Трамвай в будущее

Трамвай — такой же заслуженный символ транспортной системы Москвы, как и московское метро. Сто лет назад он нес на себе основное бремя пассажирских перевозок в столице. Сегодня нашелся способ вдохнуть в него новую жизнь. 3 сентября на трассе маршрута №10 от улицы Кулакова до станции метро «Щукинская» и обратно начал регулярное движение первый в России полностью беспилотный трамвай — инновационное транспортное средство, способное передвигаться с пассажирами без непосредственного участия человека.

Выйти из полноэкранного режима

Развернуть на весь экран

Электронные чувства

Если не заглядывать в кабину водителя, езда на беспилотном трамвае для пассажира ничем не отличается от обычной: интеллектуальная система самостоятельно делает остановки, открывает и закрывает двери, следует сигналам светофора.

Для этих целей умный трамвай нуждается в «органах чувств»: он оснащен полным комплектом оборудования для беспилотного движения — камерами, радарами и лидарами, инерциальной измерительной и навигационной системами. Все это объединено в одну «нервную систему», которая в реальном времени определяет положение трамвая в пространстве и анализирует внешнюю среду. Умные алгоритмы обрабатывают информацию и принимают на ее основе решения. С помощью машинного зрения трамвай распознает, что находится перед ним: он способен заметить выбежавшего на рельсы ребенка или собаку и вовремя остановиться.

Лидары — лазерные локаторы — обеспечивают обзор на 360 градусов. Они способны видеть объекты на расстоянии свыше 200 м и определять их местоположение с точностью до 2 см. Устройства «ощупывают» пространство вокруг трамвая с помощью лазерных лучей, создавая трехмерное изображение окружающей среды. Трамвай распознает даже предметы, которые частично перекрывают друг друга, например дорожный знак, на который легла ветка дерева.

Радары помогают ориентироваться в столь частую в Москве плохую погоду — им не помеха снег, туман и дождь. Кроме того, они оценивают скорость других участников движения. Радары расположены под кузовом в нижней части трамвая. Беспилотная система учитывает все технические характеристики и московские погодные условия.

Для трамвая сотрудники метрополитена специально создали систему предотвращения проскальзывания колес, которая помогает в плохую погоду. Технология повторяет действия автомобильной антиблокировочной системы, предотвращающей блокировку колес при торможении, и систему курсовой устойчивости, предназначенной для сохранения устойчивости и управляемости.

Все эти системы работают как единое целое, чтобы обеспечить максимальную безопасность и надежность. Если, например, камеры и лидары будут воспринимать пространство и объекты по-разному, единая картинка рассыплется, и трамвай перестанет понимать, что происходит вокруг.

Интеллектуальный синтез

Технология беспилотного управления трамваем состоит из нескольких подсистем, каждая из них отвечает за определенную задачу. Работа всех подсистем опирается на высокоточную карту маршрута, которая построена заранее. Эта карта состоит из двух частей. Лидарная карта определяет положение трамвая в пространстве. Векторная карта содержит в себе всю информацию о дорожной инфраструктуре: трамвайных путях, автомобильных дорогах, светофорах, пешеходных переходах, трамвайных остановках, стрелочных переводах.

Все подсистемы обмениваются между собой полученной информацией — разрозненные данные собираются в единую картинку, необходимую алгоритмам управления трамваем для понимания, что им делать в каждый конкретный момент.

Так, система локализации постоянно определяет положение трамвая в пространстве и сравнивает свои выводы с лидарной картой, корректируя движение. От точности, с которой работает эта система, зависят безопасность пассажиров и эффективность работы трамвая, ведь он должен передвигаться по рельсам с той же скоростью, что и обычные.

Система компьютерного зрения нужна, чтобы понимать, что происходит вокруг трамвая: она объединяет информацию со всех камер и датчиков. Чтобы эти данные позволили трамваю «видеть» окружающую обстановку, применяются как классические программные алгоритмы, так и передовые нейросетевые методы. Лидарные данные подсказывают точное местоположение объектов, компьютерное зрение определяет, что они собой представляют, а данные с радара подтверждают расположение объектов и, если они движутся (например, это пешеходы или автомобили), сообщают информацию об их скорости.

Система планирования движения обрабатывает информацию всех систем беспилотного трамвая. Чтобы принять решение, что делать в каждый момент времени, она должна объединить воедино множество заранее описанных правил управления: построить траектории предполагаемого движения всех участников дорожной ситуации, выбрать скорость и сформировать плавную траекторию.

Эта система постоянно проверяет, не возникают ли на пути неожиданные препятствия. Для этого она накладывает траектории движения всех объектов на маршрут трамвая. Если электронный «водитель» спрогнозировал опасную ситуацию, система мгновенно пересчитывает вектор и скорость движения трамвая. При этом она не забывает обеспечивать плавность разгона и торможения: пассажирам в салоне должно быть комфортно, тормозной путь беспилотного трамвая соответствует ГОСТу, принятому для трамваев обычных. Так, длина тормозного пути вагона при торможении с начальной скорости 40 км/ч составляет 60 м при служебном торможении, а при экстренном — 30 м.

Наконец, система управления движением отдает команды технической части трамвая: сбавляет и повышает скорость, управляет поворотом колес, включает сигнальные огни. Датчики поставляют ей информацию не только о положении в пространстве или ускорении, но и о состоянии дороги и погодных условиях. Эта система увязывает воедино две задачи: с одной стороны, обеспечивает безопасное следование за другими транспортными средствами, с другой — соблюдает среднюю скорость движения, которая необходима, чтобы трамвай делал все остановки по расписанию.

Программное обеспечение для движения трамвая — собственность правительства Москвы: его создали специалисты Центра перспективных разработок без поддержки каких-либо сторонних компаний. Инновационный трамвай создан на базе модели 71–911ЕМ «Львенок-Москва».

Выйти из полноэкранного режима

Развернуть на весь экран

Беспилотный режим

В соответствии со Стратегией развития столичного транспорта, до конца 2026 года беспилотными технологиями оборудуют 15 трамвайных вагонов, а к 2030-му — 300, или около двух третей всего парка. А в течение десяти лет, к 2035 году, самостоятельно будут ходить по маршрутам около 90% трамваев столицы.

Футурологи считают, что в недалеком будущем система городского транспорта в мегаполисах станет в основном автоматической. Чтобы обеспечить идеальную безопасность движения, все беспилотные транспортные средства должны научиться общаться друг с другом, а также с более крупной и сложной электронной системой, управляющей движением в городе. Серьезный шаг в этом направлении уже сделан: возможности умного трамвая расширяет уникальная для городского транспорта технология V2X (Vehicle-to-Everything), которая сейчас также проходит испытания.

Благодаря ей беспилотный трамвай «общается» с окружающей средой с помощью закрытого канала связи. Для этого вдоль пути следования трамвая установили специальное оборудование. Электронный «водитель» трамвая обменивается с ним сигналами, что позволяет выстраивает еще более точную и безопасную траекторию движения.

Технология V2X сделает движение еще безопаснее: информация с устройств городской инфраструктуры подскажет трамваю, что происходит вне его поля зрения, например за углом. Такого эффекта можно добиться, если дорожные видеодетекторы начнут передавать получаемую ими информацию беспилотным транспортным средствам. В свою очередь, трамвай сможет делиться информацией со своих датчиков с остальными участниками движения. Специалисты по беспилотному транспорту считают, что при таком взаимодействии умных городских устройств и автоматического транспорта количество ДТП в городе будущего удастся свести практически к нулю. Но важно понимать, что, какой бы безопасной ни была система, законы физики она отменить не может. Если перед многотонным трамваем в непосредственной близости выскочит автомобиль, то остановиться мгновенно он не сможет вне зависимости от способа управления — с водителем или без. Поэтому всем участникам дорожного движения важно быть внимательными и безукоризненно придерживаться правил, как это делает беспилотная технология.

Формула безопасности

Чтобы обеспечить безопасность пассажиров, беспилотный трамвай испытывали более года: с мая 2024-го он проехал по улицам столицы более 9 тыс. км, и за это время ни разу не нарушил правила дорожного движения. Столь четкая работа позволила 3 сентября приступить к полноценному запуску трамвая с пассажирами. В кабине или салоне пока остается сотрудник трамвайного управления метро, но в движение он не вмешивается. Технология уверенно себя показала в ходе многочисленных и серьезных испытаний, поэтому за движение трамвая полноценно отвечает система беспилотного управления. Наличие сотрудника в трамвае пока — это действующее требование федерального законодательства.

Для пассажиров отличий от поездок в обычном трамвае с водителем нет, они такие же безопасные. Это гарантируется не только благодаря электронному мозгу трамвая. Трамвай-беспилотник стал первым в России транспортным средством, застрахованным с помощью смарт-контракта с расчетами в цифровых рублях. Страховую защиту получает не только сам трамвай, но и пассажиры. Для этого достаточно оплатить проезд любым удобным способом и приложить карту к валидатору.

У самоуправляемых трамваев немало несомненных плюсов по сравнению с обычными. Прежде всего они потенциально безопаснее: устраняется риск человеческих ошибок. Взаимодействие с умной городской инфраструктурой позволяет оптимизировать маршруты и расписание. Кроме того, благодаря обеспечению плавного хода и оптимизации скорости они экономят энергию и делают поездку более комфортной для пассажиров. В конце концов, электронный «водитель» неприхотлив — может работать в любое время суток и в самых сложных погодных условиях.

Беспилотные трамваи сочетают экологичность традиционного трамвая с самыми передовыми технологиями. По мере развития они станут более доступными и займут свое место в городской транспортной системе. В декабре 2025 года начнется первый этап пилотной эксплуатации другого беспилотного транспорта в Москве — поезда метро. Ожидается, что уже к концу 2026-го будет готов рабочий образец состава, который сможет курсировать полностью автономно с учетом рекордно коротких интервалов движения Московского метрополитена.

Наталья Севастьянова