. — С. 3. (дата обращения 25.04.2021)

7. Внетранспортный эффект: значение, виды, оценка // Василенко М.А., Семибратова С.В., Кузина Е.Л. // В сборнике: Актуальные аспекты и приоритетные направления развития транспортной отрасли. материалы молодежного научного форума студентов и аспирантов транспортных вузов с международным участием. Моска,. - 2019. -- С. 261-264.