Внедрение технологий беспилотного вождения является одним из основных современных трендов на транспорте. Не обходит он и железную дорогу. Наиболее известен уже действующий проект движения беспилотных грузовых поездов в пустынной части запада Австралии: длинные составы по путям необщего пользования перевозят руду, добываемую Rio Tinto. Громким событием последних дней стал объявленный в Дании тендер на поставку 226 полностью беспилотных электропоездов для городской железнодорожной системы Копенгагена — это крупнейшая закупка подвижного состава с самым высоким уровнем автоматизации. В целом сегодня на этапе апробации систем, позволяющих переложить работу на искусственный интеллект, находятся многие перевозчики и производители подвижного состава в мире, в том числе ОАО РЖД.
Фото: Пресс-служба ОАО РЖД
Фото: Пресс-служба ОАО РЖД
Беспилотным метро уже давно никого не удивишь: первая система была запущена более 40 лет назад в Японии. Однако стоит учитывать, что традиционная изолированность контура систем метро и минимальное количество препятствий позволяют запускать движение в роботизированном формате. С железной дорогой же все гораздо сложнее. Открытая инфраструктура с риском выхода на пути людей и попадания других посторонних объектов требует технологий гораздо более высокого уровня как в части бортового оборудования, так и инфраструктуры, и систем связи.
В 2022 году вступил в силу стандарт, в котором утверждена российская классификация уровней автоматизации (УА) по аналогии с международным подходом от GoA0 до GoA4. УА0 означает полное отсутствие автоматизации. УА1 — частичная автоматизация: машинист управляет поездом под контролем системы безопасности. УА2 — условная автоматизация: система автоведения управляет запуском, контролирует скорость, выполняет остановку, но в кабине продолжает находиться машинист на случай нештатной ситуации. УА3 — высокая автоматизация: отличие от предыдущего уровня — в возможности системы автовождения остановить поезд при внезапном возникновении препятствия или подаче сигнала остановки. УА4 — полная автоматизация, позволяющая машинисту управлять поездом удаленно. Уровнем УА2 оснащены практически все современные российские поезда.
Первые маневры
В России с 2015 года стартовал проект по внедрению безлюдных технологий на крупнейшей в стране сортировочной станции Лужская в Ленинградской области. Специалистами входящих в холдинг РЖД научных центров НИИАС и ВНИКТИ, а также Проектно-конструкторского бюро локомотивного хозяйства была разработана система автоматического управления маневровыми локомотивами ТЭМ7А. Она интегрирована с бортовой интеллектуальной системой технического зрения. Также были созданы алгоритмы и ПО для управления оборудованием локомотива с применением российской автоматики. Для управления самим процессом сортировки вагонов была интегрирована система MSR32 от Siemens.
Эти решения позволили в 2017 году реализовать беспилотный режим работы второго уровня автоматизации на трех тепловозах ТЭМ7А. Была обеспечена работа по замкнутому циклу без участия машиниста: прицепка локомотива к составу, его надвиг на сортировочную горку, роспуск вагонов и возврат на исходную позицию.
На Лужской бортовые системы управления сегодня охватывают полный цикл роспуска составов без участия машиниста при их приемке на сортировочной горке. В свою очередь, система технического зрения, установленная на локомотиве, определяет расстояние до объектов на дальности до 200 м, классифицирует их и принимает решение о продолжении движения или торможении. Технология включает целый комплекс датчиков: видеокамеры, лидары, радары, инфракрасные камеры и тепловизоры.
Определенные риски возникли после того, как об уходе из России объявила Siemens. Однако через суд ОАО РЖД добилось возможности передачи необходимого оборудования, а обслуживание системы MSR32 взял на себя НИИАС.
Проект цифровизации сортировочных работ в Лужской — только первый шаг в решении одной из задач ОАО РЖД по внедрению высокой автоматизации на крупнейших сортировочных узлах. Проект «Цифровая железнодорожная станция» направлен на кардинальное повышение эффективности сортировочных работ путем внедрения системы с элементами искусственного интеллекта, которая сможет принимать решения и контролировать их исполнение, а человек-оператор будет следить за происходящим с готовностью вмешаться в случае нештатной ситуации. Как в апреле в «Гудке» сообщал начальник департамента технической политики ОАО РЖД Владимир Андреев, базовой станцией для обкатки технологий станет Челябинск-Главный, а в планах — сделать полностью цифровыми 25 крупных сортировочных станций.
Мировой масштаб
Еще более амбициозный проект ОАО РЖД запустило в 2017 году: он предполагает внедрение высокой степени автоматизации движения пассажирских электропоездов на Московском центральном кольце (МЦК). Интегратором проекта и разработчиком решений также выступает НИИАС. Одна из ключевых особенностей этого проекта — отказ от платформенных дверей, которые традиционно устанавливаются для изолирования беспилотных поездов метро в целях безопасности. Как указывает замгендиректора НИИАС, технический руководитель проекта ОАО РЖД по беспилотным поездам Павел Попов, для установки таких дверей будет требоваться усиление платформ, что несет значительные затраты. К тому же двери всегда делаются под конкретную модель подвижного состава, а с учетом планов по вводу на МЦК поездов с трехдверным исполнением вагонов (сейчас курсируют двухдверные «Ласточки») их установка просто нецелесообразна.
Испытания с уровнем автоматизации УА3 проводятся с 2020 года, в конце 2021 года такая система от НИИАС прошла сертификацию на соответствие требованиям техрегламента Таможенного союза. В том же году ОАО РЖД перешло к испытаниям системы с уровнем автоматизации УА3+ и новым поколением системы технического зрения. «Первое поколение может обнаруживать препятствия и дальше останавливаться,— объясняет Павел Попов.— По второму же сейчас идет обучение инструкции по сигнализации, распознаванию и пониманию временных знаков, ручных сигналов и действию в соответствии с ними».
Для получения сертификата на систему УА3+ необходимо доказать, что поезд умеет без машиниста выполнять весь комплекс ведения поезда при любых климатических условиях и в ночное время, диагностировать бортовое оборудование, автоматически открывать и закрывать двери. Наработкой такой доказательной базы обусловлены продолжительность испытательного цикла и его масштабы: только за 2022 год электропоезд в автоматическом и дистанционном (с помощью удаленного машиниста-оператора) режимах управления прошел более 7,5 тыс. км пробега, выполнив более 500 испытательных поездок.
Прорыв мирового уровня на МЦК состоялся в конце марта. В последний день месяца ОАО РЖД провело испытания удаленного управления движением одновременно двух «Ласточек» на МЦК. Машинист-оператор дистанционно контролировал поезда со специального пульта, включающего панель управления с джойстиками для тяги и торможения и три монитора, на которые транслировалось изображение с десятка камер. Подвижной состав двигался в общем порядке с другими перевозящими пассажиров «Ласточками», однако в испытуемых поездах двери на остановках не открывались. На финальном этапе поезд с системой УА3 проследовал в депо в режиме дистанционного управления, «Ласточка» с УА3+ — в автоматическом.
Применяемый в поездах комплекс технического зрения состоит из восьми камер (ориентированы на разные дистанции), двух лидаров дальней зоны действия, двух тепловизоров и нескольких ультразвуковых датчиков. Дальность обнаружения препятствий зависит от их размера и атмосферной видимости. По словам Павла Попова, разработчики исходили из возможностей человеческого зрения. Взрослого человека система видит на 1000 м, ребенка — на 600–700 м, сидящего человека — на 400–500 м, лежащего — на 200 м. Скорость реакции на препятствие составляет 0,3 секунды, также поддержку оказывают стационарные комплексы, отслеживающие ситуацию за пределами видимости бортового комплекса. Ключевой же параметр — доля ложных срабатываний — уже превосходит проектную.
Не без вызовов
В ОАО РЖД ожидают, что внедрение беспилотного движения на МЦК приведет к сокращению интервалов движения и, соответственно, увеличит возможность пропуска растущего пассажиропотока. Также высокая автоматизация должна позволить снизить энергопотребление за счет применения оптимальных режимов вождения.
Бортовые и стационарные технологии для беспилота уже в целом готовы к работе. Завершение создания системы УА4 планируется к концу 2023 года, появление поезда ЭС104 с ней — чуть позже, когда сама машина уже пойдет в серию. Основное капиталоемкое ограничение сейчас находится в части связи. Как прошлой осенью в интервью ROLLINGSTOCK говорил управляющий директор ТМХ по развитию интеллектуальных систем управления, генеральный директор «ТМХ-Интеллектуальные системы» Андрей Романчиков, для работы на уровне УА4 требуется передача потокового видео для дистанционного управления. Для этого необходимо наличие цифровой широкополосной связи LTE, в свою очередь, говорит Павел Попов.
Отдельная развилка есть в регуляторном поле. Базовый документ уже действует с 2022 года — это новая редакция правил технической эксплуатации железных дорог. В них зафиксирована возможность эксплуатации подвижного состава в автоматическом и дистанционном режимах. Ответственность за работу оборудования возложена на разработчиков и изготовителей.
Однако далее позиции на рынке на данный момент расходятся. Так, разработчики считают, что еще достаточно только одного системного документа — новой редакции приказа Минтранса России №97 от 2008 года о порядке работы с происшествиями на железнодорожном транспорте. Как говорит Павел Попов, ее планируется составить в течение года.
Однако Андрей Романчиков отмечает необходимость внесения корректировок и на уровне технических регламентов Таможенного союза. «Нужны общие для всех разработчиков и прозрачные методики тестирования и приемки систем, условия применения, типовые функции и так далее. Эти моменты и закреплены в технических регламентах»,— говорит он. По мнению куратора беспилотных технологий в ТМХ, без этих регуляторных изменений текущие процессы автоматизации — это соревнование разработчиков: чей прототип больше понравится заказчику, чтобы тот согласился на эксперимент по оборудованию пяти-десяти машин.